背景介紹
彈體發(fā)射時(shí)出筒段在燃?xì)馔屏ψ饔孟卵匕l(fā)射筒軸向運(yùn)動(dòng)，氣密環(huán)-減震墊作為橫向支撐方式的一種，具有保持發(fā)射過(guò)程中筒內(nèi)壓力穩(wěn)定的功能。穩(wěn)定和持續(xù)的筒內(nèi)壓力能夠保證彈體發(fā)射時(shí)獲得有效的推力，因此，在對(duì)氣密環(huán)的設(shè)計(jì)和定型過(guò)程中，測(cè)量其在一定壓力下的變形情況，進(jìn)而確定其承壓性能，對(duì)保證彈體的正常發(fā)射具有重要的理論和實(shí)際意義。
氣密環(huán)變形通常是采用接觸式測(cè)量方法——拉線(xiàn)式位移傳感器測(cè)量，采用個(gè)拉線(xiàn)式位移傳感器并聯(lián)，形成三角測(cè)量，由兩組數(shù)據(jù)確定一個(gè)測(cè)點(diǎn)的軸向和徑向位移。然而，這種測(cè)試方法在換算過(guò)程中誤差較大，且操作復(fù)雜，無(wú)法方便獲取多個(gè)測(cè)點(diǎn)的變形數(shù)據(jù)。
采用新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，基于數(shù)字散斑相關(guān)方法DIC，通過(guò)跟蹤和匹配變形前后物體表面的2幅散斑圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣密裝置在沖擊載荷作用下表面整體的瞬時(shí)位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的測(cè)量。該方法已逐漸成為實(shí)驗(yàn)力學(xué)領(lǐng)域一種非常重要的光測(cè)手段。
研究?jī)?nèi)容
以發(fā)射筒氣密環(huán)為研究對(duì)象，采用基于數(shù)字散斑相關(guān)法的新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)對(duì)氣密環(huán)承壓性能開(kāi)展測(cè)試，并與位移傳感器測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比與分析。
測(cè)試數(shù)據(jù)表面，XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)適用于氣密環(huán)承壓過(guò)程中的形變測(cè)試，可獲取全場(chǎng)連續(xù)變形曲線(xiàn)，為氣密環(huán)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。
氣密環(huán)及試驗(yàn)裝置
氣密環(huán)為橡膠材質(zhì)，唇沿與彈體直接貼合，起到密閉保壓功能；繩箍位于最頂端，用于連接唇沿和簾子布；簾子布位于氣密環(huán)下沿，固定安裝在發(fā)射筒內(nèi)壁。
氣密環(huán)結(jié)構(gòu)&試驗(yàn)裝置及實(shí)物安裝圖
彈體發(fā)射時(shí)，筒內(nèi)氣壓迅速增加，繩箍處變形能夠反映筒內(nèi)壓力泄漏情況，選擇繩箍處作為位移傳感器測(cè)量點(diǎn)，并在其對(duì)稱(chēng)位置作為DIC系統(tǒng)的測(cè)量點(diǎn)。
通過(guò)模擬彈在筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)氣密環(huán)變形情況的試驗(yàn)裝置，獲取彈體靜止與彈體運(yùn)動(dòng) 2種狀態(tài)下氣密環(huán)的變形情況，從而考核氣密環(huán)的保壓性能。
DIC系統(tǒng)測(cè)試
XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)搭配2個(gè)高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集物體各個(gè)變形階段的散斑圖像，利用數(shù)字散斑相關(guān)算法進(jìn)行物體表面變形點(diǎn)的匹配，重建出匹配點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，然后進(jìn)行位移場(chǎng)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理和變形信息的可視化分析，從而實(shí)現(xiàn)快速、高精度、實(shí)時(shí)、非接觸式的三維應(yīng)變測(cè)量。
DIC系統(tǒng)布置與安裝
由于位移傳感器安裝位置視線(xiàn)受阻，將DIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)測(cè)試區(qū)域布置在與傳感器測(cè)點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的位置，便于試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。DIC測(cè)量部位以筒口氣密環(huán)橫截面外側(cè)邊為中心軸，兩邊寬度不低于20 mm的矩形區(qū)域。
