Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Взрыв Количественное Использование Гопкинсона Bars давления

Published: July 5, 2016 doi: 10.3791/53412
Automatic Translation
1, 1,2, 1, 1,2, 1,2, 2, 1, 3, 3
1Department of Civil & Structural Engineering, University of Sheffield, 2Blastech Ltd., 3Blast and IED Protection, Physical Sciences Department, Defence Science and Technology Laboratory (Dstl)

Abstract

Ближнепольная измерения нагрузки взрыва представляет проблему для многих типов датчиков, так как они должны выдерживать очень агрессивные среды и быть в состоянии измерить давление до многих сотен мегапаскалях. В связи с этим простота бара давления Гопкинсона имеет большое преимущество в том, что в то время как измерение конец стержня Гопкинсона может выдержать и подвергаться воздействию суровых условиях, тензодатчик, установленный на панели может быть проставленный на некотором расстоянии. Это позволяет защитные кожухи, которые будут использоваться, которые защищают тензометр, но не мешают приобретению измерений. Использование массива баров давления позволяет давлению времени истории на дискретных известных точек для измерения. В данной статье также описывается процедуру интерполяции, используемый для получения историй давления времени в ООН-инструментальными местах на плоскости интересов. В настоящее время этот метод был использован для измерения нагрузки от бризантных взрывчатых веществ в атмосферный воздух и захоронены неглубоко в различных почвах.

Introduction

Характеризуя выход зарядов взрывчатого вещества имеет много преимуществ, как военных, так (защиты от погребенных самодельных взрывных устройств в нынешних зонах конфликтов) и гражданское (проектирование структурных компонентов). В последнее время эта тема получила значительное внимание. Большая часть знаний, собранных была направлена ​​на количественной оценке выхода из зарядов в целях обеспечения разработки более эффективных защитных сооружений. Основной проблемой здесь является то, что если измерения сделаны не высокой точности то механизмы передачи нагрузки в этих взрывоопасных событий остаются неясными. Это, в свою очередь, приводит к проблемам проверки достоверности данных численных моделей, которые основаны на этих измерений для проверки.

Термин ближнего поля используется для описания взрывов с масштабными расстояния, Z, меньше , чем ~ 1 м / кг 1/3, где Z = ​​R / W 1/3, R расстояние от центра взрывчатого вещества, и W это заряд массы, выраженнаякак эквивалентная масса тротила. В этом режиме нагрузка, как правило, характеризуется чрезвычайно высокой величиной, высокой пространственной и временной неравномерные нагрузки. Прочные инструментовка, следовательно, необходимое для измерения экстремальных давлений, связанных с ближнего поля нагрузки. При масштабируемого расстояниях Z <0,4 м / кг 1/3, прямые измерения параметров взрыва либо отсутствуют , либо очень мало 1 и полуэмпирические прогностические данные для этого диапазона базируется почти полностью на параметрических исследований. Это связано с использованием полуэмпирических предсказания , данные Kingery и Bulmash 2, который находится вне предполагаемого охвата автора. В то время как инструменты , основанные на этих предсказаний 3,4 позволяют отличные первого порядка оценок нагрузки они не в полной мере захвата механики ближнего поля событий, которые являются предметом настоящего исследования.

Ближнепольная измерения взрыва имеют в последнее время сосредоточены на количественной OUTPут из заглубленных зарядов. Методики , используемые варьируются от оценки деформации , вызванной к структурной цели 5-7 для прямого измерения глобального импульса 8-13. Эти методы дают ценную информацию для проверки защитных конструкций системы, но не способны в полной мере исследовать механику передачи нагрузки. Тестирование может быть сделано в лабораторных масштабах (1/10 полной шкалы), или близко к полной шкалы (> 1/4), с прагматическими причинами, такими как контроль глубины захоронения или гарантируя отсутствие присущей форму фронта ударной волны генерируется использование детонаторов , а не голых зарядов 14. С заглубленных зарядов почвенные условия должны быть в высшей степени контролировать , чтобы гарантировать повторяемость тестирования 15.

