本發(fā)明涉及一種火工品貯存運(yùn)輸加速試驗(yàn)方法，該方法尤其適用于非電無污染爆炸螺栓的貯存運(yùn)輸加速試驗(yàn)。

背景技術(shù)：

火工品一般具有“長期貯存，一次使用”的特點(diǎn)，因此火工品貯存可靠性與貯存期成為重要的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)。為了短時(shí)間內(nèi)獲取火工品的貯存可靠性信息，開展貯存可靠性與貯存期等戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)評(píng)估是非常重要的。世界各國都十分重視火工品加速貯存試驗(yàn)技術(shù)研究，尤其是美國和俄羅斯這兩個(gè)當(dāng)今世界軍事強(qiáng)國，在該領(lǐng)域開展了大量的研究工作，積累了豐富的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。導(dǎo)彈作為火工品的代表，對(duì)其進(jìn)行的加速貯存試驗(yàn)是對(duì)其他火工品的加速貯存試驗(yàn)具有重要指導(dǎo)意義的。

美國先后對(duì)民兵、三叉戟等導(dǎo)彈進(jìn)行了貯存延壽研究，特別是針對(duì)民兵導(dǎo)彈的貯存延壽研究工作很具代表性，已經(jīng)成為世界各軍事強(qiáng)國參照學(xué)習(xí)的典范。全彈貯存試驗(yàn)中振動(dòng)貯存試驗(yàn)分為3個(gè)應(yīng)力等級(jí)：最好(best)、一般(likely)和最差(worst)。美國認(rèn)為導(dǎo)彈在長期貯存過程中發(fā)生失效的規(guī)律是一個(gè)多因素的復(fù)雜過程，美國導(dǎo)彈的貯存延壽研究采取的是利用其先進(jìn)的測試監(jiān)測技術(shù)，對(duì)每種導(dǎo)彈都定期隨機(jī)抽取一定數(shù)量的樣品進(jìn)行檢查、試驗(yàn)，確定是否安全、可靠，通過建立的數(shù)學(xué)模型外推導(dǎo)彈的壽命。其采取的延壽技術(shù)措施主要是更換、改進(jìn)存在隱患的部組件或有限壽命部組件。

俄羅斯的導(dǎo)彈貯存試驗(yàn)方法是自然貯存和加速貯存同時(shí)進(jìn)行，突出加速貯存試驗(yàn)。以多年的工程經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，將產(chǎn)品在模擬設(shè)備上作仿真試驗(yàn)，并要求建立若干模型，加速應(yīng)力有電應(yīng)力、溫度應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力(振動(dòng)、沖擊)等。俄羅斯加速貯存試驗(yàn)的理論和方法比較成熟，形成了一套從材料/器件到整機(jī)/全彈的加速貯存試驗(yàn)理論和方法。

我國導(dǎo)彈總體上看主要采取以自然貯存試驗(yàn)為主的工程分析方法，總體技術(shù)水平偏低。近年來，開始了加速貯存試驗(yàn)方法的研究，但主要是溫、濕環(huán)境應(yīng)力的研究，鮮有振動(dòng)應(yīng)力方面的研究。運(yùn)輸中產(chǎn)生振動(dòng)和沖擊，會(huì)使火工品的可靠性降低，而現(xiàn)有技術(shù)中沒有火工品貯存運(yùn)輸加速試驗(yàn)的相關(guān)解決辦法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)和不足，提供一種火工品貯存運(yùn)輸加速試驗(yàn)方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種火工品貯存運(yùn)輸加速試驗(yàn)方法，具體包括如下步驟：

步驟1：運(yùn)輸試驗(yàn)系統(tǒng)搭建；

步驟2：火工品運(yùn)輸前，確定振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)位置；

步驟3：火工品運(yùn)輸、運(yùn)輸力學(xué)環(huán)境測試；

步驟4：基于運(yùn)輸實(shí)測數(shù)據(jù)，確定運(yùn)輸載荷譜；

步驟5：確定加速運(yùn)輸載荷譜；

步驟6：加速運(yùn)輸試驗(yàn)。

進(jìn)一步的，所述步驟1具體為：火工品按照標(biāo)準(zhǔn)要求裝在火工品包裝箱內(nèi)，采取可靠的固定方式固定在運(yùn)輸車內(nèi)，保證其在運(yùn)輸條件下不前后竄動(dòng)、上下跳動(dòng)和左右擺動(dòng)，模擬火工品實(shí)際運(yùn)輸狀態(tài)。

