$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Stijve Reaction Frame
- Bepaal geschaalde distance waarvan tests gebruikt Vergelijking 1, waarbij R de afstand van het centrum van het explosief te nemen, en W de lading massa uitgedrukt als equivalente massa TNT.
Z = R / W 1/3 (1) - Bereken bij benadering maximale impuls deze regeling zal via numerieke modellering te genereren (zie bijlage A) of specifieke instrumenten zoals ConWep 3.
Opmerking: Het gebruik van ConWep 3 is alleen geldig voor vrije luchtstroom, als een schatting van de druk gegenereerd op basis van begraven kosten vereist de meer geavanceerde numerieke modellering is vereist. - Controleer de geschatte het laden van het model zal niet het genereren van in-plane verplaatsingen van meer dan 0,5 mm in het doel plaat.
- Verhoog de belasting berekend met een factor 10 om rekening te houden onnauwkeurigheden van de modellen en flexibiliteit voor toekomstige tes toevoegenTing.
- Ontwerp een stijf frame reactie kunnen de maximale belasting berekende 16 weerstaan. In een afdeling Engineering, het uitvoeren van deze berekeningen in huis; anders zoeken naar de diensten van een Structural Engineer.
- Procure rigide reactie frames, contract een specialist aannemer te fabriceren en de frames te installeren om de ontwerpen van de constructeur.
- Procure richtplaat, contract een specialist stalen fabricator.
Merk op dat de plaat moet worden aangebracht op krachtopnemers (indien gebruikt) en gaten voor de HPbs (ontworpen punt 3) moet worden geboord door de plaat voor de montage.

Figuur 1. Schematische voorstelling van de test frame. (A) Totale regeling, (B) plan van de richtplaat, (C) close-up bekijken van richtplaat. THij Hopkinson druk bars zijn opgehangen aan het barsamenstel ontvanger, zodat ze zitten gelijk met het gezicht van het doel plaat. Dit maakt het volledig tot uiting druk die op het doel plaat op te nemen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
2. Load Ontwerp van de cel
- Procure of fabriceren load cellen (indien gebruikt). Deze kan zowel off-the-shelf universele (druk / spanning) rekstrookje- bus modellen of ingebouwde intern uit delen dikwandige zacht stalen buis gelast montageplaten rekstrookjes aangebracht op een Wheatstone brugvorming zie figuur 2.
- Als de belasting cellen zijn vervaardigd in-house, stuur ze naar een externe contractant voor de kalibratie.

Figuur 2. Schematische weergave van het in-huis vervaardigd load cells. (A) zijaanzicht (B) eindaanzicht. De donkergrijze cilinder is een dikwandige stalen buis die stammen onder belasting. Deze soort is opgenomen met een spanningsmeter als geen rotatie wordt ervaren tijdens het laden. Uit de kalibratie van de load cell de stam kan terug worden gerelateerd aan de toegepaste spanning. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
3. Hopkinson Pressure Bar Design
- Over de duur van de opname,
, Die nodig is om de volledige lading van de ontploffing te vangen. De minimale duur die nodig is de tijd die in het numerieke model (sectie 1.2) de druk naar nul terug na de begindruk piek. Hier, gebruik 1.2 msec. - Decide op het materiaal voor de HPbs. Dit beïnvloedt de elastische golf snelheid,
, In de bar, die wordt gegeven door
waar
is de Young's modulus en
de dichtheid. Voor het meten van een hoge druk schok Gebruik stijve materialen zoals staal; waarbij als een zwakkere schok wordt verwacht, gebruiken minder stijve materialen zoals een magnesiumlegering of nylon. - Kies de positie op de HPB de spanningsmeter wordt geplaatst, die zo dicht mogelijk bij het geladen oppervlak van de HPB om dispersie te minimaliseren. In de huidige set-up van de dikte van het doel plaat en de wendbaarheid die nodig is om de staven passen in plaats betekende dat de meters kon alleen worden geïnstalleerd 250 mm uit de geladen gezicht.
- Bereken de HPB vereiste lengte met behulp
waar
de afstand van het geladen oppervlak van de HPB de spanningsmeter
(3,25 m). - Bepaal nodig HPB straal om voldoende bandbreedte om het evenement vast te leggen met behulp van hebben:
kHz, waarbij
de straal in mm HPB 22,23 (5 mm). - Beslissen over de ruimtelijke resolutie nodig is om de drukverdeling in de plaat vast te leggen. Dit is in het algemeen zo dicht mogelijk behoud van de structurele integriteit van de trefplaat. In het huidige werk, gebruik maken van 25 mm.
