Name: Explosão Quantificação Usando barras de pressão Hopkinson (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-05T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 41 s
Description: Aprenda a quantificar explosões usando barras de pressão de Hopkinson para engenharia de proteção contra explosões. Este método mede distribuições espaciais e temporais de pressão em eventos de campo próximo.

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Os autores gostariam de agradecer ao Laboratório de Ciência e Tecnologia de Defesa pelo financiamento do trabalho publicado.

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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>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>
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<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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<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>
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</ol>

Os autores não têm nada a divulgar.

Usando o protocolo acima delineado, os autores demonstraram que é possível obter medições de alta fidelidade da carga altamente variando de uma carga explosiva, usando uma matriz de barras de pressão Hopkinson. Utilizando a rotina de interpolação delineou as variações no tempo das pressões discretas pode ser transformado em uma frente de choque contínuo que é utilizável diretamente como a função de carregamento na modelagem numérica ou como dados de validação para a produção de tais modelos. ...

Caracterizando a saída de cargas explosivas tem muitos benefícios, tanto militar (defesa contra enterrado dispositivos explosivos improvisados ​​em zonas de conflito atuais) e civis (concepção de componentes estruturais). Nos últimos tempos, este tema tem recebido atenção considerável. Grande parte do conhecimento reunido foi destinado à quantificação da produção de cargas para permitir a concepção de estruturas de protecção mais eficaz. O principal problema aqui é que, se as medições efectuadas não são de alta fidelidade, em seguida, os mecanismos de transferência de carga nestes acontecimentos explosivos permanecem obscuros. Isto por sua vez leva a problemas na validação de modelos numéricos que dependem dessas medições para validação. O termo de campo próximo é usado para descrever blastos com distâncias dimensionado, Z, inferior a 1 m ~ / kg 1/3, em que Z = R / W 1/3, R é a distância desde o centro do explosivo, e W é a carga expressa em massacomo uma massa equivalente de TNT. Neste regime, o carregamento é normalmente caracterizada por extremamente elevada magnitude, temporalmente cargas não uniformes e altamente espacial. instrumentação robusta é, portanto, necessária para medir as pressões extremas associadas com o carregamento de campo próximo. No escalado distâncias Z &lt;0,4 m / kg 1/3, medições diretas dos parâmetros de explosão ou são inexistentes ou muito poucos 1 e os dados preditivos semi-empíricos para esta faixa é baseada quase inteiramente em estudos paramétricos. Isso envolve o uso das previsões semi-empíricos dadas por Kingery e Bulmash 2, que está fora do escopo pretendido pelo autor. Enquanto ferramentas com base nestas previsões 3,4 permitir excelentes estimativas de primeira ordem de carregamento não capturar totalmente a mecânica de eventos de campo próximo, que são o foco da pesquisa atual. Medições de campo próximo explosão tem nos últimos tempos focada na quantificação do output do pagamento de taxas enterrados. As metodologias empregadas variam de avaliar a deformação causada a um alvo estrutural 5-7 para dirigir medição impulso global de 8-13. Esses métodos fornecem informações valiosas para a validação de projetos de proteção do sistema, mas não são capazes de investigar plenamente os mecanismos de transferência de carga. O teste pode ser feito em ambas as escalas de laboratório (1/10 escala total), ou pelo próximo grande escala (&gt; 1/4), com razões pragmáticas, tais como controle de profundidade de enterramento ou a assegurar nenhuma forma inerente da frente de choque é gerada pelo uso de detonadores em vez de encargos nuas 14. Com taxas enterradas as condições do solo precisam ser altamente controlado para garantir a repetibilidade do teste 15. Independente do se a carga é colocada no ar livre ou é enterrado, a questão mais fundamental para medir a explosão resultante é assegurar a validade das medições feitas pela deplo instrumentaçãoyed. No aparelho de teste destinado 16 uma placa-alvo &#39;rígida&#39; fixo é usado para proteger as barras de pressão Hopkinson 17 (HPBs), enquanto, ao mesmo tempo, assegurar que as extremidades das barras só pode gravar as pressões totalmente refletida. Os autores têm mostrado anteriormente que a medida da pressão refletida de uma meta rígida é mais preciso e repetível de incidente, ou medições de &#39;free-campo&#39; 18-20. A geometria desta placa é de tal forma que qualquer descarga de pressão gerado pela compensação ou de fluxo em torno da borda alvo 21 seria negligenciável. Este novo aparelho de teste foi construído em 1/4 escala. Neste controlo apertado escala sobre as condições de enterro e os explosivos pode ser assegurada, com o tamanho de carga escala de 5 kg escalados até 78 g, a uma profundidade de enterramento de 25 mm.