進(jìn)一步的，所述步驟2具體為：振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)設(shè)置在火工品包裝箱與運(yùn)輸車接觸面附近，數(shù)量為4個(gè)，依次為z1～z4，振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)z1位于前部包裝箱與運(yùn)輸車右側(cè)接觸面附近1cm處，振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)z2位于前部包裝箱與運(yùn)輸車左側(cè)接觸面附近1cm處，振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)z3位于后部包裝箱一角處的包裝箱與運(yùn)輸車未接觸面附近1cm處，振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)z4位于后部、與振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)z3現(xiàn)對(duì)的包裝箱另一角處的包裝箱與運(yùn)輸車未接觸面附近1cm處。

進(jìn)一步的，所述步驟3具體為：按照火工品貯存技術(shù)文件及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定路面等級(jí)和車輛行駛速度；振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)通過低噪聲電纜連接到動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀，采集獲取不同路面等級(jí)、車輛行駛速度下的振動(dòng)環(huán)境參數(shù)。

進(jìn)一步的，所述步驟4具體為：對(duì)不同工況下各個(gè)振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行功率譜密度分析；每種路況下，振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)z1、z2、z3和z4為一個(gè)域，進(jìn)行環(huán)境統(tǒng)計(jì)。

進(jìn)一步的，所述步驟5具體為：依據(jù)疲勞等效原則，并依據(jù)nasa-hdbk-7005反冪律模型的失效機(jī)理，當(dāng)部件暴露于穩(wěn)態(tài)動(dòng)載荷x(t)之下，所述穩(wěn)態(tài)動(dòng)載荷x(t)為周期的或隨機(jī)的，其均值為0，均方根為σx，其失效所需時(shí)間tf可近似用“反冪律”表述為公式(1)：

其中，b和c是取決于部件類型的常數(shù)；如果有兩個(gè)譜型相同但均方根值不同的穩(wěn)態(tài)動(dòng)載荷，兩者產(chǎn)生相同的破壞勢所需的時(shí)間的關(guān)系可由公式(1)得出公式(2)：

其中，t1表示第一穩(wěn)態(tài)動(dòng)載荷下振動(dòng)暴露持續(xù)時(shí)間，t2表示第二穩(wěn)態(tài)動(dòng)載荷下振動(dòng)暴露持續(xù)時(shí)間，σ1表示第一穩(wěn)態(tài)動(dòng)載荷的均方根、σ2表示第二穩(wěn)態(tài)動(dòng)載荷的均方根；

按自譜定義的隨機(jī)振動(dòng)，公式(2)變?yōu)楣?3)：

其中，g1(f)表示第一功率譜密度、g2(f)表示第二功率譜密度。

進(jìn)一步的，所述步驟6具體為：為模擬實(shí)際的貯存運(yùn)輸狀態(tài)，包裝箱通過壓板固定在試驗(yàn)平臺(tái)上，包裝箱內(nèi)裝有實(shí)際運(yùn)輸狀態(tài)下的火工品；試驗(yàn)布置振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)4個(gè)，分布在包裝箱4個(gè)面附近的振動(dòng)臺(tái)面上；振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)施時(shí)分別使用4點(diǎn)平均控制的控制方法；基于火工品運(yùn)輸力學(xué)環(huán)境測試結(jié)果，制定的加速運(yùn)輸載荷譜，作為加速運(yùn)輸試驗(yàn)的條件輸入，進(jìn)行貯存運(yùn)輸加速試驗(yàn)。

進(jìn)一步的，所述火工品為非電無污染爆炸螺栓。

進(jìn)一步的，在所述步驟1中，運(yùn)輸試驗(yàn)時(shí)用于運(yùn)輸環(huán)境力學(xué)環(huán)境測量的傳感器、低噪聲電纜、采集設(shè)備、供電用的ups均在運(yùn)輸車內(nèi)。

進(jìn)一步的，在所述步驟5中，b＝4。

本發(fā)明有益技術(shù)效果如下：

采用本方法成功進(jìn)行了典型火工品非電無污染爆炸螺栓的運(yùn)輸、運(yùn)輸力學(xué)環(huán)境測試；基于運(yùn)輸實(shí)測數(shù)據(jù)，確定了運(yùn)輸載荷譜和加速運(yùn)輸載荷譜；進(jìn)行了貯存運(yùn)輸加速試驗(yàn)。該方法具有廣泛的通用性，同樣適合于其它火工品的貯存運(yùn)輸加速試驗(yàn)，具有較好的推廣意義。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1火工品包裝箱振動(dòng)環(huán)境測試振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)示意圖

