弹头形状对Hopkinson杆校准系统高g值加速度波形的影响
高g值加速度冲击试验技术研究
普勒测速仪 同时记 录冲击过程 中测试装 置外壳 和电路模块 的激光频 移信号 ， 处理 可得到二者 的加速 度—— 时问 曲线 ， 比
较 了泡沫铝 的高 ｇ 值缓 冲效 果。
关 键 词 ：加 速 度 ； ｇ值 冲 击 ； 气 炮 ； 冲 高 空 缓 中 图分 类 号 ：０ ８ ３９ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ａｃ ｅ ｅ ａ ｏ ｓ ｏ ｋ ｔ ｓ ｅ ｈ ｌ ｙ ｗｉｈ ｇ ｒ ｖ ｌ ｅ ｆ Ｇ ｃ ｌｒ ｔ ｎ ｈ ｃ ｅ ｔ ｔ ｃ ｎｏ ｏｇ ｔ ｈｉ ｈｅ ａ ｕ ｓ ｏ
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（ ｔｔ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｆＥ ｅ ｔ ｎｃＭｅ ｓｒｍｅ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ＳａｅＫｅ ａ ｏａｏｙｏ ｌｃｒ ｉ ａｕｅ ｎ ｈ ｏｏ ｙ，Ｎｏ ｈ Ｕｎｖ ｒｉ ｆ ｉａ ａｙ ａ ３ ０ ，Ｃ ｉａ ｏ Ｔｅ ａ ｉｅｓｔ ｏ ｎ ，Ｔ ｉｕ ｎ０ ０ ５１ ｈｎ ） ｙ Ｃｈ
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异形子弹校准高g值加速度计的数值模拟
异形子弹校准高g 值加速度计的数值模拟苏实，卢玉斌，张书，汪覃（西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室，四川绵阳621010）来稿日期：2017-12-24基金项目：NSAF 国家自然科学基金（U1430110）作者简介：苏实，（1994-），男，山西人，本科，主要研究方向：冲击力学研究；卢玉斌，（1980-），男，陕西人，博士研究生，副研究员，主要研究方向：冲击动力学研究1引言随着MEMS 技术的不断进步，使加速度计的应用越来越广泛。
高g 值加速度计是对高量程加速度计的统称，是MEMS 技术应用于高速撞击过程中冲击载荷测量的关键之一[1]。
现代战争中，攻击高强度高价值防护目标实现最大损伤，已成为国内外军事领域研究的热点。
高g 值加速度计作为仪表被广泛应用于动态撞击过程及高速运动中冲击载荷的测量，特别应用于一些深层侵彻系统的研究及靶板目标特性的研究[2]。
在民用方面，其也可应用于汽车碰撞试验和飞机抗坠毁实验中的过载测量。
高g 值加速度传感器在很多场合都可以反复使用，但在多次使用过后，由于承受高载荷的作用，灵敏度等参数可能会发生变化，需要经常校准。
如何保证加速度校准过程的精确度和可靠性是加速度计设计中需解决的重要问题。
计算器波形记录仪激光干涉仪信号调试仪压缩空气真空夹具安装座加速度计子弹整形器Hopkonson 杆光栅图1微型霍普金森压杆装置示意图Fig.1Micro Hopkinson Pressure Bar Device Schematic Diagram现今国内外主要采用微型霍普金森（Hopkinson ）压杆技术对高g 值加速度计进行动态校准。
近几年研究表明，霍普金森压杆受到撞击后所产生的应力波形具有一定上升沿时比上升沿时很短的近似矩形波形在波传播弥散等方面有很大的改善，因此对子弹撞击后所产生的波形进行整形无疑会对校准精度的提高有很摘要：高g 值加速度计是MEMS 技术应用于高速撞击/冲击过程中冲击载荷测量的关键之一，现今主要采用微型霍普金森压杆技术对高g 值加速度计进行动态校准。
Hopkinson压杆校准加速度传感器的计算分析
Hopkinson压杆校准加速度传感器的计算分析作者：徐海斌， 钟方平， 李焰， 林鹏， 熊琛作者单位：西北核技术研究所,西安,7100241.王巍.张志杰.WANG Wei.ZHANG Zhi-jie利用Hopkinson杆对高量程传感器进行校准的理论分析[期刊论文]-科技情报开发与经济2005,15(8)2.杨波.王晓双一种加速度计冲击校准系统[会议论文]-20043.李庆丰.祖静.徐鹏.樊尚春.LI Qing-feng.ZU Jing.XU Peng.FAN Shang-chun激励脉冲宽度对加速度计冲击校准误差的影响[期刊论文]-仪表技术与传感器2009(z1)4.夏烈芳.高鹏.战丰丰.吕固涛.XIA Lie-fang.GAO Peng.ZHAN Feng-feng.LV Gu-tao基于Hopkinson杆的高g值冲击传感器校准[期刊论文]-电子设计工程2009,17(8)5.张力.俞锦.杨树敏1000MPa动态压力校准装置[会议论文]-20006.连大鸿.李新良.曹亦庆.张大治加速度计冲击特性的绝对校准方法[期刊论文]-航空计测技术2002,22(3)7.冯家臣.彭刚.曲英章.高英莉.刘原栋PVDF压电计在Hopkinson压杆上的动态标定[会议论文]-20048.范秋涛.王铁玲加速度传感器的冲击校准[期刊论文]-计量与测试技术2005,32(9)9.李晓红.范锦彪.王燕.LI Xiao-hong.FAN Jin-biao.WANG yan一种压阻式高g值传感器的冲击校准的方法研究[期刊论文]-传感器世界2010,16(10)10.李庆丰.祖静.徐鹏.樊尚春激励脉冲宽度对加速度计冲击校准误差的影响[会议论文]-2009本文链接：/Conference_6416717.aspx。
基于Hopkinson杆的高g值冲击传感器校准
基于Hopkinson 杆的高g 值冲击传感器校准1 引言微加速度计是MEMS(Micro Electromeclaanical System)的一个重要分支，在航空航天、汽车、国防等领域有着广泛应用。
高g 值加速度传感器作为一次仪表被广泛应用于撞击及高速运动过程中高过载测量，在深侵彻武器设计中，它可用于识别目标，也可用于测量飞机抗坠毁实验中和汽车碰撞试验中的过载川。
高g 值加速度传感器灵敏度系数的精度直接影响测量精度。
由于高g 值加速度传感器在很多场合都可以重复使用，在使用过程中，由于所承受高过载作用，其灵敏度系数可能发生变化，需经常校准。
因此高g 值加速度传感器灵敏度的测量不仅在研制高g 值加速度传感器中扮演着重要角色，而且在抗高过载测量中起着重要作用。
主要介绍微型霍普金森(Hopkinson)杆技术，采用激光多普勒原理，用衍射光栅做合作目标，使用调频信号的一种数字化解调方法实现多普勒频移数据处理，时间分辨率为一个采样间隔。
该技术具有鲁棒性好、过程收敛、结果精确等特点。
应用滑动最小二乘拟合直线段的方法实现微分运算，获得冲击速度和加速度的瞬时测量值，并给出实验结果。
2 加速度传感器校准装置及工作过程图1 为高g 值加速度冲击传感器校准装置，是由Hop-kinson 杆、差动式激光多普勒干涉仪、数字示波器和计算机系统组成。
霍普金森(Hopkinson)激光干涉冲击试验台是加速度传感器冲击标准专用差动激光多普勒测速仪和小型空气炮加载系统，主要用于高g 值测量，使用Hopkinson 棒，在杆中产生应力波，在距离端面几倍棒直径处，应力波的波振面实际上变成平面波，只要棒的长度与直径之比充分大，用Hop- kinson 冲击机，在校准端面可获得波形良好及横向运动很小的冲击过程。
差动式激光多普勒测速仪是测量通过激光探头示踪粒子的多普勒信号，再根据速度与多普勒频。
子弹撞击Hopkinson 杆的应力误差分析
