Name: Explosion Quantification Utilisation des barres de pression Hopkinson (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-05T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 41 s
Description: Découvrez la quantification des explosions à l'aide de barres de pression Hopkinson pour l'ingénierie de protection contre les explosions. Cette méthode permet de mesurer avec précision la distribution spatiale et temporelle des pressions réfléchies.

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Les auteurs tiennent à remercier le Laboratoire des sciences et technologies de la défense pour le financement des travaux publiés.

<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>
<li>Kingery, C. N., Bulmash, G. ARBRL-TR-02555. Airblast parameters from TNT spherical air burst and hemispherical surface burst. , U.S Army BRL. Aberdeen Proving Ground, MD, USA. (1984).</li>
<li>Hyde, D. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHyde%2C+DW+%22Conventional+weapons+program+%28ConWep%29%22">Conventional weapons program (ConWep)</a>. , U.S Army Waterways Experimental Station. Vicksburg, MS, USA. (1991).</li>
<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>
<li>Bergeron, D. M., Trembley, J. E. Canadian research to characterize mine blast output. 16'th Int. Symp. on the Military Aspects of Blast and Shock, Oxford, UK, , (2000).</li>
<li>Hlady, S. L. Effect of soil parameters on landmine blast. 18'th Int. Symp. on the Military Aspects of Blast and Shock, Bad Reichenhall, Germany, , (2004).</li>
<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>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

En utilisant le protocole décrit ci-dessus, les auteurs ont montré qu&#39;il est possible d&#39;obtenir des mesures de haute fidélité de la charge très variable d&#39;une charge explosive, en utilisant un tableau de Hopkinson barres de pression. Utilisation de la routine d&#39;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 pou...

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&#39; 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&#39;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 &lt;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&#39; utiliser les prédictions semi-empiriques données par Kingery et Bulmash 2, qui est en dehors de la portée prévue de l&#39;auteur. Alors que les outils basés sur ces prédictions 3,4 permettent d&#39; excellentes estimations de premier ordre de chargement , ils ne saisissent pas entièrement la mécanique d&#39;événements en champ proche, qui font l&#39;objet de la recherche actuelle. Champ proche des mesures de souffle ont récemment mis l&#39;accent sur la quantification de la output de charges enterrées. Les méthodes utilisées varient d&#39;évaluer la déformation provoquée à une cible structurelle 5-7 pour diriger la mesure de l&#39; 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&#39;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 (&gt; 1/4), avec des raisons pragmatiques telles que le contrôle profondeur d&#39;enfouissement ou d&#39;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&#39;air libre ou est enterré, la question la plus fondamentale dans la mesure de l&#39;explosion qui en résulte est d&#39;assurer la validité des mesures effectuées par le deplo d&#39;instrumentationyed. Dans l&#39;appareil d&#39;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&#39; incident, ou. La géométrie de cette plaque est telle que tout allégement de la pression générée par la compensation ou l&#39; écoulement autour du bord cible 21 serait négligeable. Ce nouvel appareil d&#39;essai a été construit à l&#39;échelle 1/4. A cette échelle, un contrôle serré sur les conditions d&#39;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&#39;enfouissement.

<table><tbody><tr><td>Capteur de charge</td><td>RDP</td><td>RSL0960</td><td>Ceci n’est qu’indicatif, le capteur de charge exact doit être capable de résoudre la charge requise</td></tr><tr><td>Plaque cible en acier / HPBs</td><td>Garratts&nbsp ;</td><td></td><td>Fabriqué sur commande</td></tr><tr><td>Jauge de contrainte</td><td>Kyowa</td><td>KSP-2-120-E4</td><td>À utiliser avec des HPB en acier</td></tr><tr><td>Cyanoacrylate</td><td>Kyowa</td><td>CC-33-A</td><td>Vérifier auprès du fabricant en fonction de la quantité de matériaux à utiliser</td></tr><tr><td>Oscilloscope numérique</td><td>TiePie</td><td>HS4 Handyscopes 16 bits&nbsp ;</td><td>6 utilisé en parallèle dans les tests de courant</td></tr><tr><td>Leighton Buzzard sable</td><td>Garside Sands</td><td>Garside 14/25</td><td>Sable de silice uniforme&nbsp ;</td></tr></tbody></table>

explosion quantification utilisation des barres de pression hopkinson

Blast Quantification Using Hopkinson Pressure Bars

Champ proche mesure de la charge de l&#39;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&#39;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&#39;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&#39;acquisition de la mesure. L&#39;utilisation d&#39;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&#39;interpolation utilisée pour obtenir des histoires en temps de pression à des endroits un-instrumenté sur le plan de l&#39;intérêt. Actuellement, la technique a été utilisée pour mesurer le chargement d&#39;explosifs à l&#39;air libre et enterré peu profondément dans divers sols.

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 &#39;accepteur&#39; 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 ...

Ce protocole détaille l’utilisation des barres de pression Hopkinson pour mesurer la charge d’explosion réfléchie à partir d’événements explosifs en champ proche. Il est capable d’interpoler un historique pression-temps en n’importe quel point d’une frontière réfléchissante et, en tant que tel, peut être utilisé pour caractériser pleinement les variations spatiales et temporelles de la charge produite.

Explosion Quantification Utilisation des barres de pression 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 ...

L'objectif général de cette expérience est de mesurer avec précision la répartition spatiale et temporelle de la pression dans l'environnement extrêmement agressif généré à proximité d'une charge explosive. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine du génie de la protection contre les explosions, telles que la forme exacte de la charge transmise et la manière dont des facteurs comme le type et la forme de l'explosif influencent cette charge. Le principal avantage de cette technique est qu'elle nous permet d'enregistrer des pressions qui dépassent les limites des approches de mesure traditionnelles.Bien que cette méthode puisse fournir des informations sur les explosions en milieu aérien libre, elle peut également être appliquée à d'autres événements, tels que des charges enterrées ou sous-marines. Nous avons d'abord testé l'idée de cette méthode à l'aide d'une seule barre de pression de Hopkinson et avons rapidement compris qu'un grand réseau était nécessaire pour capturer précisément les données. Pour commencer, calculez l'impulsion maximale approximative que l'agencement du dispositif d'essai générera, à l'aide d'une analyse logicielle, par exemple

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Explosion Quantification Utilisation des barres de pression Hopkinson

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