Вне зависимости от ли заряд помещается в свободном воздухе или похоронен, наиболее фундаментальная проблема при измерении в результате взрыва является обеспечение достоверности измерений, выполненных с помощью приборов РазверYed. В проектируемой испытательное устройство 16 фиксированного 'жесткой' мишень пластина используется для защиты стержни давления Гопкинсону 17 (HPBs) , тогда как в то же время обеспечивая , что концы стержней можно записать только полное отражение давления. Авторы ранее показали , что измерение отраженного от давления жесткой мишени является более точным и повторяемым , чем инцидент, или измерения 'свободном поле' 18-20. Геометрия этой пластины такова , что любое облегчение давление , создаваемое путем очистки или поток вокруг целевой кромки 21 будет незначительной. Это новое испытательное устройство было построено в 1/4 масштабе. В этом масштабе жесткий контроль над условиями захоронения и взрывчатых веществ может быть обеспечена при полном размере шкалы заряда 5 кг уменьшено до 78 г, на глубине захоронения 25 мм.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Жесткая реакция рамы

  1. Определить масштабируемую расстояние , при котором тестирование будет проходить с использованием уравнения 1, где R является расстояние от центра взрывчатого вещества, а W ì заряд массы , выраженная в виде эквивалентной массой тротила.
    Z = R / W 1/3 (1)
  2. Вычислить приближенное максимальный импульс эта схема будет генерировать с помощью численного моделирования (см Приложение А) или специальные инструменты , такие как ConWep 3.
    Примечание: Использование ConWep 3 справедливо только для свободного дутья, если оценка давления , генерируемых из заглубленных зарядов требуется требуется более продвинутый численное моделирование.
  3. Проверьте расчетную нагрузку от моделирования не будет генерировать в плоскости перемещения более 0,5 мм на целевой пластине.
  4. Увеличение нагрузки, рассчитанное на коэффициент 10, чтобы учесть неточности в моделировании и добавить гибкость для будущих TESтин.
  5. Дизайн жесткий каркас реакции , чтобы быть в состоянии противостоять максимальной нагрузки , рассчитанное 16. В конструкторский отдел, выполнять эти расчеты в доме; в противном случае обратиться за услугами инженера-строителя.
    1. Закупить жесткие рамки реакции, контракт специалиста подрядчика изготовить и установить рамки для конструкций структурного инженера.
  6. Закупить мишень, контракт специалиста стали изготовителю.
    Обратите внимание, что пластина должны быть установлены на тензодатчиками (если они используются) и что отверстия для HPBs (разработанных в разделе 3) должны быть пробурены через пластину перед монтажом.

Рисунок 1
Рисунок 1. Схема испытательной рамы. (А) В целом расположение, (B) план целевой пластины, (C) крупным планом вид целевой пластины. Tбары давления он Гопкинсона подвешивают штрихового сборки приемника так, что они сидят на одном уровне с поверхностью целевой пластины. Это позволяет в полной мере отражены давление , действующее на целевой пластине для записи. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

2. Тензодатчики Design

  1. Закупить или изготовить тензодатчики (если используется). Это могут быть как вне-полки универсальный (сжатие / растяжение) моделей тензометрических канистры или встроенный в доме с использованием секций толщиной стенки мягкой стальной трубы , приваренной к монтажной пластины с тензодатчиками , проставленный в пласте моста Уитстона , как показано на рисунке 2.
  2. Если клетки нагрузки были изготовлены в доме, послать их к внешнему подрядчику для калибровки.

фигура 2
Рисунок 2. Схема. (A) Вид сбоку, (B) с торца в доме сфабриковано тензодатчики. Темно-серый цилиндр представляет собой толстостенные стальная труба, которая напрягается под нагрузкой. Этот штамм регистрируется с помощью одного тензодатчика, как вращение не имеет опыт во время погрузки. Из калибровки датчика нагрузки напряжение может быть связано обратно приложенного напряжения. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

