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Engineering

Explosion Quantification Utilisation des barres de pression Hopkinson

Published: July 5, 2016 doi: 10.3791/53412
Automatic Translation
1, 1,2, 1, 1,2, 1,2, 2, 1, 3, 3
1Department of Civil & Structural Engineering, University of Sheffield, 2Blastech Ltd., 3Blast and IED Protection, Physical Sciences Department, Defence Science and Technology Laboratory (Dstl)

Abstract

Champ proche mesure de la charge de l'explosion présente un problème à de nombreux types de capteurs, car ils doivent supporter des environnements très agressifs et être capable de mesurer des pressions allant jusqu'à plusieurs centaines de mégapascals. A cet égard, la simplicité de la barre de pression de Hopkinson a un avantage majeur en ce que tandis que l'extrémité de mesure de la barre Hopkinson peut supporter et être exposés à des conditions difficiles, la jauge de contrainte montée sur la barre peut être fixée à une certaine distance. Cela permet aux boîtiers de protection qui doivent être utilisés qui protègent la jauge de contrainte, mais ne pas interférer avec l'acquisition de la mesure. L'utilisation d'un réseau de barres de pression permet à la pression-temps historiques à certains points discrets à mesurer. Cet article décrit également la routine d'interpolation utilisée pour obtenir des histoires en temps de pression à des endroits un-instrumenté sur le plan de l'intérêt. Actuellement, la technique a été utilisée pour mesurer le chargement d'explosifs à l'air libre et enterré peu profondément dans divers sols.

Introduction

Caractériser la sortie de charges explosives a de nombreux avantages, à la fois militaire (défense contre enterré des engins explosifs improvisés dans les zones de conflit actuelles) et civile (conception de composants structurels). Ces derniers temps, ce sujet a reçu une attention considérable. Une grande partie des connaissances acquises a destiné à la quantification de la sortie de charges pour permettre la conception de structures de protection plus efficaces. Le principal problème ici est que si les mesures effectuées ne sont pas de la haute fidélité alors les mécanismes de transfert de charge dans ces événements explosifs restent floues. Cela conduit à des problèmes de validation des modèles numériques qui reposent sur ces mesures pour la validation.

Le terme de champ proche est utilisé pour décrire les explosions avec des distances mises à l' échelle, Z, inférieure à environ 1 m / kg 1/3, dans laquelle Z = R / W 1/3, R est la distance du centre de l'explosif et W est la charge exprimée en massecomme une masse équivalente de TNT. Dans ce régime, la charge est généralement caractérisée par une très forte magnitude, hautement spatiale et temporelle pour des charges non uniformes. instrumentation robuste est donc nécessaire de mesurer les pressions extrêmes associées à champ proche chargement. A des distances écaillé Z <0,4 m / kg 1/3, des mesures directes des paramètres de souffle sont soit inexistantes ou très peu 1 et les données prédictives semi-empiriques pour cette gamme est basée presque exclusivement sur ​​des études paramétriques. Cela implique d' utiliser les prédictions semi-empiriques données par Kingery et Bulmash 2, qui est en dehors de la portée prévue de l'auteur. Alors que les outils basés sur ces prédictions 3,4 permettent d' excellentes estimations de premier ordre de chargement , ils ne saisissent pas entièrement la mécanique d'événements en champ proche, qui font l'objet de la recherche actuelle.

Champ proche des mesures de souffle ont récemment mis l'accent sur la quantification de la output de charges enterrées. Les méthodes utilisées varient d'évaluer la déformation provoquée à une cible structurelle 5-7 pour diriger la mesure de l' impulsion globale 8-13. Ces méthodes fournissent des informations précieuses pour la validation de la conception des systèmes de protection, mais ne sont pas en mesure d'enquêter pleinement les mécanismes de transfert de charge. Le test peut être effectué à deux échelles de laboratoire (1/10 à pleine échelle), ou à proximité de la pleine échelle (> 1/4), avec des raisons pragmatiques telles que le contrôle profondeur d'enfouissement ou d'assurer aucune forme inhérente du front de choc est générée par le utilisation de détonateurs plutôt que charges nues 14. Avec des charges enterrées les conditions du sol doivent être hautement contrôlé pour garantir la répétabilité des essais 15.

