Name: Kwantyfikacja strumienia za pomocą prętów ciśnieniowych Hopkinsona (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-05T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 41 s
Description: Poznaj metodę kwantyfikacji strumienia wybuchowego za pomocą prętów ciśnieniowych Hopkinsona. Technika ta umożliwia precyzyjne pomiary ciśnienia w ekstremalnych warunkach bliskiego zasięgu wybuchu.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy pragną podziękować Laboratorium Nauki i Technologii Obronnej za sfinansowanie opublikowanej pracy.

<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>
<li>Kingery, C. N., Bulmash, G. ARBRL-TR-02555. Airblast parameters from TNT spherical air burst and hemispherical surface burst. , U.S Army BRL. Aberdeen Proving Ground, MD, USA. (1984).</li>
<li>Hyde, D. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHyde%2C+DW+%22Conventional+weapons+program+%28ConWep%29%22">Conventional weapons program (ConWep)</a>. , U.S Army Waterways Experimental Station. Vicksburg, MS, USA. (1991).</li>
<li>Randers-Pehrson, G., Bannister, K. A. ARL-TR-1310. Airblast loading model for DYNA2D and DYNA3D. , U.S Army Research Laboratory. Aberdeen Proving Ground, MD, USA. (1997).</li>
<li>Neuberger, A., Peles, S., Rittel, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scaling+the+response+of+circular+plates+subjected+to+large+and+close-range+spherical+explosions.+Part+II%3A+Buried+charges%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Impact+Eng%22%5BJournal%5D)">Scaling the response of circular plates subjected to large and close-range spherical explosions. Part II: Buried charges.</a> Int. J. Impact Eng. 34 (5), 874-882 (2007).</li>
<li>Xu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+inverse+approach+for+pressure+load+identification%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Impact+Eng%22%5BJournal%5D)">An inverse approach for pressure load identification.</a> Int. J. Impact Eng. 37 (7), 865-877 (2010).</li>
<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>
<li>Bergeron, D. M., Trembley, J. E. Canadian research to characterize mine blast output. 16'th Int. Symp. on the Military Aspects of Blast and Shock, Oxford, UK, , (2000).</li>
<li>Hlady, S. L. Effect of soil parameters on landmine blast. 18'th Int. Symp. on the Military Aspects of Blast and Shock, Bad Reichenhall, Germany, , (2004).</li>
<li>Fourney, W. L., Leiste, U., Bonenberger, R., Goodings, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanism+of+loading+on+plates+due+to+explosive+detonation%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+on+Blasting+and+Fragmentation%22%5BJournal%5D)">Mechanism of loading on plates due to explosive detonation.</a> Int. J. on Blasting and Fragmentation. 9 (4), 205-217 (2005).</li>
<li>Anderson, C. E., Behner, T., Weiss, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mine+blast+loading+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Impact+Eng%22%5BJournal%5D)">Mine blast loading experiments.</a> Int. J. Impact Eng. 38 (8-9), 697-706 (2011).</li>
<li>Fox, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+response+of+small+scale+rigid+targets+to+shallow+buried+explosive+detonations%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Impact+Eng%22%5BJournal%5D)">The response of small scale rigid targets to shallow buried explosive detonations.</a> Int. J. Impact Eng. 38 (11), 882-891 (2011).</li>
<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>
<li>Pope, D. J., Tyas, A. Use of hydrocode modelling techniques to predict loading parameters from free air hemispherical explosive charges. 1st Asia-Pacific Conference on Protection of Structures Against Hazards, Singapore, , (2002).</li>
<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>
<li>NATO Standardisation Agency. Procedures for evaluating the protection level of logistic and light armoured vehicles. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Allied+Engineering+Publication+%28AEP%29+55%22">Allied Engineering Publication (AEP) 55</a>. 2, 2, (2011).</li>
<li>Elgy, I. D., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aElgy%2C+ID+%22UK+ministry+of+defence+technical+authority+instructions+for+testing+the+protection+level+of+vehicles+against+buried+blast+mines%22">UK ministry of defence technical authority instructions for testing the protection level of vehicles against buried blast mines</a>. , Defence Science and Technology Laboratory. UK. (2014).</li>
<li>Clarke, S. D., et al. Finite element simulation of plates under non-uniform blast loads using a point-load method: Buried explosives. 11th Int. Conf. on Shock & Impact Loads on Structures (SILOS), Ottawa, Canada, , (2015).</li>
<li>Rigby, S. E., et al. Finite element simulation of plates under non-uniform blast loads using a point-load method: Blast wave clearing. 11th Int. Conf. on Shock & Impact Loads on Structures (SILOS), Ottawa, Canada, , (2015).</li>
<li>Hallquist, J. O. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHallquist%2C+JO+%22LS-DYNA+theory+manual%22">LS-DYNA theory manual</a>. Livermore Software Technology Corporation, CA, USA, , (2006).</li>
<li>Fay, S. D., et al. Capturing the spatial and temporal variations in impulse from shallow buried charges. 15th Int. Symp. on the Interaction of the Effects of Munitions with Structures (ISIEMS, Potsdam, Germany, , (2013).</li>
<li>Fay, S. D., et al. Measuring the spatial and temporal pressure variation from buried charges. 23rd Int. Symp. on the Military Aspects of Blast and Shock, Oxford, UK, , (2014).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Stosując opisany powyżej protokół, autorzy wykazali, że możliwe jest uzyskanie pomiarów o wysokiej wierności w odniesieniu do silnie zmiennego obciążenia pochodzącego z ładunku wybuchowego, przy użyciu układu prętów Hopkinsona. Dzięki zastosowaniu opisanej procedury interpolacji, dyskretne przebiegi ciśnienia w czasie mogą zostać przekształcone w ciągły front fali uderzeniowej, który może być wykorzystywany bezpośrednio jako funkcja obciążenia w modelowaniu numerycznym lub jako dane walidacyjne dla wyników takich modeli....

