ブラスト定量ホプキンソン圧力棒を使用して

この実験の全体的な目標は、爆薬の近くで発生する非常に攻撃的な環境における圧力の空間的および時間的分布を正確に測定することです。この方法は、付与された負荷の正確な形状や、爆発物の種類や形状などの要因が付与された負荷にどのように影響するかなど、爆風防護工学の分野における主要な質問に答えるのに役立ちます。この手法の主な利点は、従来の測定アプローチの限界を超える圧力を記録できることです。

この方法は、自由空気爆発に関する洞察を得ることができますが、埋設または水中の電荷などの他のイベントにも適用できます。私たちはまず、1本のホプキンソン圧力バーを使用してこの方法のアイデアを試しましたが、すぐにデータを正確にキャプチャするためには大きなアレイが必要であることに気づきました。まず、ConWepなどのソフトウェア解析を使用して、テストフレームの配置によって生成されるおおよその最大インパルスを計算します。

埋設炸薬の場合、このプロセスはそれほど単純ではなく、土壌、爆薬、およびターゲットプレート間の相互作用をモデル化するために、より高度な数値技術が必要になるためです。テストフレームとロードセルの製造に関する詳細は、それぞれテキストプロトコルに記載されています。ひずみゲージが配置されるホプキンソン圧力バーの位置を選択し、分散を最小限に抑えるために、負荷された面にできるだけ近づけます。

このセットアップでは、ターゲットプレートの厚さとバーにフィットするために必要な操作性により、ゲージは負荷を受けた面から250mmの位置に設置されます。この場合、イベントをキャプチャするために必要な計算されたバーの半径は 5 ミリメートルです。鉄筋には、構造的な完全性を損なわない最も厳密な空間分解能を使用します。

この場合、距離は25ミリメートルです。詳細については、テキストプロトコルで提供されています。まず、シアノアクリレートを使用して、半導体ひずみゲージをホプキンソン圧力バーに取り付け、次にロードセルに取り付けます。

必要に応じて、ロードセルを使用してターゲットプレートを硬質反応フレームに取り付けます。信号品質を向上させるために、すべてのケーブルがしっかりと接地されていることを確認してください。また、配線は、爆風エリアの外側にあるオシロスコープに接続するのに十分な長さである必要があります。

シールド線は十分な信号を伝送する必要があります。次に、ホプキンソン圧力バーをバーアセンブリレシーバーから吊るします。ロードされた端をターゲットプレートの正しい穴に通し、ホプキンソンプレッシャーバーを遠位端にねじ込まれたナットから自由に吊るします。

水準器を使用して、ナットを調整してバーを垂直に配置し、バーの表面をターゲットプレートと同じ高さにします。次に、試行錯誤しながら、コンディショニング回路の可変抵抗器のトリムを設定し、電圧をオシロスコープの制限内に保ちます。各チャンネルのバランス崩れの読み取り値をゼロにします amplifierボックスによって報告されます。

次に、増幅されたゲージ出力を適切なデジタルオシロスコープに接続します。オシロスコープを1.56メガヘルツのサンプリング周波数、28.7ミリ秒の録音時間に構成し、プリトリガの持続時間を3.3ミリ秒に設定します。合計22個のゲージを接続する必要があり、17個はホプキンソン圧力バーから、4個はロードセルから、1個はブレークワイヤーです。

各ゲージからの電圧と時間を記録します。断線の電圧がプラスマイナス100ミリボルトなどのアウトウィンドウ値を超えたときに録音をトリガーするように設定します。フリーエアチャージテストの場合は、細い木片を使用して、ターゲットプレートの下の正しいスタンドオフ(この場合は200ミリメートル)でチャージを吊り下げます。

電荷を測定アレイと同軸に配置して、有効な読み取り値を確保します。埋設装入試験の重要な要素は、土床の準備と埋設プロセスにあります。再現性のある結果を確実に達成するには、精度が必要です。