SYS
JUL 22 2015
11颐37颐16
图 1 仿真模型图
2.2 仿真结果 让子弹以 30 m/s 的速度去撞击小杆袁历时 80 s遥
在软件 LS-PrePost 中观察撞击结果袁发现杆上有应 力波从子弹这一端向着另一端传播袁且杆的应力有 一个由小到大再逐渐减弱的过程遥
沿着杆的轴向袁取 A尧B尧C 3 点袁分别间隔 0.5 cm遥 该模型中袁X 轴即为杆的方向袁其他方向已经被约束 不产生应力袁对结果的影响可忽略不计袁则可画得 X 轴方向的时间-应力曲线袁如图 2 所示遥
杆的材料也是钢袁采用 Johnson_Cook 塑性模型袁 该模型主要参数如表 2[7]所示遥
表 2 Hopkinson 杆的材料模型参数
参数 A /MPa 数值 7.92伊10-3
B/MPa
n
5.1伊10-3 0.26
C
ห้องสมุดไป่ตู้
m
1.4伊10-2 1.03
2 仿真实验
2.1 仿真模型 用 ANSYS/LS-DYNA 有限元分析软件建立子弹
第 42 卷第 2 期 2016 年 2 月
中国测试 CHINA MEASUREMENT & TEST
Vol.42 No.2 February，2016
doi院10.11857/j.issn.1674-5124.2016.02.007
子弹撞击 Hopkinson 杆的应力误差分析
朱倩倩 1袁2袁 尤文斌 1袁2袁 范锦彪 1袁2
趋势和平头弹撞击 Hopkinson 杆实验数据得到的实测时间-应力曲线变化趋势一致袁 得出压力变化越快袁 应变率越
大袁导致应变快袁相应的应力增大快的结论遥 由于应力波的衰减与弥散袁前应变片测得的应力总是大于后应变片遥
基于Hopkinson杆的高g值加速度计的标定
ｃ ｎｓ ｔ ｆ ｈ ｒｃｓｏ ａｉｒｔ ｎｄ ｍａ ｄ ． ａ ａｉ ｙｔｅｐｅ ｉｉｎｃ ｂ ａｉ ｅ ｎ ｓ ｓ ｌ ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｈｏ ｋ ｎ ｏ ａ ；ｌｓ ｒｉ ｔｒｅｏ ｔｒ ；ｈ ｇ ｐ ｉ ｓ ｎ ｂ ｒ ａ ｅ ｅ ｆｒ ｍｅｅ ｓ ｉ ｈ ｇ；ｃ ｌ ｒ ｔ ｎ ｓ ｎ ｉ ｖｔ ｎ ａ ｉ ａｉ ｅ ｓｔ ｉ ｂ ｏ ｉ ｙ
董 力科 ， 月松 ，陈昌鑫 ， 正席 代 孙
（ 中北 大 学 仪 器 科 学 与 动 态测 试 教 育 部 重 点 实验 室 ，山 西 太 原 ０ ０ ５ ） ３０ １ 摘 要 ： 绍 了基 于 Ｈ ｐ ｉｓｎ杆技 术 的 激 光 光栅 干 涉 法 冲 击加 速 度 计 的 绝 对 校 准 方 法 。 采 用 激 光 干 涉仪 对 激励 信 号 介 ｏ ｋｎｏ 进 行 测 量 ， 现 对 高 ｇ 加 速 度 计 的 标 定 。给 出 了高 ｇ 加 速 度 传 感 器 的 灵敏 度 标 定公 式 ， 通 过 比较 说 明 了 两种 公 实 值 值 并 式 的优 缺 点 。 实验 结 果表 明 ． 文 中 的标 定方 法 可 满足 标 定 的精 度 要 求 。 本
高 ｇ 加 速 度 传 感 器 作 为 一 种 重 要 的 测 量 元 件 ［ ］ 泛 值 １， －广 ２ 用 于 动 态 撞 击 过 程 及 高 速 运 动 过 程 中 冲 击 载 荷 的测 量 ． 别 特
是 兵 器 科 学 技 术 中侵 彻 与 反 侵 彻 过 程 的 研 究 、 板 目标 特 性 靶 的研究 等。例如穿 甲弹的侵彻贯穿过程 中的冲击力 测量 。 汽
Ｄ ＯＮＧ ｉ ｅ Ｌ — ，ＤＡＩＹｕ －ｏ ｇ，Ｃ ｋ ｅｓｎ ＨＥ Ｃ ａ ｇ ｘ ｎ， ＵＮ Ｚ ｅ ｇｘ Ｎ ｈ ｎ － ｉ Ｓ ｈ ｎ － ｉ
利用Hopkinson杆标定自由落体冲击装置的恢复系数
传感 器 的理想装 置 ， 然而 该 实验装 置 比较庞 大 ， 操 作也 比较 繁琐 ， 于 大 批 量 测 试 传感 器 可 操 作 性 对 不高 ， 以我们 自制 了 一套 自由 落体 冲击 装 置 来 所 代替 Ｈ ｐ ｉｓｎ杆 。高 量程 加 速 度 传感 器 的测 试 ｏｋｎｏ 装置 必须 具备 两个 功能 ： 一 ， 够实 现高 ｇ值 的 第 能 冲击 加 速度 ； 二 ， 以知道 它所 产 生 的高 ｇ 的 第 可 值 加速 度值 … 。 自由 落 体 冲 击 装 置 具 备 了上 述 的 第 一个 条件 ， 如果 想要具 备 第二 个条 件 ， 需要 利 就 用 Ｈｏｋｎｏ 对 自由落 体 冲 击 装 置 进 行 标 定 ， ｐ ｉｓｎ杆 标定 的内容 为 碰撞 恢 复 系 数 ｋ 本 文 将 介 绍 该 装 ，
第２ ９卷第 １ 期 ２ １ 年 ３月 ０１
量 成 黪 铖 ｉ 篆 遒
Ｊ ＣＨＥＮＧＤｌ ｌ ＡＮＬＵ ＯＮ（ＸＵＮ Ｔ Ｔ
Ｖｏ ． ９ Ｎ ． １２ ｏ １
Ｍ ａ ． ０ｌ１ ｒ２
利用 Ｈ ｐｉ ｏ 杆标定 自由落体冲击装置的恢复系数 ｏｋ ｓ ｎｎ
郑 宇 方 岚 徐 栋
装置 的 目的。
关键词
Ｈ ｐ ｉｓｎ杆 ｏ ｋｎｏ
恢 复 系数 ｋ 高量程加 速度 传 感器
一
１ 引 言
低量程加速度传感器的测试方法有很 多种 ， 如振 动法 、 光干 涉法 、 冲击 摆试 验 、 落球 实验 、 背靠
背实 验等 ， 这些 方 法 只适 合 标 定 量 程 较 低 的 加 速
基于Hopkinson杆的高g值加速度传感器的动态特性分析
引 言
高 ｇ值 加 速 度 传 感 器 ， 已广 泛 地 应 用 于 动 态
频 域 两个方 面来 分 析 及 研究 加 速 度 计 动 态 特 性 的
灵 敏度 系数 和频 率 响 应 这 二个 重要 参 数 。对加 速 度 传感 器进 行校 准 的 目的就 是 得 出加 速 度 传感 器
的时域 动态 特 性 指 标 和 频域 动 态 特 性 指 标—— 灵
准 结 果 加 以说 明 。
关键 词 ： 激光 干 涉仪 ； 态特性 ；Ｈｏ ｋｎ ｏ 动 ｐ ｉｓｎ杆技 术 ； 准 校
中 图分 类 号 ： ＴＮ２ ６ ＴＭ９ ５ ２ ０； ３ ．１ 文献标志码 ： Ａ
Ｄｙ ｍ ｉ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ａ ｌ ｓ ｓ ｏ ｇ ｇ ａ ｃ ｌ ｒ ｍ ｅ ｅ ｓ ｎａ ｃ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｓ ｉ ｎａ ｙ ｉ ｆｈｉ ｈ— ｃ ｅ ｅ ｏ ｔｒ ｂ ｓｄ ｏ ａ ｅ ｎ Ｈｏ ｋｉ ｏ ａ ｐ ｎｓ ｎ ｂ ｒ
ＷＡＮＧ ａｊ ｎ，Ｗ ＡＮＧ ｎ， ｎ ｅ Ｈｕ —ｕ Ｙａ ＬＩＸｉ—
（ ｔ ｎ ｌ ｙ Ｌ ｂ ｒ ｔ ｒ ｏ ｅ ｔｏ ｉ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｎａ ｉ ａ ｏ Ｋｅ ａ ｏ ａ ｏ ｙ ｆ ｒＥｌ ｃ ｒ ｎ ｃ Ｍ ａ ｕ ｅ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ，Ｎｏ ｔ ｉ ｅ ｓｔ ｆＣｈ ｎ ， ｒｈ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｉ ａ
撞 击 过程 及 高 速 运 动 过 程 中 过 载 的测 量 ， 其 是 尤 弹体 侵彻 测试 的研 究 。高 速 撞 击 过 程 中的加 速度
