Взрыв Количественное Использование Гопкинсона Bars давления

Общая цель этого эксперимента заключается в точном измерении пространственного и временного распределения давления в чрезвычайно агрессивной среде, создаваемой вблизи заряда взрывчатого вещества. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области защиты от взрыва, такие как точная форма подаваемого груза и как такие факторы, как тип и форма взрывчатого вещества, влияют на подаваемый груз. Основное преимущество этой методики заключается в том, что она позволяет регистрировать давления, выходящие за пределы традиционных подходов к измерению.

Хотя этот метод может дать представление о взрывах в свободном воздухе, он также может быть применен к другим событиям, таким как заглубленные или подводные заряды. Сначала мы опробовали идею этого метода с использованием одного стержня Хопкинсона и вскоре поняли, что для точного захвата данных необходим большой массив. Для начала рассчитайте приблизительный максимальный импульс, который будет генерировать тестовая система кадров, используя программный анализ, например, с помощью ConWep.

Для заглубленных зарядов этот процесс менее прост, поскольку требует более совершенных численных методов для моделирования взаимодействия между почвой, взрывчатыми веществами и целевой пластиной. Подробная информация о производстве испытательной рамы и тензодатчиков представлена в текстовом протоколе. Выберите положение на прижимных стержнях Хопкинсона, в котором будет расположен тензометрический датчик, как можно ближе к нагруженному забою для минимизации рассеивания.

В этой конфигурации толщина целевой пластины и маневренность, необходимая для установки стержней, приводят к тому, что манометры устанавливаются на расстоянии 250 миллиметров от нагруженной поверхности. Рассчитанный радиус полосы, необходимый для захвата события, в данном случае составляет пять миллиметров. Используйте максимально точное пространственное разрешение для стержней, которое не нарушает структурную целостность.

В этом случае расстояние составляет 25 миллиметров. Более подробная информация представлена в текстовом протоколе. Для начала, используя цианоакрилат, прикрепите полупроводниковый тензометрический датчик к стержням Хопкинсона, а затем к тензодатчикам.

При необходимости установите целевую пластину на жесткую реактивную раму с помощью тензодатчиков. Убедитесь, что все кабели хорошо заземлены для улучшения качества сигнала. Проводка также должна быть достаточно длинной для подключения к осциллографу за пределами зоны взрыва.

Любой экранированный провод должен передавать достаточное количество сигнала. Теперь повесьте прижимные стержни Хопкинсона на ресивер сборки стержней. Пропустите нагруженный конец через правильное отверстие в целевой пластине и свободно повесьте прижимные стержни Хопкинсона на гайку, навинченную на их дистальные концы.

С помощью уровня отрегулируйте гайки так, чтобы стержни располагались вертикально и чтобы их грани располагались на одном уровне с целевой пластиной. Теперь методом проб и ошибок установите подстройку на переменном резисторе в цепи кондиционирования, чтобы удерживать напряжение в пределах осциллографа. Обнулите показания дисбаланса на каждом канале, о которых сообщают блоки усилителей.

Затем подключите усиленный выход манометра к подходящему цифровому осциллографу. Настройте осциллограф на частоту дискретизации 1,56 МГц с продолжительностью записи 28,7 миллисекунды и установите продолжительность предварительного запуска на 3,3 миллисекунды. Всего должно быть подключено 22 манометра, 17 от прижимных стержней Хопкинсона, четыре от тензодатчиков и один обрывной провод.

Запишите напряжение и время с каждого датчика. Настройте запуск записи, когда напряжение в обрыве провода превышает значение внешнего окна, например плюс или минус 100 милливольт. В случае испытания заряда свободным воздухом используйте тонкую полоску дерева, чтобы подвешивать заряд ниже целевой пластины на правильном расстоянии, в данном случае 200 миллиметров.

Расположите заряд коаксиально с измерительной матрицей, чтобы обеспечить достоверные показания. Критическим элементом испытания заглубленного заряда является подготовка почвенного слоя и процесс захоронения. Точность необходима для обеспечения воспроизводимых результатов.

Далее закройте диапазон. Расставляйте часовых, чтобы обеспечить свободное расстояние во время стрельбы. Теперь, непосредственно перед выстрелом свободного воздушного заряда, присоедините разрывную проволоку к детонатору и вставьте электрический детонатор наполовину в заряд от основания.

