數字散斑相關法DIC用于新型發射裝置氣密環變形測試

妮子201812 · 發表于 2024-11-26 17:05

背景介紹

彈體發射時出筒段在燃氣推力作用下沿發射筒軸向運動，氣密環-減震墊作為橫向支撐方式的一種，具有保持發射過程中筒內壓力穩定的功能。

穩定和持續的筒內壓力能夠保證彈體發射時獲得有效的推力，因此，在對氣密環的設計和定型過程中，測量其在一定壓力下的變形情況，進而確定其承壓性能，對保證彈體的正常發射具有重要價值。氣密環變形通常是采用接觸式測量方法——拉線式位移傳感器測量，采用個拉線式位移傳感器并聯，形成三角測量，由兩組數據確定一個測點的軸向和徑向位移。

然而，這種測試方法在換算過程中誤差較大，且操作復雜，無法方便獲取多個測點的變形數據。采用新拓三維XTDIC三維全場應變測量系統，通過跟蹤和匹配變形前后物體表面的2幅散斑圖像，實現對氣密裝置在沖擊載荷作用下表面整體的瞬時位移場和應變場的測量。02研究內容以發射筒氣密環為研究對象，采用基于數字散斑相關法的新拓三維XTDIC三維全場應變測量系統，對氣密環承壓性能開展測試，并與位移傳感器測試結果進行對比與分析。

測試數據表面，XTDIC三維全場應變測量系統適用于氣密環承壓過程中的形變測試，可獲取全場連續變形曲線，為氣密環結構優化設計提供數據支撐。氣密環及試驗裝置氣密環為橡膠材質，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；簾子布位于氣密環下沿，固定安裝在發射筒內壁。氣密環結構示意圖&試驗裝置及實物安裝圖彈體發射時，筒內氣壓迅速增加，繩箍處變形能夠反映筒內壓力泄漏情況，選擇繩箍處作為位移傳感器測量點，并在其對稱位置作為DIC系統的測量點。通過模擬彈體在筒內運動時氣密環變形情況的試驗裝置，獲取彈體靜止與導彈運動 2種狀態下氣密環的變形情況，從而考核氣密環的保壓性能。

DIC系統測試XTDIC三維全場應變測量系統搭配2個高速攝像機，實時采集物體各個變形階段的散斑圖像，利用數字散斑相關算法進行物體表面變形點的匹配，重建出匹配點的三維空間坐標，然后進行位移場數據的計算處理和變形信息的可視化分析，從而實現快速、高精度、實時、非接觸式的三維應變測量。DIC系統布置與安裝由于位移傳感器安裝位置視線受阻，將DIC系統測試區域布置在與傳感器測點對稱的位置，便于試驗結果對比。DIC測量部位以筒口氣密環橫截面外側邊為中心軸，兩邊寬度不低于20 mm的矩形區域。氣密環隨機散斑圖03測試結果對比與分析采用XTDIC三維全場應變測量系統和拉線式位移傳感器2種測試方法對氣密環變形開展測試，為全面驗證氣密環保壓性能，設計了彈體在靜止及運動2種工況。試驗裝置模擬彈體運動工況，以某一特定速度推動模型彈，模擬彈體運動。通過拉線式位移傳感器監測并記錄拉繩長度隨時間關系曲線；通過DIC系統記錄筒口氣密環觀測部位試驗全程的形變情況。

在 DIC三維全場應變測量系統測試結果中，重點選取3個測點的測試結果進行對比和分析。其中，測點1位于繩箍處（與位移傳感器測點對稱的位置），便于對比2種測試方式的測量結果；測點2位于簾子布總變形最大處，測點3位于測點1和2的中間部位，用于分析簾子布的變形情況。彈體靜止工況測試結果對比與分析彈體靜止工況DIC系統位移測試云圖彈體靜止工況繩箍處2種測試方法結果對比彈體靜止工況測點2和測點3位移變化曲線通過對彈體靜止工況下氣密環承壓性能試驗分析，2種測試方法結果位移變化趨勢與規律基本一致。DIC試驗首次獲取了簾子布上測點的位移數據，簾子布上受壓力鼓脹導致測點產生較大的徑向位移，但軸向位移較小。彈體運動工況測試結果對比與分析彈體運動工況測試結果，2種測試方法結果對比情況可以看出，二者位移變化趨勢與規律基本一致。彈體運動未對筒口氣密環承壓過程的狀態變化產生明顯的影響。

彈體運動工況 XTDIC 系統位移測試云圖彈體運動工況繩箍處2種測試方法結果對比彈體運動工況測點2和測點3位移變化曲線04研究結論發射裝置筒口氣密環承壓性能測試，分別利用基于數字散斑相關法的新拓三維XTDIC三維全場應變測量系統以及傳統測試方式——拉線位移傳感器，對氣密環在模擬彈體靜止和運動2種工況下的變形情況開展測試試驗，綜合以上測試結果，可以得到以下結論：

1）對比2種方法下的測試結果，可以看出二者測得的氣密環繩箍處的位移變化趨勢與規律一致，基于數字散斑相關法的DIC系統適用于氣密環承壓過程中的形變測試。

2）對比2種工況下的測試結果，可以看出導彈在靜止和運動2種工況下，氣密環形變量并沒有較大變化，彈體運動對氣密環變形影響不大。

3）基于數字散斑相關法的 XTDIC系統獲得了簾子布上各點的承壓位移曲線，可為后續筒口氣密環工作原理的深入分析以及結構優化設計工作提供數據支撐。

案例摘自：【陳前昆，中船重工第七一三研究所，基于數字散斑相關法的氣密環變形測試研究】

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[一般力學與力學基礎] 數字散斑相關法DIC用于新型發射裝置氣密環變形測試

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