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.

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</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 avanzadas para modelar la interacción entre el suelo, los explosivos y la placa objetivo. En el protocolo del texto se proporcionan detalles sobre la fabricación del marco de prueba y las celdas de carga. Elija la posición en las barras de presión de Hopkinson donde se colocará el extensómetro, lo más cerca posible de la cara cargada para minimizar la dispersión.En este montaje, el espesor de la placa objetivo y la maniobrabilidad necesaria para ajustar las barras hace que los medidores se instalen a 250 milímetros de la cara cargada. El radio de barra calculado necesario para capturar el evento es en este caso de cinco milímetros. Utilice la resolución espacial más estrecha posible para las barras sin comprometer la integridad estructural.En este caso, la distancia es de 25 milímetros. Se proporcionan más detalles en el protocolo del texto. Para comenzar, utilizando cianoacrilato, fije el galgas extensométricas semiconductoras a las barras de presión de Hopkinson y luego a las celdas de carga.Coloque la placa objetivo en el marco de reacción rígido utilizando las celdas de carga si es necesario. Asegúrese de que todos los cables estén bien conectados a tierra para mejorar la calidad de la señal. Además, el cableado debe ser lo suficientemente largo como para conectarlo a un osciloscopio fuera del área de explosión.Cualquier cable blindado debería transportar suficiente señal. Ahora, cuelgue las barras de presión de Hopkinson del receptor del ensamblaje de barras. Pase el extremo cargado a través del orificio correcto en la placa objetivo y cuelgue las barras de presión de Hopkinson libremente del tornillo roscado en sus extremos distales.Utilizando un nivel, ajuste las tuercas para colocar las barras verticalmente y para que sus caras queden alineadas con la placa objetivo. Ahora, mediante prueba y error, ajuste el potenciómetro en el circuito de acondicionamiento para mantener el voltaje dentro de los límites del osciloscopio. Ponga a cero la lectura de desequilibrio en cada canal según lo indicado por las cajas amplificadoras.A continuación, conecte la salida amplificada del medidor a un osciloscopio digital adecuado. Configure el osciloscopio con una frecuencia de muestreo de 1,56 megahercios y una duración de grabación de 28,7 milisegundos, y establezca la duración previa al disparo en 3,3 milisegundos. Se deben conectar un total de 22 medidores: 17 de barras de presión Hopkinson, cuatro de celdas de carga y uno del cable de ruptura.Registre el voltaje y el tiempo de cada medidor. Configure el registro para que se active cuando el voltaje en el cable de ruptura supere un valor fuera de la ventana, como más o menos 100 milivoltios. En el caso de una prueba de carga en aire libre, utilice una tira delgada de madera para suspender la carga debajo de la placa objetivo a la distancia correcta, en este caso 200 milímetros.Coloque la carga coaxialmente con la matriz de medición para garantizar lecturas válidas. El elemento crítico en la prueba de carga enterrada radica en la preparación del lecho de suelo y en el proceso de enterramiento. Se requiere precisión para asegurar que se obtengan resultados repetibles.A continuación, cierre el área de tiro. Despliegue centinelas para asegurar que el área esté despejada durante el disparo. Ahora, justo antes de disparar una carga al aire libre, conecte el cable de ruptura al detonador e inserte un detonador eléctrico hasta la mitad dentro de la carga, desde la base.Ahora, diríjase al punto de disparo y confirme que la instrumentación está operativa. Luego, suministre energía al cable de ruptura. Ahora, asegúrese de verificar con los centinelas que es seguro proceder con el disparo.Luego, inicie los explosivos. Tras la detonación, asegure el área de prueba y descargue y respalde los datos. Mientras se redacta un protocolo para describir los pasos necesarios en esta etapa, también se está poniendo a disposición un script de Matlab desarrollado para permitir que el procesamiento de datos se realice rápidamente utilizando la metodología exacta.Importe los datos de los archivos de datos brutos a Matlab haciendo doble clic en el nombre del archivo y luego haga clic en Finalizar en el Asistente para importación. A continuación, abra el script de interpolación de Matlab. En la sección de mallado del código, defina una cuadrícula