Indépendamment du si la charge est placée à l'air libre ou est enterré, la question la plus fondamentale dans la mesure de l'explosion qui en résulte est d'assurer la validité des mesures effectuées par le deplo d'instrumentationyed. Dans l'appareil d'essai conçu 16 une plaque cible «rigide» fixe est utilisé pour protéger les barres de pression Hopkinson 17 (HPBS) , tandis que dans le même temps veiller à ce que les extrémités des barres ne peuvent enregistrer que les pressions pleinement réfléchies. Les auteurs ont déjà montré que la mesure de la pression réfléchie par une cible rigide mesures «champ libre» 18-20 plus précis et reproductible de l' incident, ou. La géométrie de cette plaque est telle que tout allégement de la pression générée par la compensation ou l' écoulement autour du bord cible 21 serait négligeable. Ce nouvel appareil d'essai a été construit à l'échelle 1/4. A cette échelle, un contrôle serré sur les conditions d'inhumation et les explosifs peut être assurée, avec la taille de charge de la pleine échelle de 5 kg réduite afin de 78 g, à une profondeur de 25 mm d'enfouissement.

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Protocol

1. Cadre rigide de réaction

  1. Déterminer la distance mise à l' échelle à laquelle le test aura lieu en utilisant l' équation 1, où R est la distance du centre de l'explosif, et W est la charge de masse exprimée en une masse équivalente de TNT.
    Z = R / W 1/3 (1)
  2. Calculer impulsion maximale approximative cet arrangement va générer via la modélisation numérique (voir l' annexe A) ou des outils spécifiques tels que ConWep 3.
    Note: L'utilisation de ConWep 3 est uniquement valable pour libre souffle d'air, si une estimation des pressions générées par les redevances enterrées est nécessaire , la modélisation numérique plus avancée est nécessaire.
  3. Vérifiez la charge estimée à partir de la modélisation ne générera pas des déplacements dans le plan de plus de 0,5 mm dans la plaque cible.
  4. Augmenter la charge calculée par un facteur de 10 pour tenir compte des inexactitudes dans la modélisation et à ajouter de la flexibilité pour tes futursting.
  5. Concevoir un cadre de réaction rigide pour être en mesure de résister à la charge maximale calculée 16. Dans un département d'ingénierie, effectuer ces calculs dans la maison; chercher ailleurs les services d'un ingénieur en structure.
    1. Procure cadres de réaction rigides, contracter un entrepreneur spécialisé pour fabriquer et installer les cadres sur les plans de l'ingénieur.
  6. Procure plaque cible, contracter un fabricant d'acier spécialisé.
    Notez que la plaque devra être monté sur des cellules de charge (le cas échéant) et que des trous pour les HPBS (conçus à la section 3) devra être percé à travers la plaque avant le montage.

Figure 1
Figure 1. Schéma de la trame de test. (A) arrangement global, (B) le plan de la plaque cible, (C) vue rapprochée de la plaque cible. Til Hopkinson barres de pression sont suspendus à partir du récepteur de l'assemblage de la barre de sorte qu'ils sont assis au ras de la face de la plaque cible. Cela permet à la pression entièrement réfléchie agissant sur ​​la plaque cible à enregistrer. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

2. Charge de conception

  1. Procure ou de fabriquer des cellules de charge (le cas échéant). Ceux - ci peuvent être hors-the-shelf universelle (compression / tension) modèles de boîtes de rangement à jauges de contrainte ou construit en interne en utilisant des sections de tubes en acier doux à paroi épaisse soudés à des plaques avec des jauges de contrainte fixées dans une formation de pont de Wheatstone de montage comme indiqué sur la figure 2.
  2. Si les cellules de charge ont été fabriquées à l'interne, les envoyer à un contractant externe pour l'étalonnage.

