Name: Explosión Cuantificación Utilizando listones de presión de Hopkinson (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-05T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 41 s
Description: Aprende a medir la distribución espacial y temporal de presiones en explosiones utilizando barras de presión de Hopkinson. Este método permite registrar valores extremos que superan los límites de las técnicas tradicionales de medición.

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Los autores desean agradecer al Laboratorio de Ciencia y Tecnología de Defensa por financiar el trabajo publicado.

<ol><li>Esparza, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blast+measurements+and+equivalency+for+spherical+charges+at+small+scaled+distances%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Impact+Eng%22%5BJournal%5D)">Blast measurements and equivalency for spherical charges at small scaled distances.</a> Int. J. Impact Eng. 4 (1), 23-40 (1986).</li>
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<li>Randers-Pehrson, G., Bannister, K. A. ARL-TR-1310. Airblast loading model for DYNA2D and DYNA3D. , U.S Army Research Laboratory. Aberdeen Proving Ground, MD, USA. (1997).</li>
<li>Neuberger, A., Peles, S., Rittel, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scaling+the+response+of+circular+plates+subjected+to+large+and+close-range+spherical+explosions.+Part+II%3A+Buried+charges%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Impact+Eng%22%5BJournal%5D)">Scaling the response of circular plates subjected to large and close-range spherical explosions. Part II: Buried charges.</a> Int. J. Impact Eng. 34 (5), 874-882 (2007).</li>
<li>Xu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+inverse+approach+for+pressure+load+identification%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Impact+Eng%22%5BJournal%5D)">An inverse approach for pressure load identification.</a> Int. J. Impact Eng. 37 (7), 865-877 (2010).</li>
<li>Pickering, E. G., Chung Kim Yuen, S., Nurick, G. N., Haw, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+response+of+quadrangular+plates+to+buried+charges%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Impact+Eng%22%5BJournal%5D)">The response of quadrangular plates to buried charges.</a> Int. J. Impact Eng. 49, 103-114 (2012).</li>
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<li>Fourney, W. L., Leiste, U., Bonenberger, R., Goodings, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanism+of+loading+on+plates+due+to+explosive+detonation%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+on+Blasting+and+Fragmentation%22%5BJournal%5D)">Mechanism of loading on plates due to explosive detonation.</a> Int. J. on Blasting and Fragmentation. 9 (4), 205-217 (2005).</li>
<li>Anderson, C. E., Behner, T., Weiss, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mine+blast+loading+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Impact+Eng%22%5BJournal%5D)">Mine blast loading experiments.</a> Int. J. Impact Eng. 38 (8-9), 697-706 (2011).</li>
<li>Fox, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+response+of+small+scale+rigid+targets+to+shallow+buried+explosive+detonations%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Impact+Eng%22%5BJournal%5D)">The response of small scale rigid targets to shallow buried explosive detonations.</a> Int. J. Impact Eng. 38 (11), 882-891 (2011).</li>
<li>Ehrgott, J. Q., Rhett, R. G., Akers, S. A., Rickman, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+fabrication+of+an+impulse+measurement+device+to+quantify+the+blast+environment+from+a+near-surface+detonation+in+soil%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Techniques%22%5BJournal%5D)">Design and fabrication of an impulse measurement device to quantify the blast environment from a near-surface detonation in soil.</a> Experimental Techniques. 35 (3), 51-62 (2011).</li>
<li>Pope, D. J., Tyas, A. Use of hydrocode modelling techniques to predict loading parameters from free air hemispherical explosive charges. 1st Asia-Pacific Conference on Protection of Structures Against Hazards, Singapore, , (2002).</li>
<li>Clarke, S. D., et al. Repeatability of buried charge testing. 23rd Int. Symp. on the Military Aspects of Blast and Shock, Oxford, UK, , (2014).</li>
<li>Clarke, S. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+large+scale+experimental+approach+to+the+measurement+of+spatially+and+temporally+localised+loading+from+the+detonation+of+shallow-buried+explosives%5BTitle%5D)+AND+%22Meas+Sci+Technol%22%5BJournal%5D)">A large scale experimental approach to the measurement of spatially and temporally localised loading from the detonation of shallow-buried explosives.</a> Meas Sci Technol. 26, 015001(2015).</li>
