Взрыв Количественное Использование Гопкинсона Bars давления

Общая цель данного эксперимента заключается в точном измерении пространственного и временного распределения давления в крайне агрессивной среде, возникающей вблизи взрывного заряда. Данный метод позволяет ответить на ключевые вопросы в области проектирования средств взрывозащиты, такие как точная форма приложенной нагрузки и влияние таких факторов, как тип и форма взрывчатого вещества, на эту нагрузку. Основным преимуществом данной методики является возможность регистрации значений давления, выходящих за пределы возможностей традиционных методов измерения.

Хотя данный метод позволяет получить представление о взрывах в открытом воздухе, его также можно применять к другим событиям, таким как взрывы заложенных или подводных зарядов. Сначала мы опробовали идею этого метода, используя один стержень Хопкинсона, и вскоре поняли, что для точного сбора данных необходим большой массив стержней. Для начала рассчитайте с помощью программного анализа, например, с использованием ConWep, приблизительный максимальный импульс, который будет создавать данная конфигурация испытательной рамы.

Для заглубленных зарядов этот процесс менее однозначен, так как он требует более сложных численных методов для моделирования взаимодействия между почвой, взрывчатыми веществами и целевой пластиной. Подробная информация об изготовлении испытательной рамы и тензодатчиков приведена в текстовом протоколе. Выберите положение на стержнях Хопкинсона, где будет размещен тензодатчик; он должен быть расположен как можно ближе к нагружаемой грани для минимизации дисперсии.

В данной установке толщина мишени и маневренность, необходимая для размещения стержней, приводят к тому, что датчики устанавливаются на расстоянии 250 миллиметров от нагружаемой поверхности. В данном случае расчетный радиус стержня, необходимый для регистрации события, составляет пять миллиметров. Используйте максимально возможное пространственное разрешение для стержней, которое не нарушает их структурную целостность.

В данном случае расстояние составляет 25 миллиметров. Более подробная информация приведена в текстовом протоколе. Для начала с помощью цианоакрилата прикрепите полупроводниковый тензодатчик к стержням Хопкинсона, а затем к датчикам нагрузки.

Закрепите целевую пластину в жесткой реакционной раме, при необходимости используя тензодатчики. Убедитесь, что вся кабельная разводка надежно заземлена для повышения качества сигнала. Проводка также должна быть достаточно длинной, чтобы обеспечить подключение к осциллографу за пределами зоны взрыва.

Любой экранированный провод должен обеспечивать достаточный уровень сигнала. Теперь подвесьте стержни Хопкинсона к приемнику узла стержней. Проденьте нагруженный конец через соответствующее отверстие в пластине-мишени и свободно подвесьте стержни Хопкинсона за гайки, завинченные на их дистальных концах.

С помощью уровня отрегулируйте гайки так, чтобы стержни располагались вертикально, а их торцы находились на одном уровне с мишенью. Затем методом проб и ошибок настройте подстроечный резистор в цепи согласования, чтобы поддерживать напряжение в пределах допустимых значений осциллографа. Установите нулевое значение показаний дисбаланса для каждого канала согласно данным с блоков усилителей.

Затем подключите усиленный выход датчиков к подходящему цифровому осциллографу. Настройте осциллограф на частоту дискретизации 1,56 МГц с длительностью записи 28,7 мс и установите время предтриггера на 3,3 мс. Всего должно быть подключено 22 датчика: 17 от стержней Хопкинсона, четыре от тензодатчиков и один датчик обрыва проволоки.

Зафиксируйте значения напряжения и времени для каждого датчика. Настройте запись так, чтобы она запускалась, когда напряжение на разрывном проводе выходит за пределы заданного окна, например, плюс или минус 100 millivolts. При проведении теста заряда в свободном воздухе используйте тонкую деревянную полоску, чтобы подвесить заряд под целевой пластиной на правильном расстоянии, в данном случае 200 millimeters.

Разместите заряд коаксиально измерительной матрице для обеспечения достоверности показаний. Критически важными элементами при испытании с заложенным зарядом являются подготовка почвенного слоя и процесс его заложения. Для достижения воспроизводимых результатов требуется высокая точность.

Затем закройте полигон. Разместите наблюдателей, чтобы убедиться, что на полигоне нет людей во время стрельбы. Теперь, непосредственно перед произведением свободного воздушного заряда, прикрепите обрывной провод к детонатору и вставьте электрический детонатор в заряд с основания наполовину.

