大于100℃温度条件下炸药拉伸与压缩强度测试方法

摘要

本发明公开了一种大于100℃温度条件下炸药拉伸与压缩强度测试方法，该方法采用标准力学试验方法还不能测试大于100℃高温条件下的炸药拉伸、压缩强度问题，采用了“炸药小试样及配套夹具设计”、“在高温力学试验箱内增加一个防爆箱装置”、“改变连接杆头部形状”、“防爆箱内增加热电偶传感器实时监测箱内温度”等方面的技术改进，建立了一种可实现大于100℃温度条件下炸药拉伸与压缩强度的测试方法，采用该方法可以安全测试大于100℃温度条件下炸药力学性能，即使在炸药试样发生爆炸情况下，也不会对试验人员、试验设备和工房产生危害。

说明书

技术领域

本发明涉及实验力学技术领域，具体涉及一种在大于100℃的高温度条件下的炸药拉伸、压缩强度测试方法。 

背景技术

武器弹药在实际使用时可能会面临大于100℃的高温条件，因此，武器用炸药材料在研制和使用中需要测试其在大于100℃或更高温度条件下的力学性能数据。 

目前炸药材料力学性能一般基于材料试验机及其配套温度箱进行测试，处于安全风险控制，高温力学性能测试时的温度上限为100℃，在高于100℃的高温度条件下，炸药存在爆炸的风险，如HMX基PBX在接近200℃高温下持续一定时间将发生燃烧或爆炸。由于炸药拉伸、压缩力学性能测试的标准试样分别是长度大于65mm哑铃形状和φ20mm×20mm圆柱状，其药量一般大于30g(TNT当量，后面相同)和10g，如果发生爆炸，将会对测试工房、设备以及测试人员，产生很大危害，因此，目前还不能在大于100℃温度条件下测试炸药的力学性能。 

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种在炸药试样发生爆炸情况下，也不会对试验人员、试验设备和工房产生危害的大于100℃温度条件下炸药拉伸与压缩强度测试方法。 

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案： 

一种大于100℃温度条件下炸药拉伸与压缩强度测试方法，所述的测试方法包括以下步骤： 

(1)、将被测炸药成型为炸药压缩试样和炸药拉伸试样；所述炸药压缩试样质量小于200mg，所述炸药拉伸试样质量小于400mg； 

(2)、测试炸药压缩试样和炸药拉伸试样尺寸； 

(3)、将炸药压缩试样或炸药拉伸试样安装在试验夹具中，安装防爆箱的前挡板并紧固，再关闭温度箱门；所述防爆箱内设置有热电偶； 

(4)、根据所需要的测试温度，设定温度箱控制温度，同时采用热电偶实时监测防爆箱内部温度； 

(5)、打开试验机控制程序，设定拉伸强度或压缩强度测试程序，启动测试程序，对炸药压缩试样或炸药拉伸试样进行加载； 

(6)、当完成加载程序后，试验停止，保存试验数据，卸载并停止温度箱加热，对防爆箱内温度进行降温度，打开温度箱和防爆箱前板，取出试验后的试样； 

(7)、根据材料试验机测试到拉伸或压缩最大载荷、所测试的试样尺寸，计算出拉伸强度或压缩破坏强度。在耐高温防爆箱内放置一个热电偶传感器，实时监测防爆箱内的温度及其变化情况。 

更进一步的技术方案是炸药压缩试样是薄片型哑铃结构，所述炸药拉伸试样是薄片型圆柱结构。 

更进一步的技术方案是炸药压缩试样尺寸规格为7mm×3mm×13mm；炸药拉伸试样的尺寸规格为Φ5mm×5mm。将标准拉伸、压缩强度试样改变为Φ5mm×5mm小圆柱和7mm×3mm×13mm薄片型小哑铃的小试样，缩小试样尺寸后，压缩试样 质量将小于200mg，拉伸试样质量将小于400mg，这将大幅度减小试样发生爆炸时的破坏力。 

