Name: Blast Quantificazione Utilizzando Hopkinson Pressure Bar (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-05T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 41 s
Description: Impara a quantificare le esplosioni con le barre di pressione Hopkinson per l'ingegneria della protezione dalle esplosioni. Questo metodo consente di registrare pressioni estreme oltre i limiti delle tecniche tradizionali.

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Gli autori desiderano ringraziare il Laboratorio di Scienza e Tecnologia della Difesa per aver finanziato il lavoro pubblicato.

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</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Utilizzando il protocollo descritto sopra gli autori hanno dimostrato che è possibile ottenere misurazioni alta fedeltà del carico altamente variabili da una carica esplosiva, utilizzando una matrice di barre di Hopkinson pressione. Utilizzando la routine di interpolazione delineato le storie pressione-tempo discreto può essere trasformato in un fronte d&#39;urto continuo che è utilizzabile direttamente come la funzione di caricamento nella modellazione numerica o come dati di validazione per la produzione di tali model...

Che caratterizza la produzione di cariche esplosive ha molti vantaggi, sia militari (difesa contro sepolta ordigni esplosivi nelle zone di conflitto in corso) e civili (la progettazione di componenti strutturali). In tempi recenti questo tema ha ricevuto una notevole attenzione. Molte delle conoscenze accumulate è finalizzato alla quantificazione dell&#39;uscita dagli oneri per permettere la progettazione di strutture di protezione più efficaci. Il problema principale è che se le misurazioni effettuate non sono di alta fedeltà, allora i meccanismi di trasferimento di carico in questi eventi esplosivi rimangono poco chiari. Questo a sua volta porta a problemi validare modelli numerici che si basano su queste misure per la convalida. Il termine campo vicino è utilizzato per descrivere blasti con distanze scalate, Z, meno di ~ 1 m / kg 1/3, dove Z = R / W 1/3, R è la distanza dal centro della esplosivo, e W è la carica di massa espressocome una massa equivalente di TNT. In questo regime il carico è tipicamente caratterizzata da altissima intensità, altamente spaziale e temporalmente carichi non uniformi. strumentazione robusta è quindi richiesta per misurare le pressioni estreme associate a near-field di carico. A distanze in scala Z &lt;0,4 m / kg 1/3, misure dirette dei parametri di esplosione sono o inesistenti o molto pochi 1 ei dati predittivi semi-empirici per questa gamma si basa quasi interamente su studi parametrici. Questo comporta l&#39;uso le previsioni semi-empirici fornite dal Kingery e Bulmash 2, che è al di fuori del campo di applicazione previsto dell&#39;autore. Mentre strumenti basati su queste previsioni 3,4 consentono ottime stime del primo ordine di carico non cogliere appieno la meccanica di eventi in campo vicino, che sono al centro della ricerca attuale. Misure in campo vicino esplosione hanno negli ultimi tempi concentrata sulla quantificazione del outpUT da oneri sepolti. Le metodologie impiegate variano da valutare la deformazione causata da un obiettivo strutturale 5-7 per dirigere la misurazione globale impulso 8-13. Questi metodi forniscono informazioni preziose per la validazione dei progetti di sistemi di protezione, ma non sono in grado di indagare pienamente i meccanismi di trasferimento del carico. Il test può essere fatto a entrambe le bilance da laboratorio (1/10 scala), o in prossimità di fondo scala (&gt; 1/4), con ragioni pratiche come il controllo profondità di seppellimento o garantendo l&#39;assenza di forma intrinseca del fronte d&#39;urto è generato dal utilizzo di detonatori, piuttosto che le spese nude 14. Con cariche sepolte le condizioni del terreno devono essere altamente controllato per garantire la ripetibilità del test 15. Indipendentemente dal fatto che la carica è posto in aria libera o è sepolto, la questione più fondamentale misurare l&#39;esplosione risultante è garantire la validità delle misure da parte del deplo strumentazioneYed. Nell&#39;apparecchiatura test inteso 16 una piastra &#39;rigida&#39; bersaglio fisso viene utilizzato per schermare le barre di Hopkinson 17 (HPbs), mentre allo stesso tempo assicurare che le estremità delle barre possono registrare solo le pressioni pienamente riflesse. Gli autori hanno precedentemente dimostrato che la misurazione della pressione riflessa da un bersaglio rigida è più preciso e ripetibile di incidente, o misurazioni &#39;campo libero&#39; 18-20. La geometria di questa piastra è tale che qualsiasi sovrappressione generata eliminando o flusso intorno al bordo di destinazione 21 sarebbe trascurabile. Questo nuovo dispositivo di prova è stato costruito in scala 1/4. A questa scala uno stretto controllo sulle condizioni di sepoltura e gli esplosivi può essere garantita, con la dimensione carica completa scala di 5 kg in scala fino a 78 g, ad una profondità di sepoltura di 25 mm.