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種火工品貯存運(yùn)輸加速試驗(yàn)方法，包括如下步驟：

步驟1：運(yùn)輸試驗(yàn)系統(tǒng)搭建。

火工品按照標(biāo)準(zhǔn)要求裝在火工品包裝箱內(nèi)，采取可靠的固定方式固定在運(yùn)輸車內(nèi)，保證其在運(yùn)輸條件下不前后竄動(dòng)、上下跳動(dòng)和左右擺動(dòng)，模擬火工品實(shí)際運(yùn)輸狀態(tài)。本實(shí)施方式中火工品為非電無污染爆炸螺栓，為了試驗(yàn)安全、方便測量，運(yùn)輸試驗(yàn)時(shí)用于運(yùn)輸環(huán)境力學(xué)環(huán)境測量的傳感器、低噪聲電纜、采集設(shè)備、供電用的ups均在運(yùn)輸車內(nèi)。

步驟2：火工品運(yùn)輸前，確定振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)位置。

參照?qǐng)D1，振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)設(shè)置在火工品包裝箱與運(yùn)輸車接觸面附近，數(shù)量為4個(gè)，依次為z1～z4，每個(gè)振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)分解為x(車前后方向)、y(垂直路面方向)、z(車左右方向)三個(gè)方向。振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)z1位于前部包裝箱與運(yùn)輸車右側(cè)接觸面附近1cm處，振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)z2位于前部包裝箱與運(yùn)輸車左側(cè)接觸面附近1cm處，振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)z3位于后部包裝箱一角處的包裝箱與運(yùn)輸車未接觸面附近1cm處，振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)z4位于后部、與振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)z3現(xiàn)對(duì)的包裝箱另一角處的包裝箱與運(yùn)輸車未接觸面附近1cm處。

步驟3：火工品運(yùn)輸、運(yùn)輸力學(xué)環(huán)境測試。

按照火工品貯存技術(shù)文件及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定路面等級(jí)和車輛行駛速度。就非電無污染爆炸螺栓而言，iv級(jí)路的運(yùn)輸速度是25km/h、高速路的運(yùn)輸速度是60km/h。振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)通過低噪聲電纜連接到動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀，采集獲取不同路面等級(jí)、車輛行駛速度下的振動(dòng)環(huán)境參數(shù)。

步驟4：基于運(yùn)輸實(shí)測數(shù)據(jù)，確定運(yùn)輸載荷譜。

對(duì)不同工況下各個(gè)振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行功率譜密度分析。每種路況下，振動(dòng)響應(yīng)測點(diǎn)z1、z2、z3和z4為一個(gè)域，進(jìn)行環(huán)境統(tǒng)計(jì)。公路運(yùn)輸試驗(yàn)振動(dòng)環(huán)境測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)，每種路況、每個(gè)方向設(shè)計(jì)一個(gè)條件。結(jié)合火工品的實(shí)際設(shè)計(jì)、運(yùn)輸試驗(yàn)振動(dòng)環(huán)境測量結(jié)果，取高速路和iv級(jí)路兩種路面的振動(dòng)環(huán)境作為火工品公路運(yùn)輸?shù)恼駝?dòng)環(huán)境。具體的，在高速路、垂直路面方向(y向)上，非電無污染爆炸螺栓公路運(yùn)輸振動(dòng)環(huán)境結(jié)果見表1。

表1非電無污染爆炸螺栓在高速路、垂直路面方向(y向)上的公路運(yùn)輸振動(dòng)環(huán)境結(jié)果

步驟5：確定加速運(yùn)輸載荷譜

依據(jù)疲勞等效原則，并依據(jù)nasa-hdbk-7005反冪律模型的失效機(jī)理，當(dāng)部件暴露于穩(wěn)態(tài)動(dòng)載荷x(t)之下，所述穩(wěn)態(tài)動(dòng)載荷x(t)為周期的或隨機(jī)的，其均值為0，均方根為σx，其失效所需時(shí)間tf可近似用“反冪律”表述為公式(1)：