更进一步的技术方案是步骤(4)中还包括当防爆箱中心部位温度达到所需温度后，根据试验要求进行一定时间的恒温。 

更进一步的技术方案是防爆箱内设置有下压杆，下压杆下端连接有下压杆压头；所述下压杆靠近下压杆压头位置是空心结构；所述防爆箱内设置有上压杆，上压杆上端连接有上压杆压头；所述上压杆压头靠近上压杆压头位置是空心结构。进一步降低试样爆炸时对材料试验机横梁和电机的破坏。 

更进一步的技术方案是防爆箱内设置有下拉杆，所述下拉杆上端连接有下拉杆拉头；所述下拉杆靠近下拉杆压头位置是空心结构；所述防爆箱内设置有上拉杆，所述上拉杆下端连接有上拉杆拉头；所述上拉杆靠近上拉杆拉头位置是空心结构。进一步降低试样爆炸时对材料试验机横梁和电机的破坏。 

更进一步的技术方案是防爆箱是耐高温防爆箱。 

更进一步的技术方案是防爆箱外形尺寸为230mm×240mm×250mm，箱壁厚为5mm。该尺寸和壁厚可以对于不超过400mg炸药起爆时起到保护作用。 

更进一步的技术方案是防爆箱箱体内外接缝处通过焊接密封。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用了“炸药小试样及配套夹具设计”、“在高温力学试验箱内增加一个防爆箱装置”、“改变连接杆头部形状”、“防爆箱内增加热电偶传感器实时监测箱内温度”等方面的技术改进，建立了一种可实现大于100℃温度条件下炸药拉伸与压缩强度的测试方法，采用该方法可以安全测试大于100℃温度条件下炸药力学性能，即使在炸药试样发生爆炸情况下，也不会对试验人员、试验设备和工房产生危害。首先比较了常温下本发明所设计小试样与标准试样测试结果差异，如某HMX基PBX炸药 的标准试样拉伸、压缩强度分别为6.00MPa±0.57MPa、41.20MPa±0.53MPa，本方法测试值结果为5.20MPa±0.93、43.80MPa±0.73MPa，从测试结果看两者差异较小，两者存在差异的主要因素是试样本身分散性的影响。采用本方法测试高温炸药力学性能时，只要将药量控制在400mg以内，试验是安全的。在2倍于控制药量情况下，试样发生防爆箱前后的外观情况，防爆箱外观没有什么变化，表明采用本发明测试炸药高温力学性能时可实现安全测试。 

附图说明

图1为本发明一个实施例中炸药拉伸试样结构示意图。 

图2为本发明一个实施例中拉伸强度测试夹具和防爆箱结构示意图。 

图3为本发明一个实施例中压缩强度测试夹具和防爆箱结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。 

本发明的一个实施例测试大于100℃的高温度条件下的炸药拉伸、压缩强度包括以下步骤： 

(1)将被测炸药按照相应成型工艺条件成型为炸药毛坯，在炸药毛坯上取样加工，炸药压缩试样为Φ5mm×5mm小圆柱，炸药拉伸试样为7mm×3mm×13mm薄片型小哑铃；如图1所示，炸药拉伸试样21的结构是哑铃结构形状。 