<table><tbody><tr><td>Célula de Carga</td><td>RDP</td><td>RSL0960</td><td>Isso é apenas indicativo, a célula de carga exata deve ser capaz de resolver a carga necessária</td></tr><tr><td>Placa alvo de aço / HPBs</td><td>Garratts&nbsp;</td><td></td><td>Fabricado sob encomenda</td></tr><tr><td>Strain gauge</td><td>Kyowa</td><td>KSP-2-120-E4</td><td>Para usar com HPBs de aço</td></tr><tr><td>Cianoacrilato</td><td>Kyowa</td><td>CC-33-A</td><td>Verifique com o fabricante dependendo do material de marca a ser usado</td></tr><tr><td>Osciloscópio Digital</td><td>TiePie</td><td>HS4 Handyscopes&nbsp;</td><td>6 usado em paralelo em testes de corrente</td></tr><tr><td>Areia de Urubu Leighton</td><td>Garside Sands</td><td>Garside 14/25</td><td>Areia de sílica uniforme&nbsp;</td></tr></tbody></table>

explosão quantificação usando barras de pressão hopkinson

Blast Quantification Using Hopkinson Pressure Bars

Perto de campo de medição de carga explosão apresenta um problema para muitos tipos de sensores como eles devem suportar ambientes muito agressivos e ser capaz de medir pressões até muitas centenas de MPa. A este respeito, a simplicidade da barra de pressão de Hopkinson tem uma grande vantagem na medida em que, enquanto a extremidade de medição da barra de Hopkinson pode suportar e ser exposto a condições adversas, o aferidor de tensão montado para a barra pode ser afixada a uma certa distância. Isto permite que invólucros de protecção para ser utilizada que proteger o medidor de tensão, mas não interferir com a aquisição de medição. O uso de uma matriz de barras de pressão permite que as variações no tempo a pressão nos pontos discretos conhecidos a ser medido. Este artigo também descreve a rotina de interpolação utilizados para obter variações no tempo de pressão em locais instrumentado-un no plano de interesse. Atualmente, a técnica tem sido utilizada para medir a carga de explosivos de alta potência no ar livre e enterrado superficialmente em vários solos.

Um quadro de reação efetivamente rígida deve ser fornecida. No actual testar um impulso Comunicados total de várias centenas de Newton-segundos necessitam de ser resistido com uma deflexão mínima. Uma ilustração da estrutura de reacção rígida utilizada é dada na Figura 1. Em cada quadro de um aço placa 50 mm »aceitador &#39;foi molde para a base das vigas transversais. Embora não explicitamente exigida, este permite a fácil fixação do células de carga / placa-alvo e forn...

Este protocolo detalha o uso de barras de pressão de Hopkinson para medir a carga de explosão refletida de eventos explosivos de campo próximo. É capaz de interpolar uma história de pressão-tempo em qualquer ponto de um limite reflexivo e, como tal, pode ser usado para caracterizar completamente as variações espaciais e temporais na carga produzida.

Explosão Quantificação Usando barras de pressão Hopkinson

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 ...