Figure 2
Figure 2. Schéma de la. (A) Vue latérale, (B) en élévation d' extrémité en interne fabriqué des cellules de charge. Le cylindre gris foncé est un tube en acier à paroi épaisse qui souches sous chargement. Cette souche est enregistrée à l'aide d'une seule jauge de contrainte en l'absence de rotation est ressentie pendant le chargement. De l'étalonnage de la cellule de charge de la souche peut être liée revenir à la contrainte appliquée. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

3. Hopkinson Bar de pression de conception

  1. Déterminer la durée de l'enregistrement, L'équation 9 , Nécessaire pour capturer le chargement complet de l'explosion. La durée minimale requise est le temps pris dans le modèle numérique (section 1.2) pour la pression pour revenir à zéro, après le pic de pression initiale. Ici, utilisez 1.2 msec.
  2. Decide sur le matériau de choix pour les HPBS. Cela affecte la vitesse des ondes élastiques, Equation 10 Dans la barre qui est donnée par équation 11 où équation 12 est le module de Young et Equation 13 est la densité. Pour mesurer un choc à haute pression, utiliser des matériaux rigides tels que l'acier; alors que si l'on prévoit un choc plus faible, utiliser des matériaux moins rigides comme un alliage de magnésium ou même nylon.
  3. Choisir la position sur la HPB que la jauge de contrainte est placée, en étant aussi proche que possible de la face chargée de l'HPB pour minimiser la dispersion. Dans la configuration actuelle de l'épaisseur de la plaque cible et la maniabilité nécessaire pour adapter les barres en place signifie que les jauges ne peuvent être installés 250 mm de la face chargée.
  4. Calculer le HPlongueur de B nécessaire à l'aide Equation 14 , où Equation 15 est la distance entre la face chargée de l'HPB à la jauge de contrainte et Equation 16 (3,25 m).
  5. Déterminer le rayon de HPB nécessaire d'avoir une bande passante suffisante pour capturer l'événement en utilisant: Equation 17 kHz, où Equation 18 est le rayon de l' HPB en mm 22,23 (5 mm).
  6. Décider de la résolution spatiale nécessaire pour capturer la distribution de pression à travers la plaque. Ceci est généralement aussi proche que possible tout en maintenant l'intégrité structurelle de la plaque cible. Dans les travaux en cours, utiliser 25 mm.
  7. Percez des trous dans la plaque cible pour monter les HPBS (ce qui peut faire partie du processus de fabrication). Un ajustement serré est nécessaire without les HPBS étant en contact avec la plaque. Ici, utiliser une tolérance de 0,5 mm avec 17 trous forés en forme de croix (figure 1b).
  8. Procure les HPBS (17), en veillant à avoir les extrémités distales filetées pour permettre la suspension dans le récepteur de l' assemblage de la barre (figure 3A).

4. Experimental Configuration et acquisition de données

Remarque: Avec le cadre de la réaction, la plaque cible, les cellules de charge et HPBS conçu et fabriqué, l' assemblage peut commencer comme le montre la figure 1, et conçu dans la section 1 du protocole.

  1. Fixer des jauges de contrainte à semi - conducteurs à HPBS (figure 3B) et des cellules de charge à l' aide de cyanoacrylate, en prenant soin d'assurer la continuité de la terre à travers tout le câblage. Un exemple du pont de Wheatstone utilisé pour les HPBS est représentée sur la figure 3C.
    1. Vérifier tous les câbles de terre sont fixés pour assurer la continuité de la terre. appareil d'essai bien relié à la terre permettra d'améliorerla qualité notamment de signal.
  2. Veiller à ce câblage est suffisamment longue pour vous assurer que l'oscilloscope est localisable dans une zone de libre-blast (câblage blindé doit être utilisé qui a une bande passante de signal suffisante).
  3. Monter la plaque cible sur le châssis de réaction rigide, en utilisant les cellules de charge en option si elle est présente (figure 1C).
  4. Accrochez HBPs du récepteur ensemble de barre, passer l'extrémité chargée par le bon trou dans la plaque cible. Suspendez les HPBS librement d'un écrou vissé sur l'extrémité distale filetée de la DGPS.
  5. Veiller à barres sont verticales en utilisant un niveau à bulle (le réglage du récepteur en conséquence).
  6. Vérifier les visages des HPBS sont de niveau avec la plaque cible, en ajustant l'écrou en conséquence.
  7. Fixer la garniture sur la résistance variable dans le circuit de conditionnement (figure 3C) afin de maintenir la tension dans les limites de l' oscilloscope pendant l' essai. Pour ce faire, par essais et erreurs visant à définir le hors d'équilibre pour chaque canalcomme on le voit sur la lecture numérique sur les boîtes d'amplificateur à zéro.
  8. Connectez la sortie de calibre amplifié à un oscilloscope numérique approprié. Configurer pour avoir une fréquence d'échantillonnage (1,56 MHz), la durée d'enregistrement (28,7 ms) avec une durée de pré-déclenchement de 3,3 msec.
    1. Réglez l'enregistrement pour déclencher lorsque la tension dans le canal de fil de rupture (qui est lui-même branché sur l'oscilloscope) dépasse un «hors-fenêtre '. tension d'enregistrement pour chaque jauge reliée (22 au total, 17 HPBS, 4 cellules de charge et le fil de rupture) et le temps.