<table><tbody><tr><td>Cella di carico</td><td>RDP</td><td>RSL0960</td><td>Questo è solo indicativo, la cella di carico esatta dovrebbe essere in grado di risolvere il carico richiesto</td></tr><tr><td>Piastra bersaglio in acciaio / HPBs</td><td>Garratts&nbsp;</td><td></td><td>Fabbricato su ordinazione</td></tr><tr><td>Estensimetro</td><td>Kyowa</td><td>KSP-2-120-E4</td><td>Da utilizzare con HPB in acciaio</td></tr><tr><td>Cianoacrilato</td><td>Kyowa</td><td>CC-33-A</td><td>Verificare con il produttore a seconda del materiale da utilizzare</td></tr><tr><td>Oscilloscopio digitale</td><td>TiePie</td><td>HS4 Handyscope a 16 bit&nbsp;</td><td>6 Utilizzato in parallelo nei test di corrente</td></tr><tr><td>Sabbia di Leighton Buzzard</td><td>Sabbie di Garside</td><td>Garside 14/25</td><td>Sabbia silicea uniforme&nbsp;</td></tr></tbody></table>

blast quantificazione utilizzando hopkinson pressure bar

Blast Quantification Using Hopkinson Pressure Bars

Vicino-campo di misura del carico esplosione presenta un problema per molti tipi di sensori in quanto devono sopportare ambienti molto aggressivi ed essere in grado di misurare pressioni fino a molte centinaia di megapascal. A questo proposito la semplicità del manometro Hopkinson ha un grande vantaggio dal fatto che, mentre alla fine misura della barra Hopkinson può sopportare ed essere esposto a condizioni estreme, l&#39;estensimetro montato alla barra può essere apposta una certa distanza. Questo permette custodie protettive per essere utilizzati che proteggono l&#39;estensimetro ma non interferiscono con l&#39;acquisizione della misura. L&#39;uso di una matrice di barre di pressione permette storie pressione-tempo in punti noti discreti da misurare. Questo articolo descrive anche la routine di interpolazione utilizzata per ricavare storie pressione ora in altre città non-strumentale sul piano di interesse. Attualmente la tecnica è stata utilizzata per misurare il caricamento da esplosivi ad alto potenziale in aria libera e sepolto superficialmente in vari terreni.

Una cornice reazione efficace rigida deve essere fornita. Nell&#39;attuale testare un impulso impartito totale di diverse centinaia di Newton-secondi deve essere resistito con minima deformazione. Un esempio di telaio reazione rigida usato La Figura 1. In ogni frame una piastra 50 mm Materiale &#39;accettore&#39; è stata getto nella base delle traverse. Anche se non esplicitamente richiesto, questo permette una facile fissaggio del / piastra segnale celle di carico e for...

Questo protocollo descrive in dettaglio l'uso delle barre di pressione Hopkinson per misurare il carico di esplosione riflessa da eventi esplosivi in campo vicino. È in grado di interpolare una storia pressione-tempo in qualsiasi punto su un confine riflettente e come tale può essere utilizzato per caratterizzare completamente le variazioni spaziali e temporali del carico prodotto.