Charakteryzowanie produkcji ładunków wybuchowych ma wiele zalet, zarówno wojskowych (obrona przed zakopanymi improwizowanymi urządzeniami wybuchowymi w obecnych strefach konfliktu), jak i cywilnych (projektowanie komponentów konstrukcyjnych). W ostatnim czasie temat ten cieszy się dużym zainteresowaniem. Znaczna część zgromadzonej wiedzy miała na celu ilościowe określenie wyników wsadów, aby umożliwić projektowanie bardziej skutecznych struktur ochronnych. Główny problem polega na tym, że jeśli wykonane pomiary nie są bardzo wierne, to mechanizmy przenoszenia obciążenia w tych wybuchowych zdarzeniach pozostają niejasne. To z kolei prowadzi do problemów z walidacją modeli numerycznych, które opierają się na tych pomiarach w celu walidacji.
Termin bliskie pole jest używany do opisania wybuchów o skalowanych odległościach, Z, mniejsze niż ~1 m/kg1/3, gdzie Z = R/W1/3, R to odległość od środka materiału wybuchowego, a W to masa ładunku wyrażona jako równoważna masa TNT. W tym reżimie obciążenie charakteryzuje się zazwyczaj bardzo dużą wielkością, obciążeniami wysoce przestrzennymi i czasowo niejednorodnymi. W związku z tym wymagane jest solidne oprzyrządowanie do pomiaru ekstremalnych ciśnień związanych z obciążeniem w bliskim polu. Przy odległościach w skali Z < 0,4 m/kg1/3 bezpośrednie pomiary parametrów wybuchu albo nie istnieją, albo są bardzo nieliczne1, a półempiryczne dane predykcyjne dla tego zakresu opierają się prawie wyłącznie na badaniach parametrycznych. Wiąże się to z wykorzystaniem półempirycznych przewidywań podanych przez Kingery'ego i Bulmasha2, co wykracza poza zamierzony przez autora zakres. Chociaż narzędzia oparte na tych przewidywaniach3,4 pozwalają na doskonałe oszacowanie obciążenia pierwszego rzędu, nie oddają one w pełni mechaniki zdarzeń bliskiego pola, na której koncentrują się obecne badania.
Pomiary wybuchów bliskiego pola w ostatnim czasie skupiały się na ilościowym określaniu ilości pochodzących z zakopanych ładunków. Zastosowane metodologie różnią się od oceny powstałej deformacji do celu strukturalnego5-7 do bezpośredniego globalnego pomiaru impulsu8-13. Metody te dostarczają cennych informacji do walidacji projektów systemów ochronnych, ale nie są w stanie w pełni zbadać mechaniki przenoszenia obciążenia. Testy mogą być przeprowadzane zarówno w skali laboratoryjnej (1/10 w pełnej skali), jak i w skali bliskiej pełnej (> 1/4), z pragmatycznych powodów, takich jak kontrolowanie głębokości zakopania lub upewnienie się, że żaden naturalny kształt czoła uderzenia nie jest generowany przez użycie detonatorów, a nie gołych ładunków14. W przypadku ładunków zakopanych warunki glebowe muszą być ściśle kontrolowane, aby zagwarantować powtarzalność badań15.
Niezależnie od tego, czy ładunek jest umieszczony w wolnym powietrzu, czy jest zakopany, najbardziej fundamentalną kwestią w pomiarze wynikowego wybuchu jest zapewnienie poprawności pomiarów wykonanych przez zastosowane oprzyrządowanie. W zaprojektowanej aparaturze testowej16 zastosowano stałą "sztywną" płytkę docelową do osłaniania prętów ciśnieniowych Hopkinsona17 (HPB), zapewniając jednocześnie, że końce prętów mogą rejestrować tylko w pełni odbite ciśnienia. Autorzy wykazali wcześniej, że pomiar ciśnienia odbitego od sztywnego celu jest dokładniejszy i bardziej powtarzalny niż pomiary incydentalne lub "w polu swobodnym"18-20. Geometria tej płyty jest taka, że jakiekolwiek zmniejszenie ciśnienia generowane przez oczyszczanie lub przepływ wokół krawędzi docelowej21 byłoby znikome. Ta nowa aparatura testowa została skonstruowana w skali 1/4. Przy tej skali można zapewnić ścisłą kontrolę nad warunkami zakopania i materiałami wybuchowymi, przy pełnej wielkości ładunku 5 kg zmniejszonej do 78 g, przy głębokości zakopania 25 mm.