<li>Hopkinson, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Method+of+Measuring+the+Pressure+Produced+in+the+Detonation+of+High+Explosives+or+by+the+Impact+of+Bullets%5BTitle%5D)+AND+%22Philos.+Trans.+R.+Soc.+%28London%29+A%22%5BJournal%5D)">A Method of Measuring the Pressure Produced in the Detonation of High Explosives or by the Impact of Bullets.</a> Philos. Trans. R. Soc. (London) A. 213, 437-456 (1914).</li>
<li>Rigby, S. E., Tyas, A., Fay, S. D., Clarke, S. D., Warren, J. A. Validation of semi-empirical blast pressure predictions for far field explosions - is there inherent variability in blast wave parameters?. 6th Int. Conf. on Protection of Structures against Hazards, Tianjin, China, , (2014).</li>
<li>Rigby, S. E., Tyas, A., Bennett, T., Clarke, S. D., Fay, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+negative+phase+of+the+blast+load%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+of+Protective+Structures%22%5BJournal%5D)">The negative phase of the blast load.</a> Int. J. of Protective Structures. 5 (1), 1-20 (2014).</li>
<li>Rigby, S. E., Fay, S. D., Tyas, A., Warren, J. A., Clarke, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Angle+of+incidence+effects+on+far-field+positive+and+negative+phase+blast+parameters%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+of+Protective+Structures%22%5BJournal%5D)">Angle of incidence effects on far-field positive and negative phase blast parameters.</a> Int. J. of Protective Structures. 6 (1), 23-42 (2015).</li>
<li>Tyas, A., Warren, J., Bennett, T., Fay, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prediction+of+clearing+effects+in+far-field+blast+loading+of+finite+targets%5BTitle%5D)+AND+%22Shock+Waves%22%5BJournal%5D)">Prediction of clearing effects in far-field blast loading of finite targets.</a> Shock Waves. 21 (2), 111-119 (2011).</li>
<li>Tyas, A., Watson, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+study+of+the+effect+of+spatial+variation+of+load+in+the+pressure+bar%5BTitle%5D)+AND+%22Meas+Sci+Technol%22%5BJournal%5D)">A study of the effect of spatial variation of load in the pressure bar.</a> Meas Sci Technol. 11 (11), 1539-1551 (2000).</li>
<li>Tyas, A., Watson, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+investigation+of+frequency+domain+dispersion+correction+of+pressure+bar+signals%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Impact+Eng%22%5BJournal%5D)">An investigation of frequency domain dispersion correction of pressure bar signals.</a> Int. J. Impact Eng. 25 (1), 87-101 (2001).</li>
<li>NATO Standardisation Agency. Procedures for evaluating the protection level of logistic and light armoured vehicles. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Allied+Engineering+Publication+%28AEP%29+55%22">Allied Engineering Publication (AEP) 55</a>. 2, 2, (2011).</li>
<li>Elgy, I. D., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aElgy%2C+ID+%22UK+ministry+of+defence+technical+authority+instructions+for+testing+the+protection+level+of+vehicles+against+buried+blast+mines%22">UK ministry of defence technical authority instructions for testing the protection level of vehicles against buried blast mines</a>. , Defence Science and Technology Laboratory. UK. (2014).</li>
<li>Clarke, S. D., et al. Finite element simulation of plates under non-uniform blast loads using a point-load method: Buried explosives. 11th Int. Conf. on Shock & Impact Loads on Structures (SILOS), Ottawa, Canada, , (2015).</li>
<li>Rigby, S. E., et al. Finite element simulation of plates under non-uniform blast loads using a point-load method: Blast wave clearing. 11th Int. Conf. on Shock & Impact Loads on Structures (SILOS), Ottawa, Canada, , (2015).</li>
<li>Hallquist, J. O. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHallquist%2C+JO+%22LS-DYNA+theory+manual%22">LS-DYNA theory manual</a>. Livermore Software Technology Corporation, CA, USA, , (2006).</li>
<li>Fay, S. D., et al. Capturing the spatial and temporal variations in impulse from shallow buried charges. 15th Int. Symp. on the Interaction of the Effects of Munitions with Structures (ISIEMS, Potsdam, Germany, , (2013).</li>
<li>Fay, S. D., et al. Measuring the spatial and temporal pressure variation from buried charges. 23rd Int. Symp. on the Military Aspects of Blast and Shock, Oxford, UK, , (2014).</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Utilizando el protocolo descrito anteriormente, los autores han demostrado que es posible obtener mediciones de alta fidelidad de la carga altamente variando de una carga explosiva, utilizando una matriz de barras de presión de Hopkinson. El uso de la rutina de interpolación esbozó las historias de tiempo de presión discretos se puede transformar en un frente de choque continua que se puede utilizar directamente como la función de carga en el modelado numérico o como datos de validación para la salida de tales modelos. ...