Ｔ ａｙｕ ｎ ０ ０５１， ｉ ａ ３０ Ｃｈｉ ） ｎａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂａ ｅ ｏ ｉ ｏｎ ａ ａ ｅ ｎｔ ｒ ｅ ｅ ｃ ｓ ｃ ｅ ｔｂｅ ｓ ｒ ｃ ： ｓ ｄ ｏｎ Ｈ ｐｋ ｎｓ ｂ ｒ ｌ ｓ ｒ ｉ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｈｏ ｋ ｔ ｓ～ ｄｓ，ｔ ｓ ａ ｅ ａ ｌ ｚ ｄ ｔ ｈｉ ｐ ｐ ｒ ｎａ ｙ ｅ ｈｅ ｄｙ ａ ｉ ｈａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ ｏｆｈ ｇｈ ｇ ａ ｃ ｌ ｒ ｔｏｎ ｓ ｎ ｏｒ ｎ ｍ ｃ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｉ — ｃ ｅ ｅ ａ ｉ ｅ ｓ ｓ，ｄ ｓ ｕｓ ｅ ｈｅ ｃ ｃ ｐｔａ ｅ ｉ ｉｉｙ ｔ ｉ ｃ ｓ ｄ ｔ ｏｎ ｅ ｎｄ ｆ ａｓｂ ｌｔ ｏ ａ ｈｉ ｖ ｈｅａ ｃ ｅ ｅ ｔ ｍｐｌｔ ｅ ｆ ｅ ｕｅ ｙ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆａ ｈ ｇｈ ｇ ａ ｃ ｌ ｒ ｍ ｅ ｅ ．Ｔｈｉ ｔ ｏｄ ａ ｏｐ ｅ ｉｕｄ — ｒ ｑ ｎｃ ｈａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｓｏ ｉ — ｃ ｅ ｅ ｏ ｔ ｒ ｓ ｍｅ ｈ ｄ ｔ ｄ Ｈｏｐ ｎ ｏ ｒ ａ ｈｅ ｓ ｏｃ ａ ｃ ｌ ｒ ｔｏｎ ｇ ｎｅ ａ ｏｒ ｐｐｌｅ ｌｓ ｒｇｒ ｔｎｇ ｉ ｔ ｒ ｅ ｏ ｔ ｒ ｔ ｋｉ ｓ ｎ ｂａ ｓ ｔ ｈ ｋ ｃ ｅ ｅ ａ ｉ ｅ ｒ ｔ ，ａ ｉｄ ａ ａ ｅ — ａ ｉ ｎ ｅ ｆ ｒ ｍｅ ｅ ｏ ｏ ａｎ ｈ ｉ ｅ ｈｉｔ ｒ ｆ ｔ ｎｐｕ ｃ ｅｅ ａ ｉ ｎ ｗｉｈ ｈｉ ｃ ｕ ａ ｙ，ａ ｏ ｅ ｓ ｄ ｔ ｖｅ ｂｔ ｉ ｔ ｅ ｔｍ ｓ ｏ ｙ ｏ ｈｅ ｉ ｔ ａ ｃ ｌ ｒ ｔｏ ｔ ｇｈ ａ ｃ ｒ ｃ ｎｄ ｐｒ ｃ ｓ ｅ ｈｅ ｗａ — ｆ ｒ ｃ ｍ ｂｉ ｎ ｔ ｈｅｏｕ ｐｕ ｆａ ｃ ｌ ｒ ｏ ｍ ｏ ｎｉ ｇ ｗｉｈ ｔ ｔ ｔｏ ｃ ｅ ｅ ｏｍｅ ｅ ｏ ｏｂ ａ ｎ ｔ ｙ ｍｉ ａ ｉ ｒ ｔｏ ｅ ｕｌｓ ｔ ｒｔ ｔ ｉ ｈｅ ｄ ｎａ ｃｃ ｌｂ ａ ｉ ｎ ｒ ｓ ｔ ．Ｔｈｅ ｄｙ ａ ｉ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｅ ｕｌ ｆ ９ ８ ｐｉｚ ｌ ｃ ｒｃ ｓ ｎ ｏ ｓ ｗａ ｉ ｅ ｎ ｍ ｃ ｃ ｌｂｒ ｔｏ ｒ ｓ ｔｏ ８ ｅ ｏｅ ｅ ｔ ｉ ｅ ｓ ｒ ｓ ｇ ｖ ｎ． Ｋｅ ｒ ：ａ ｅ ｎｔ ｒｅ ｏ ｅ ｅ ｙ ｗｏ ｄｓ ｌ ｓ ｒ ｉ ｅ ｆ ｒ ｍ ｔ ｒ；ｄ ａ ｃ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ；Ｈ ｏ ｋｉ ｏ ｒｔ ｃ ｏ ｏｇ ｙｎ ｍｉ ｈａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｐ ｎｓ ｎ ｂａ ｅ ｈｎ ｌ ｙ；ｃ ｌｂｒ ｔｏｎ ａｉ ａ ｉ
子弹头部对亚音速气动特征影响数值模拟
子弹头部对亚音速气动特征影响数值模拟第29卷第5期2009年1O月弹箭与制导JournalofProjectiles,Rockets.MissilesandGuidanceV o1.29No.5Oct2009子弹头部对亚音速气动特征影响数值模拟曾必强,姜春兰,茶晓燕(北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室.北京100081)摘要:文中根据子弹气动理论对子弹外形进行了气动优化讨论.针对带药型罩子弹药可能使用的头部外形,对子弹药简化模型进行了CFD计算和风洞测试.根据计算分析结果认为:内凹,平面,外凸三种子弹头部外形对子弹气动特性的影响集中表现在子弹的阻力系数中,其对子弹升力,偏航力,阻心位置的影响较小.附于子弹侧壁的小尺寸目标探测器导致的不对称性对子弹气动特征影响较小,不带尾翼子弹阻心位置比较靠前端,这可能影响子弹飞行稳定性要求.提出增加尾翼稳定装置来保证飞行稳定.关键词:流体力学;气动特征;数值计算中图分类号:TJ011.2文献标志码:A NumericalSimulationofInfluenceofSubmunitionNoseon AerodynamicCharacteristicsunderSubsonicSpeedZENGBiqiang,JIANGChunlan.CHAXiaoyan (StateKeyLaboratoryofExplosionScienceandTechnology.BeijingInstituteofTechnology .Beijing100081.China)Abstract:Forimprovingtheattackingeffectonspotandlineg0a1.thefigureofsubmunitionwasoptimizedbythetheoryofgasdynamics.Focusedondifferentnosefiguresusedintheshapedchargewarheadandthet argetdiscriminationunitonsidewall,themodelwascomputedbyCFDandtestedbywindtunnelfacilities.Exceptthedr agcoefficient.theaer—odynamicresponsetOdifferentnosefiguremodelwassimulated.Thesimulationresultssho wthatthetargetdiscrimina—tionunithaslittlecontributionintheaerodynamicforce.ThepressurecentreisneartOthefront ofthesubmunition.SOitmaybeunstableinthetrajectory.Basedontheresult.theshapedchargesubmunitionwhichh asatargetdiscrimina—tionunitonsidewallcansatisfytheaerodynamicconsistencywithoutcancelingtargetdiscri minationunitandaddingwindcap.butanempennageshouldbeaddedtOkeepthestabilityinthetrajectory. Keywords:hydromechanics;aerodynamiccharacteristics;numericalsimulationO5I吾机载布撒器携带子弹药对目标进行防区外精确打击已成为弹药发展的一种趋势.但由于无控子弹出仓后受落点随机散布的影响,对飞机跑道这样的点,线目标的打击效率较低,为保证机场所有残余道面均不能满足飞机起降要求需投放大量子弹药进行重复打击.为提高子弹对点,线目标的打击效率可采用两种方法:为子弹加装定位修正系统和对子弹气动特征进行优化减小子弹落点散布.