<table><tbody><tr><td>Ogniwo obciążnikowe</td><td>RDP</td><td>RSL0960</td><td>Jest to tylko wskazówka, dokładne ogniwo obciążnikowe powinno być w stanie rozwiązać wymagane obciążenie</td></tr><tr><td>Stalowa płyta docelowa / HPB</td><td>Garratts&nbsp;</td><td></td><td>Produkowane na zamówienie</td></tr><tr><td>Tensometr</td><td>Kyowa</td><td>KSP-2-120-E4</td><td>Do użytku ze stalą HPB</td></tr><tr><td>Cyjanoakrylan</td><td></td><td>Kyowa CC-33-A</td><td>Sprawdź u producenta w zależności od materiału, który ma być użyty</td></tr><tr>,<td>oscyloskop cyfrowy</td><td>TiePie</td><td>HS4 16-bitowy Handyscopes&nbsp;</td><td>6 używane równolegle w testach prądowych</td></tr><tr><td>Leighton Buzzard piasek</td><td>Garside Piaski Garside</td><td>14/25</td><td>Jednolity piasek kwarcowy&nbsp;</td></tr></tbody></table>

kwantyfikacja strumienia za pomocą prętów ciśnieniowych hopkinsona

Blast Quantification Using Hopkinson Pressure Bars

Pomiar obciążenia wybuchem w bliskim polu stanowi problem dla wielu typów czujników, ponieważ muszą one wytrzymać bardzo agresywne środowisko i być w stanie mierzyć ciśnienie do wielu setek megapaskal. Pod tym względem prostota pręta ciśnieniowego Hopkinson ma główną zaletę polegającą na tym, że podczas gdy końcówka pomiarowa pręta Hopkinsona może wytrzymać i być narażona na trudne warunki, tensometr zamontowany na drążku można przymocować w pewnej odległości. Pozwala to na zastosowanie obudów ochronnych, które chronią tensometr, ale nie przeszkadzają w akwizycji pomiaru. Zastosowanie szeregu prętów dociskowych pozwala na pomiar przebiegów ciśnienia w czasie w dyskretnych znanych punktach. W tym artykule opisano również procedurę interpolacji używaną do wyprowadzania historii ciśnienia i czasu w nieoprzyrządowanych miejscach na płaszczyźnie zainteresowania. Obecnie technika ta jest stosowana do pomiaru ładunków z materiałów wybuchowych znajdujących się w wolnym powietrzu i płytko zakopanych w różnych glebach.