其中，b和c是取決于部件類型的常數(shù)。“反冪律”用來建立機(jī)械和電氣設(shè)備與工作載荷作用時(shí)間有關(guān)的失效模型，也適用于環(huán)境載荷，包括動(dòng)態(tài)載荷。如果有兩個(gè)譜型相同但均方根值不同的穩(wěn)態(tài)動(dòng)載荷，兩者產(chǎn)生相同的破壞勢所需的時(shí)間的關(guān)系可由公式(1)得出公式(2)：

其中，t1表示第一穩(wěn)態(tài)動(dòng)載荷下振動(dòng)暴露持續(xù)時(shí)間，t2表示第二穩(wěn)態(tài)動(dòng)載荷下振動(dòng)暴露持續(xù)時(shí)間，σ1表示第一穩(wěn)態(tài)動(dòng)載荷的均方根、σ2表示第二穩(wěn)態(tài)動(dòng)載荷的均方根。

按自譜定義的隨機(jī)振動(dòng)，公式(2)變?yōu)楣?3)：

其中，g1(f)表示第一功率譜密度、g2(f)表示第二功率譜密度。

對(duì)航天運(yùn)載器設(shè)備，因其涉及到電氣電子元件，因此，根據(jù)反冪律模型，所有類型的振動(dòng)中b＝4，除非有數(shù)據(jù)證明使用其它值是合適的。

振動(dòng)暴露持續(xù)時(shí)間，gjb150a規(guī)定，高速公路上的卡車運(yùn)輸：普通貨車/卡車的振動(dòng)暴露持續(xù)時(shí)間每1600km的公路運(yùn)輸為60min(每個(gè)軸向)。

根據(jù)火工品貯存的運(yùn)輸環(huán)境剖面，確定各種路況下的運(yùn)輸里程，由運(yùn)輸速度，計(jì)算出第一穩(wěn)態(tài)動(dòng)載荷下振動(dòng)暴露持續(xù)時(shí)間t1；依據(jù)gjb150a，普通貨車/卡車的振動(dòng)暴露持續(xù)時(shí)間每1600km的公路運(yùn)輸為60min(每個(gè)軸向)，獲取各種路況下的第二穩(wěn)態(tài)動(dòng)載荷下振動(dòng)暴露持續(xù)時(shí)間t2。根據(jù)公式(3)以及運(yùn)輸實(shí)測數(shù)據(jù)的運(yùn)輸載荷譜，確定加速運(yùn)輸載荷譜。

具體的，就非電無污染爆炸螺栓而言，從火工品制造工廠到倉庫或?qū)棸惭b場地，通常使用卡車運(yùn)輸，經(jīng)過的路面一般為高速路。根據(jù)現(xiàn)有的型號(hào)戰(zhàn)標(biāo)，典型火工品貯存公路運(yùn)輸高速路里程為10000km。非電無污染爆炸螺栓高速路況貯存運(yùn)輸里程為10000km，速度為60km/h，運(yùn)輸時(shí)間為t1＝167h。現(xiàn)對(duì)此運(yùn)輸試驗(yàn)條件進(jìn)行加速，對(duì)公式(3)，取決于部件類型的常數(shù)b取4，所述非電無污染爆炸螺栓在高速路、垂直路面方向(y向)上加速運(yùn)輸振動(dòng)環(huán)境見表2；加速試驗(yàn)時(shí)間為tt1＝(10000km/1600km)h＝6.25h。加速倍率為t1/tt1≈26.7。

表2非電無污染爆炸螺栓在高速路加速運(yùn)輸振動(dòng)環(huán)境

步驟6：加速運(yùn)輸試驗(yàn)

為模擬實(shí)際的貯存運(yùn)輸狀態(tài)，包裝箱通過壓板固定在試驗(yàn)平臺(tái)上，包裝箱內(nèi)裝有實(shí)際運(yùn)輸狀態(tài)下的火工品。包裝箱內(nèi)裝有30支非電無污染爆炸螺栓，其中6支2014批非電無污染爆炸螺栓安裝炸藥作為研究對(duì)象，另外24支2015批非電無污染爆炸螺栓未裝炸藥。試驗(yàn)布置振動(dòng)控制點(diǎn)4個(gè)，分布在包裝箱4個(gè)面附近的振動(dòng)臺(tái)面上；振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)施時(shí)分別使用4點(diǎn)平均控制的控制方法?；诨鸸て愤\(yùn)輸力學(xué)環(huán)境測試結(jié)果，制定的加速運(yùn)輸載荷譜，作為加速運(yùn)輸試驗(yàn)的條件輸入，進(jìn)行貯存運(yùn)輸加速試驗(yàn)。