如果采用前者方案子弹成本和体积空间将很难控制在可接受范围,采用后者方案则可通过较小的改动来提高子弹对点,线目标的打击效率,这将是低成本子弹药的发展方向之一.子弹头部外形,子弹不对称性对子弹气动特性有着较大的影响.文中将针对带药型罩子弹药的几种可使用的头部外形和子弹侧壁凸出目标探测器带来的不对称性进行气动特征优化研究,为此类无控子弹外形气动优化设计提供参考依据.1子弹药外形与模拟条件带药型罩的子弹药头部外形基本可使用以*收稿日期:2o08—09—26作者简介:曾必强(1982一).男.云南人,博士研究生,研究方向:弹药气动力及弹道研究,弹药战斗部及其总体技术.174?弹箭与制导第29卷下三种形状:直接使用聚能装药药型罩做子弹头部形成内凹头部外形(如图1(a)),药型罩前端加挡板形成平面的头部外形(如图1(b)),药型罩前端加风帽形成外凸的头部外形(如图1(c)).子弹药中由于受体积空间的限制,目标探测器一般附于子弹侧壁前端形成子弹明显的不对称因素(见图1).叠露(a)内凹头部子弹模型(b)甲而头部予弹模型(c)外^头部子弹模型图1子弹药简化模型在CFD计算中在上述常用子弹药简化模型四周设定足够大的空气域,并将其与子弹壁面网格化,子弹壁面网格模型如图2所示.一一(a)头部内凹子弹网格模(b)头部f而:弹网格模型(c)头邵外千弹I拼模型图2子弹药网格模型机载布散器投弹时的飞行速度基本都在亚音速范围,即子弹在被投出后都在亚音速范围内作弹道飞行,所以数值模拟条件选用0.5Ma速度飞行的子弹进行模拟.结合子弹特点在数值模拟中分别对子弹攻角为±8.,±6.,±4.,±2., O.进行计算.2数值模拟方法文中数值模拟基本方程为三维Navier—Stokes方程,计算所用湍流模型为Spalart—All—maras一方程模型L1].数值模拟中,对连续动量和能量控制方程采用耦合解算技术联立求解,通过循环,得到收敛解.应用Gauss—Seide迭代法求解由有限体积法离散基本控制方程组得到的代数方程组,由于数值模拟的流场复杂,所用离散网格为三维网格,网格量很大,所以求解过程中应用多重网格技术加快求解收敛速度,减小了获得收敛解的迭代次数和CPU时间.数值模拟过程中,取远场前方来流条件作为初始条件.壁面边界条件为无滑移的绝对固壁边界,外边界条件取远场边界条件.文中流体采用了非结构网格离散求解域.3数值模拟结果3.1头部外形对流场影响为比较内凹,平头,外凸三种头部外形对子弹气动流场的影响,选取了这三种头部形状弹体在Ma一0.5,攻角a为4.时的流场压力分布情况进行对比.图3为内凹头部子弹表面及对称面内流场压力分布,图4为平头子弹表面及对称面内流场压力分布,图5为外凸头部子弹表面及对称面内流场压力分布.和～～".---:～图5=O.5.a=4.时锥面头部子弹表面及对称面内流场压力分布由图3～图5对比可见子弹头部外形对流场低压区范围和强度有着直接的影响,子弹从内凹头部到外凸头部的变化过程中低压区的范围和强度越来越弱.但由内凹头部子弹和平头子弹压力分布对比可知,低压区的范围和强度虽然有所减小但并不明显.由平头子弹和外凸头部子弹压力分布对比可知,低压区的范围和强度减小第5期曾必强等:子弹头部对亚音速气动特征影响数值模拟?175. 较为明显.由该分析可知子弹头部外形从内凹到平头的变化过程中对子弹表面和流场周围低压区的改变并不明显,但子弹头部外形从平头到外凸的变化过程中对周围低压区的改变较为明显.3.2弹体不对称对气动流场的影响为比较弹体侧壁目标探测器导致弹体不对称因素引起的弹体流场差异,选取了平头弹模型,Ma一0.5,攻角分别为4.和一4.时流场压力分布情况进行比较.图6,图7分别为子弹表面及对称面内的压力分布图.图6Ma一0.5,d:4.时平面头部子弹表面及对称面内压力分布:'一一,垂图7Mn一0.5,a一一4.时平面头部子弹表面及对称面内压力分布从图6,图7看出,在两种情况下子弹头部均出现了高压区,在头部菱角后方部位,弹身中部和弹底均出现了低压区.这是由于气流与子弹头部正碰,在子弹头部堆积,侧面和底端气流加速,膨胀引起的.由图2,图3对比还可见在两图中背风面和迎风面低压区范围差别基本相当. 由此可知,导致弹体不对称的小尺寸目标探测器,在正负攻角时对子弹表面压力和对成面内流场压力分布影响较小.3.3气动特性数值模拟结果以上三种子弹模型在一0.5,攻角为±8.,±6.,±4.,±2.,O.时的气动特性模拟计算结果如图8～图ll所示.图8,图9分别为三种模型阻力系数和升力系数随攻角变化曲线.由图8,图9可见,在该子弹药头部分别为内凹,平头,外凸外形时阻力,升力系数均有如下特点:阻力系数在攻角为零时最小,并随攻角的增大而缓慢增大,且阻力系数曲线在纵轴两一侧基本对称,升力攻角口/(.)系数曲线都近似图8阻力系数随攻角变化曲线于原点对称,这完全符合轴对称子弹阻力系数随攻角变化规律.在这三种子弹外形中,在小攻角时阻力系数随攻角增大而增大的幅度均较小,且内凹头部子弹阻./-o403n'一凹头子弹药u'…～平头子弹药Ol…凸头子弹药l24681.攻角a)2图9升力系数随攻角变化曲线力系数最大,外凸头部子弹阻力系数最小,外凸头部子弹与平头子弹的阻力系数差值要远大于平头子弹与内凹头部子弹阻力系数差值.升力系数均随攻角的增大而增大,且三种子弹外形计算所得升力系数曲线在小攻角时基本重合.图lO,图11分别为三种模型偏航系数和阻心到头部距离与弹长比随攻角变化曲线.由图10可见三种子弹模型计算的偏航系数与阻力0lO一凹头子弹药…...甲头子弹药OO5…^头子弹药:..'二惠,…一,:::{.Io6jII2468l卫伯,r.1图1O偏航系数随攻角变化曲线系数相差两个数量级以上,由此可知这三种子弹模型偏航力均较小可忽略不计.由图11可见在这三种子弹模型中,子弹压心均在攻角为零时最靠前,随攻角增大而向后移动,且这三条曲线在同一攻角下阻心比值较为接近.阻心比曲线大致基于纵轴对称,这符合典型对称子弹阻心比曲线随攻角变化规律.176?弹箭与制导第29卷4风洞实验验证为验证以上数值计算结果的准确性,利用0.3m×0.3m小型风洞对平头和内凹头部子弹药缩比模型进行了吹风试验.风速为0.5Ma,攻角分别为一4.,一2.,0.,2.,4.,6.,8..阻心比06,''..'.,,/O3一凹头子弹药O2…一-甲头子弹药0I…,1I头子弹药一l0-8—6—4—202468l0攻角/(.)图l1子弹阻心比随攻角变化曲线图12,图13分别为风洞测得内凹头部和平头子弹模型阻力,升力,偏航系数以及阻心比与以上计算结果对比曲线.I.4\●12.—一计算阻力系数10….Ⅲ?.十算升力系数…一汁算偏航系数08一计算阻心比一一,..一.-?实验阻力系数一～实验升力系数～,-二～一+_实验偏航系数一?实验阻心比02萼三一.dI2468I().一O2'-攻角&)图12凹面头部子弹计算结果与实验结果比较曲线\吨::J,.一10一汁算阻力系数…一?汁算升力系数O8…～汁算偏航系数,O6一汁算阻心比一.-?实验阻力系数r～一=a*l一,K一…实验升力系数一+_实验偏航系数O.2.一一-.:1._●一?实验阻心比::?一10—8—6==:II24681O一O2.攻角口)图13平面头部子弹计算结果与实验结果比较曲线由图12,图13计算结果与实验结果比较可见,除阻心比以外其他值计算结果与实验结果吻合较好,这是由于在阻心比的计算中多个小量参与了运算造成最后所得结果误差较大.由上两图的比较结果可知,计算结果准确可靠,可为该子弹气动优化设计提供分析依据.5结论由以上对带药型罩子弹药气动特征优化研究的CFD计算和风洞实验结果可得以下几点结论:1)子弹内凹头部,平面头部,外凸头部三种外形对子弹阻力系数的影响较大.