Należy zapewnić skutecznie sztywną ramę reakcyjną. W aktualnych testach całkowity przekazany impuls rzędu kilkuset niutonosekund musi zostać wytrzymany przy minimalnym ugięciu. Ilustracja zastosowanej sztywnej ramy reakcyjnej znajduje się na Rysunku 1. W każdej ramie w podstawie belek poprzecznych odlewano stalową płytę „akceptorową” o grubości 50 mm. Choć nie jest to wymagane wprost, umożliwia to łatwe mocowanie ogniw obciążenia / płyty celu i zapewnia dodatkową ochronę ...

Ten protokół szczegółowo opisuje użycie prętów ciśnieniowych Hopkinsona do pomiaru odbitego obciążenia wybuchem od zdarzeń wybuchowych w bliskim polu. Jest zdolny do interpolacji historii ciśnienia i czasu w dowolnym punkcie na granicy odbicia i jako taki może być wykorzystany do pełnego scharakteryzowania przestrzennych i czasowych zmian wytwarzanego obciążenia.

Kwantyfikacja strumienia za pomocą prętów ciśnieniowych Hopkinsona

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 ...

Ogólnym celem niniejszego eksperymentu jest dokładny pomiar rozkładu przestrzennego i czasowego ciśnienia w ekstremalnie agresywnym środowisku powstającym w bezpośrednim sąsiedztwie ładunku wybuchowego. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu inżynierii ochrony przed wybuchem, takie jak dokładna postać przyłożonego obciążenia oraz wpływ czynników, takich jak rodzaj i kształt materiału wybuchowego, na wspomniane obciążenie. Główną zaletą tej techniki jest możliwość rejestracji ciśnień wykraczających poza granice tradycyjnych metod pomiarowych.Choć metoda ta może dostarczyć informacji na temat eksplozji w wolnym powietrzu, może być ona również zastosowana do innych zdarzeń, takich jak ładunki zakopane lub podwodne. W pierwszej kolejności przetestowaliśmy koncepcję tej metody z użyciem pojedynczego pręta Hopkinsona, szybko uświadamiając sobie, że do dokładnego zarejestrowania danych niezbędna jest duża macierz. Na początek należy obliczyć przybliżony maksymalny impuls, jaki wytworzy układ ramy testowej, korzystając z analizy programowej, na przykład za pomocą ConWep.W przypadku ładunków zakopanych proces ten jest mniej jednoznaczny, ponieważ wymaga zastosowania bardziej zaawansowanych technik numerycznych do modelowania oddziaływania między glebą, materiałami wybuchowymi a płytą celu. Szczegółowe informacje na temat wykonania ramy testowej oraz ogniw obciążenia zostały przedstawione w protokole tekstowym. Wybierz miejsce na prętach naciskowych Hopkinsona, w którym zostanie umieszczony tensometr, dbając o to, aby znajdował się on jak najbliżej powierzchni obciążonej w celu zminimalizowania dyspersji.W tej konfiguracji grubość płyty docelowej oraz manewrowość wymagana do dopasowania prętów powodują, że czujniki są zainstalowane 250 mm od obciążonej powierzchni. Obliczony promień pręta niezbędny do zarejestrowania zdarzenia wynosi w tym przypadku 5 mm. Należy zastosować najmniejszą możliwą rozdzielczość przestrzenną prętów, która nie narusza ich integralności strukturalnej.W tym przypadku odległość wynosi 25 milimetrów. Dalsze szczegóły zawarto w protokole tekstowym. Na początek, używając cyjanoakrylanu, przymocuj półprzewodnikowy tensometr do prętów Hopkinsona, a następnie do ogniw obciążnikowych.Zamocuj płytkę docelową w sztywnej ramie reakcyjnej, w razie potrzeby używając ogniw obciążnikowych. Upewnij się, że całe okablowanie jest odpowiednio uziemione w celu poprawy jakości sygnału. Okablowanie musi być również wystarczająco długie, aby umożliwić podłączenie do oscyloskopu znajdującego się poza strefą wybuchu.Każdy ekranowany przewód powinien przenosić wystarczający sygnał. Teraz zawieś pręty Hopkinsona z odbiornika zespołu prętów. Przełóż załadowany koniec przez odpowiedni otwór w płycie docelowej i zawieś pręty Hopkinsona swobodnie na nakrętce wkręconej w ich dalsze końce.Używając poziomicy, wyreguluj nakrętki tak, aby ustawić pręty pionowo i sprawić, by ich czoła były w jednej płaszczyźnie z płytką docelową. Następnie, metodą prób i błędów, ustaw korekcję na rezystorze zmiennym w obwodzie kondycjonującym, aby utrzymać napięcie w granicach zakresu oscyloskopu. Wyzeruj odczyt braku równowagi na każdym kanale, zgodnie z raportem z modułów wzmacniaczy.Następnie podłącz wzmocnione wyjście z czujników do odpowiedniego oscyloskopu cyfrowego. Skonfiguruj oscyloskop na częstotliwość próbkowania 1,56 MHz z czasem rejestracji 28,7 ms i ustaw czas pretriggera na 3,3 ms. Powinno zostać podłączonych łącznie 22 czujniki: 17 z prętów Hopkinsona, cztery z ogniw obciążnikowych oraz jeden drut rozrywający.Zapisz napięcie i czas z każdego miernika. Ustaw wyzwalacz rejestracji na moment, gdy napięcie w przewodzie przerywnym przekroczy wartość poza zakresem, na przykład plus lub minus 100 millivolts. W przypadku testu ładunku w wolnym powietrzu użyj cienkiego paska drewna, aby zawiesić ładunek poniżej płyty docelowej w odpowiedniej odległości, w tym przypadku 200 