3. Гопкинсона давление бар Дизайн

  1. Определить продолжительность записи, Уравнение 9 , Требуется, чтобы захватить полную загрузку от взрыва. Минимальная продолжительность требуется время, затраченное в численной модели (раздел 1.2) для давления, чтобы вернуться к нулю, после первоначального скачка давления. Здесь используют 1,2 мс.
  2. дециде на материале выбора для HPBs. Это влияет на скорость упругих волн, Уравнение 10 , В баре, который задается Уравнение 11 где Уравнение 12 является модуль Юнга и Уравнение 13 плотность. Для измерения шок высокого давления, использование жестких материалов, таких как сталь; где, как в случае более слабый шок, как ожидается, использовать менее жесткие материалы, такие как сплав магния или даже нейлона.
  3. Выберите позицию на Блаватской, что тензодатчик будет позиционироваться, будучи как можно ближе к нагруженной поверхности Блаватской, чтобы минимизировать дисперсию. В текущем заданном значении до толщины целевой пластины и маневренности, необходимой, чтобы соответствовать бруски на месте означает, что датчики могут быть установлены только в 250 мм от загруженного лица.
  4. Рассчитать HPДлина B требуется, используя Уравнение 14 , где Уравнение 15 расстояние от нагруженной грани Блаватской к тензодатчика и Уравнение 16 (3,25 м).
  5. Определить требуемый радиус HPB, чтобы иметь достаточную пропускную способность для захвата события с помощью: Уравнение 17 кГц, где Уравнение 18 радиус HPB в мм 22,23 (5 мм).
  6. Принятие решения о пространственном разрешении, необходимого для захвата распределение давления на пластине. Это, как правило, настолько близко, насколько это возможно при сохранении структурной целостности целевой пластины. В данной работе используется 25 мм.
  7. Сверление отверстий в пластине-мишени, чтобы смонтировать HPBs (это может быть частью процесса их производства). Чтобы они плотно прилегали требуется withoут к HPBs находясь в контакте с пластиной. При этом, используйте 0,5 мм допуск с 17 отверстий , которое сверлят в форме креста (рис 1b).
  8. Раздобыть HPBs (17), убедившись , что имеют дистальные концы с резьбой , чтобы обеспечить подвески в баре сборки приемника (рис 3А).

4. Экспериментальная установка и сбора данных

Примечание: С помощью реакции кадра, целевой пластины, тензодатчиков и HPBs спроектированы и изготовлены, сборка может начаться , как показано на рисунке 1, и разработаны в разделе протокола 1.

  1. Присоединить манометры полупроводниковый к деформации HPBs (рис 3B) и весоизмерительных ячеек с использованием Цианоакрилат, соблюдая осторожность , чтобы обеспечить непрерывность земли через все кабельные соединения. Пример моста Уитстона , используемого для HPBs показано на фиг.3С.
    1. Убедитесь, что все кабели земные прикреплены, чтобы обеспечить непрерывность земли. Хорошо заземлить испытательное устройство улучшиткачество сигнала заметно.
  2. Убедитесь, что проводка достаточно долго, чтобы убедиться, что осциллограф локализуемая в доменной зоне свободной (экранированные провода следует использовать, который имеет достаточную полосу пропускания сигнала).
  3. Установить целевую пластину к жесткой раме реакции, используя дополнительные тензодатчики если таковые имеются (рис 1C).
  4. Повесьте HBPs от приемника бар сборки, минуя загруженную конец через правильное отверстие в целевой пластине. Повесьте HPBs свободно от гайки навинчивают на резьбовой дистальный конец HPB.
  5. Обеспечить бары вертикали, используя уровень (регулировка приемника соответственно).
  6. Проверьте лики HPBs находятся на одном уровне с целевой пластиной, регулируя гайку соответственно.
  7. Установить облицовку на переменный резистор в цепи кондиционирования (рис 3C) , чтобы поддерживать напряжение в пределах осциллографе во время тестирования. Сделайте это путем проб и ошибок с целью установить вне баланса для каждого каналакак видно на цифровой дисплей на усилителе коробки к нулю.
  8. Подключите усиленный выходной сигнал уровнемера подходящего цифрового осциллографа. Настройка, чтобы иметь частоту дискретизации (1,56 МГц), длительность записи (28,7 мс) с длительностью до запуска 3,3 мс.
    1. Установите запись, чтобы вызвать, когда напряжение в разрыв провода канале (который непосредственно подключен к осциллографу) превышает "из окна". Напряжение записи для каждого датчика, подключенного (22 в общей сложности, 17 HPBs, 4 ячейки нагрузки и обрыва провода) и времени.

