Name: ブラスト定量ホプキンソン圧力棒を使用して (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-05T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 41 s
Description: 学ぶホプキンソン圧力棒を用いた爆発荷重の高精度計測法。空気中・埋設・水中の爆発シナリオに対応し、従来手法では捉えられない極限圧力を記録できます。構造物の耐爆設計に有用なデータを提供します。

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著者は、公開された研究に資金を提供してくれた防衛科学技術研究所に感謝したいと思います。

<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>
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<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>
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<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>
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<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>
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</ol>

著者らは開示するものは何もない。

著者らは上記で概説プロトコルを使用することは、ホプキンソン圧力棒のアレイを使用して、炸薬の高度変化する負荷の高忠実度の測定値を取得することが可能であることを示しています。補間ルーチンを使用すると、離散圧力 - 時間履歴を数値モデルで、またはこのようなモデルの出力のための検証データとしてローディング機能として直接使用可能である連続衝撃波面に変換することができ概説しました。 埋め込み電荷を使用する場合、プロトコル部5に概説土壌容器を製造するために使用される方法は、目標濃度に達するように設けられており、十分な圧縮エネルギーを確保するためにチェックしなければなりません。目標濃度は、その後に達していない場合は、リフト高さは、圧縮の効率を高めるために減少されるべきです。以前の研究から、均一な土壌タイプが良く傾斜土壌15を用いて実施した試験よりも再現性試験データを提供することが理解されました</sup&gt;。著者の前作15に概説されるように、完全な飽和時の土壌を用いた試験も、わずかに異なる方法論を用いて調製されます。 <p class="jo...

爆薬の出力を特徴付けることは、両方の（現在の紛争地域で爆発装置を即興埋め込み防御）軍と民間（構造部品を設計する）、多くの利点があります。最近では、このトピックでは、かなりの注目を集めています。集められた知識の多く​​は、より効果的な保護構造物の設計を可能にするための電荷からの出力の定量化を目的としています。ここでの主な問題は、行われた測定は、高忠実度でない場合、これらの爆発的事象における荷重伝達のメカニズムは不明なままであることです。これにより、検証のためにこれらの測定値に依存して数値モデルの検証の問題につながります。 近接場用語はスケールされた距離に芽を記述するために使用され、Zは 、以下~1 mは/ Z = R / W 1/3 1/3、kgでより、Rは、爆薬の中心からの距離であり、W料金は大量に発現されますTNTの等価質量として。このレジームでは負荷は、典型的には、非常に空間的及び時間的に不均一な負荷、非常に高い大きさによって特徴付けられます。堅牢な計装は、したがって、ニアフィールド・ロードに関連した極端な圧力を測定するために必要とされます。 Zは &lt;0.4メートルは/ 1/3 kgのスケーリングされた距離で、爆風パラメーターの直接測定は、存在しないか、1に非常に少数のいずれかであり、この範囲のための半経験的予測データは、パラメトリック研究にほぼ完全に基づいています。これは、著者の意図された範囲の外にあるキンガリーとBulmash 2、によって与えられた半経験的予測を使用することを含みます。これらの予測3,4に基づいて、ツールがロードの優れた一次推定を可能にする一方で、彼らは完全に現在の研究の焦点である近接場イベントの力学をキャプチャしません。 近接場ブラスト測定は、最近では、OUTPを定量化に焦点を当てています埋葬料からユタ。採用の方法論は、グローバルインパルス測定8-13を指示する構造的なターゲット5-7に生じる変形を評価するごとに異なります。これらのメソッドは、保護システム設計の検証のための貴重な情報を提供するが、完全に荷重伝達のメカニズムを調査することができません。試験は、によって生成されるように埋没深さを制御したり、衝撃波面のは固有の形状を確保していないとして、実用的な理由で、または近くにフルスケール（&gt; 1/4）への両方の実験室スケール（1/10フルスケール）で行うことができます起爆装置ではなく、裸の ​​電荷14を使用します。埋め込 ​​み電荷を有する土壌条件は、高度テスト15の再現性を保証するために制御する必要があります。 料金は無料空気中に置かれているか、埋め込まれているかどうかに関係なく、結果として爆発を測定する際の最も基本的な問題は、計装deploによって行われた測定の妥当性を確保することですYED。設計された試験装置16に固定された「剛性」ターゲットプレートは、バーの端部のみを完全に反映圧力を記録することができることを確保すると同時に、一方ホプキンソン圧力棒17（HPBS）を保護するために使用されます。著者らは、以前に18から20を剛性の目標からの反射圧の測定が入射よりも正確かつ反復可能であることを示す、または&#39;自由&#39;フィールド測定しています。このプレートの形状は、対象エッジ21の周囲にクリアまたは流れによって生成された圧力リリーフは無視できるであろうようなものです。この新たな試験装置は1/4スケールで構築されています。このスケールでは埋葬条件や爆発物を厳格にコントロールが25ミリメートルの埋没深さで、78グラムに縮小さ5キロのフルスケール充電サイズで、確保することができます。