millimeters.Ustaw ładunek współosiowo z układem pomiarowym, aby zapewnić prawidłowe odczyty. Kluczowym elementem testu ładunku zakopanego jest przygotowanie podłoża glebowego oraz proces zakopywania. Wymagana jest precyzja, aby uzyskać powtarzalne wyniki.Następnie zamknij poligon. Rozmieść wartowników, aby upewnić się, że obszar strzelania jest wolny od osób podczas oddawania strzałów. Teraz, tuż przed odpaleniem ładunku powietrznego, przymocuj drut inicjujący do detonatora i wprowadź detonator elektryczny do połowy wysokości ładunku od podstawy.Następnie należy przejść do punktu odpalania i potwierdzić sprawność aparatury. Następnie należy podać zasilanie do drutu zapalającego. Teraz należy upewnić się u wartowników, że można bezpiecznie przystąpić do odpalenia.Następnie zainicjuj ładunki wybuchowe. Po detonacji zabezpiecz obszar testowy, a następnie pobierz i wykonaj kopię zapasową danych. Równolegle z opracowywaniem protokołu opisującego kroki wymagane na tym etapie, udostępniany jest również gotowy skrypt Matlab, który umożliwia szybkie przetworzenie danych przy zastosowaniu dokładnie tej samej metodologii.Zaimportuj dane z plików surowych do programu Matlab, klikając dwukrotnie nazwę pliku, a następnie wybierając przycisk Finish w Kredensie Importowania (Import Wizard). Następnie otwórz skrypt Matlab do interpolacji. W sekcji kodu odpowiedzialnej za tworzenie siatki (meshing) zdefiniuj regularną siatkę, na której zostanie przeprowadzona interpolacja, zmieniając parametry siatki.W przyszłych modelowaniach numerycznych należy stosować tę samą rozdzielczość. Ten kluczowy krok przekształca dane dyskretne w mapę 2D. Skrypt przesunie w czasie wszystkie zapisy ciśnienia z prętów Hopkinsona.Przesunięcie czasowe jest wymagane, aby rutyna interpolacyjna mogła pomyślnie zlokalizować front fali uderzeniowej w dowolnym danym momencie. Teraz należy wyrównać dane z każdej macierzy radialnej tak, aby wszystkie wartości maksymalnego ciśnienia były zsynchronizowane. Następnie oblicz promień r oraz kąt beta dla danego punktu zainteresowania na siatce.Zastosuj interpolację 1D dla dwóch tablic prętów Hopkinsona znajdujących się najbliżej punktu zainteresowania dla aktualnego promienia. Na przykład dla kąta 45 stopni interpolacja wykorzystałaby tablice X, X oraz Y, Y. Następnie przeprowadź interpolację liniową pomiędzy tymi dwoma ciśnieniami w zależności od kąta.Na przykład przy 45 stopniach należy użyć 50%X, X oraz 50%Y, Y. Następnie należy przesunąć w czasie przebieg ciśnienia dla każdej lokalizacji w oparciu o interpolację sześcienną czasu dotarcia fali uderzeniowej. W rezultacie otrzymuje się w pełni interpolowany przebieg ciśnienia w czasie. Zaprojektowano efektywnie sztywną ramę reakcyjną, zdolną do wytrzymania kilkuset niutonosekund przy minimalnym ugięciu, wykorzystując 100 milimetrową płytę docelową ze stali miękkiej.Rama ta wytrzymała testy przy wartościach do 500 N·s. Pojedynczy test przeprowadzono z wykorzystaniem 17 prętów Hopkinsona, ułożonych w macierzy 2D, stosując pręty o długości 3,25 m i promieniu 5 mm. Odstępy ustawiono na 25 mm.W tym teście tensometr przymocowano w odległości 0,25 metrów od obciążonej powierzchni. Zdetonowano ładunek zakopany w nasyconej glebie. Dane z każdej z czterech macierzy radialnych ze wspólnym dla wszystkich wykresów centralnym prętem naciskowym Hopkinsona wykazują bardzo wyraźny front fali uderzeniowej, przy czym ciśnienie powoli spada wraz z odległością radialną.Nagrane przebiegi ciśnienia w czasie zostały następnie poddane procedurze interpolacji 2D. Interpolowane ciśnienie działające na płytę celu wykazuje 20 milisekundowe opóźnienie w dotarciu frontu fali uderzeniowej. Front fali uderzeniowej określa czas potrzebny na pokonanie przez falę uderzeniową odległości między ładunkiem a płytą celu.Asymetryczny charakter obciążenia jest szczególnie wyraźny w 0,22 milisekundy. Do 0,3 milisekundy po detonacji front fali uderzeniowej stał się niemal symetryczny wzdłuż wszystkich osi. Po uruchomieniu aparatury można przeprowadzać do sześciu testów w wolnym powietrzu dziennie.Liczba ta jest znacznie mniejsza w przypadku testu z ładunkami zakopanymi ze względu na dodatkową złożoność przygotowania gleby. Jest to pierwszy raz, kiedy możliwe było przeprowadzenie pomiarów o tak wysokiej rozdzielczości. W rezultacie jesteśmy teraz w stanie zmierzyć różnicę w formie obciążenia spowodowaną zmianami w geometrii testu.Opracowana procedura numeryczna oferuje bardzo skuteczne narzędzie do wizualizacji obciążenia, a następnie do bezpośredniego zastosowania tego obciążenia w modelach numerycznych, co stanowi pierwszy krok w modelowaniu odpowiedzi konstrukcji na detonacje materiałów wybuchowych. Dane uzyskane z obecnego testu dostarczyły unikalnych danych walidacyjnych, które pozwalają ulepszyć kolejną generację modeli numerycznych, zwiększając nasze zrozumienie problemu oraz naszą zdolność do ochrony przed wybuchami.