- Boorgaten in de richtplaat de HPbs monteren (dit kan onderdeel zijn van het fabricageproces). Een nauwe pasvorm is vereist without de HPbs in contact staat met de plaat. Hier, gebruik 0,5 mm tolerantie met 17 gaten geboord in een kruisvorm (figuur 1b).
- Procure de HPbs (17), en zorg ervoor dat de distale einden schroefdraad om voor schorsing in het barsamenstel ontvanger (figuur 3A) te hebben.
4. experimentele opstelling & Data Acquisition
Let op: Met de reactie frame, richtplaat, load cellen en HPbs ontworpen en gefabriceerd, kan de assemblage beginnen zoals weergegeven in figuur 1, en ontworpen in dienst Protocol 1.
- Bevestig halfgeleider rekstrookjes om HPbs (Figuur 3B) en load cellen met behulp van cyanoacrylaat, let daarbij goed op de continuïteit van de aarde te verzekeren door alle bekabeling. Een voorbeeld van de Wheatstone brug voor de HPbs wordt getoond in figuur 3C.
- Controleer of alle aarde kabels worden bevestigd om de continuïteit van de aarde te verzekeren. Goed geaarde testapparatuur zal verbeterenkwaliteit van het signaal in het bijzonder.
- Zorg ervoor dat de bedrading is voldoende lang om ervoor te zorgen dat de oscilloscoop is plaatsbaar in een blast vrije ruimte (afgeschermde bekabeling moet worden gebruikt die voldoende signaal bandbreedte heeft).
- Breng het doel plaat om de starre reactie frame, met behulp van de optionele loadcellen indien aanwezig (figuur 1C).
- Hang HBPS van het barsamenstel ontvanger, het passeren van de geladen uiteinde door het juiste gat in het doel plaat. Hang de HPbs vrij uit een moer geschroefd op het van schroefdraad voorziene distale uiteinde van de HPB.
- Zorg ervoor dat bars zijn verticaal met behulp van een waterpas (dienovereenkomstig aanpassen van de ontvanger).
- Controleer de gezichten van de HPbs zijn niveau met de doelgroep plaat, dienovereenkomstig aanpassen van de moer.
- Stel de trim van de variabele weerstand in de conditioneringschakeling (figuur 3C) om de spanning binnen de grenzen van oscilloscoop tijdens het testen te houden. Doe dit door middel van trial and error gericht op het uit balans voor elk kanaal instellengezien op de digitale uitlezing van de versterker dozen op nul.
- Sluit de versterkte meter uitvoer naar een geschikte digitale oscilloscoop. Configureren voor een bemonsteringsfrequentie (1,56 MHz), opnameduur (28,7 msec) met een pre-trigger duur van 3,3 msec hebben.
- Stel de opname te triggeren wanneer de spanning in de pauze draad kanaal (die zelf is bedraad in de oscilloscoop) een 'out-window' overschrijdt. Record spanning voor elke meter aangesloten (22 in totaal, 17 HPbs, 4 load cellen en de break draad) en tijd.

Figuur 3. (A) Schematische weergave van een HPB aangebracht in het doel plaat, (B) doorsnede door HPB op maat locatie, (C) voorbeeld Wheatstone brug circuit. Twee rekstrookjes worden gebruikt in de Wheatstone brug zodat en buigen van de Hopkinson bar cancelled out. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
5. Explosieve voorbereiding
- Beslissen over de explosieve lading massa en stand-off voor gebruik in de testen (100 g PE4 bij 75 mm).
- Beslissen of de kosten moeten worden ontploft in de vrije lucht of binnen een ander medium (bodem, water enz.). Voor de vrije lucht test een sferische vorm lading wordt normaal gebruikt terwijl bij begraven kosten van de standaard is een 3: 1 squat cilinder 24,25.
- Voor de vrije lucht testen:
- Hang de lading onder het doel plaat op de juiste stand-off (75 mm). Dit te bereiken met een dunne houten strook of door het plaatsen van de lading op een blad van polyethyleen.
- Plaats de lading coaxiaal met de meting array waarborgen geldige metingen.
- Voor de vrije lucht testen maken gebruik van een elektrische ontsteker, met de ontsteker wordt halverwege geplaatst inde lading van de basis. Doe dit op het laatste moment voor de ontploffing en wanneer het bereik is al veilig gesteld.