次に、レンジを閉じます。砲撃中に射程が空いていることを確認するために歩哨を配置します。さて、フリーエアチャージを発射する直前に、ブレークワイヤーを起爆装置に取り付け、ベースからの爆薬の半分に電気起爆装置を挿入します。

次に、発火点に移動し、計装が機能していることを確認します。次に、ブレークワイヤーに電力を供給します。次に、安全に発砲を続行できることを歩哨に確認してください。

次に、爆発物を開始します。爆発後、テストエリアを安全にし、データをダウンロードしてバックアップします。この段階で必要な手順を説明するためのプロトコルが作成されている一方で、正確な方法論を使用してデータ処理を迅速に実行できるように、開発されたMatlabスクリプトも利用可能になっています。

生データファイルからMatlabにデータをインポートするには、ファイル名をダブルクリックし、インポートウィザードで[完了]をクリックします。次に、補間Matlabスクリプトを開きます。コードのメッシュ作成セクションで、メッシュを変更して補間が実行される規則的なグリッドを定義します。

将来の数値モデリングで同じ解像度を使用します。この重要なステップにより、目立たないデータが 2D マップに変換されます。このスクリプトは、すべてのホプキンソン圧力バー圧力トレースをタイムシフトします。

このタイムシフトは、補間ルーチンが任意の時点でショックフロントを正常に特定できるようにするために必要です。次に、各ラジアル配列からのデータを整列させて、すべての最大圧力が同期されるようにします。次に、グリッド上の特定の関心点の半径 r と角度 beta を計算します。

現在の半径の対象点に最も近い 2 つの Hopkinson 圧力バー配列に 1D 補間を適用します。たとえば、45 度では、補間は X、X、および Y、Y 配列を使用します。次に、角度に基づいて 2 つの圧力間の線形性を補間します。

たとえば、45 度では 50%X, X と 50%Y, Y を使用します。次に、衝撃の到着時間の 3 次補間に基づいて、各位置の圧力時間履歴をタイムシフトします。最終的に、結果は完全に補間された圧力の時刻歴になります。最小限のたわみで数百ニュートン秒に耐えることができる効果的に剛性の高い反応フレームは、100ミリメートルの軟鋼ターゲットプレートを使用して考案されました。

このフレームは、最大500ニュートン秒のテストに耐えました。1 回のテストでは、17 本のホプキンソン圧力バーを 2D 配列で構成し、半径 5 mm の 3.25 メートルの長さのバーを使用して 1 回のテストを行いました。間隔は 25 ミリメートルに設定しました。

この試験では、ひずみゲージを荷重面から0.25mの位置に取り付けました。飽和土壌に埋められた爆薬が爆発した。すべてのプロットに共通の中央のホプキンソン圧力バーを持つ 4 つの放射状配列のそれぞれからのデータは、非常に明確な衝撃波面を示しており、圧力は半径方向の距離とともにゆっくりと減衰しています。

次に、記録された圧力の時刻歴を2D補間ルーチンで実行しました。ターゲットプレートに作用する補間された圧力は、ショックフロントの到着に20ミリ秒の遅延を示しています。ショックフロントは、衝撃波が装薬とターゲットプレートの間の距離をカバーするのにかかる時間です。

負荷の非対称性は、0.22ミリ秒で特に明確です。爆発後0.3ミリ秒までに、衝撃面はすべての軸に沿ってほぼ対称になった。装置が試運転されると、1日あたり最大6回の自由空気試験を実施できます。

この数は、土壌の準備が複雑になるため、埋設された電荷を使用したテストでは大幅に減少します。このような高分解能測定が可能になったのは初めてです。その結果、試験形状のばらつきによって生じる荷重の形態の違いを測定できるようになりました。

開発された数値ルーチンは、荷重を視覚化し、この荷重を数値モデルに直接適用して、爆発性爆発に対する構造物の応答をモデル化する最初のステップとして機能する非常に強力な方法を提供します。今回のテストで得られたデータは、次世代の数値モデルを強化するための独自の検証データを提供し、問題に対する理解と爆発性爆発から身を守る能力を向上させています。