但在小攻角时这三种情况中阻力系数随攻角变化幅度均较小.2)子弹内凹头部,平面头部,外凸头部三种外形对子弹升力,偏航力,阻心位置等方面的影响较小.且这三种情况下偏航力均较小,在小攻角时三种情况的升力系数曲线基本重合.3)子弹侧壁小尺寸的目标探测器导致的子弹不对称因素对子弹气动特征影响较小.4)根据子弹药能够平稳抛撒重心要在型心附近的要求,由子弹阻心比变化曲线可知这三种子弹模型都为静不稳定结构,为保证子弹弹道飞行稳定必须增加尾翼稳定装置.通过以上分析可认为侧壁带小尺寸目标探测器,顶端为药型罩的子弹药并不用取消侧壁目标探测器和增加风帽或挡板就能满足气动一致性要求,但应增加尾翼稳定装置来保证飞行稳定.参考文献:[1]SpalartP.AllmarasS.Aone-equationturbulence modelforaerodynamicflows[R].AIAA1992—0439.1992.E23SpekreijseSP.BoerstoelJW.VitaglianoPL.eta1.Domainmodelingandgridgenerationformulti—blockstructuredgridswithapplicationtoaerody—namicandhydrodynamicconfiguration[R].NASA CP一3l43.1992.[3]MavriplisDJ.JamesonA.Multigridsolutionof theNavier—Stokesequationsontriangularmeshes [.I].AIAAjournal.1990.28(8):1415—1425.。
斜端面Hopkinson 杆校准多维高g 值加速
第42卷第6期2022年12月振动、测试与诊断Vol.42No.6Dec.2022 Journal of Vibration，Measurement&Diagnosis斜端面Hopkinson杆校准多维高g值加速度计方法研究∗高猛，郭伟国，李小龙（西北工业大学航空学院西安，710072）摘要为了对多维高g值加速度计灵敏度系数进行校准，提出一种斜端面Hopkinson杆实现多维加速度计量脉冲方法。
首先，通过ANSYS/LS⁃DYNA有限元软件分析了斜面角度和激励脉宽对斜面上质点波形的影响，定义杆端斜面部分沿杆轴向投影L与激励脉冲波长λ的比值为δ；其次，利用改进的斜端面Hopkinson杆对三轴加速度计中2个轴的灵敏度及交叉灵敏度系数进行同步校准，得到不同气压下灵敏度系数矩阵。
研究结果表明：δ并不是决定斜面质点加速度波形的唯一参数，但对相同L的校准杆，δ值越小，斜面各质点加速度波形越趋于一致；因轴间耦合作用，双轴同步校准得到的各主轴灵敏度系数要小于单轴依次校准，且z轴方向激励（安装面法线方向）对y向（安装面切向）输出影响较大。
关键词冲击校准；灵敏度系数；横向灵敏度；多维高g值加速度计；斜端面Hopkinson杆中图分类号TP212.1；TH824.4引言弹体高速侵彻靶板过程中，由于靶体宏观或微观呈现复杂结构，导致弹体在侵彻过程中所受各方向阻力不同，为多维承载过程［1］。
三轴高g值加速度计因能同时感受3维加速度过载而被广泛应用于弹靶侵彻中。
为了获得三轴加速度计各轴上准确、可靠的数据，在研发和使用前，必须对其性能参数进行标定和校准。
Hopkinson杆作为一种动态加载装置，因其结构简单、操作方便、测量方法巧妙及加载波形易控等优点，已广泛应用于单轴高g值加速度计校准［2⁃9］，其最大量程可达20×104g，脉宽可达300μs。
现有三轴高g值加速度计主要有3组单轴加速度计正交组装、单芯片集成微机电系统（micro⁃electro mechanical systems，简称MEMS）等结构形式［10⁃11］，但无论哪种结构形式，因加工工艺及组装误差，3个敏感轴之间无法完全解耦，为了确保加速度计测量数据准确，必须对其轴间关系进行测试。
基于Hopkinson杆的加速度计校准波形调节理论分析和数值模拟
Compressed
Titanium
Air Projectile Hopkinson mounted base Accelerometer
Bar
stress wave
Air Gun Aluminum pad
Grating
Accelerometer
Personal Computer
Tansient Recorder
2 试验原理及试验方法
试验装置示意图如图1。被校准加速度计通过其下端的M5螺栓固连在安装座端面上，安 装座侧面沿轴线方向贴有反射光栅，另一端面通过真空夹具和油脂紧密吸合于Hopkinson杆 一端，杆的另一端通过真空夹具和油脂紧密吸合波形调整垫，其材料取2A12铝或紫铜。试验
时使用头部和尾部具有一定锥度的子弹（35CrMnSiA钢）同轴撞击调整垫，在杆中产生一个 近似半正弦压应力波。由于杆和安装座材料均采用钛合金（TC4），则压应力波几乎不受影 响通过二者接触面，在安装座自由端反射为拉伸波，入射压力波与反射拉伸波叠加，当杆与
Laser Interferometer
Hopkinson Bar mounted base
图 1 试验装置示意图 Fig.1 sketch of experiment equipment
图 2 Hopkinson 杆中应力波示意图 Fig.2 stress wave in Hopkinson bar
ｐｒｏＪ…ｔ ｌｅ
第十届全国冲击动力学学术会议论文集
直位移为零，子弹丸的速度均设定为 15m/s。为了避免单元形状发生畸变并控制加速度波形 质量，将弹丸和调整垫的接触区域附近的单元加密。求解过程的结束时间由应力波从杆一端
传播到另一端的时间 t 确定。通过两个应变片测试得到钛合金 Hopkinson 杆中的波速为 5100
微小型Hopkinson杆的动态校准系统
微小型Hopkinson杆的动态校准系统李玺;范锦彪;王燕;李婉蓉【摘要】In view of the commonly dynamic calibration system used Hopkinson bar for high resonant frequency and high-g accelerometer dynamic calibration problem of excitation pulse width can not meet the requirements,and the amplitude frequency characteristic curve in working frequency band is not straight. So put forward the micro small Hopkinson bar dynamic calibration system,the system adopts the tiny size precision calibration bar and the sensor installation structure is improved. The experiment with high-g value piezoresistive and B&K 8309 piezoelectric accelerometer proved that the system of dynamic calibration of amplitude frequency characteristic curve is more desirable.%针对常用Hopkinson杆动态校准系统进行高安装谐振频率高g值加速度计动态校准时激励脉宽不能满足要求，且幅频特性曲线工作频带内不平直的问题，本文提出了微小型Hopkinson杆的动态校准系统，该系统采用微小尺寸精密校准杆，并对传感器安装结构进行了改进，且实验证明该系统对高安装谐振频率的高g值压阻加速度计和B&K 8309高g值压电加速度计进行动态校准得到的幅频特性曲线较为理想。