- Voor begraven testen:
- Fabriceren een geschikte container voor het medium. Voor bodems, de huidige test maakt gebruik van 1/4 schaal containers 23.
- Beslissen over de grondsoort worden benut en de geotechnische voorwaarden: vochtgehalte en de droge dichtheid van de bodem, zie ref 15 voor meer informatie..
- Beslis over de ingraafdiepte te gebruiken bij het testen. Dit is meestal 100 mm in een full scale test, als de huidige tests worden gedaan op ¼ schaal betekent dit een 25 mm begrafenis diepte.
- Meng de bodem grondig met een geschikt formaat constructie mixer om de doelstelling vochtgehalte te bereiken. Voor zand het mengen benodigde tijd 10 min.
- Controleer het vochtgehalte van het mengsel door het verwijderen van een kleine hoeveelheid en wegen van de totale massa te berekenen,
. Droogde bodem verwijderd en opnieuw wegen van de massa van water te berekenen,
. Geotechnische vochtgehaltes zijn gespecificeerd in termen van gravimetrisch vochtgehalte,
. - Wanneer het vochtgehalte binnen de tolerantie blijven, anders remixen de bodem. Een tolerantie van ± 0,05-0,1% is bereikt in het huidige werk.
- Weeg de lege bodem container en bereken het volume op de berekening van de bodem dichtheid eenmaal vol (stap 5.4.7) mogelijk te maken.
- Verdichten de grond in lagen dun genoeg om de doelstelling dichtheid waarborgen, zodat de grondmassa die in de houder bekend. Voor Leighton Buzzard Sand 15 gebeurt dit in twee lagen.
- Zodra de container vol is, controleer dan of de dichtheid van de bodem binnen in de tolerantie (± 0,2%). Het doelwit droge dichtheid in alle tests met Leighton Buzzard Sand was 1,6Mg / m3. Bereken droge dichtheid, met behulp
Waar ρ d de droge dichtheid is M het totale grondmassa toegevoegd aan het vat, V het volume van de bodem houder en w is het vochtgehalte. - Graven een klein gaatje ≈50 mm zodat de kosten voor het bovenoppervlak op de juiste ingraafdiepte (25 mm) geplaatst.
- Plaats een niet-elektrische detonator in de basis van de lading en graven een geschikte kanaal aan de zijkant van de houder te garanderen het bovenvlak van de houder niet onderbroken zodra de grond komt.
- Plaats de lading en detonator in het uitgegraven gat, het controleren van de begrafenis diepte is correct. Terug vul het gat met de opgegraven materiaal.
6. Firing sequentie
Opmerking: Er is een kleine hoeveelheid overlap met protocol deel 5 door de nature proeven. Het afvuren volgorde moet erop gericht zijn om risico's te minimaliseren en mag alleen worden uitgevoerd door speciaal opgeleid personeel.
- Voor de vrije lucht testen:
- Schik gratis ondersteuning onder het doel plaat op de juiste stand-off (75 mm).
- Sluit het bereik. Implementeer schildwachten om ervoor te zorgen bereik is tijdens het bakken duidelijk.
- Plaats lading op de drager coaxiale instrumentatie. Bevestig de pauze draad aan de ontsteker, en zet de ontsteker in de lading.
- Voor begraven testen:
- Plaats de bodem container, zodat de lading wordt geplaatst co-axiale HPB array.
- Sluit het bereik. Implementeer schildwachten om ervoor te zorgen bereik is tijdens het bakken duidelijk.
- Sluit de pauze draad zodanige wijze moet worden gewikkeld rond de omtrek van lading (dit geeft een meer herhaalbare tijde van de ontsteking in begraven kosten).
- Ga naar vuren punt en bevestig instrumentatie loopt.
- Leveren macht aan de pauze draad. Neem contact op met schildwachtenHet is veilig om te gaan met het afvuren.
- Initiëren explosieven. Maak het testgebied veilig.
- Download en back-up van gegevens.
- Re-open test bereik.
7. Numerieke interpolatie voor een 1D HPB-array
- Importeren de gegevens van de ruwe data bestanden in Matlab.
- Tijdverschuiving alle gegevens in de radiale richting, zodat de piekdruk voor elke staaf komt tegelijkertijd de piekdruk van de centrale balk met vergelijking 2 (Figuur 4B).
(2) - Interpoleren de druk op elk radiale afstand van Figuur 4B.