Теперь перейдите к точке пуска и убедитесь, что приборы исправны. Затем подайте питание на обрывной провод. После этого обязательно уточните у часовых, можно ли безопасно приступать к стрельбе.

Затем произведите подрыв взрывчатых веществ. После детонации обеспечьте безопасность зоны испытаний, скачайте и создайте резервную копию данных. Параллельно с написанием протокола, описывающего этапы данной стадии, разрабатывается скрипт Matlab, который станет доступен для быстрого анализа данных с использованием точно такой же методологии.

Импортируйте данные из файлов необработанных данных в Matlab, дважды щелкнув по имени файла, а затем нажав «Finish» в мастере импорта (Import Wizard). Далее откройте скрипт Matlab для интерполяции. В разделе кода, отвечающем за построение сетки (meshing), определите регулярную сетку, по которой будет выполняться интерполяция, изменив параметры сетки.

Используйте то же разрешение в любом последующем численном моделировании. Этот важный этап преобразует дискретные данные в 2D-карту. Скрипт выполнит временной сдвиг всех кривых давления стержня Хопкинсона.

Смещение по времени необходимо для того, чтобы процедура интерполяции могла успешно определить положение фронта ударной волны в любой заданный момент времени. Теперь выровняйте данные из каждого радиального массива так, чтобы все максимальные значения давления были синхронизированы. Затем рассчитайте радиус r и угол beta для заданной интересующей точки на сетке.

Примените одномерную интерполяцию к двум массивам стержней Хопкинсона, ближайшим к точке анализа при текущем радиусе. Например, при угле 45 градусов интерполяция будет использовать массивы X, X и Y, Y. Затем проведите линейную интерполяцию между двумя значениями давления на основании угла.

Например, при 45 градусах используйте 50%X, X и 50%Y, Y. Затем выполните временной сдвиг истории изменения давления для каждой точки на основе кубической интерполяции времени прихода ударной волны. В итоге получается полностью интерполированная временная история давления. Была разработана эффективно жесткая рама для проведения реакции, способная выдержать несколько сотен Ньютон-секунд с минимальным прогибом, с использованием мишени из мягкой стали толщиной 100 миллиметров.

Эта рама выдержала испытания с нагрузкой до 500 Н·с. Было проведено одно испытание с использованием 17 стержней Хопкинсона, расположенных в виде двумерного массива; при этом использовались стержни длиной 3,25 м с радиусом 5 мм. Расстояние между ними было установлено на уровне 25 мм.

Для данного испытания тензодатчик был закреплен на расстоянии 0,25 метра от нагружаемой поверхности. Был произведен подрыв заряда, заложенного в насыщенном почвой грунте. Данные каждого из четырех радиальных массивов с общим для всех участков центральным стержнем Хопкинсона демонстрируют отчетливый фронт ударной волны, при этом давление медленно снижается по мере увеличения радиального расстояния.

Записанные временные зависимости давления были затем обработаны с помощью процедуры двумерной интерполяции. Интерполированное давление, воздействующее на мишень, показывает задержку в 20 миллисекунд до момента прихода фронта ударной волны. Под фронтом ударной волны здесь понимается время, необходимое для прохождения ударной волной расстояния от заряда до мишени.

Асимметричный характер нагрузки особенно отчетливо проявляется на 0,22 миллисекунде. К 0,3 миллисекунде после детонации ударный фронт стал почти симметричным по всем осям. После ввода установки в эксплуатацию можно проводить до шести испытаний на открытом воздухе в день.

Это число значительно меньше при проведении испытания с заложенными зарядами из-за дополнительной сложности подготовки почвы. Впервые стали возможны измерения с таким высоким разрешением. В результате мы теперь можем измерять различие в форме нагрузки, вызванное изменениями геометрии испытания.

Разработанный численный алгоритм предоставляет очень эффективный способ визуализации нагрузки с последующим применением этой нагрузки непосредственно в численных моделях в качестве первого этапа моделирования реакции конструкций на взрывную детонацию. Данные, полученные в ходе текущего испытания, предоставили уникальные проверочные данные для усовершенствования следующего поколения численных моделей, что расширяет наше понимание проблемы и наши возможности по защите от взрывных воздействий.