Blast Quantificazione Utilizzando Hopkinson Pressure Bar

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'obiettivo generale di questo esperimento è misurare con precisione la distribuzione spaziale e temporale della pressione nell'ambiente estremamente aggressivo generato in prossimità di una carica esplosiva. Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali nel campo dell'ingegneria della protezione dagli esplosivi, come la forma esatta del carico trasmesso e l'influenza di fattori quali il tipo e la forma dell'esplosivo sul carico trasmesso. Il vantaggio principale di questa tecnica è che consente di registrare pressioni che superano i limiti dei tradizionali approcci di misurazione.Sebbene questo metodo possa fornire informazioni sulle esplosioni in aria libera, può essere applicato anche ad altri eventi, come cariche interrate o sottomarine. Abbiamo inizialmente testato l'idea di questo metodo utilizzando una singola barra di pressione di Hopkinson, rendendoci presto conto che è necessaria una grande matrice per acquisire accuratamente i dati. Per iniziare, calcolare l'impulso massimo approssimativo che la configurazione del telaio di prova genererà, utilizzando un'analisi software, come ad esempio ConWep.Per le cariche interrate, questo processo è meno immediato, poiché richiede tecniche numeriche più avanzate per modellare l'interazione tra il terreno, gli esplosivi e la piastra bersaglio. Nel protocollo testuale sono forniti dettagli sulla realizzazione del telaio di prova e sulle celle di carico. Scegliere la posizione sui barre di pressione di Hopkinson in cui posizionare l'estensimetro, il più vicino possibile alla faccia sollecitata per minimizzare la dispersione.In questa configurazione, lo spessore della piastra bersaglio e la manovrabilità necessaria per adattare le barre fanno sì che i sensori vengano installati a 250 millimetri dalla faccia caricata. Il raggio della barra calcolato necessario per rilevare l'evento è in questo caso di cinque millimetri. Utilizzare la risoluzione spaziale più stretta possibile per le barre, senza compromettere l'integrità strutturale.In questo caso, la distanza è di 25 millimetri. Ulteriori dettagli sono forniti nel protocollo testuale. Per iniziare, utilizzando cianoacrilato, applicare il galleggiante estensimetrico a semiconduttore sulle barre di pressione di Hopkinson, quindi sulle celle di carico.Montare la piastra bersaglio sul telaio di reazione rigido utilizzando le celle di carico, se necessario. Assicurarsi che tutti i cavi siano correttamente messi a terra per migliorare la qualità del segnale. I cavi devono inoltre essere abbastanza lunghi da potersi collegare a un oscilloscopio al di fuori dell'area di esplosione.Qualsiasi cavo schermato dovrebbe trasmettere un segnale sufficiente. Ora, appendere le barre di pressione di Hopkinson al supporto ricevitore. Far passare l'estremità caricata attraverso il foro corretto nella piastra bersaglio e lasciare pendere liberamente le barre di pressione di Hopkinson dal dado avvitato alle loro estremità distali.Utilizzando un livello, regolare i dadi per posizionare le barre verticalmente e per rendere le loro facce allineate con la piastra bersaglio. Ora, procedere per tentativi ed errori per regolare il trim del resistore variabile nel circuito di condizionamento, in modo da mantenere la tensione entro i limiti dell'oscilloscopio. Azzerare la lettura dello squilibrio su ogni canale indicata dai box dell'amplificatore.Successivamente, collegare l'uscita del misuratore amplificato a un oscilloscopio digitale adeguato. Configurare l'oscilloscopio su una frequenza di campionamento di 1,56 megahertz con una durata di registrazione di 28,7 millisecondi e impostare la durata del pre-trigger a 3,3 millisecondi. In totale, devono essere collegati 22 misuratori: 17 provenienti da barre di pressione Hopkinson, quattro da celle di carico e uno dal filo di rottura.Registrare la tensione e il tempo da ciascun misuratore. Impostare la registrazione in modo che si attivi quando la tensione nel filo di interruzione supera un valore fuori finestra, ad esempio più o meno 100 millivolt. Nel caso di un test in aria libera, utilizzare una sottile striscia di legno per sostenere la carica al di sotto della piastra bersaglio alla distanza corretta, in questo caso 200 millimetri.Posizionare la carica in modo coassiale rispetto all'array di misurazione per garantire letture valide. L'elemento fondamentale nel test della carica interrata consiste nella preparazione del letto di terreno e nel processo di interramento. È richiesta precisione per assicurare risultati ripetibili.Successivamente, chiudere il poligono. Dispiegare delle sentinelle per garantire che il poligono sia sgombro durante la