高g值加速度计动态线性度标定方法研究
高g值加速度计动态线性度标定方法研究袁康博;郭伟国【摘要】针对高g值加速度计动态线性度标定问题,对基于霍普金森杆的标定系统所存在的技术问题进行了研究.为实现双子弹同步撞击标定杆从而产生标定所需的叠加信号,提出了单一炮管同步发射双子弹的方法,利用防止内外2发子弹相互滑动的紧固措施,有效地实现了双子弹撞击的同步性.运用有限元方法系统研究了子弹几何形状、材料、冲击速度和整形器的使用对高g值加速度计标定中的激励脉冲波形的影响机制,进而总结出双子弹标定系统子弹选择和波形控制方法.结果表明:在双子弹标定系统中,为了对加速度计进行某一频带上的动态线性度标定,可通过改变双子弹相对截面积或冲击速度的方式改变g值,通过改变子弹材料的方式改变标定频带.最后,利用提出的单炮管双子弹霍普金森杆标定系统对988-1198型加速度计的动态线性度进行实测,效果良好,证明了该方法的可行性.%The key problems in the dynamic linearity calibration of high-g accelerometers using Hopkinson bar system are studied. A single gun barrel system is proposed to achieve the synchronous impacts of two projectiles in the dynamic linearity calibration of accelerometers, in which the two projectiles are fastened by small-sized screws near their rear ends. The influences of geometry and material of projectile, impact velocity and pulse shaper on the excitation signals are investigated by using numerical method. It is found that that the amplitude of excitation pulse could be changed by adjusting the relative area of two projectiles and impact velocity. A certain frequency bandwidth could be achieved by using the projectile made from proper material. The single-barrel system is employed to calibrate thedynamic linearity of 988-1198 accelerometers, which proves the practicability of the proposed calibration system.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2017(038)012【总页数】9页(P2429-2437)【关键词】固体力学;高g值加速度计;动态线性度;霍普金森杆;波形整形【作者】袁康博;郭伟国【作者单位】西北工业大学航空学院,陕西西安710072;西北工业大学航空学院,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】O347.4+120世纪40年代，加速度计第一次被应用于提高军用火箭的命中率。
基于双弹头Hopkinson杆的高g值加速度传感器的动态线性分析
基于双弹头Hopkinson杆的高g值加速度传感器的动态线性分析杨志才;石云波;董胜飞;陈艳香;智丹【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2015(000)007【摘要】分析了高g值加速度传感器动态线性的测试原理并对双弹头Hopkinson 杆的可靠性进行了验证；同时利用双弹头Hopkinson杆激光干涉冲击试验装置测量了高g值加速度传感器的动态线性。
该方法是将双弹头Hopkinson杆作为冲击加速度发生器，用双膛冲击发生器发射两个子弹（分别为内、外弹），当两子弹分别单独与双弹头Hopkinson杆相撞时，通过控制冲击加速度发生器，使产生的加速度脉冲频率相同且峰值分别为a外、a内，测得加速度传感器对应输出加速度峰值分别记为A外、A内；保持相同的发射条件，当内外弹同时与Hopkinson杆相撞时，使两子弹作用于细杆上的冲击加速度脉冲的频率相同且峰值仍分别为a外、a内；根据应力波叠加原理，则叠加后产生的加速度峰值为a总=a外+a内，测得加速度传感器对应输出的加速度峰值记为A总；从而可以求出ΔY=(A外+A内)-A 总，通过分析ΔY是否在所要求的范围内来说明被测加速度计的动态线性。
%It analyzes the dynamic linear testing principle of high g acceleration sensor and verifies the reliability of the dual warhead Hopkinson bar. At the same time,using dual warhead Hopkinson bar laser interference impactex⁃periment device measures the high g acceleration sensor of dynamic linearity. This method is taking dual warhead Hopkinson bar as a signal generator. Firing two bullets(inner and outer) with dual chamber signalgenerator. When two bullets hit the dual warhead Hopkinson bar respectively,by controlling the impact acceleration generator,pro⁃duce the same acceleration pulse frequency which peaks are aouter and ainner. The measured output peak acceleration are Aouter and Ainner. Keep the same firing conditions,when the inside and outside bullet impact Hopkinson bar at the same time,the acceleration pulse frequency is the same and the peaks are aouter and ainner. According to the stress wave superposition principle,the peak acceleration of the superposition isatotal=aouter+ainner,the measured acceleration sensor acceleration peak corresponding to the output is Atotal. So we getΔY=(Aouter+Ainner)-A total. By analyzing the range ofΔY,evaluates dynamic linearity of accelerometer.