Figure 3
Figure 3. (A) Schéma d'un DGPS monté dans la plaque cible, (B) section par HPB à l' emplacement de la jauge, (C) un circuit en pont de Wheatstone exemple. Deux jauges de contrainte sont utilisés dans le pont de Wheatstone et de telle sorte que la flexion de la barre de Hopkinson est cancelled out. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

5. Préparation des explosifs

  1. Décider de la masse de charge explosive et stand-off pour être utilisé dans les essais (100 g PE4 à 75 mm).
  2. Décider si les charges sont pour exploser à l' air libre ou dans un autre milieu (sol, eau , etc.). Pour l' air libre teste une forme de charge sphérique est normalement utilisé alors avec des charges enterrées la norme est de 3: 1 cylindre squat 24,25.
  3. Pour les tests d'air libre:
    1. Suspendre la charge en dessous de la plaque cible sur le stand-off correct (75 mm). Atteindre cet objectif avec une bande de bois mince ou en plaçant la charge sur une feuille de polyéthylène.
    2. Placez la charge co-axialement avec le réseau de mesure pour assurer des lectures valides.
    3. Pour les tests d'air libre utilisent un détonateur électrique, avec le détonateur étant placé à mi-chemin dansla charge de la base. Pour ce faire, au dernier moment avant la cuisson et quand la gamme a déjà été fait en toute sécurité.
  4. Pour les tests enterrés:
    1. Fabriquez un récipient approprié pour le milieu. Pour les sols, le test actuel utilise 1/4 des conteneurs à l'échelle 23.
    2. Décider sur le type de sol pour être utilisé et les conditions géotechniques: teneur en humidité et de la densité du sol sec, voir ref 15 pour plus de détails..
    3. Décider de la profondeur d'enfouissement à utiliser dans les essais. Cela est généralement de 100 mm dans un test à grande échelle, comme les tests actuels sont effectués à l'échelle ¼ cela signifie une profondeur d'enfouissement de 25 mm.
    4. Mélanger soigneusement le sol en utilisant un mélangeur de construction de taille appropriée pour obtenir la teneur en humidité cible. Pour les sables du temps de mélange requis est de 10 min.
      1. Vérifiez la teneur en humidité du mélange en enlevant une petite quantité et peser pour calculer la masse totale, Equation 19 . Secle sol enlevé et re-peser pour calculer la masse d'eau, Equation 20 . teneur en humidité géotechniques sont spécifiées en termes de teneur en humidité gravimétrique, Equation 21 .
      2. Si la teneur en humidité se situe dans la tolérance continue, sinon remélanger le sol. Une tolérance de ± 0,05-0,1% ont été réalisés dans les travaux en cours.
    5. Peser le récipient vide du sol et calculer le volume pour permettre le calcul de la densité du sol une fois pleine (étape 5.4.7).
    6. Compacter le sol en couches suffisamment minces pour garantir la densité cible, en veillant à ce que la masse de sol entrant dans le récipient est connu. Pour Leighton Buzzard Sable 15 cela se fait en deux couches.
    7. Une fois que le réservoir est plein, vérifier que la densité du sol est dans la tolérance (± 0,2%). La densité sèche cible dans tous les tests avec Leighton Buzzard Sand 1.6Mg / m 3. Calculer la densité sèche, en utilisant Equation 22 Où ρ d est la densité sèche, M est la masse totale du sol ajoutée au récipient, V représente le volume du récipient du sol et w est la teneur en humidité.
    8. Creuser un petit trou ≈ 50 mm pour permettre la charge d'être placé avec la surface supérieure à la profondeur d'enfouissement correct (25 mm).
    9. Placer un détonateur non électrique sur la base de la charge et excaver un canal approprié vers le côté du récipient pour assurer que la surface supérieure du récipient est non interrompu une fois que le sol est remplacé.
    10. Placez la charge et le détonateur dans le trou creusé, la vérification de la profondeur d'enfouissement est correcte. Retour remplir le trou avec le matériau excavé.