<table><tbody><tr><td>ロードセル</td><td>RDP</td><td>RSL0960</td><td>これは単なる指標であり、正確なロードセルは必要な負荷を解決できるはずですスチール</td></tr><tr><td>ターゲットプレート/ HPBs</td><td>ギャラッツ&nbsp;</td><td></td><td>受注生産</td></tr><tr><td>ひずみゲージ</td><td>協和</td><td>KSP-2-120-E4</td><td>鋼製HPB用</td></tr><tr><td>シアノアクリレート</td><td>協和</td><td>CC-33-A</td><td>使用する材料によりメーカーに確認</td></tr><tr><td>デジタルオシロスコープ</td><td>TiePie</td><td>HS4 16ビットハンディスコープ&nbsp;</td><td>6 電流テストで並列に使用</td></tr><tr><td>レイトンバザードサンド</td><td>ガーサイドサンド</td><td>ガーサイド 14/25</td><td>ユニフォーム シリカサンド&nbsp;</td></tr></tbody></table>

ブラスト定量ホプキンソン圧力棒を使用して

Blast Quantification Using Hopkinson Pressure Bars

近接場ブラスト負荷測定、彼らは非常に過酷な環境に耐え、メガパスカルの数百までの圧力を測定することができなければならないとして、多くのセンサタイプに問題を提示します。この点でホプキンソン圧力バーの単純さはホプキンソンバーの測定端が耐えることができ、過酷な条件にさらされるが、バーに取り付けられたひずみゲージは、ある距離離れて固定することができるという点で大きな利点を有しています。これは、ひずみゲージを保護するが、測定データの集録と干渉しない保護筐体を利用することができます。圧力バーの配列の使用は、離散的な既知の点における圧力 - 時間履歴を測定することができます。また、この資料では、関心のある平面上の未計測の場所で圧力 - 時間履歴を導出するために使用される補間ルーチンについて説明します。現在の技術は、自由空気中の高性能爆薬から荷重を測定するために使用されており、様々な土壌に浅く埋め。

有効剛性反応フレームを提供する必要があります。現在のテストでは数百ニュートン秒の合計付与インパルスは、最小限の偏向に抵抗する必要があります。使用される硬質反応フレームの図示は、図1に示されている。各フレームが50ミリ鋼「アクセプター」プレートは、クロスビームのベースに鋳造されています。明示的に要求されない一方で、これはロードセル/ターゲットプレートを簡単に固定することが可能とコンクリート梁の顔に付加的な保護を与えます。現在実施し、最も近いスケールの距離は0.15メートルとなっている/ 1/3 kgです。 現在のフレームが500 nsまでテストされ、 図1（a）に示すに示すように列に ​​またがる750ミリメートル、深、500ミリメートル幅の広いビームで500ミリメートルの正方形の列がありますされています。設計における重要な要素は、軽度の100ミリメートルの厚さであ...

このプロトコルは、ホプキンソン圧力バーを使用して、近接場爆発イベントからの反射爆風負荷を測定する方法を詳しく説明しています。反射境界上の任意の点での圧力-時間履歴を補間できるため、生成される荷重の空間的および時間的変動を完全に特徴付けるために使用できます。

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 ...

本実験の全体的な目的は、爆薬の近傍で発生する極めて過酷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。この手法は、付加荷重の正確な形式や、爆薬の種類や形状などの要因が付加荷重にどのように影響するかといった、防爆工学分野における重要な疑問を解決するのに役立ちます。本手法の主な利点は、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。この手法は自由空間での爆発に関する知見を提供できるだけでなく、埋設電荷や水中電荷などの他の事象にも適用可能です。我々はまず、単一のホプキンソン圧力棒を用いてこの手法の概念を試行しましたが、データを正確に取得するには大規模なアレイが必要であることをすぐに認識しました。まず、ConWepなどのソフトウェア解析を用いて、試験フレームの配置によって発生する概算の最大力積を算出してください。埋設電荷の場合、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手法が必要となるため、このプロセスはそれほど単純ではありません。テストフレームおよびロードセルの作製に関する詳細は、それぞれテキストプロトコルに記載されています。分散を最小限に抑えるため、荷重面できるだけ近い位置にひずみゲージを配置し、ホプキンソン圧力棒上の位置を選択してください。この構成では、ターゲットプレートの厚さとバーを適合させるために必要な操作性の兼ね合いにより、ゲージは負荷面から250 millimeters離して設置されます。この場合、事象を捉えるために必要なバーの計算半径は5 millimetersです。構造的な完全性を損なわない範囲で、バーに最大限に狭い空間分解能を使用してください。この例では、距離は25 millimetersです。詳細はテキストプロトコルに記載されています。まず、シアノアクリレートを用いて、半導体ひずみゲージをホプキンソン圧力棒に取り付け、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、ターゲットプレートを剛性反応フレームに固定します。信号品質を向上させるため、すべてのケーブルが適切に接地されていることを確認してください。また、配線は爆発エリア外のオシロスコープに接続できる十分な長さである必要があります。シールド線であれば十分な信号を伝達できるはずです。次に、バーアセンブリレシーバーからホプキンソン圧力棒を吊り下げます。負荷側の端をターゲットプレートの適切な穴に通し、圧力棒の遠位端に締め付けられたナットからホプキンソン圧力棒を自由に吊り下げてください。水準器を用いてナットを調整し、バーを垂直に配置して、その面がターゲットプレートと水平になるようにします。次に、試行錯誤によりコンディショニング回路の可変抵抗器のトリムを調整し、電圧をオシロスコープの制限範囲内に維持します。アンプボック

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