O objetivo geral deste experimento é medir com precisão a distribuição espacial e temporal da pressão no ambiente extremamente agressivo gerado próximo a uma carga explosiva. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na área da engenharia de proteção contra explosões, como a forma exata da carga transferida e como fatores como o tipo e a forma do explosivo influenciam essa carga. A principal vantagem desta técnica é que ela nos permite registrar pressões que estão além dos limites das abordagens tradicionais de medição.Embora este método possa fornecer informações sobre explosões em ar livre, ele também pode ser aplicado a outros eventos, como cargas enterradas ou subaquáticas. Testamos inicialmente a ideia deste método utilizando uma única barra de pressão de Hopkinson e logo percebemos que uma grande matriz é necessária para capturar com precisão os dados. Para começar, calcule o impulso máximo aproximado que a configuração do quadro de teste irá gerar usando análise por software, como com o ConWep.Para cargas enterradas, esse processo é menos direto, pois exige técnicas numéricas mais avançadas para modelar a interação entre o solo, os explosivos e a placa alvo. Os detalhes sobre a fabricação do quadro de teste e das células de carga são fornecidos no protocolo textual. Escolha a posição nas barras de pressão de Hopkinson onde o extensômetro será posicionado, o mais próximo possível da face carregada para minimizar a dispersão.Nesta configuração, a espessura da placa alvo e a manobrabilidade necessária para acomodar as barras resultam na instalação dos medidores a 250 milímetros da face carregada. O raio calculado da barra necessário para capturar o evento é, neste caso, cinco milímetros. Utilize a resolução espacial mais fina possível para as barras, desde que não comprometa a integridade estrutural.Neste caso, a distância é de 25 milímetros. Mais detalhes são fornecidos no protocolo descrito no texto. Para começar, utilizando cianoacrilato, fixe o extensômetro semicondutor nas barras de pressão de Hopkinson e, em seguida, nas células de carga.Acople a placa alvo ao quadro rígido de reação utilizando as células de carga, se necessário. Certifique-se de que todos os cabos estejam bem aterrados para melhorar a qualidade do sinal. Os cabos também devem ser longos o suficiente para se conectarem a um osciloscópio fora da área de explosão.Qualquer fio blindado deve conduzir sinal suficiente. Agora, pendure as barras de pressão de Hopkinson no receptor da montagem de barras. Passe a extremidade carregada através do orifício correto na placa alvo e pendure as barras de pressão de Hopkinson livremente pela porca rosqueada nas suas extremidades distais.Usando um nível, ajuste as porcas para posicionar as barras verticalmente e para alinhar suas faces com a placa-alvo. Agora, use tentativa e erro para ajustar o trim do resistor variável no circuito de condicionamento, mantendo a tensão dentro dos limites do osciloscópio. Zere a leitura de desequilíbrio em cada canal conforme indicado pelas caixas amplificadoras.Em seguida, conecte a saída amplificada do medidor a um osciloscópio digital apropriado. Configure o osciloscópio para uma frequência de amostragem de 1,56 megahertz, com duração de gravação de 28,7 milissegundos, e defina a duração do pré-trigger como 3,3 milissegundos. Um total de 22 medidores deve ser conectado, sendo 17 dos barramentos de pressão Hopkinson, quatro das células de carga e um do fio de ruptura.Registre a tensão e o tempo de cada medidor. Configure a gravação para ser acionada quando a tensão no fio de ruptura exceder um valor fora da janela, como mais ou menos 100 milivolts. No caso de um teste de carga em ar livre, use uma tira fina de madeira para suspender a carga abaixo da placa-alvo na distância correta, neste caso 200 milímetros.Posicione a carga coaxialmente com o arranjo de medição para garantir leituras válidas. O elemento crítico no teste de carga enterrada está na preparação do leito de solo e no processo de enterro. É necessária precisão para assegurar que resultados reprodutíveis sejam obtidos.Em seguida, feche o campo de tiro. Posicione sentinelas para garantir que o campo esteja desobstruído durante o disparo. Agora, logo antes de disparar uma carga em ambiente aberto, conecte o fio de ruptura ao detonador e insira um detonador elétrico até a metade da carga, a partir da base.Agora, dirija-se ao ponto de disparo e confirme que a instrumentação está operacional. Em seguida, forneça energia ao fio de ruptura. Agora, certifique-se de consultar os sentinelas para verificar se é seguro prosseguir com o disparo.Em seguida, inicie os explosivos. Após a detonação, torne a área de teste segura e faça o download e o backup dos dados. Enquanto um protocolo está sendo elaborado para descrever os passos necessários nesta etapa, um script Matlab desenvolvido também está sendo disponibilizado para permitir que o processamento dos dados seja realizado rapidamente usando a metodologia exata.Importe os dados dos arquivos de dados brutos para o Matlab clicando duas vezes no nome do arquivo e, em seguida, clicando em Concluir no Assistente de Importação. Em seguida, abra o script Matlab de interpolação. Na seção de malha do código, defina uma grade regular sobre a qual a interpolação será executada, alterando a malha.Utilize a mesma resolução em qualquer modelagem numérica futura. Esta etapa crucial transforma os dados discretos em um mapa 2D. O script irá deslocar no tempo todos os traços de pressão da barra de pressão de Hopkinson.O deslocamento temporal é necessário para permitir que a rotina de interpolação localize com sucesso a frente de choque em qualquer instante dado. Em seguida, alinhe os dados de cada arranjo radial de modo que todas as pressões máximas fiquem sincronizadas. Depois, calcule o raio, r, e o ângulo, beta, para um determinado ponto de interesse na grade.Aplicar a interpolação 1D aos dois conjuntos de barras de pressão de Hopkinson mais próximos do ponto de interesse no raio atual. Por exemplo, a 45 graus, a interpolação utilizaria os conjuntos X, X e Y, Y. Agora, interpolar a linearidade entre as duas pressões com base no ângulo.Por exemplo, a 45 graus, utilize 50%X, X e 50%Y, Y. Em seguida, desloque no tempo o histórico da pressão para cada local com base na interpolação cúbica do tempo de chegada do choque. Em última análise, o resultado é um histórico de pressão no tempo totalmente interpolado. Uma estrutura de reação efetivamente rígida, capaz de resistir a várias centenas de newton-segundos com mínima deflexão, foi concebida utilizando uma placa-alvo de aço doce de 100 milímetros.Esta estrutura suportou testes até 500 newton-segundos. Um único teste foi realizado com 17 barras de pressão de Hopkinson configuradas em uma matriz 2D, utilizando barras de 3,25 metros de comprimento com raios de cinco milímetros. O espaçamento foi definido em 25 milímetros.Para este teste, o extensômetro foi fixado a 0,25 metros da face carregada. Uma carga enterrada em solo saturado foi detonada. Os dados de cada uma das quatro matrizes radiais com uma barra de pressão de Hopkinson central comum a todos os gráficos mostram uma frente de choque muito nítida, com a pressão decrescendo lentamente com a distância radial.Os históricos de pressão registrados foram então submetidos à rotina de interpolação 2D. A pressão interpolada atuando na placa-alvo mostra um atraso de 20 milissegundos na chegada do frente de choque. A frente de choque é o tempo necessário para a onda de choque percorrer a distância entre a carga e a placa-alvo.A natureza assimétrica do carregamento é especialmente clara em 0,22 milissegundos. Em 0,3 milissegundos após a detonação, o frente de choque estava quase simétrica ao longo de todos os eixos. Uma vez que o equipamento é comissionado, até seis testes em ar livre por dia podem ser realizados.Esse número é grandemente reduzido com um teste que utiliza cargas enterradas, devido à complexidade adicional envolvida na preparação do solo. Esta é a primeira vez que medições com tal resolução foram possíveis. Como resultado, agora somos capazes de medir a diferença na forma do carregamento causada por variações na geometria do teste.A rotina numérica desenvolvida oferece um método muito eficaz para visualizar o carregamento e, em seguida, aplicar esse carregamento diretamente em modelos numéricos, atuando como um primeiro passo na modelagem da resposta de estruturas a detonações explosivas. Os dados obtidos a partir do teste atual forneceram dados exclusivos de validação para aprimorar a próxima geração de modelos numéricos, melhorando nossa compreensão do problema e nossa capacidade de nos proteger contra explosões.