6. séquence de tir

Remarque: il y a une petite quantité de chevauchement avec la section de protocole 5 en raison de la nature des essais. La séquence de tir devrait viser à minimiser les risques et ne doit être effectuée par un personnel convenablement formé.

  1. Pour les tests d'air libre:
    1. Arrangez support de charge en dessous de la plaque cible sur le stand-off correct (75 mm).
    2. Fermez la gamme. Déployer factionnaires pour assurer plage est clair pendant la cuisson.
    3. Placer la charge sur la co-axiale de support pour l'instrumentation. Fixez le fil de pause pour le détonateur, et placer le détonateur dans la charge.
  2. Pour les tests enterrés:
    1. Placer le contenant du sol de sorte que la charge est placée co-axial au tableau HPB.
    2. Fermez la gamme. Déployer factionnaires pour assurer plage est clair pendant la cuisson.
    3. Connectez le fil de rupture, assurant qu'il est enroulé autour de la périphérie de la charge (ce qui donne un temps plus répétable de la détonation des charges enterrées).
  3. Déplacez le point de tir et de confirmer l'instrumentation est en cours d'exécution.
  4. Alimenter le fil de rupture. Vérifiez auprès de factionnairesil est sûr de procéder à la mise à feu.
  5. Initier des explosifs. Faire de la zone d'essai en toute sécurité.
  6. Télécharger et sauvegarder les données.
  7. Rouvrir plage de test.

7. interpolation numérique pour un tableau 1D HPB

  1. Importer les données à partir des fichiers de données brutes en Matlab.
  2. Décalage dans le temps de toutes les données dans la direction radiale de telle sorte que la pression maximale pour chaque barre arrive en même temps que la pression de crête de la barre centrale en utilisant l' équation 2 (figure 4B).
    Equation 23 (2)
  3. Interpoler la pression à toute distance radiale de la figure 4B.
  4. Tracer les temps d'arrivée ( Equation 24 ) Utilisée pour aligner les pressions de pointe et monter une équation cubique à travers les données (figure 4C).
  5. Time-déplacer les données interpolées en fonction des temps d'arrivée, genresting un front de choc continue (Figure 4D).
  6. Répétez l'opération pour chaque série de données de test.

Figure 4
Figure 4. Séquence Interpolation pour tableau 1D HPB. (A) de données d' origine, (B) de données décalées dans le temps, (C) choquer les heures d'arrivée avant, et (D) des données de temps de pression interpolée finale 16. La nature discrète des histoires de temps de pression peut être clairement vu dans (A) avec l' existence d'aucune continuité entre les pressions de pointe dans chacune des cinq emplacements de jauge. Quand il est aligné par la pression de pointe comme dans (B) l'interpolation de la pression à toute distance radiale ( en supposant la même heure d'arrivée) est possible. En enregistrant le décalage de temps nécessaire pour aligner les pressions de pointe l'heure d'arrivée de l'onde de choc peut être calculée comme shpropre à (C). Ceci permet alors l'heure d'arrivée et de l' histoire du temps de pression à calculer pour toute distance radiale soit interpolation de pression de (B) et le temps de (C) donnant la pression finale interpolée comme on le voit en (D). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une plus grande version de ce chiffre.

8. interpolation numérique pour un tableau 2D HPB

Note: Le code utilisé pour exécuter l'interpolation en Matlab a été fourni avec un exemple de fichier de résultats qui seront visés dans le présent article.