blast-quantification-using-hopkinson-pressure-bars

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opracowano nowy eksperyment impulsowego zwiększania ciśnienia w komórkach z wykorzystaniem pręta Kolsky'ego w celu zbadania mechanizmów molekularnych i komórkowych urazowego uszkodzenia mózgu wywołanego falą uderzeniową.

Impulsywne zwiększanie ciśnienia w komórkach neuronalnych na potrzeby badań nad urazowym uszkodzeniem mózgu

Obecne badanie zaleca metodologię symulacji sprzężonego eksperymentu z elementami skończonymi, aby uzyskać jednoosiową dynamiczną reakcję mechaniczną miękkich biomateriałów (mózg, wątroba, ścięgna, tłuszcz, itp.). Wieloosiowe wyniki eksperymentalne, które powstały z powodu wybrzuszenia próbki uzyskanego z testów prętów ciśnieniowych Split-Hopkinson, zostały przekształcone w jednoosiowe rzeczywiste zachowanie naprężenie-odkształcenie podczas symulacji poprzez iteracyjną optymalizację analizy...

Sprzężona eksperymentalna metodologia modelowania metodą elementów skończonych do oceny reakcji mechanicznej miękkich biomateriałów przy dużej szybkości odkształcania

Testy rozwojowe materiałów wybuchowych do zastosowań wojskowych obejmują formułowanie na małą skalę, testy bezpieczeństwa, a na końcu testy wydajności detonacji w celu weryfikacji teoretycznych obliczeń. W tym artykule omówiono typowe testy rozwojowe związane z pomiarem prędkości detonacji i ciśnienia detonacji.