sparatoria. Poco prima di far esplodere una carica in aria libera, collegare il filo di interruzione al detonatore e inserire un detonatore elettrico per metà all'interno della carica partendo dalla base.Ora, spostarsi al punto di sparo e verificare che lo strumento sia operativo. Quindi, fornire alimentazione al filo di interruzione. Ora, accertarsi di controllare con le sentinelle che sia sicuro procedere con il lancio.Quindi, innescare gli esplosivi. Dopo la detonazione, rendere sicura l'area del test e scaricare i dati eseguendone una copia di backup. Mentre viene redatto un protocollo per descrivere i passaggi necessari in questa fase, uno script Matlab sviluppato viene reso disponibile per consentire l'elaborazione dei dati in modo rapido, utilizzando la metodologia esatta.Importare i dati dai file di dati grezzi in Matlab facendo doppio clic sul nome del file e quindi cliccando su Fine nella procedura guidata di importazione. Successivamente, aprire lo script Matlab di interpolazione. Nella sezione di meshing del codice, definire una griglia regolare su cui verrà eseguita l'interpolazione modificando il mesh.Utilizzare la stessa risoluzione in ogni futura modellazione numerica. Questo passaggio cruciale trasforma i dati discreti in una mappa 2D. Lo script sposterà nel tempo tutte le tracce di pressione del barra di pressione di Hopkinson.È necessario un ritardo temporale per consentire alla routine di interpolazione di localizzare con successo il fronte d'urto in qualsiasi momento. Ora, allineare i dati provenienti da ciascun array radiale in modo che tutte le pressioni massime siano sincronizzate. Successivamente, calcolare il raggio, r, e l'angolo, beta, per un punto specifico di interesse sulla griglia.Applicare l'interpolazione 1D ai due array del barra pressione di Hopkinson più vicini al punto di interesse del raggio corrente. Ad esempio, a 45 gradi, l'interpolazione utilizzerebbe gli array X, X e Y, Y. Ora, interpolare la linearità tra le due pressioni in base all'angolo.Ad esempio, a 45 gradi, utilizzare 50%X, X e 50%Y, Y. Successivamente, spostare nel tempo la storia temporale della pressione per ciascuna posizione in base all'interpolazione cubica del tempo di arrivo dell'onda d'urto. Alla fine, il risultato è una storia temporale della pressione completamente interpolata. È stato concepito un telaio di reazione sostanzialmente rigido, in grado di resistere a diverse centinaia di newton-secondo con minima deflessione, utilizzando una piastra bersaglio in acciaio dolce di 100 millimetri.Questo telaio ha superato test fino a 500 newton-secondi. È stato effettuato un singolo test con 17 barre di pressione di Hopkinson configurate in un array 2D, utilizzando barre lunghe 3,25 metri con raggi di cinque millimetri. La distanza tra le barre è stata impostata a 25 millimetri.Per questo test, l'estensimetro è stato fissato a 0,25 metri dalla faccia caricata. È stata fatta esplodere una carica sepolta nel terreno saturo. I dati provenienti da ciascuna delle quattro serie radiali, con una barra di pressione di Hopkinson centrale comune a tutti i grafici, mostrano chiaramente il fronte d'urto, con la pressione che decresce lentamente con la distanza radiale.Le registrazioni temporali della pressione sono state quindi elaborate mediante la procedura di interpolazione 2D. La pressione interpolata che agisce sulla piastra bersaglio mostra un ritardo di 20 millisecondi nell'arrivo del fronte d'urto. Il fronte d'urto corrisponde al tempo impiegato dall'onda d'urto per percorrere la distanza tra la carica e la piastra bersaglio.La natura asimmetrica del carico è particolarmente evidente a 0,22 millisecondi. A 0,3 millisecondi dall'esplosione, il fronte d'urto era quasi simmetrico lungo tutti gli assi. Una volta messo in funzione l'apparato, è possibile eseguire fino a sei prove in aria libera al giorno.Questo numero è notevolmente ridotto con un test che utilizza cariche interrate a causa della maggiore complessità nella preparazione del terreno. È la prima volta che misurazioni con una tale risoluzione elevata diventano possibili. Di conseguenza, siamo ora in grado di misurare la differenza nella forma del carico causata da variazioni nella geometria del test.La procedura numerica sviluppata offre un metodo estremamente efficace per visualizzare il carico e successivamente applicare tale carico direttamente nei modelli numerici, fungendo da primo passo nella modellizzazione della risposta delle strutture alle esplosioni. I dati ottenuti dal presente test hanno fornito informazioni uniche di validazione per potenziare la prossima generazione di modelli numerici, migliorando la nostra comprensione del fenomeno e la nostra capacità di proteggerci dagli effetti delle esplosioni.