  1. Importer les données à partir des fichiers de données brutes en Matlab. Pour les données d'exemple de test, double-cliquez sur le fichier test_data.mat, puis cliquez sur "Terminer" dans l'Assistant Importation.
  2. Ouvrez le script de interpolation2d.m Matlab.
  3. Définir une grille régulière sur laquelle l'interpolationcourir en changeant le maillage. Assurez -vous que c'est la même résolution que le maillage dans toute future modélisation numérique 26,27. Il est défini dans la section du code des '% Détails du maillage de.
  4. Exécutez le script de interpolation2d.m Matlab. Notez que les étapes suivantes sont mises en œuvre dans le code et sont listés ici pour plus de clarté.
    1. Time-Shift toutes les traces de pression HPB par Equation 24 (Équation 2). les données d'origine est indiqué pour Equation 25 mm sur la figure 5B, en même temps décalé sur la figure 5C données.
      Remarque: Le décalage de temps est nécessaire pour permettre la routine d'interpolation pour réussir à localiser le front de choc à un moment donné. Cela consiste essentiellement à aligner les données pour chaque réseau radial donc toutes les pressions maximales aligner.
    2. Calculer le rayon, Equation 26 Et ang le, Equation 27 pour un point d'intérêt sur ​​la grille donnée, comme le montre la figure 5A.
    3. Appliquer l'interpolation 1D pour les deux tableaux HPB les plus proches du point d'intérêt pour le rayon courant Equation 26 (pour Equation 28 l'interpolation utiliserait la Equation 29 et Equation 30 tableaux).
    4. Interpolation linéaire entre les 2 pressions sur la base Equation 31 (Encore une fois pour une Equation 28 la pondération serait de 50% du Equation 29 et 50% de la 12eq30.jpg "/> array pressions calculées).
    5. Calculer la charge instantanée en multipliant la pression interpolées par l'espacement de la grille (surface) pour donner la charge.
    6. Multiplier la charge par le pas de temps de l'échantillonnage afin d'obtenir l'impulsion instantanée.
    7. Répétez l'opération pour tous les endroits et les heures (sommateurs l'impulsion instantanée pour donner l'impulsion totale).
    8. Time-Shift l'histoire du temps de pression pour chaque emplacement en fonction interpolation cubique de l'heure d'arrivée de choc (Figure 5D).

Figure 5
Figure 5. séquence d'interpolation pour tableau 2D HPB. (A) des conventions de signe utilisé, (B) les données d' origine Equation 35 mm, (C) les données décalées dans le temps412 / 53412eq36.jpg "/> mm, et (D) des temps d'arrivée pour chaque direction radiale 16. Pour un tableau 2D de barres de l'histoire du temps de pression à tout moment dépend à la fois la distance radiale et quel quadrant le point d'intérêt est située . Si l'explosion était parfaitement symétrique , alors les pressions (B) se forment des lignes verticales , comme indiqué en (C). dans (B) , on peut voir que le front de choc est atteint l'emplacement de 50 mm sur Equation 30 premier axe.
S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

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Representative Results

Un cadre rigide de réaction efficace doit être fournie. En testant le courant une impulsion impartie total de plusieurs centaines de Newton-secondes doit être combattue avec une déviation minimale. Une illustration de la trame de réaction rigide utilisé est donnée à la figure 1. Dans chaque trame un acier 'accepteur' plaque de 50 mm a été jeté dans la base des poutres transversales. Bien que non explicitement requis, ce qui permet une fixation aisée des cellules de charge / plaque cible et fournit une protection supplémentaire à la face de la poutre en béton. La distance la plus proche à l' échelle actuellement menée a été de 0,15 m / kg 1/3.

Le cadre actuel a été testé jusqu'à 500 Ns, et a 500 mm colonnes carrées avec 500 mm de large faisceau 750 mm de profondeur couvrant les colonnes comme indiqué sur le montre la figure 1A. L'élément essentiel de la conception est la plaque cible qui est de 100 mm d'épaisseur s douxteel, cela a été estimé à déformer 0,3 mm lorsque résister à une explosion sphérique d'air libre de 100 g à 75 mm stand-off ( en utilisant le LS-DYNA 28 load_blast routine 4). La construction des cadres a été réalisée par un entrepreneur de béton spécialiste qui a fourni du matériel et de coffrage site. Les facteurs appliqués dans la phase de conception dépendent beaucoup de la nature de l'essai et si d'autres facteurs de sécurité seront appliquées par l'ingénieur en structure. Un facteur de sécurité de 10 a été utilisé dans les travaux en cours.

Indications de l'équipement utilisé ont été donnés dans les sections de protocole principales, le cas échéant. Pour obtenir des résultats représentatifs d' un seul test avec 17 HPBS configuré dans un tableau 2D , comme illustré sur la figure 1B a été effectuée. Dans le travail actuel des barres utilisés sont de 3,25 m de long avec un rayon de 5 mm, avec la jauge de contrainte étant fixés à 0,25 m de la face chargée comme illustré sur la figure 3A. L'espacement des HPBS dans la cible a été choisie pour être de 25 mm , comme illustré sur la figure 1B.

