高炉利用定量霍普金森杆

本实验的总体目标是准确测量在靠近炸药装药产生的极端腐蚀性环境中压力的时空分布。这种方法可以帮助回答防爆工程领域的关键问题，例如施加载荷的确切形式以及爆炸类型和形状等因素如何影响施加的载荷。这种技术的主要优点是，它允许我们记录超出传统测量方法限制的压力。

虽然这种方法可以提供对自由空气爆炸的见解，但它也可以应用于其他事件，例如埋地或水下炸药。我们首先使用单个霍普金森压力棒试验了这种方法的想法，并很快意识到需要一个大型阵列来准确捕获数据。首先，使用软件分析（例如使用 ConWep）计算测试框架布置将产生的近似最大脉冲。

对于埋藏装药，这个过程不太简单，因为它需要更先进的数值技术来模拟土壤、炸药和靶板之间的相互作用。文本协议中提供了有关测试框架和称重传感器生产的详细信息。在 Hopkinson 压力棒上选择应变片的位置，尽可能靠近加载面，以最大限度地减少色散。

在这种设置中，目标板的厚度和安装杆所需的机动性导致量规安装在距离加载面 250 毫米的位置。在本例中，捕获事件所需的计算条半径为 5 毫米。对钢筋使用最严格的空间分辨率，而不会影响结构完整性。

在本例中，距离为 25 毫米。文本协议中提供了更多详细信息。首先，使用氰基丙烯酸酯，将半导体应变片连接到霍普金森压力棒，然后连接到称重传感器。

如果需要，使用称重传感器将目标板安装到刚性反作用框架上。确保所有电缆都接地良好，以提高信号质量。布线还必须足够长，以便连接到爆炸区域外的示波器。

任何屏蔽线都应该携带足够的信号。现在，将 Hopkinson 压力杆挂在杆组件接收器上。将加载的一端穿过目标板上的正确孔，然后将霍普金森压力杆自由悬挂在拧到其远端的螺母上。

使用水平仪调整螺母以垂直放置棒材，并使它们的表面与目标板齐平。现在，通过反复试验来设置调节电路中可变电阻器的微调，以将电压保持在示波器的范围内。将放大器盒报告的每个通道上的不平衡读数归零。

接下来，将放大的仪表输出连接到合适的数字示波器。将示波器配置为 1.56 兆赫兹采样频率，记录持续时间为 28.7 毫秒，并将预触发持续时间设置为 3.3 毫秒。总共应连接 22 个仪表，其中 17 个来自霍普金森压力杆，4 个来自称重传感器，1 个断线。

记录每个仪表的电压和时间。将录音设置为在断线中的电压超过窗外值（如正负 100 毫伏）时触发。在自由充气测试的情况下，使用一条细木条将装药悬浮在目标板下方的正确支架处，在本例中为 200 毫米。

将电荷与测量阵列同轴放置，以确保读数有效。埋地装药测试的关键要素是土床的准备和埋藏过程。需要精度以确保获得可重复的结果。

接下来，关闭范围。部署哨兵以确保射击过程中射程清晰。现在，就在发射免费充气之前，将断线连接到雷管上，并从底座将电雷管插入装药的一半。

现在，移动到触发点并确认仪器正在运行。然后，为断线供电。现在，请务必与哨兵确认是否可以安全地进行射击。

然后，启动炸药。引爆后，确保测试区域安全并下载和备份数据。在编写协议来描述此阶段所需步骤的同时，还提供了一个开发的 Matlab 脚本，以允许使用确切的方法快速完成数据处理。

双击文件名，然后单击导入向导中的完成，将原始数据文件中的数据导入 Matlab。接下来，打开插值 Matlab 脚本。在代码的网格划分部分中，定义一个规则网格，通过更改网格来运行插值。

在将来的任何数值建模中都使用相同的分辨率。这个关键步骤将离散数据转换为 2D 地图。该脚本将对所有 Hopkinson 压力棒压力轨迹进行时间偏移。

需要时移才能允许插值例程在任何给定时间成功定位激波前沿。现在，对齐来自每个径向阵列的数据，以便同步所有最大压力。接下来，计算网格上给定目标点的半径 r 和角度 beta。

将 1D 插值应用于最接近当前半径目标点的两个 Hopkinson 压力棒阵列。例如，在 45 度时，插值将使用 X、X 和 Y、Y 数组。现在，根据角度对两个压力之间的线性进行插值。

例如，在 45 度处，使用 50%X， X 和 50%Y， Y.然后，根据冲击到达时间的三次插值对每个位置的压力时间历史进行时间偏移。最终，结果是完全插值的压力时间历史。使用 100 毫米低碳钢靶板构思了一种能够抵抗数百牛顿秒且挠度最小的有效刚性反作用框架。

该框架可承受高达 500 牛顿秒的测试。使用 17 根霍普金森压力杆进行一次测试，这些压力杆配置为 2D 阵列，使用 3.25 米长、半径为 5 毫米的杆。间距设置为 25 毫米。

对于此测试，应变片安装在距离加载面 0.25 米的位置。埋在饱和土壤中的炸药被引爆。来自四个径向阵列中的每一个的数据，每个径向阵列都有一个与所有图相同的中央霍普金森压力棒，显示了非常清晰的激波前沿，压力随着径向距离的增加而缓慢衰减。

然后，记录的压力时间历史记录通过 2D 插值例程运行。作用在目标板上的插值压力显示，激波前到达时有 20 毫秒的延迟。激波前沿是激波覆盖电荷和目标板之间距离所需的时间。

载荷的不对称性在 0.22 毫秒时尤为明显。爆炸后 0.3 毫秒，激波前沿沿所有轴几乎对称。设备调试后，每天最多可以进行 6 次自由空气测试。

由于土壤制备的复杂性增加，使用埋地装药进行测试时，这个数字大大减少。这是第一次实现如此高分辨率的测量。因此，我们现在能够测量由测试几何形状变化引起的载荷形式的差异。

开发的数值例程提供了一种非常强大的方法来可视化载荷，然后将该载荷直接应用于数值模型中，作为对结构对爆炸爆炸的响应进行建模的第一步。当前测试产生的数据为增强下一代数值模型提供了独特的验证数据，提高了我们对问题的理解以及我们保护自己免受爆炸的能力。