La caracterización de la salida de cargas explosivas tiene muchos beneficios, tanto militares (defensa contra enterrado artefactos explosivos improvisados ​​en zonas de conflicto actuales) y civiles (el diseño de componentes estructurales). En los últimos tiempos este tema ha sido objeto de considerable atención. Gran parte del conocimiento adquirido ha dirigido a la cuantificación de la salida de cargos para permitir el diseño de estructuras de protección más eficaces. El principal problema aquí es que si las mediciones realizadas no son de alta fidelidad a continuación, los mecanismos de transferencia de carga en estos eventos explosivos siguen sin estar claros. Esto a su vez conduce a problemas de validación de modelos numéricos que dependen de estas medidas para la validación. El término de campo cercano se utiliza para describir explosiones con distancias a escala, Z, menos de ~ 1 m / kg 1/3, donde Z = R / W 1/3, R es la distancia desde el centro del explosivo, y W se expresa la masa de la cargacomo una masa equivalente de TNT. En este régimen de la carga se caracteriza típicamente por extremadamente alta magnitud, temporal cargas no uniformes altamente espacial y. Instrumentos robustos, por lo tanto se requiere para medir las presiones extremas asociadas con la carga de campo cercano. A distancias en escala Z &lt;0,4 m / kg 1/3, mediciones directas de los parámetros hornos son inexistentes o muy pocos 1 y los datos predictivos semi-empíricos para esta gama se basa casi por completo en estudios paramétricos. Esto implica el uso de las predicciones semi-empíricas dadas por Kingery y Bulmash 2, que está fuera del alcance previsto del autor. Mientras que las herramientas basadas en estas predicciones 3,4 permiten excelentes estimaciones de primer orden de carga que no captan plenamente la mecánica de los eventos de campo cercano, que son el foco de la investigación actual. Mediciones de campo próximo hornos tienen en los últimos tiempos se centró en la cuantificación de la output de cargas enterradas. Las metodologías empleadas varían de evaluar la deformación causada a un objetivo estructural 5-7 para la medición directa de impulso mundial 8-13. Estos métodos proporcionan información valiosa para la validación de diseños de protectores del sistema, pero no son capaces de investigar a fondo los mecanismos de transferencia de carga. Se pueden realizar pruebas tanto a escala de laboratorio (1/10 escala completa), o por lo cerca de la escala completa (&gt; 1/4), con razones prácticas como el control de profundidad de enterramiento o asegurando que no forma inherente del frente de choque se genera por la uso de detonadores en lugar de cargas desnudos 14. Con cargas enterradas las condiciones del suelo tienen que ser muy controlado para garantizar la repetibilidad de la prueba 15. Independiente de la si la carga se coloca en el aire libre o está enterrado, el problema más fundamental en la medición de la explosión resultante es asegurar la validez de las mediciones realizadas por el deplo instrumentaciónyed. En el aparato de prueba diseñada 16 una placa de destino &#39;rígida&#39; fijo se utiliza para proteger las barras de presión de Hopkinson 17 (HPBs), mientras que al mismo tiempo asegurar que los extremos de las barras sólo pueden registrar las presiones plenamente reflejadas. Los autores han demostrado previamente que la medición de la presión reflejada desde un objetivo rígido es más preciso y repetible de incidente, o mediciones &#39;de campo libre&#39; 18-20. La geometría de esta placa es tal que cualquier alivio de la presión generada en la limpieza o el flujo alrededor del borde 21 de destino sería insignificante. Este nuevo aparato de prueba se ha construido a escala 1/4. En este control estricto escala sobre las condiciones de enterramiento y los explosivos se puede asegurar, con el tamaño de la carga a gran escala de 5 kg reducido para 78 g, a una profundidad de enterramiento de 25 mm.