regular sobre la cual se realizará la interpolación modificando la malla.Utilice la misma resolución en cualquier modelado numérico futuro. Este paso crucial transforma los datos discretos en un mapa 2D. El script desplazará en el tiempo todas las trazas de presión de la barra de presión de Hopkinson.El desplazamiento temporal es necesario para permitir que la rutina de interpolación localice con éxito el frente de choque en cualquier momento dado. A continuación, alinee los datos de cada arreglo radial de modo que todas las presiones máximas estén sincronizadas. Luego, calcule el radio, r, y el ángulo, beta, para un punto de interés determinado en la cuadrícula.Aplique la interpolación 1D a las dos matrices de barras de presión de Hopkinson más cercanas al punto de interés del radio actual. Por ejemplo, a 45 grados, la interpolación utilizaría las matrices X, X e Y, Y. Ahora, interpole la linealidad entre las dos presiones en función del ángulo.Por ejemplo, a 45 grados, utilice 50 %X, X y 50 %Y, Y. Luego, desplace en el tiempo el historial de presión en función del tiempo para cada ubicación según la interpolación cúbica del tiempo de llegada del choque. En última instancia, el resultado es un historial de presión en función del tiempo completamente interpolado. Se concibió un marco de reacción efectivamente rígido, capaz de resistir varios cientos de newton-segundos con mínima deflexión, utilizando una placa objetivo de acero suave de 100 milímetros.Este marco resistió pruebas de hasta 500 newton-segundos. Se realizó una única prueba con 17 barras de presión de Hopkinson configuradas en una matriz 2D, utilizando barras de 3,25 metros de longitud y radios de cinco milímetros. La separación se estableció en 25 milímetros.Para esta prueba, el extensómetro se colocó a 0,25 metros de la cara cargada. Se detonó una carga enterrada en suelo saturado. Los datos de cada una de las cuatro matrices radiales con una barra de presión de Hopkinson central común a todos los gráficos muestran un frente de choque muy claro, con una presión que decae lentamente con la distancia radial.Los historiales registrados de presión en función del tiempo se procesaron posteriormente mediante la rutina de interpolación 2D. La presión interpolada que actúa sobre la placa objetivo muestra un retraso de 20 milisegundos en la llegada del frente de choque. El frente de choque es el tiempo que tarda la onda de choque en recorrer la distancia entre la carga y la placa objetivo.La naturaleza asimétrica de la carga es especialmente clara a los 0,22 milisegundos. A los 0,3 milisegundos tras la detonación, el frente de choque era casi simétrico a lo largo de todos los ejes. Una vez que el aparato está puesto en funcionamiento, se pueden realizar hasta seis pruebas en aire libre por día.Este número se reduce considerablemente con una prueba que utiliza cargas enterradas debido a la complejidad adicional de preparar el suelo. Es la primera vez que son posibles mediciones de tan alta resolución. Como resultado, ahora podemos medir la diferencia en la forma de la carga causada por variaciones en la geometría de la prueba.La rutina numérica desarrollada ofrece una forma muy eficaz de visualizar la carga y luego aplicar directamente esta carga en modelos numéricos para actuar como un primer paso en la modelización de la respuesta de estructuras a detonaciones explosivas. Los datos obtenidos del ensayo actual han proporcionado datos únicos de validación para mejorar la próxima generación de modelos numéricos, aumentando nuestra comprensión del problema y nuestra capacidad para protegernos contra explosiones.

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Aquí se presentan métodos para producir exposiciones repetidas a explosiones de baja intensidad utilizando ratones.

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Este protocolo describe un sistema de aire de sobrepresión personalizado diseñado para inducir lesiones del sistema nervioso central (SNC) de sistema cerrado en ratones, incluidos traumatismos oculares, cerebrales y de la médula espinal. El objetivo de este protocolo es proporcionar un marco para que los investigadores adapten y amplíen fácilmente el sistema para sus estudios únicos de trauma en el SNC.

Sistema para la lesión focal y cerrada del sistema nervioso central

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.

Explosión Cuantificación Utilizando listones de presión de Hopkinson

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