Badania i rozwój materiałów wybuchowych o wysokiej wydajności

Ilustrujemy zastosowanie analizy rezonansowej reakcji jądrowej 1H(15N,αγ)12C (NRA) do ilościowej oceny gęstości atomów wodoru na powierzchni, objętości i w warstwie międzyfazowej materiałów stałych. Opisano przypowierzchniowy profil głębokości wodoru monokryształu Pd(110) i stosów SiO2/Si(100).

Kwantyfikacja stężeń wodoru w warstwach powierzchniowych i granicznych faz oraz materiałach sypkich poprzez profilowanie głębokości z analizą reakcji jądrowej

Tutaj prezentujemy szczegółowy protokół nowego podejścia do przeprowadzania podwyższonej temperatury, odwrotnego normalnego uderzenia płyty, oraz połączonego uderzenia płyty ciśnieniowej i ścinającej. Podejście to polega na zastosowaniu grzałki cewki rezystancyjnej po stronie zamka w celu podgrzania próbki trzymanej na początku żaroodpornego sabotu do żądanej temperatury.

Przeprowadzanie eksperymentów z uderzeniami w płytę ciśnieniowo-ścinającą w podwyższonej temperaturze za pomocą systemu nagrzewnicy Sabot po stronie zamka

Ten artykuł opisuje nowy model pierwotnego uszkodzenia mózgu spowodowanego wybuchem. Rurka uderzeniowa napędzana sprężonym powietrzem służy do wystawiania in vitro mysich kultur hipokampa na pojedynczą falę uderzeniową. Jest to prosty i szybki protokół generujący powtarzalne uszkodzenie tkanki mózgowej o wysokiej przepustowości.

Nowatorski model in vitro urazowego uszkodzenia mózgu

Tutaj prezentujemy mikroskopię sił atomowych (AFM), działającą jako narzędzie do nano- i mikro-indentacji komórek i tkanek. Przyrząd pozwala na jednoczesne pozyskiwanie topografii powierzchni 3D próbki i jej właściwości mechanicznych, w tym modułu Younga ściany komórkowej oraz ciśnienia turgoru.

Zastosowanie mikroskopii sił atomowych do pomiaru właściwości mechanicznych i ciśnienia turgoru komórek roślinnych i tkanek roślinnych

Prezentujemy tutaj protokół modelu fali uderzeniowej dla gryzoni w celu zbadania neurobiologicznych i patofizjologicznych skutków łagodnego do umiarkowanego urazowego uszkodzenia mózgu. Stworzyliśmy zasilany gazem, laboratoryjny zestaw wyposażony w czujniki ciśnienia, co pozwala na niezawodne i powtarzalne generowanie łagodnych lub umiarkowanych urazowych uszkodzeń mózgu wywołanych wybuchem.

Model fali uderzeniowej o niskiej intensywności do przedklinicznej oceny łagodnego urazowego uszkodzenia mózgu u gryzoni

Przedstawione tutaj są metody wytwarzania powtarzających się ekspozycji na wybuchy o niskiej intensywności przy użyciu myszy.

Modelowanie wysoce powtarzalnej ekspozycji na podmuch o niskim poziomie u myszy

Protokół ten opisuje niestandardowy system powietrza nadciśnieniowego przeznaczony do wywoływania uszkodzeń ośrodkowego układu nerwowego (OUN) układu zamkniętego (OUN) u myszy, w tym urazów oczu, mózgu i rdzenia kręgowego. Celem tego protokołu jest zapewnienie naukowcom ram do łatwego dostosowywania i rozszerzania systemu do ich unikalnych badań nad urazami OUN.

System do leczenia ogniskowych, zamkniętych uszkodzeń ośrodkowego układu nerwowego

Poznaj metodę kwantyfikacji strumienia wybuchowego za pomocą prętów ciśnieniowych Hopkinsona. Technika ta umożliwia precyzyjne pomiary ciśnienia w ekstremalnych warunkach bliskiego zasięgu wybuchu.

Kwantyfikacja strumienia za pomocą prętów ciśnieniowych Hopkinsona

Przeglądaj więcej filmów