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Uso da microscopia de força atômica para medir propriedades mecânicas e pressão de turgor de células vegetais e tecidos vegetais

Apresentamos aqui um protocolo de um modelo de onda de explosão para roedores para investigar efeitos neurobiológicos e fisiodicos de lesão cerebral traumática leve a moderada. Estabelecemos uma configuração de banco-topo, movida a gás, equipada com sensores de pressão, permitindo uma geração confiável e reprodutível de lesão cerebral traumática leve a moderada induzida por explosão.

Modelo de onda de explosão de baixa intensidade para avaliação pré-clínica de lesão cerebral traumática leve de cabeça fechada em roedores

Aqui são apresentados métodos para produzir exposições repetidas a explosões de baixa intensidade usando camundongos.

Modelagem de exposição a explosões de baixo nível altamente repetitiva em camundongos

Este protocolo descreve um sistema de ar de sobrepressão personalizado projetado para induzir lesões do sistema nervoso central (SNC) do sistema fechado em camundongos, incluindo traumas oculares, cerebrais e da medula espinhal. O objetivo deste protocolo é fornecer uma estrutura para que os pesquisadores adaptem e expandam facilmente o sistema para seus estudos exclusivos de trauma do SNC.

Sistema para lesão do sistema nervoso central focal e fechado

Aprenda a quantificar explosões usando barras de pressão de Hopkinson para engenharia de proteção contra explosões. Este método mede distribuições espaciais e temporais de pressão em eventos de campo próximo.

Explosão Quantificação Usando barras de pressão Hopkinson

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