【总页数】5页(P972-976)【作者】杨志才;石云波;董胜飞;陈艳香;智丹【作者单位】中北大学电子测试技术国防科技重点试验室，太原030051; 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点试验室，太原030051;中北大学电子测试技术国防科技重点试验室，太原030051; 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点试验室，太原030051;中北大学电子测试技术国防科技重点试验室，太原030051; 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点试验室，太原030051;中北大学电子测试技术国防科技重点试验室，太原030051; 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点试验室，太原030051;中北大学电子测试技术国防科技重点试验室，太原030051; 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点试验室，太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP206【相关文献】1.弹头形状对Hopkinson杆校准系统高g值加速度波形的影响 [J], 徐鹏2.基于Hopkinson杆的高g值加速度计的标定 [J], 董力科;代月松;陈昌鑫;孙正席3.基于Hopkinson杆的高g值冲击传感器校准 [J], 夏烈芳;高鹏;战丰丰;吕固涛4.基于Hopkinson杆的高g值加速度传感器的动态特性分析 [J], 王华军;王燕;李新娥5.基于高冲击台校准的高g值加速度传感器动态建模 [J], 刘伊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
高 g 值加速度计高冲击校准技术综述
高 g 值加速度计高冲击校准技术综述林然;张振海;李科杰;张东红;何昫【摘要】针对现有高 g 值加速度计校准存在的局限性问题，综述了高冲击校准技术。
该综述从系统组成、工作原理、性能指标、优缺点等方面总结了主要的校准装置或系统，为便于研究人员了解不同类别校准装置的差异性和共性提供重要参考。
该综述在加速度计的高冲击校准装置的选用及高冲击试验具有重要工程实用价值。
%Aiming at the problem of high g value accelerometer calibration,it is reviewed the high shock calibra-tion technology,summarizing multiple high shock accelerometer calibration instruments from the aspects of sys-tem composition,working principle,performance index,merits and demerits,which is convenient for research-ers to understand the generality and individuality,and also is of practical engineering value for the choice of high shock calibration instrument and high shock testing.【期刊名称】《探测与控制学报》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】7页(P106-112)【关键词】高冲击校准;加速度计;空气炮;霍普金斯杆;马希特锤【作者】林然;张振海;李科杰;张东红;何昫【作者单位】北京理工大学机电学院，北京 100081;北京理工大学机电学院，北京 100081;北京理工大学机电学院，北京 100081;合肥市新星应用技术研究所，安徽合肥 230031;北京理工大学机电学院，北京 100081【正文语种】中文【中图分类】TP200 引言高冲击校准技术是高g值、高量程、抗高过载加速度计应用的前提和基础，通过高冲校准技术，确定高g值加速度计的量程、冲击灵敏度、线性度、频响等重要性能指标，为精确打击弹药的智能炸点控制、侵彻武器、钻地弹药的研制奠定重要基础。
高g值加速度发生器中的波形整形技术
高g值加速度发生器中的波形整形技术周广宇;胡时胜【摘要】以Hopkinson压杆实验装置作为火工品抗过载实验中的高g值加速度发生器,通过数值模拟分析了子弹(形状)、波形整形器(材料、直径、厚度)对加载脉冲的影响规律,并获得了所需的加速度脉冲,实现了有效控制和改善火工品冲击实验中的加载环境.研究结果可为检验火工品在冲击环境下或经冲击后性能可靠度的实验设计、测试等提供依据.【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2013(033)005【总页数】8页(P479-486)【关键词】固体力学;波形整形技术;Hopkinson压杆;高g值加速度发生器【作者】周广宇;胡时胜【作者单位】山东水利职业学院,山东日照276826;中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室,安徽合肥230026;中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室,安徽合肥230026【正文语种】中文【中图分类】O347.4现代高科技战争弹药技术的发展，对火工品的安全性提出了更高的要求，而耐过载实验成为检验火工品在冲击环境下或经冲击后使用安全性的重要手段，构成其加载环境的主要因素［1］包括冲击的时间历程（冲击波形）、冲击脉冲的峰值加速度和冲击脉冲的持续时间（脉冲宽度）。
目前，Hopkinson压杆技术［2］已被广泛用来评估火工品的抗过载能力、标定高g 值加速度传感器［3－5］。
T.C.Togami等［4－5］用改进后的Hopkinson压杆装置得到加速度脉冲的峰值200 000g（g＝9.81m／s2），并对比了不同子弹速度下的加速度曲线。
R.D.Sill ［6］、T.C.Togami等［4］、李玉龙等［7］及盛党红等［8］采用 Hopkinson 压杆技术标定了高g值加速度传感器。
沈瑞琪等［9］则将Hopkinson压杆技术应用于火工品安全性的评估。
虽然采用Hopkinson压杆技术可以得到高于200 000g的冲击加速度峰值，但没有考虑波形弥散、加速度脉宽对火工品抗过载性能的影响，且加速度脉宽也只在10～25μs之间。
霍普金森杆实验技术简介