Рисунок 3
Рисунок 3. (А) схема HPB вставляется в целевую пластину, раздел (В) через HPB по калибровочным месте, (С) Пример мост Уитстона цепи. Два тензодатчики используются в моста Уитстона, так что и изгиб панели Гопкинсону является Cancelled вне. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

5. Взрывной подготовка

  1. Принятие решения о заряда взрывчатого вещества массой и патовая, которые будут использоваться в тестах (100 г PE4 на 75 мм).
  2. Решите , что обвинения будут ли взорваны в свободном воздухе или в другой среде (почва, вода и т.д.). Для свободного воздуха испытывает сферическую форму заряда , как правило , используется в то время как с заглубленных зарядов стандарт в соотношении 3: 1 приземистый цилиндр 24,25.
  3. Для свободных испытаний воздуха:
    1. Приостановка заряд ниже целевой пластины при правильном тупику (75 мм). Достичь этого с тонкой древесины полосы или путем размещения заряда на листе полиэтиленом.
    2. Поместите заряд соосно с массивом измерения, чтобы обеспечить достоверные данные.
    3. Для свободных испытаний воздуха используют электрический детонатор, с детонатором помещением на полпути взаряд от основания. Делайте это в самый последний момент перед стрельбой и когда диапазон уже сделан безопасным.
  4. Для заглубленных испытаний:
    1. Изготовить подходящую емкость для среды. Для почв, в настоящее время испытания использует 1/4 шкалы контейнеров 23.
    2. Решают на тип почвы , который будет использован и инженерно - геологических условий: содержание влаги и плотность сухого грунта, см 15 для более подробной информации..
    3. Принятие решения о заглубления для использования в тестировании. Это, как правило, 100 мм в полном масштабе испытания, поскольку текущие испытания проводятся в ¼ масштабе это означает глубину захоронения 25 мм.
    4. Смешайте почву тщательно с использованием подходящего размера строительного миксера для достижения содержания целевой влаги. Для песков время перемешивания требуется 10 мин.
      1. Проверьте содержание влаги в смеси путем удаления небольшого количества и взвешивают, чтобы рассчитать общую массу, Уравнение 19 , сухойснятую почву и повторно взвесить, чтобы вычислить массу воды, Уравнение 20 , Геотехнические содержание влаги указаны в терминах гравиметрического содержания влаги, Уравнение 21 ,
      2. Если содержание влаги находится в пределах допуска по-прежнему, в противном случае ремикс почву. Допуск ± 0,05-0,1% было достигнуто в текущей работе.
    5. Взвесьте пустой контейнер почвы и рассчитать объем для того, чтобы рассчитать плотность почвы один раз полный (этап 5.4.7).
    6. Уплотнения почвы послойно, достаточно тонким, чтобы гарантировать плотность мишени, гарантируя, что масса почвы, поступающей в контейнер известен. Для Лейтон Баззард Sand 15 это делается в два слоя.
    7. После того, как контейнер заполнен, проверьте, что плотность почвы в пределах находится в пределах допуска (± 0,2%). Целевая сухая плотность во всех тестах с Лейтон Баззард Песок 1.6Мг / м 3. Вычислить плотность в сухом, используя Уравнение 22 , Где ρ d является сухая плотность, М является общая масса почвы добавляется к контейнеру, V представляет собой объем контейнера почвы и W является содержание влаги.
    8. Выкопать маленькое отверстие ≈50 мм, чтобы обеспечить заряд быть размещены с верхней поверхностью на правильной глубине захоронения (25 мм).
    9. Поместите неэлектрического детонатора в базу заряда, и выкопать подходящий канал на стороне контейнера, чтобы обеспечить верхнюю поверхность контейнера является непрерывным, как только почва будет заменен.
    10. Поместите заряд и детонатор в выкопанной отверстие, проверяя глубину захоронения правильно. Назад заполнить отверстие вынутого материала.

Последовательность 6. Обжиг

Примечание: есть небольшое количество перекрытия с разделом протокола 5 в связи с физЮр от тестирования. Последовательность стрельбы должны быть направлены на минимизацию риска и должны проводиться только специально подготовленным персоналом.

