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.

<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>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>

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.

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