霍普金森杆实验技术简介1．材料动态力学性能实验简史在各类工程技术、军事技术和科学研究等广泛领域的一系列实际问题中，甚至就在日常生活中，人们都会遇到各种各样的爆炸/冲击载荷问题，并且可以观察到，物体在爆炸/冲击载荷下的力学响应往往与静载荷下的有显著不同。
了解材料在冲击加载条件下的力学响应必将大大有助于这些材料的工程应用和工程设计。
此外，数值模拟已在工程设计中发挥着重要作用，而进行数值模拟的前提是必须首先建立一个基于材料在各种应变率下（尤其是在动态应变率下）的精确应力－应变曲线基础上的本构模型。
所以，获得一套材料在高应变率下的应力—应变曲线则成为首要任务。
尽管人们已经研制了多种动态实验技术，但是，与准静态实验相比，进行有效并准确的高应变率下的动态实验依然是一个很大的挑战。
因此，为得到有效并准确的材料的应变率相关的应力—应变曲线，研制高效的、精确的高应变率实验装置是非常重要的。
首先，人们知道，固体力学的静力学理论所研究的是处于静力平衡状态下的固体介质，以忽略介质微元体的惯性作用为前提。
这只是在载荷强度随时间不发生显著变化的时候，才是允许和正确的。
而爆炸/冲击裁荷以载荷作用的短历时为其特征，在以毫秒（ms）、微秒（?s）甚至纳秒（ns）计的短暂时间尺度上发生了运动参量（位移、速度、加速度）的显著变化。
在这样的动载荷条件，介质的微元体处于随时间迅速变化着的动态过程中，这是一个动力学问题。
对此必须计及介质微元体的惯性，从而就导致了对应力波传播的研究。
一切固体材料都具有惯性和可变形性，当受到随时间变化着的外载荷的作用时，它的运动过程总是一个应力波传播、反射和相互作用的过程。
在忽略了介质惯性的可变形固体的静力学问题中，只是允许忽略或没有必要去研究这一在达到静力平衡前的应力波的传播和相互作用的过程，而着眼于研究达到应力平衡后的结果而已。
在忽略了介质可变形性的刚体力学问题中，则相当于应力波传播速度趋于无限大，因而不必再予以考虑。
霍普金森压杆系统气体炮弹速计算公式研究
１速度测试系统
１．１测速系统的组成及工作原理… 该系统有２个发射光传感器、２个接收光传感器、测速靶距框和测试仪等组成，见图ｌ。 发射光传感器是由电源提供６Ｖ电压，使发 射头内的光源发光，并通过测速靶距上１ｃｍ的窄
缝射向接收光。
接受光传感器是由其内装一个光电开关，当 接收到光时，开关闭合，成为通路，反之则断开。 该系统的Ｔ作原理是利用测试仪器，记录某一运 动物体穿越一固定距离的时间，从而得出物体ｌＳ 行的速度。
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图３模拟弹的实陌ｉ受力图
图中，只’彳为发射管内留有气体压强变化所产生的压力，Ｎ；尸‘彳为发射腔高压气体在放炮阀
打开后作用在模拟弹上的压力，Ｎ；只么为大气压所产生的压力，Ｎ；Ⅳ为发射管对模拟弹的支撑
力，Ｎ；Ｍｇ为模拟弹的重力，Ｎ。 根据力在同方向的可加性原理，将发射腔高压气体与发射管原气体混合后的综合作用效果等效 为二者分别作用时的叠加，所以我们在分析的过程中不妨将Ｐ’和只’的作用独立开来，分别建立其计 算模型。ｎ卜ｎ们 ３．１尸’的计算模型建立 发射腔的气体可近似看作是一维流动，即不计粘性的绝热高速一维流，微团的运动过程是等熵 过程，所以它是沿流线的等熵流动；当模拟弹运动到如图２所示某一位置ｘ时，由气体的绝热方程 得：
第九届全国冲击动力学学术会议论文集
霍普金森压杆系统气体炮弹速计算 公式研究
康婷许金余
白应生 于伯毅
（空军工程大学工程学院，陕西西安７１００３８） 摘要：霍普金森压杆系统是研究建筑材科冲击动力特性的主要设备。在大口径（由１００）霍普金森压杆系 统调试过程中，发现根据现有气体炮弹速计算公式，计算结果与试验结果存在较大偏差，不能有效指导 试验开展。本文分析了目前弹速计算公式的缺陷所在，根据牛顿第二运动定律和空气动力学原理推导出 了新的弹速计算公式。推导过程中考虑了实际装弹位置的变化和发射管内原来大气压的影响，考虑因素 比较伞面且符合实际情况。通过多次试验验证此计算公式精度较高，据此公式可以对霍普金森压杆系统 上的应变测量系统进行动态标定。本文所推公式计算过程简单，对霍普金森压杆系统的有效使用具有很 人帮助。 关键词：霍普金森乐杆系统；气体炮弹速；计算公式；空气动力学原理
电池抗高 g 值冲击的性能测试方法
电池抗高 g 值冲击的性能测试方法
王燕;马铁华;范锦彪
【期刊名称】《探测与控制学报》
【年(卷),期】2015(000)001
【摘要】针对弹载存储测试仪用电池抗高 g 值冲击的性能测试问题，提出以Hopkinson 杆为加载手段，利用差动式激光多普勒干涉仪绝对复现冲击加速度值。
该方法分别将4种型号的电池以水平和垂直方向放置进行高过载冲击试验，结果
表明：电池瞬间掉电主要受加速度峰值影响，固态聚合物锂离子电池的抗冲击性能最高为20万 g ，而且该性能与冲击方向有关。
侵彻钢板试验进一步验证了Hopkinson 杆试验的结果，为高过载条件下弹载仪器的电源选用提供依据。
【总页数】5页(P67-71)
【作者】王燕;马铁华;范锦彪
【作者单位】中北大学电子测试技术重点实验室，山西太原 030051;中北大学电
子测试技术重点实验室，山西太原 030051;中北大学电子测试技术重点实验室，
山西太原 030051
【正文语种】中文
【中图分类】TJ410.6;TB936
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高g加速度传感器固有频率
MEMS高g加速度传感器在爆炸、冲击测试以及侵彻弹引信等特殊领域具有非常重要的应用[1]。
压阻式微加速度传感器因其结构简单、信号易于检测、工艺成熟等优点而备受关注。
然而，目前所研制的压阻式传感器大多存在的缺点是：动态特性欠佳，更有甚者，在第一次之后的测试中根本得不到所需数据。
经分析，其原因在于：当外加动态载荷存在与系统的固有频率相等或相近的频率分量时，系统就会出现谐振现象，使得质量块-梁结构的运动幅值过大从而导致器件结构损坏。
为了避免这种现象，保证传感器结构的牢靠性和被测信号的不失真，有必要就提高传感器结构固有频率的方法进行研究[2]。
本文针对设计的压阻式高g加速度传感器固有频率低，输出信号有谐振现象，进行了结构优化设计，以提高固有频率，减小传感器结构的振幅、消除谐振现象，优化动态特性使其能满足冲击、侵彻、撞击等复杂环境下的要求。
利用动态测试方法对优化前后的高g加速度传感器进行信号输出对比测试，通过测试结果可知，优化后加速度传感器的固有频率有了明显的提高，动态特性更佳，可以在复杂环境下的应用。
1．加速度传感器的结构设计设计的压阻式高g值加速度传感器的整体结构如图1所示，量程为150000 g，采用四端固支的梁-岛微结构，梁的宽度和质量块的长宽均一致，压敏电阻对称的布置在四根梁的端部。
（a）正面图（b）背面图图1 高g加速度传感器的结构图根据设计指标，性能要求有以下约束条件：结构大应力max340σ≤MPa；固有频率250f≥kHz；阻尼比ξ趋近于0.707[3,4]。
考虑到MEMS加速度计加工工艺和技术指标的要求，在梁的宽度和质量块宽度相等的前提下，为保证质量块经KOH腐蚀后形成的完整性，以及结构参数对应力等的影响，利用ANSYS优化加速度传感器的结构参数。
采用标准加工工艺加工设计的加速度传感器，通过动态测试标定高g加速度传感器的性能指标。
测试结果显示，加速度传感器有严重的谐振现象，如图2所示，影响到加速度传感器的有效信号提取,经分析，该现象是所设计传感器的固有频率较低、结构振幅过大造成的。