氣密環(huán)隨機(jī)散斑圖
測(cè)試結(jié)果對(duì)比與分析
采用XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)和拉線(xiàn)式位移傳感器2種測(cè)試方法對(duì)氣密環(huán)變形開(kāi)展測(cè)試，為全面驗(yàn)證氣密環(huán)保壓性能，設(shè)計(jì)了彈在靜止及運(yùn)動(dòng)2種工況。
試驗(yàn)裝置模擬彈體運(yùn)動(dòng)工況，以某一特定速度推動(dòng)模型彈，模擬彈體運(yùn)動(dòng)。通過(guò)拉線(xiàn)式位移傳感器監(jiān)測(cè)并記錄拉繩長(zhǎng)度隨時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)；通過(guò)DIC系統(tǒng)記錄筒口氣密環(huán)觀(guān)測(cè)部位試驗(yàn)全程的形變情況。
在 DIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果中，重點(diǎn)選取3個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和分析。其中，測(cè)點(diǎn)1位于繩箍處（與位移傳感器測(cè)點(diǎn)對(duì)稱(chēng)的位置），便于對(duì)比2種測(cè)試方式的測(cè)量結(jié)果；測(cè)點(diǎn)2位于簾子布總變形最大處，測(cè)點(diǎn)3位于測(cè)點(diǎn)1和2的中間部位，用于分析簾子布的變形情況。
彈體靜止工況測(cè)試結(jié)果對(duì)比與分析
彈體靜止工況DIC系統(tǒng)位移測(cè)試云圖
彈體靜止工況繩箍處2種測(cè)試方法結(jié)果對(duì)比
彈體靜止工況測(cè)點(diǎn)2和測(cè)點(diǎn)3位移變化曲線(xiàn)
通過(guò)對(duì)彈體靜止工況下氣密環(huán)承壓性能試驗(yàn)分析，2種測(cè)試方法結(jié)果位移變化趨勢(shì)與規(guī)律基本一致。DIC試驗(yàn)首次獲取了簾子布上測(cè)點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)，簾子布上受壓力鼓脹導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生較大的徑向位移，但軸向位移較小。
彈體運(yùn)動(dòng)工況測(cè)試結(jié)果對(duì)比與分析
彈體運(yùn)動(dòng)工況測(cè)試結(jié)果，2種測(cè)試方法結(jié)果對(duì)比情況可以看出，二者位移變化趨勢(shì)與規(guī)律基本一致。彈體運(yùn)動(dòng)未對(duì)筒口氣密環(huán)承壓過(guò)程的狀態(tài)變化產(chǎn)生明顯的影響。
彈體運(yùn)動(dòng)工況XTDIC系統(tǒng)位移測(cè)試云圖
彈體運(yùn)動(dòng)工況繩箍處2種測(cè)試方法結(jié)果對(duì)比
彈體運(yùn)動(dòng)工況測(cè)點(diǎn)2和測(cè)點(diǎn)3位移變化曲線(xiàn)
研究結(jié)論
發(fā)射裝置筒口氣密環(huán)承壓性能測(cè)試，分別利用基于數(shù)字散斑相關(guān)法的新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)以及傳統(tǒng)測(cè)試方式——拉線(xiàn)位移傳感器2種方法，對(duì)氣密環(huán)在模擬彈體靜止和運(yùn)動(dòng)2種工況下的變形情況開(kāi)展測(cè)試試驗(yàn)，綜合以上測(cè)試結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：
1）對(duì)比2種方法下的測(cè)試結(jié)果，可以看出二者測(cè)得的氣密環(huán)繩箍處的位移變化趨勢(shì)與規(guī)律一致，基于數(shù)字散斑相關(guān)法的DIC系統(tǒng)適用于氣密環(huán)承壓過(guò)程中的形變測(cè)試。
2）對(duì)比2種工況下的測(cè)試結(jié)果，可以看出彈體在靜止和運(yùn)動(dòng)2種工況下，氣密環(huán)形變量并沒(méi)有較大變化，彈體運(yùn)動(dòng)對(duì)氣密環(huán)變形影響不大。
3）基于數(shù)字散斑相關(guān)法的新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)獲得了簾子布上各點(diǎn)的承壓位移曲線(xiàn)，可為后續(xù)筒口氣密環(huán)工作原理的深入分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作提供數(shù)據(jù)支撐。
案例摘自：【陳前昆，中船重工第七一三研究所，基于數(shù)字散斑相關(guān)法的氣密環(huán)變形測(cè)試研究】