폭발 정량화는 홉 킨슨 압력 막대를 사용하여

이 실험의 전반적인 목표는 폭발성 장약에 가깝게 생성된 매우 공격적인 환경에서 압력의 공간적, 시간적 분포를 정확하게 측정하는 것입니다. 이 방법은 전달된 하중의 정확한 형태, 폭발 유형 및 모양과 같은 요소가 전달된 하중에 미치는 영향과 같은 폭발 방지 엔지니어링 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 기존 측정 접근 방식의 한계를 벗어난 압력을 기록할 수 있다는 것입니다.

이 방법은 자유 공기 폭발에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만 매몰 또는 수중 폭약과 같은 다른 이벤트에도 적용할 수 있습니다. 우리는 처음에 단일 Hopkinson 압력 막대를 사용하여 이 방법에 대한 아이디어를 시험해 보았고, 곧 데이터를 정확하게 캡처하기 위해 큰 어레이가 필요하다는 것을 깨달았습니다. 시작하려면 ConWep과 같은 소프트웨어 분석을 사용하여 테스트 프레임 배열이 생성할 대략적인 최대 임펄스를 계산합니다.

매몰 폭약의 경우 이 프로세스는 토양, 폭발물 및 표적 플레이트 간의 상호 작용을 모델링하기 위해 더 고급 수치 기술이 필요하기 때문에 덜 간단합니다. 테스트 프레임과 로드셀의 생산에 대한 자세한 내용은 각각 텍스트 프로토콜에 제공됩니다. 스트레인 게이지가 배치될 Hopkinson 압력 막대의 위치를 선택하고 분산을 최소화하기 위해 하중면에 최대한 가깝게 배치합니다.

이 설정에서는 타겟 플레이트의 두께와 바를 맞추는 데 필요한 기동성으로 인해 게이지가 적재면에서 250mm 떨어진 곳에 설치됩니다. 이 경우 이벤트를 캡처하는 데 필요한 계산된 막대 반경은 5mm입니다. 구조적 무결성을 손상시키지 않는 막대에 대해 가장 엄격한 공간 해상도를 사용합니다.

이 경우 거리는 25mm입니다. 자세한 내용은 텍스트 프로토콜에 제공됩니다. 시작하려면 시아 노 아크릴 레이트를 사용하여 반도체 스트레인 게이지를 Hopkinson 압력 막대에 부착 한 다음로드 셀에 부착하십시오.

필요한 경우 로드 셀을 사용하여 타겟 플레이트를 견고한 반응 프레임에 맞춥니다. 신호 품질 향상을 위해 모든 케이블이 잘 접지되어 있는지 확인하십시오. 또한 배선은 폭발 지역 외부의 오실로스코프에 연결할 수 있을 만큼 충분히 길어야 합니다.

모든 차폐 와이어는 충분한 신호를 전달해야 합니다. 이제 바 어셈블리 수신기에서 Hopkinson 압력 막대를 걸어 놓습니다. 적재된 끝을 타겟 플레이트의 올바른 구멍으로 통과시키고 원위 끝에 나사로 고정된 너트에서 Hopkinson 압력 막대를 자유롭게 걸어 놓습니다.

수평기를 사용하여 너트를 조정하여 막대를 수직으로 배치하고 면이 대상 플레이트와 수평이 되도록 합니다. 이제 시행 착오를 통해 컨디셔닝 회로의 가변 저항에 대한 트림을 설정하여 전압을 오실로스코프의 한계 내로 유지하십시오. 증폭기 박스에 의해 보고된 대로 각 채널의 균형 초과 판독값을 0으로 만듭니다.

그런 다음 증폭된 게이지 출력을 적절한 디지털 오실로스코프에 연결합니다. 오실로스코프를 1.56메가헤르츠 샘플링 주파수와 28.7밀리초의 기록 시간으로 구성하고 사전 트리거 기간을 3.3밀리초로 설정합니다. 총 22 개의 게이지, Hopkinson 압력 막대에서 17 개, 로드 셀에서 4 개, 브레이크 와이어 1 개를 연결해야합니다.

각 게이지의 전압과 시간을 기록합니다. 볼륨이tage 브레이크 와이어의 e가 플러스 또는 마이너스 100밀리볼트와 같은 창 밖 값을 초과합니다. 자유 공기 충전 테스트의 경우 얇은 나무 조각을 사용하여 올바른 스탠드 오프(이 경우 200mm)에서 타겟 플레이트 아래에 전하를 매달아 놓습니다.

유효한 판독값을 보장하기 위해 전하를 측정 어레이와 동축으로 배치합니다. 매몰 전하 테스트에서 중요한 요소는 토양 바닥의 준비와 매몰 과정에 있습니다. 반복 가능한 결과를 얻으려면 정밀도가 필요합니다.