<table><tbody><tr><td>Célula de carga</td><td>RDP</td><td>RSL0960</td><td>Esto es solo indicativo, la célula de carga exacta debe ser capaz de resolver la carga requerida</td></tr><tr><td>Placa objetivo de acero / HPB</td><td>Garratts&nbsp;</td><td></td><td>Fabricado bajo pedido</td></tr><tr><td>Galga extensométrica</td><td>Kyowa</td><td>KSP-2-120-E4</td><td>Para usar con HPB de acero</td></tr><tr><td>Cianoacrilato</td><td>Kyowa</td><td>CC-33-A</td><td>Consultar con el fabricante en función del material a utilizar</td></tr><tr><td>Osciloscopio digital</td><td>TiePie</td><td>HS4 Visores de mano de 16 bits&nbsp;</td><td>6 utilizados en paralelo en las pruebas de corriente</td></tr><tr><td>Leighton Arena de buitre Arenas</td><td>de Garside Garside</td><td>14/25</td><td>Arena de sílice uniforme&nbsp;</td></tr></tbody></table>

explosión cuantificación utilizando listones de presión de hopkinson

Blast Quantification Using Hopkinson Pressure Bars

De campo cercano medición de la carga explosiva presenta un problema para muchos tipos de sensores, ya que deben soportar ambientes muy agresivos y ser capaz de medir presiones de hasta varios cientos de megapascales. En este sentido, la simplicidad de la barra de presión de Hopkinson tiene una gran ventaja en que, si bien al final de medición de la barra de Hopkinson puede aguantar y se expone a condiciones duras, el indicador de tensión montado en la barra puede ser colocada a cierta distancia. Esto permite que las carcasas protectoras para ser utilizados que proteger el medidor de deformación, pero no interfiere con la adquisición de medición. El uso de una matriz de barras de presión permite que los historiales de tiempo de presión en puntos conocidos discretos a medir. En este artículo también describe la rutina de interpolación utilizado para derivar las historias de tiempo de presión en los lugares de la ONU-instrumentado en el plano de interés. Actualmente la técnica se ha utilizado para medir la carga de explosivos de gran potencia en el aire libre y enterrados superficialmente en distintos tipos de suelo.

Un marco de reacción efectiva rígida debe ser proporcionada. En la prueba de la corriente de un impulso impartido total de varios cientos de Newton-segundos necesita ser resistido con una desviación mínima. Una ilustración de la trama de reacción rígida utilizada se da en la Figura 1. En cada cuadro de una placa de acero de 50 mm aceptora se ha echado en la base de las vigas transversales. Mientras que no se requiere de forma explícita, esto permite una fácil fijación de...

Este protocolo detalla el uso de las barras de presión Hopkinson para medir la carga de explosión reflejada de eventos explosivos de campo cercano. Es capaz de interpolar una historia de presión-tiempo en cualquier punto de un límite reflectante y, como tal, puede utilizarse para caracterizar completamente las variaciones espaciales y temporales de la carga producida.

Explosión Cuantificación Utilizando listones de presión de Hopkinson

Near-field blast load measurement presents an issue to many sensor types as they must endure very aggressive environments and be able to measure pressures ...

El objetivo general de este experimento consiste en medir con precisión la distribución espacial y temporal de la presión en el entorno extremadamente agresivo generado cerca de una carga explosiva. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la ingeniería de protección contra explosiones, como la forma exacta de la carga transmitida y cómo factores tales como el tipo y la forma del explosivo influyen en la carga transmitida. La principal ventaja de esta técnica es que nos permite registrar presiones que superan los límites de los enfoques tradicionales de medición.Aunque este método puede proporcionar información sobre explosiones en aire libre, también puede aplicarse a otros eventos, como cargas enterradas o bajo el agua. Primero probamos la idea de este método utilizando una sola barra de presión de Hopkinson y pronto nos dimos cuenta de que se necesita una matriz grande para capturar con precisión los datos. Para comenzar, calcule el impulso máximo aproximado que generará la configuración del marco de prueba mediante análisis por software, como con ConWep.Para cargas enterradas, este proceso es menos sencillo, ya que requiere técnicas numéricas más avan

blast-quantification-using-hopkinson-pressure-bars

Research

Investigación

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Ingeniería

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