  1. Для свободных испытаний воздуха:
    1. Организовать поддержку заряда ниже целевой пластины при правильном тупику (75 мм).
    2. Закройте диапазон. Развертывание караулы, чтобы обеспечить диапазон ясно во время стрельбы.
    3. Поместите заряд на опорной Коаксиальная к инструментовке. Прикрепите обрыв провода к детонатора, и поместите детонатор в шихте.
  2. Для заглубленных испытаний:
    1. Поместите контейнер почвы, так что заряд помещается Коаксиальная для HPB массива.
    2. Закройте диапазон. Развертывание караулы, чтобы обеспечить диапазон ясно во время стрельбы.
    3. Подключите обрыв провода, обеспечивая его оборачивают вокруг периферии заряда (это дает более повторяемые время детонации в заглубленных зарядов).
  3. Переместить в стрельбе точку и подтвердить приборы работает.
  4. Подачи питания на обрыв провода. Проверьте с часовымиона безопасна для продолжения стрельбы.
  5. Инициировать взрывчатых веществ. Сделайте тестовую область безопасной.
  6. Загрузка и резервное копирование данных.
  7. Снова откройте испытательный полигон.

7. Численный интерполяция для массива 1D HPB

  1. Импорт данных из файлов исходных данных в Matlab.
  2. Сдвига во времени всех данных в радиальном направлении таким образом , чтобы максимальное давление для каждого бара прибывает в то же самое время, что и пиковое давление центрального бара с использованием уравнения 2 (фиг.4В).
    Уравнение 23 (2)
  3. Интерполируйте давление на любом радиальном расстоянии от фиг.4В.
  4. Изобразите время прибытия ( Уравнение 24 ) Используется для выравнивания давления и пиков соответствуют кубическое уравнение через данные (рис 4в).
  5. Time-Shift интерполированные данные, чтобы соответствовать времени прибытия, родытин непрерывный фронт ударной волны (рис 4D).
  6. Повторите эти действия для каждого набора тестовых данных.

Рисунок 4
Рисунок 4. Последовательность интерполяции для 1D HPB массива. (A) Исходные данные, (B) данные со сдвигом во времени, (C) фронт ударной волны время прибытия, а также данные о времени окончательное интерполированное давления 16 (D). Дискретность времени давления историй можно ясно увидеть в (А) с так как нет никакой преемственности между пиком давления на каждом из пяти местах колеи. Когда выровнен по пиковым давлением , как и в (В) интерполяционной давления на любом радиальном расстоянии ( в предположении , то же самое время прибытия) возможно. При записи временного сдвига, необходимое для выравнивания пиковые давления времени прихода фронта ударной волны может быть вычислена как шсамостоятельно в (C). Затем это позволяет время прибытия и история времени давление рассчитывается для любого радиального расстояния будет интерполяция давления со стороны (В) и время от (С) дает окончательное интерполированное давление , как показано в (D). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы увидеть увеличенную версия этой фигуры.

8. Численный интерполяция для массива 2D HPB

Примечание: Код, используемый для запуска интерполяции в Matlab была представлена ​​вместе с файлом пример результатов, которые будут упоминаться в данном разделе.

  1. Импорт данных из файлов исходных данных в Matlab. Для данных испытаний, например двойным щелчком по файлу test_data.mat, а затем нажмите кнопку "Готово" в мастере импорта.
  2. Откройте interpolation2d.m Matlab скрипт.
  3. Определить регулярную сетку, над которой интерполяциязапуска путем изменения сетки. Убедитесь , что это такое же разрешение , как сетки в любом будущем численного моделирования 26,27. Это устанавливается в разделе '% подробности меш "кода.
  4. Запуск interpolation2d.m Matlab сценарий. Обратите внимание на следующие шаги реализуются в коде и приведены здесь для ясности.
    1. Сдвига во времени все следы давления HPB путем Уравнение 24 (Уравнение 2). Исходные данные показан для Уравнение 25 мм на фигуре 5В, с тем же самым сдвигом во времени на рисунке 5С данных.
      Примечание: Временной сдвиг требуется, чтобы процедура интерполяции, чтобы успешно обнаруживать фронт ударной волны в любой момент времени. Это по существу включает приведение данных для каждого радиального массива таким образом, все максимальное давление выравнивания.
    2. Вычислить радиус, Уравнение 26 И анг ле, Уравнение 27 для данной точки интереса на сетке, как показано на рисунке 5А.
    3. Применение интерполяции 1D к двум HPB массивов, наиболее близких к точке интереса для текущего радиуса Уравнение 26 (для Уравнение 28 интерполяция будет использовать Уравнение 29 а также Уравнение 30 массивы).
    4. Интерполировать линейно между 2 давлений на основании Уравнение 31 (Опять-таки для Уравнение 28 весовой коэффициент будет составлять 50% от Уравнение 29 и 50% от 12eq30.jpg "/> массив вычисленных давления).
    5. Расчет мгновенной нагрузки путем умножения интерполированное давление на шаг сетки (область), чтобы дать нагрузку.
    6. Умножить нагрузку на время шага дискретизации, чтобы получить мгновенный импульс.
    7. Повторите эти действия для всех местоположений и времени (суммирующих мгновенный импульс, чтобы дать общий импульс).
    8. Сдвига во времени историю времени давления для каждого местоположения на основе кубической интерполяции во время шока прибытия (Рис 5D).