다음으로 범위를 닫습니다. 사격 중 사거리가 명확한지 확인하기 위해 보초를 배치하십시오. 이제 자유 공기 충전을 발사하기 직전에 브레이크 와이어를 기폭 장치에 연결하고 전기 기폭 장치를 베이스에서 충전물의 절반에 삽입합니다.

이제 발사 지점으로 이동하여 계측이 작동하는지 확인합니다. 그런 다음 단선에 전원을 공급합니다. 이제 보초에게 발사를 진행하는 것이 안전한지 확인하십시오.

그런 다음 폭발물을 시작합니다. 폭발 후 테스트 영역을 안전하게 만들고 데이터를 다운로드하여 백업합니다. 이 단계에서 필요한 단계를 설명하기 위해 프로토콜이 작성되는 동안, 정확한 방법론을 사용하여 데이터 처리를 신속하게 수행할 수 있도록 개발된 Matlab 스크립트도 사용할 수 있습니다.

파일 이름을 더블 클릭한 다음 가져오기 마법사에서 마침을 클릭하여 원시 데이터 파일의 데이터를 Matlab으로 가져옵니다. 다음으로, 보간 Matlab 스크립트를 엽니다. 코드의 meshing 섹션에서 메시를 변경하여 보간이 실행될 일반 그리드를 정의합니다.

향후 수치 모델링에서 동일한 해상도를 사용합니다. 이 중요한 단계는 개별 데이터를 2D 맵으로 변환합니다. 스크립트는 모든 Hopkinson 압력 막대 압력 트레이스의 시간을 이동합니다.

시간 이동은 보간 루틴이 주어진 시간에 충격 전선을 성공적으로 찾을 수 있도록 하는 데 필요합니다. 이제 모든 최대 압력이 동기화되도록 각 방사형 배열의 데이터를 정렬합니다. 다음으로, 그리드의 지정된 관심 지점에 대한 반지름 r과 각도 beta를 계산합니다.

현재 반지름의 관심 지점에 가장 가까운 두 개의 Hopkinson 압력 막대 배열에 1D 보간을 적용합니다. 예를 들어, 45도에서 보간은 X, X 및 Y, Y 배열을 사용합니다. 이제 각도를 기준으로 두 압력 사이의 선형성을 보간합니다.

예를 들어, 45도에서 50%X, X 및 50%Y, Y를 사용합니다.그런 다음 충격 도착 시간의 3차 보간을 기반으로 각 위치의 압력 시간 기록을 시간 이동합니다. 궁극적으로 결과는 완전히 보간된 압력 시간 기록입니다. 최소한의 편향으로 수백 뉴턴초를 견딜 수 있는 효과적으로 견고한 반응 프레임은 100mm 연강 타겟 플레이트를 사용하여 고안되었습니다.

이 프레임은 최대 500뉴턴초의 테스트를 견뎌냈습니다. 단일 테스트는 5mm 반경의 3.25미터 길이의 막대를 사용하는 2D 어레이로 구성된 17개의 Hopkinson 압력 막대로 수행되었습니다. 간격은 25mm로 설정되었습니다.

이 테스트를 위해 스트레인 게이지는 하중면에서 0.25m 떨어진 곳에 부착되었습니다. 포화된 토양에 묻힌 폭약이 폭발했습니다. 모든 플롯에 공통적인 중앙 Hopkinson 압력 막대가 있는 4개의 방사형 어레이 각각에서 얻은 데이터는 압력이 반경 거리에 따라 천천히 감소하는 매우 명확한 충격 전선을 보여줍니다.

기록된 압력 시간 기록은 그런 다음 2D 보간 루틴을 통해 실행되었습니다. 타겟 플레이트에 작용하는 보간된 압력은 쇼크 프론트의 도착에서 20밀리초 지연을 보여줍니다. 충격 전선은 충격파가 전하와 타겟 플레이트 사이의 거리를 커버하는 데 걸리는 시간입니다.

로딩의 비대칭 특성은 0.22밀리초에서 특히 명확합니다. 폭발 후 0.3밀리초가 지났을 때, 충격 전선은 모든 축을 따라 거의 대칭이 되었습니다. 장치가 시운전되면 하루에 최대 6번의 무료 공기 테스트를 수행할 수 있습니다.

이 숫자는 토양 준비의 복잡성이 추가되기 때문에 매몰 된 전하를 사용한 테스트로 크게 줄어 듭니다. 이러한 고해상도 측정이 가능해진 것은 이번이 처음입니다. 그 결과, 이제 테스트 형상의 변화로 인한 하중 형태의 차이를 측정할 수 있습니다.

개발된 수치 루틴은 하중을 시각화한 다음 이 하중을 수치 모델에 직접 적용하여 폭발에 대한 구조물의 반응을 모델링하는 첫 번째 단계로 작동하는 매우 강력한 방법을 제공합니다. 현재 테스트에서 생성된 데이터는 차세대 수치 모델을 강화하기 위한 고유한 검증 데이터를 제공하여 문제에 대한 이해와 폭발로부터 자신을 보호할 수 있는 능력을 향상시켰습니다.