(2)测试炸药拉伸试样、压缩试样的尺寸； 

(3)开机并安装材料试验机的温度箱、拉伸或压缩试验夹具及防爆箱、热电偶等；如图2所示，拉伸强度测试夹具和防爆箱结构，防爆箱外形尺寸为230mm×240mm×250mm，箱壁厚为5mm。在做炸药拉伸试样的拉伸强度测试时使用， 防爆箱内设置有下拉头底11，防爆箱上部设置有防爆箱上开孔挡板15；防爆箱侧壁14设置在防爆箱一侧，防爆箱前端设置有前板18，前板上设置有前板固定螺孔13和前板固定螺母17；下拉头底座上方设置有下拉杆12，下拉杆上端连接有下拉杆拉头；防爆箱顶部内侧设置有上拉杆，上拉杆16下部设置有上拉杆拉头，炸药拉伸试样夹持在上拉杆拉头和下拉杆拉头之间。在耐高温防爆箱内放置一个热电偶传感器19，实时监测防爆箱内的温度及其变化情况。作为优选的实施例方案，下拉杆靠近下拉杆压头位置是空心结构；上拉杆靠近上拉杆拉头位置是空心结构。进一步降低试样爆炸时对材料试验机横梁和电机的破坏。如图3所示，压缩强度测试夹具和防爆箱结构，在做炸药压缩试样的压缩强度测试时使用，防爆箱内设置有下拉头底1，防爆箱上部设置有防爆箱上开孔挡板5；防爆箱侧壁4设置在防爆箱一侧，防爆箱前端设置有前板8，前板上设置有前板固定螺孔3和前板固定螺母7；下拉头底座上方设置有上压杆2，上压杆上端连接有上压杆压头；防爆箱顶部内侧设置有下压杆6，下压杆6下部设置有下压杆压头，炸药拉伸试样夹持在下压杆压头和上压杆拉头之间。在耐高温防爆箱内放置一个热电偶传感器9，实时监测防爆箱内的温度及其变化情况。作为优选的实施例方案，上压杆靠近上压杆压头位置是空心结构；下压杆靠近下压杆拉头位置是空心结构。进一步降低试样爆炸时对材料试验机横梁和电机的破坏。作为优选的实施方案，本实施例中防爆箱箱体与下连接头连接后内外接缝处焊死，固定环套近箱体4毫米处，不与盖板接触的一面接缝处焊死。 

(4)将试样安装在试验夹具中，安装防爆箱的前挡板并固紧，再关闭温度箱门； 

(5)根据所需要的测试温度，设定温度箱控制温度，同时采用热电偶实时监测防爆箱内部温度。当防爆箱中心部位温度达到所需温度后，根据试验要求 进行一定时间的恒温； 

(6)打开试验机控制程序，设定拉伸强度、压缩强度测试程序，检测相关试验参数设置无误后，启动试验程序，对试样进行加载； 

(7)当完成加载程序后，试验停止，保存试验数据，卸载并停止温度箱加热，当防爆箱内温度降到较低温度时，打开温度箱和防爆箱前板，取出试验后的试样； 

(8)根据材料试验机测试到拉伸或压缩最大载荷、所测试的试样尺寸等计算出拉伸强度或压缩破坏强度。 

本实施例在试验过程中，首先比较了常温下本发明所设计小试样与标准试样测试结果差异，如某HMX基PBX炸药的标准试样拉伸、压缩强度分别为6.00MPa±0.57MPa、41.20MPa±0.53MPa，本方法测试值结果为5.20MPa±0.93、43.80MPa±0.73MPa，从测试结果看两者差异较小，两者存在差异的主要因素是试样本身分散性的影响。采用本方法测试高温炸药力学性能时，只要将药量控制在400mg以内，试验是安全的。在2倍于控制药量情况下，试样发生防爆箱前后的外观情况没有什么变化，表明采用本发明测试炸药高温力学性能时可实现安全测试。本实施例针对采用标准力学试验方法还不能测试大于100℃高温条件下的炸药拉伸、压缩强度问题，采用了“炸药小试样及配套夹具设计”、“在高温力学试验箱内增加一个防爆箱装置”、“改变连接杆头部形状”、“防爆箱内增加热电偶传感器实时监测箱内温度”等方面的技术改进，建立了一种可实现大于100℃温度条件下炸药拉伸与压缩强度的测试方法，采用该方法可以安全测试大于100℃温度条件下炸药力学性能，即使在炸药试样发生爆炸情况下，也不会对试验人员、试验设备和工房产生危害。 

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等， 指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。 

尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。