פיצוץ כימות באמצעות מוטות לחץ הופקינסון

המטרה הכוללת של ניסוי זה היא למדוד במדויק את ההתפלגות המרחבית והזמנית של הלחץ בסביבה האגרסיבית ביותר שנוצרת קרוב למטען נפץ. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות המפתח בתחום הנדסת הגנה מפני פיצוץ כגון הצורה המדויקת של העומס המועבר וכיצד גורמים כמו סוג וצורת חומר הנפץ משפיעים על העומס המועבר. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא בכך שהיא מאפשרת לנו לתעד לחצים שהם מעבר לגבולות גישות המדידה המסורתיות.

למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנות לגבי פיצוצי אוויר חופשי, ניתן ליישם אותה גם על אירועים אחרים, כגון מטענים קבורים או מתחת למים. ניסינו תחילה את הרעיון לשיטה זו באמצעות מוט לחץ יחיד של הופקינסון, ועד מהרה הבנו שיש צורך במערך גדול כדי ללכוד במדויק את הנתונים. כדי להתחיל, חשב את הדחף המקסימלי המשוער שסידור מסגרת הבדיקה ייצור באמצעות ניתוח תוכנה, כגון עם ConWep.

עבור מטענים קבורים, תהליך זה פחות פשוט, מכיוון שהוא דורש טכניקות מספריות מתקדמות יותר כדי למדל את האינטראקציה בין האדמה, חומרי הנפץ ולוחית המטרה. פרטים על ייצור מסגרת הבדיקה ותאי העומס מסופקים כל אחד בפרוטוקול הטקסט. בחר את המיקום על מוטות הלחץ של הופקינסון שבו ימוקם מד המתח, קרוב ככל האפשר לפנים הטעונות כדי למזער את הפיזור.

במערך זה, עובי לוחית המטרה ויכולת התמרון הנדרשת להתאמת הסורגים מביאים להתקנת המדדים במרחק של 250 מילימטרים מהפנים הטעונות. רדיוס הסרגל המחושב הנדרש ללכידת האירוע הוא במקרה זה חמישה מילימטרים. השתמש ברזולוציה המרחבית ההדוקה ביותר עבור העמודות שאינה פוגעת בשלמות המבנית.

במקרה זה, המרחק הוא 25 מילימטרים. פרטים נוספים ניתנים בפרוטוקול הטקסט. כדי להתחיל, באמצעות ציאנואקרילט, חבר את מד המתח של מוליכים למחצה למוטות הלחץ של הופקינסון, ואז לתאי העומס.

התקן את לוחית המטרה למסגרת התגובה הנוקשה באמצעות תאי העומס במידת הצורך. ודא שכל הכבלים מקורקעים היטב לשיפור איכות האות. החיווט חייב להיות ארוך מספיק כדי להתחבר לאוסילוסקופ מחוץ לאזור הפיצוץ.

כל חוט מוגן צריך לשאת מספיק אות. כעת, תלו מוטות לחץ של הופקינסון ממקלט מכלול המוט. העבירו את הקצה הטעון דרך החור הנכון בלוחית המטרה, ותלו את מוטות הלחץ של הופקינסון בחופשיות מהאום המוברג על קצותיהם הדיסטליים.

בעזרת מפלס, התאימו את האומים כדי למקם את העמודות אנכית ולהפוך את פניהם לישר עם לוחית היעד. כעת, השתמש בניסוי וטעייה כדי להגדיר את הקיצוץ על הנגד המשתנה במעגל המיזוג כדי לשמור על המתח בגבולות האוסילוסקופ. אפס את הקריאה הלא מאוזנת בכל ערוץ כפי שדווח על ידי תיבות המגבר.

לאחר מכן, חבר את פלט המד המוגבר לאוסילוסקופ דיגיטלי מתאים. הגדר את האוסילוסקופ לתדר דגימה של 1.56 מגה-הרץ עם משך הקלטה של 28.7 אלפיות השנייה והגדר את משך ההדק המקדים ל-3.3 אלפיות השנייה. יש לחבר 22 מדדים בסך הכל, 17 ממוטות לחץ הופקינסון, ארבעה מתאי עומס וחוט שבירה אחד.

רשום את המתח והזמן מכל מד. הגדר את ההקלטה להפעלה כאשר המתח בחוט ההפסקה עולה על ערך החלון החיצוני, כגון פלוס מינוס 100 מילי-וולט. במקרה של בדיקת טעינת אוויר חופשית, השתמש ברצועת עץ דקה כדי להשעות את המטען מתחת ללוחית המטרה בעמדה הנכונה, במקרה זה 200 מילימטרים.

מקם את המטען בשיתוף פעולה עם מערך המדידה כדי להבטיח קריאות תקפות. המרכיב הקריטי במבחן המטען הקבור הוא בהכנת מצע האדמה ובתהליך הקבורה. נדרש דיוק כדי להבטיח תוצאות חוזרות.

לאחר מכן, סגור את הטווח. פרוס זקיפים כדי להבטיח שהטווח פנוי במהלך הירי. כעת, רגע לפני ירי מטען אוויר חופשי, חבר את חוט השבירה לנפץ והכנס נפץ חשמלי באמצע המטען מהבסיס.