Le test effectué a utilisé un 78 g PE4 3: 1 cylindre squat enterré à 28 mm dans le sable saturé Leighton Buzzard 15. Le sable avait une masse volumique apparente de 1,99 mg / m 3 et la teneur en humidité de 24,77%. Le stand-off entre la surface du sol fini et la plaque cible était de 140 mm.

Une fois que le test a été effectué les différentes histoires en temps de pression ont été exécutés par un simple 5 point mobile algorithme de lissage moyen pour éliminer tout bruit à haute fréquence à partir des données. Il a été noté lors de la compilation des données que les barres 75 et 100 mm dans le équation 32 tableau n'a pas enregistré les données correctement. Cela est probablement dû à la colle de la jauge de contrainte de collage de la HPB donnant de fausses lectures. Pour compenser for cela, les données de 75 et 100 mm Equation 30 barres ont été utilisées à la place. Les données provenant de chacun des 4 réseaux radiaux sont représentés graphiquement sur ​​la figure 6, avec (0 mm) HPB centrale étant commune à toutes les parcelles. Dans le sol saturé d'un front de choc très clair est vu, avec la pression décroissant lentement avec la distance radiale.

Les histoires en temps de pression enregistrées ont ensuite été exécutés par la routine d'interpolation 2D, avec la zone d'intérêt étant défini comme un mm carré de 200 x 200 (-100 à 100 mm). Cette zone a été divisée en une grille de 5 mm, qui a été jugée assez fine pour capturer la propagation de choc frontal sur la plaque cible avec précision. Parcelles de la pression interpolée agissant sur ​​la plaque cible à des moments choisis sont présentés dans la figure 7. Le retard ≈ 20 msec à l'arrivée du front de choc est le temps pris pour l'onde de choc pour couvrir til la distance entre la charge et la plaque cible. L'asymétrie de la charge représentée sur les données enregistrées (figure 6) peut être vu clairement dans la et équation 32 les axes. Cela est particulièrement évident au Equation 34 msec.

Figure 6
Figure 6. Recorded histoires temps de pression pour un seul test avec un tableau 2D HPB. (A) Equation 29 (B) Equation 30 (C) Equation 37 (D) Equation 38 .Cette figure montre la trace traitée pour chaque emplacement de bar. Le noir central bar trace est commun à toutes les parcelles pour indiquer l'arrivée du front de choc. La nature non-continu de l'onde de choc est encore clairement visible car il y a peu de chevauchement entre la zone de pic de contrainte pour chaque barre. La pression plus faible dans les 25 mm Equation 38 bar a un effet intéressant sur ​​la forme du front de choc tracée sur la figure 7. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 7
Figure 7. interpolée parcelles de distribution de pression à des moments précis 16. La forme de fer à cheval du front de choc peut être vu dans la t = 0.22-0.23 parcelles. Ceci est causé par ee plongeon dans la pression vu dans les 25 mm Equation 38 bar représenté sur la figure 6. En 0,3 secondes après la détonation du front de choc est presque symétrique le long de tous les axes. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

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Discussion

En utilisant le protocole décrit ci-dessus, les auteurs ont montré qu'il est possible d'obtenir des mesures de haute fidélité de la charge très variable d'une charge explosive, en utilisant un tableau de Hopkinson barres de pression. Utilisation de la routine d'interpolation décrit les discrètes histoires en temps de pression peuvent être transformé en un front de choc continue qui est utilisable directement comme la fonction de chargement dans la modélisation numérique ou comme données de validation pour la sortie de ces modèles.

Lors de l'utilisation des charges enterrées la méthodologie utilisée pour la préparation des conteneurs de sol décrites à la section de protocole 5 doit être vérifié pour garantir une énergie de compactage suffisante est prévue pour atteindre la densité cible. Si la densité cible est pas atteint alors la hauteur de levage doit être réduite pour augmenter l'efficacité du compactage. De la recherche précédente , il a été constaté que les types de sol uniformes fournissent des données d'essai plus reproductibles que les tests réalisés avec des sols bien classés 15 15.