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Lo svolgimento di elevata temperatura normale e combinato di pressione-taglio piatto impatto esperimenti tramite un sistema di riscaldamento-culatta Sabot

Questo articolo descrive un nuovo modello di ferita di cervello traumatica esplosione primaria. Un tubo di aria compressa guidato d'urto viene utilizzato per esporre in vitro culture hippocampal fetta di mouse per una singola onda d'urto. Si tratta di un protocollo semplice e rapido, generando una lesione del tessuto di cervello riproducibile con un throughput elevato.

Un modello di romanzo In Vitro di ferita di cervello traumatica di scoppio

Qui, presentiamo la microscopia a forza atomica (AFM), operata come strumento di nano- e micro-rientranza su cellule e tessuti. Lo strumento consente l'acquisizione simultanea della topografia della superficie 3D del campione e delle sue proprietà meccaniche, tra cui il modulo della parete cellulare Young e la pressione del turgor.

Uso della microscopia a forza atomica per misurare le proprietà meccaniche e la pressione del turgor delle cellule vegetali e dei tessuti vegetali

Presentiamo qui un protocollo di un modello di onda d'urto per i roditori per studiare gli effetti neurobiologici e fisiopatologici di lesioni cerebrali traumatiche da lievi a moderate. Abbiamo stabilito una configurazione da banco a gas dotata di sensori di pressione che consentono una generazione affidabile e riproducibile di lesioni cerebrali traumatiche da lievi a moderate indotte da esplosioni.

Modello di onda d'esplosione a bassa intensità per la valutazione preclinica della lesione cerebrale traumatica lieve a testa chiusa nei roditori

Qui vengono presentati i metodi per produrre esposizioni ripetute a esplosioni a bassa intensità utilizzando i topi.

Modellazione dell'esposizione altamente ripetitiva a basse esplosioni nei topi

Questo protocollo descrive un sistema personalizzato di sovrapressione dell'aria progettato per indurre lesioni del sistema nervoso centrale (SNC) a sistema chiuso nei topi, inclusi traumi oculari, cerebrali e del midollo spinale. L'obiettivo di questo protocollo è quello di fornire un quadro di riferimento per i ricercatori per adattare ed espandere facilmente il sistema per i loro studi unici sul trauma del SNC.

Sistema per lesioni focali del sistema nervoso centrale a sistema chiuso

Impara a quantificare le esplosioni con le barre di pressione Hopkinson per l'ingegneria della protezione dalle esplosioni. Questo metodo consente di registrare pressioni estreme oltre i limiti delle tecniche tradizionali.

Blast Quantificazione Utilizzando Hopkinson Pressure Bar

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