Теперь переместитесь к огневой точке и подтвердите, что приборы исправны. Затем подайте питание на обрывной провод. Теперь обязательно уточните у часовых, можно ли продолжать стрельбу.

Затем активируйте взрывчатку. После детонации сделайте испытательную зону безопасной, а также загрузите и создайте резервную копию данных. В то время как пишется протокол, описывающий шаги, необходимые на этом этапе, также доступен разработанный скрипт Matlab, позволяющий быстро выполнить обработку данных с использованием точной методологии.

Импортируйте данные из файлов необработанных данных в Matlab, дважды щелкнув имя файла, а затем нажав кнопку «Готово» в мастере импорта. Далее откройте скрипт интерполяции Matlab. В разделе кода, посвященном построению сетки, определите обычную сетку, по которой будет выполняться интерполяция путем изменения сетки.

Используйте то же разрешение при любом будущем численном моделировании. Этот важный шаг преобразует дискретные данные в 2D-карту. Скрипт сдвинет по времени все трассы давления в баре Хопкинсона.

Сдвиг по времени необходим для того, чтобы процедура интерполяции могла успешно определить фронт ударной волны в любой момент времени. Теперь выровняйте данные из каждого радиального массива так, чтобы все максимальные давления были синхронизированы. Затем вычислите радиус r и угол бета для заданной точки интереса на сетке.

Примените одномерную интерполяцию к двум массивам нажимных стержней Хопкинсона, ближайшим к интересующей точке текущего радиуса. Например, при 45 градусах для интерполяции будут использоваться массивы X, X и Y, Y. Теперь интерполируйте линейность между двумя давлениями в зависимости от угла.

Например, при 45 градусах используйте 50%X, X и 50%Y, Y.Затем сдвиньте временную историю давления для каждого местоположения на основе кубической интерполяции времени прихода ударной волны. В конечном счете, результатом является полностью интерполированная временная история давления. Эффективно жесткая реактивная рама, способная выдерживать несколько сотен ньютон-секунд с минимальным отклонением, была спроектирована с использованием 100-миллиметровой мишенной пластины из низкоуглеродистой стали.

Этот кадр выдержал испытания до 500 ньютон-секунд. Один тест был проведен с 17 прижимными стержнями Хопкинсона, сконфигурированными в 2D-матрицу с использованием стержней длиной 3,25 метра с радиусом пять миллиметров. Расстояние было установлено на 25 миллиметров.

Для этого испытания тензометрический датчик был прикреплен на расстоянии 0,25 метра от нагруженного забоя. Заряд, закопанный в насыщенную почву, сдетонировал. Данные с каждого из четырех радиальных массивов с центральным стержнем Хопкинсона, общим для всех графиков, показывают очень четкий фронт ударной волны, при этом давление медленно уменьшается с расстоянием до радиала.

Записанные временные истории давления затем были пропущены через процедуру 2D-интерполяции. Интерполированное давление, действующее на пластину мишени, показывает 20-миллисекундную задержку в прибытии фронта ударной волны. Фронт ударной волны — это время, затраченное на то, чтобы ударная волна преодолела расстояние между зарядом и целевой пластиной.

Асимметричный характер нагрузки особенно заметен на 0,22 миллисекунды. Через 0,3 миллисекунды после детонации фронт ударной волны стал почти симметричным по всем осям. После ввода аппарата в эксплуатацию можно проводить до шести тестов свободного воздуха в день.

Это число значительно уменьшается при испытании с использованием заглубленных зарядов из-за дополнительной сложности подготовки почвы. Это первый случай, когда стали возможны измерения с таким высоким разрешением. В результате теперь мы можем измерить разницу в форме нагрузки, вызванную изменениями в тестовой геометрии.

Разработанная численная процедура предлагает очень мощный способ визуализации нагрузки, а затем приложения этой нагрузки непосредственно в численных моделях, чтобы действовать в качестве первого шага в моделировании реакции конструкций на взрывные детонации. Данные, полученные в ходе текущего испытания, предоставили уникальные проверочные данные для совершенствования следующего поколения численных моделей, улучшая наше понимание проблемы и нашу способность защищать себя от взрывных взрывов.