Рисунок 5
Рисунок 5. Последовательность интерполяции для 2D HPB массива. (A) подписывает соглашения , используемые, (B) исходные данные Уравнение 35 мм, (C) данные со сдвигом во времени412 / 53412eq36.jpg "/> мм, и (D) время прибытия для каждого радиального направления 16. Для 2D массива баров история времени давление в любой точке зависит как от радиального расстояния и квадранта точка интереса располагается . Если взрыв были совершенно симметричными , то давление в (B) будет образовывать вертикальные линии , как показано в (C). в (в) , можно видеть , что фронт ударной волны достигает места 50 мм на Уравнение 30 Ось первой.
Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Эффективно жесткая рама реакция должна быть обеспечена. В тестирующего тока общий приданную импульс нескольких сотен ньютон-секунд необходимо противостоять с минимальным отклонением. Иллюстрации жесткой рамы реакции , используемой приведена на рисунке 1. В каждом кадре 50 мм сталь 'акцептор' плиты был брошен в основание поперечных балок. Несмотря на то, явно не требуется, это позволяет легко фиксации тензодатчиков / визирной пластины и обеспечивает дополнительную защиту от поверхности бетонной балки. Ближайшее расстояние масштабируются проводилось в настоящее время было 0,15 м / кг 1/3.

Текущий кадр был протестирован до 500 нс и имеет 500 мм квадратных колонн с 750 мм глубиной, 500 мм шириной луча , охватывающий колонки , как показано на показано на рисунке 1А. Важнейшим элементом в дизайне является целевой пластина, которая имеет толщину 100 мм мягкой sТил, это оценивалось деформироваться 0,3 мм при сопротивлении 100 г сферическую свободный воздушный взрыв в 75 мм тупику ( с помощью LS-DYNA 28 рутинную load_blast 4). Конструкция рамы была выполнена специалистом конкретного подрядчика, предоставившего сайта оборудования и опалубки. Факторы, применяемые на стадии проектирования в значительной степени зависеть от характера испытаний и любые дополнительные факторы безопасности, будут применяться проектировщику ли. Коэффициент безопасности 10 был использован в текущей работе.

Показания используемого оборудования были приведены в основных разделах протокола, где это необходимо. Для получения репрезентативных результатов был проведен один тест с 17 HPBs сконфигурирован в 2D массива , как показано на рисунке 1В. В текущей работе стержни , используемые в 3,25 м в длину с радиусом 5 мм, с тензодатчика привязываясь 0,25 м от загруженного лица , как показано на рисунке 3A, Расстояние между HPBs в мишени была выбрана равной 25 мм , как показано на фигуре 1В.

Испытание проводили использовали 78 г PE4 3: 1 приземистый цилиндр Похоронен на 28 мм насыщенного Лейтон Баззард песка 15. Песок имел объемную плотность 1,99 мг / м 3 и содержание влаги в 24,77%. Противостояние между готовой поверхности почвы и визирной составлял 140 мм.

После того, как испытание было проведено в истории отдельных давление времени пропускались через простой 5-балльной скользящей средней алгоритм сглаживания, чтобы удалить любой высокочастотный шум из данных. Было отмечено, при сопоставлении данных о том, что 75 мм баров и 100 в Уравнение 32 Массив не записаны данные должным образом. Это, вероятно, связано с клеем из тензометрическом де-связи с Блаватской, давая ложные показания. Для компенсации FOг это данные от 75 до 100 мм Уравнение 30 вместо того, чтобы стержни были использованы. Данные от каждого из 4 -х радиальных массивов приведены на рисунке 6, с центральным (0 мм) HPB являются общими для всех участков. В насыщенном почве очень четкий фронт ударной волны видно, с давлением медленно разлагающихся с радиальным расстоянием.