Pour tous les essais avec des charges explosives , il a été démontré dans des études antérieures 16,29,30 que l'emplacement du détonateur dans des essais en champ proche est critique pour la production d' essais répétitifs qui sont exemptes de bruit du signal. A cet égard, le détonateur doit toujours être placé dans le fond de la charge (la plus éloignée de la plaque cible), de sorte que tous les fragments de l'ensemble détonant ne frapperont pas les HPBS en avance sur le front de choc principal.

Alors que tous les efforts sont faits pour assurer l'essai est aussi robuste que possible, la perte de données ne se produit encore. Ceci est généralement dû à des jauges de contrainte en partie de collage des HPBS qui peut être un problème particulier par temps froid (l'appareil actuel est mis en place dans un bâtiment non chauffé). Un grand soin doit également être prise lors de la mise en place de labriser le fil car cela permet non seulement l'enregistrement du temps de détonation, mais fournit également le signal qui déclenche l'enregistrement des données. Une perte de ce signal ou d'une erreur dans la configuration peut causer toutes les données à partir d'un test pour être perdu. En ce qui concerne la gestion des données, les données des essais sont immédiatement reproduits à partir de l'ordinateur d'enregistrement sur un lecteur USB pour assurer qu'aucune donnée ne soit perdue une fois que le test est terminé.

En testant le courant des cellules de charge attachent la plaque cible à la plaque de réaction rigide et sont utilisés pour mesurer l'impulsion totale transmise à la plaque cible (comme les HPBS ne couvrent qu'une zone limitée). Si la quantification de la charge localisée uniquement (et non des données globales) est nécessaire, la plaque cible peut être monté directement sur le cadre rigide de réaction.

Avec les HPB histoires en temps de pression étant seulement applicable aux points connus sur la plaque cible une routine d'interpolation est nécessaire pour évaluer l'histoire du temps de pression pour un point quelconque la plaque cible, et donc de calculer l'impulsion totale enregistrée.

Si un seul réseau radial a été utilisé dans l'essai, l'interpolation est encore possible en assumant les charges points de HPB être indicative de la charge à toute rotation polaire au même rayon sur la plaque cible. Temps décalage est également nécessaire pour interpoler à travers les données discontinues (figure 4A).

Le principal avantage d'utiliser un tableau 2D HPB est la capacité de capturer l'asymétrie dans les histoires temps de pression. Cela nécessite un programme d'interpolation plus complexe. En principe, cette théorie peut être appliquée à un certain nombre de matrices radiales. Dans la recherche actuelle cela a été limité à quatre tableaux ( Equation 29 , Equation 37 , Equation 30 ,ftp_upload / 53412 / 53412eq38.jpg "/>) de 0 à 100 mm avec la centrale HPB étant commun à tous (figure 5A). Un total de 17 HPBS ont été utilisés dans chaque test.

La routine d'interpolation sous la forme présentée ici suppose que pour chaque histoire pression-temps il y a un seul pic de pression bien définie qui correspond à l'arrivée du front de choc. On peut voir sur la figure 6 que , pour toutes les barres ceci est une bonne hypothèse. Dans certaines conditions d'essai mais cette hypothèse ne peut pas être valide et donc il convient de réfléchir sur la meilleure façon d'aligner les histoires en temps de pression pour permettre l'interpolation la plus représentative de la pression.

Des modifications peuvent facilement être réalisés pour répondre à des distances différentes mises à l' échelle (Z) dans le protocole actuel en déplaçant la charge plus loin de la plaque cible. Des précautions doivent cependant être prises si la distance réduite est descendue en dessous de 0,15 pour garantir que le loading ne sera pas endommager le visage des HPBS. La forme du genre explosif et explosif peut également être modifié, avec la mise en garde que la modélisation initiale effectuée pour valider la conception expérimentale devra être vérifiée.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Load Cell RDP RSL0960 This is only indicative, the exact load cell should be able to resolve the required loading
Steel target plate / HPBs Garratts  Fabricated to order
Strain gauge Kyowa KSP-2-120-E4 To use with steel HPBs
Cyanoacrylate Kyowa CC-33-A Check with manufacturer depending on mar material to be used
Digital Oscilloscope TiePie HS4 16-bit Handyscopes  6 used in parallel in current testing
Leighton Buzzard sand Garside sands Garside 14/25 Uniform silica sand 

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References

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