- Zet de aankomsttijden (
) Wordt gebruikt om de piekdrukken te lijnen en plaats een derdegraadsvergelijking door de gegevens (Figuur 4C). - Time-shift de geïnterpoleerde gegevens naar de aankomsttijden passen, generating van een continue shock voorzijde (figuur 4D).
- Herhaal dit voor elke individuele set van testgegevens.

Figuur 4. Interpolatie sequentie voor 1D HPB array. (A) oorspronkelijke gegevens, (B) in de tijd verschoven data, (C) schokgolf aankomsttijden, en (D) uiteindelijke druk geïnterpoleerde tijdgegevens 16. De discrete aard van de druk in de tijd is duidelijk te zien in (A) met er geen continuïteit tussen de piekdrukken op elk van de vijf meter locaties. Wanneer gericht door piekdruk volgens (B) de interpolatie van druk op een radiale afstand (uitgaande van dezelfde aankomsttijd) mogelijk. Door het opnemen van de tijdsverschuiving nodig is om de piekdrukken lijn de aankomsttijd van de schokgolf kan worden berekend als sheigen in (C). Dit maakt dan de aankomsttijd en de druk tijd de geschiedenis te worden berekend voor elke radiale afstand zijn interpolatie onder druk van (B) en de tijd van de (C) het geven van de laatste geïnterpoleerde druk zoals te zien in (D). Klik hier voor een grotere weergave versie van deze figuur.
8. Numerieke interpolatie voor een 2D-array HPB
Opmerking: De code wordt gebruikt om de interpolatie in Matlab lopen is voorzien, samen met een voorbeeld bestand met resultaten die in dit artikel worden genoemd.
- Importeren de gegevens van de ruwe data bestanden in Matlab. Voor het voorbeeld testgegevens, dubbelklik op het test_data.mat bestand en klik op 'Finish' in de wizard Importeren.
- Open de interpolation2d.m Matlab script.
- Definieer een reguliere rooster waarover de interpolatie zalbeheerd door het veranderen van het gaas. Zorg ervoor dat dit is dezelfde resolutie als de mazen in eventuele toekomstige numerieke modellering 26,27. Dit wordt ingesteld in sectie van de code van de '% mesh gegevens'.
- Voer het interpolation2d.m Matlab script. Let op de volgende stappen in de code geïmplementeerd en worden hier vermeld voor de duidelijkheid.
- Time-shift alle HPB druk sporen door
(Vergelijking 2). Oorspronkelijke data wordt getoond voor
mm in Figuur 5B, met dezelfde gegevens tijd verschoven in figuur 5C.
Opmerking: de tijdverschuiving is vereist om de interpolatieroutine succesvol vind schokgolf op een bepaald moment. Dit houdt in wezen het uitlijnen van de gegevens voor elke radiale reeks dus al de maximale druk uit te lijnen. - Bereken de straal,
En ang le,
voor een gegeven bijzondere plaats op de grid, zie figuur 5A. - Breng de 1D interpolatie de twee arrays HPB dichtst bij het aandachtspunt voor de huidige radius
(voor
de interpolatie zou gebruiken
en
arrays). - Lineair interpoleren tussen 2 drukken op basis van
(Opnieuw voor een
de weging zou 50% van de te
en 50% van de 12eq30.jpg "/> serie berekend druk). - Bereken de momentane belasting van de geïnterpoleerde druk door de grid afstand (gebied) om de lading te vermenigvuldigen.
- Vermenigvuldig de belasting op het moment stap van de bemonstering op de momentane impuls krijgen.
- Herhaal dit voor alle locaties en tijden (het optellen van de momentane impuls aan de totale impuls te geven).
- Time-shift de druk tijd geschiedenis voor elke locatie op basis van kubieke interpolatie van de schok aankomsttijd (figuur 5D).

Figuur 5. interpolatie sequentie voor 2D HPB array. (A) Meld conventies gebruikt, (B) de oorspronkelijke gegevens
mm, (C) in de tijd verschoven data412 / 53412eq36.jpg "/> mm, en (D) aankomsttijden voor elke radiale richting 16. Voor een 2D-array van bars de druk tijd de geschiedenis op elk punt is afhankelijk van zowel de radiale afstand en welke kwadrant de bezienswaardigheid is gevestigd . als de explosie waren perfect symmetrische dan de druk in (B) zou verticale lijnen zoals getoond in (C). in (B) blijkt dat de schokgolf is bereikt het 50 mm gelegen aan
as eerste.
Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.