Зарегистрированное значение давления времени истории затем пропускались через интерполяционного рутина 2D, с зоной интереса быть установлен как 200 × 200 мм, квадрат (от -100 до 100 мм). Эта зона была разделена на 5 мм сетке, которая была сочтена достаточно тонкой, чтобы точно фиксировать фронт ударной волны распространения через целевой пластины. Графики интерполируемой давления , действующего на целевой пластине в определенные моменты времени показаны на рисунке 7. ≈ 20 мс задержка прихода фронта ударной волны это время , необходимое для ударной волны , чтобы покрыть тон расстояние между зарядом и целевой пластины. Асимметричный характер нагрузки , показанной на записанных данных (Рисунок 6) хорошо видно в и Уравнение 32 Оси. Это особенно ясно, Уравнение 34 Мс.

Рисунок 6
Рисунок 6. В записи истории давления времени для одного теста с массивом 2D HPB. (A) Уравнение 29 (В) Уравнение 30 (С) Уравнение 37 (D) Уравнение 38 ,Эта цифра показывает обработанный след для каждого местоположения бара. Черный центральный бар след является общим для всех участков, чтобы указать приход фронта ударной волны. Прерывистый характер ударного фронта снова отчетливо видно, как есть небольшое перекрытие между пиком напряжений зоны для каждого бара. Более низкое давление в 25 мм Уравнение 38 бар имеет интересный эффект на форму фронта ударной волны , как изображены на рисунке 7. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 7
Рисунок 7. интерполяцией участков распределения давления в определенные периоды времени 16. Подковы форма ударного фронта можно увидеть в т = 0.22-0.23 участки. Это вызвано йе падение в давлении видели в 25 мм Уравнение 38 бар показано на рисунке 6. на 0,3 сек после взрыва фронт ударной волны почти симметричны по всем осям. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Используя протокол описанный выше авторов показали, что можно получить высокие измерения верности весьма различной нагрузки от заряда взрывчатого вещества, используя массив баров давления Гопкинсона. С помощью обычной интерполяции обрисовал дискретные истории давления времени может быть преобразована в непрерывную фронтом ударной волны, которая может использоваться непосредственно в качестве функции нагрузки при численном моделировании или в качестве данных проверки для вывода таких моделей.

При использовании захороненных обвинения методология, используемая для подготовки почвы контейнеров, описанных в разделе 5 протокола должны быть проверены, чтобы обеспечить достаточное количество энергии уплотнения обеспечивается для достижения целевого показателя плотности. Если плотность мишени не будет достигнуто, то высота подъема должна быть снижена, чтобы повысить эффективность уплотнения. Из предыдущих исследований было замечено , что однородные типы почвы обеспечивают данные более повторяемых испытаний , чем испытания , проведенные с хорошо градуированных почв 15 15.

Для всех испытаний с использованием разрывных зарядов было показано в предыдущих исследованиях 16,29,30 , что местоположение детонатора в ближней зоне испытаний имеет решающее значение для получения воспроизводимых тестов , которые свободны от шума сигнала. В связи с этим детонатор должен всегда быть помещен в нижнюю часть заряда (дальше всего от целевой пластины) таким образом, что любые фрагменты из сборки детонирующего не зацепила HPBs впереди основной ударной волны.

В то время как каждая попытка обеспечить тестирование как надежной, насколько это возможно, потеря данных делает все еще имеют место. Это, как правило, связано с тензодатчиками частично де-склейка от HPBs, которые могут быть особой проблемой в холодную погоду (текущее устройство устанавливается в неотапливаемом здании). Большое внимание также должны быть приняты при настройкеобрыв провода, поскольку это позволяет не только запись времени детонационного, но и обеспечивает сигнал, который инициирует запись данных. Потеря этого сигнала или ошибки в установке могут привести все данные из теста, которые будут потеряны. Что касается управления данными, данные испытаний сразу дублируется с компьютера записи на диск USB, чтобы гарантировать, никакие данные не будут потеряны, как только тестирование будет завершено.

В тестирующего тока Тензодатчики крепления визирной к жесткой пластине реакционной и используются для измерения общего импульса, придаваемого визирной (как HPBs охватывают только ограниченную область). Если количественное определение только локализованной нагрузки (а не глобальных данных) требуется, то Мишень может быть установлен непосредственно на жесткой раме реакции.