כעת, עברו לנקודת הירי וודאו שהמכשור פעיל. לאחר מכן, ספק חשמל לחוט השבירה. כעת, הקפד לבדוק עם הזקיפים שזה בטוח להמשיך בירי.

לאחר מכן, התחל את חומרי הנפץ. לאחר הפיצוץ, הפוך את אזור הבדיקה לבטוח והורד וגבה את הנתונים. בעוד שפרוטוקול נכתב כדי לתאר את השלבים הנדרשים בשלב זה, זמין גם סקריפט Matlab מפותח כדי לאפשר לבצע את עיבוד הנתונים במהירות תוך שימוש במתודולוגיה המדויקת.

ייבא את הנתונים מקבצי הנתונים הגולמיים ל-Matlab על ידי לחיצה כפולה על שם הקובץ ולאחר מכן לחיצה על סיום באשף הייבוא. לאחר מכן, פתח את סקריפט האינטרפולציה Matlab. במקטע הרשת של הקוד, הגדר רשת רגילה שעליה תרוץ האינטרפולציה על ידי שינוי הרשת.

השתמש באותה רזולוציה בכל מידול מספרי עתידי. שלב מכריע זה הופך את הנתונים הדיסקרטיים למפה דו-ממדית. התסריט יזיז בזמן את כל עקבות הלחץ של בר הלחץ של הופקינסון.

שינוי הזמן נדרש כדי לאפשר לשגרת האינטרפולציה לאתר בהצלחה את חזית ההלם בכל זמן נתון. כעת, יישר את הנתונים מכל מערך רדיאלי כך שכל הלחצים המקסימליים יסונכרנו. לאחר מכן, חשב את הרדיוס, r והזווית, בטא, עבור נקודת עניין נתונה ברשת.

החל את האינטרפולציה החד-ממדית על שני מערכי מוט הלחץ של הופקינסון הקרובים ביותר לנקודת העניין של רדיוס הזרם. לדוגמה, ב-45 מעלות, האינטרפולציה תשתמש במערכי X, X ו-Y, Y. כעת, הפנימו את הליניאריות בין שני הלחצים על סמך הזווית.

לדוגמה, ב-45 מעלות, השתמש ב-50%X, X ו-50%Y, Y.לאחר מכן, הזז את היסטוריית זמן הלחץ עבור כל מיקום בהתבסס על אינטרפולציה מעוקבת של זמן הגעת ההלם. בסופו של דבר, התוצאה היא היסטוריית זמן לחץ משולבת במלואה. מסגרת תגובה קשיחה יעילה המסוגלת להתנגד לכמה מאות ניוטון-שניות עם סטייה מינימלית תוכננה באמצעות לוחית מטרה מפלדה עדינה של 100 מילימטר.

מסגרת זו עמדה במבחנים של עד 500 ניוטון-שניות. בדיקה בודדת נעשתה עם 17 מוטות לחץ של הופקינסון שהוגדרו במערך דו-ממדי תוך שימוש בסורגים באורך 3.25 מטר עם רדיוסים של חמישה מילימטרים. המרווח נקבע ל-25 מילימטרים.

לצורך בדיקה זו, מד המתח הוצמד 0.25 מטר מהפנים הטעונות. מטען שנקבר באדמה רוויה התפוצץ. נתונים מכל אחד מארבעת המערכים הרדיאליים עם מוט לחץ הופקינסון מרכזי המשותף לכל החלקות מראים את חזית ההלם הברורה מאוד, כאשר הלחץ דועך לאט עם המרחק הרדיאלי.

היסטוריית זמן הלחץ המתועדת הועברה לאחר מכן דרך שגרת האינטרפולציה הדו-ממדית. הלחץ האינטרפולטיבי הפועל על לוחית המטרה מראה עיכוב של 20 אלפיות השנייה בהגעת חזית ההלם. חזית ההלם היא הזמן שלוקח לגל ההלם לכסות את המרחק בין המטען ללוחית המטרה.

האופי הא-סימטרי של הטעינה ברור במיוחד ב-0.22 אלפיות השנייה. ב-0.3 מילישניות לאחר הפיצוץ, חזית ההלם הייתה כמעט סימטרית לאורך כל הצירים. לאחר הפעלת המכשיר, ניתן לבצע עד שש בדיקות אוויר חופשיות ביום.

מספר זה מצטמצם מאוד בבדיקה באמצעות מטענים קבורים בשל המורכבות הנוספת של הכנת האדמה. זו הפעם הראשונה שמדידות ברזולוציה גבוהה כל כך התאפשרו. כתוצאה מכך, אנו יכולים כעת למדוד את ההבדל בצורת העומס הנגרם על ידי שינויים בגיאומטריית הבדיקה.

השגרה המספרית שפותחה מציעה דרך חזקה מאוד לדמיין את העומס ולאחר מכן ליישם את העומס הזה ישירות במודלים מספריים כדי לשמש כצעד ראשון במידול התגובה של מבנים לפיצוצים נפיצים. הנתונים שהופקו מהניסוי הנוכחי סיפקו נתוני אימות ייחודיים כדי לשפר את הדור הבא של מודלים נומריים, ולשפר את הבנתנו את הבעיה ואת יכולתנו להגן על עצמנו מפני פיצוצים נפיצים.