С историями давления времени HPB быть применимы только к известным точкам на целевой пластине подпрограмма интерполяции требуется, чтобы оценить историю давления времени для любой точки визирная, и, следовательно, для расчета общего записанную импульс.

Если только один радиальный массив был использован при тестировании, интерполяция по-прежнему возможно, если предположить точке HPB нагрузки, чтобы быть показателем нагрузки при любом полярном вращения при том же радиусе на целевой пластине. Сдвиг во времени также требуется , чтобы интерполировать по разрывными данными (фиг.4А).

Основное преимущество использования массива 2D HPB является возможность захвата асимметрии в давление времени истории. Это требует более сложной интерполяции подпрограммы. В принципе эта теория может быть применена к любому числу радиальных массивов. В текущем исследовании это было ограничено четырьмя массивами ( Уравнение 29 , Уравнение 37 , Уравнение 30 ,ftp_upload / 53412 / 53412eq38.jpg "/>) от 0 до 100 мм с центральным HPB являются общими для всех (рис 5А). В общей сложности 17 HPBs были использованы в каждом тесте.

Интерполяции процедура в форме, представленной здесь предполагается, что для каждой истории давления времени есть один вполне определенный скачок давления, который соответствует с приходом фронта ударной волны. Это можно увидеть на рисунке 6 , что для всех баров это хорошее предположение. В определенных условиях испытаний, однако это предположение не может быть действительным и поэтому следует подумать о том, как лучше, чтобы выровнять давление времени истории, чтобы обеспечить наиболее представительной интерполяции давления.

Модификации могут быть легко сделаны для удовлетворения различных масштабируемых расстояний (Z) в текущем протоколе, перемещая заряд дальше от целевой пластины. Уход, однако, должны быть приняты, если масштабируется расстояние низвержена ниже 0,15, чтобы гарантировать, что loadiнг не повредит перед лицом HPBs. Форма взрывчатого вещества и взрывного типа, также может быть изменен, с оговоркой, что первоначальное моделирование сделано для проверки дизайн эксперимента будут должны быть проверены.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Load Cell RDP RSL0960 This is only indicative, the exact load cell should be able to resolve the required loading
Steel target plate / HPBs Garratts  Fabricated to order
Strain gauge Kyowa KSP-2-120-E4 To use with steel HPBs
Cyanoacrylate Kyowa CC-33-A Check with manufacturer depending on mar material to be used
Digital Oscilloscope TiePie HS4 16-bit Handyscopes  6 used in parallel in current testing
Leighton Buzzard sand Garside sands Garside 14/25 Uniform silica sand 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Esparza, E. Blast measurements and equivalency for spherical charges at small scaled distances. Int. J. Impact Eng. 4 (1), 23-40 (1986).
  2. 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).
  3. Hyde, D. W. Conventional weapons program (ConWep). , U.S Army Waterways Experimental Station. Vicksburg, MS, USA. (1991).
  4. 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).
  5. Neuberger, A., Peles, S., Rittel, D. Scaling the response of circular plates subjected to large and close-range spherical explosions. Part II: Buried charges. Int. J. Impact Eng. 34 (5), 874-882 (2007).
  6. Xu, S., et al. An inverse approach for pressure load identification. Int. J. Impact Eng. 37 (7), 865-877 (2010).
  7. Pickering, E. G., Chung Kim Yuen, S., Nurick, G. N., Haw, P. The response of quadrangular plates to buried charges. Int. J. Impact Eng. 49, 103-114 (2012).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Fourney, W. L., Leiste, U., Bonenberger, R., Goodings, D. J. Mechanism of loading on plates due to explosive detonation. Int. J. on Blasting and Fragmentation. 9 (4), 205-217 (2005).
  11. Anderson, C. E., Behner, T., Weiss, C. E. Mine blast loading experiments. Int. J. Impact Eng. 38 (8-9), 697-706 (2011).
  12. Fox, D. M., et al. The response of small scale rigid targets to shallow buried explosive detonations. Int. J. Impact Eng. 38 (11), 882-891 (2011).
  13. Ehrgott, J. Q., Rhett, R. G., Akers, S. A., Rickman, D. D. Design and fabrication of an impulse measurement device to quantify the blast environment from a near-surface detonation in soil. Experimental Techniques. 35 (3), 51-62 (2011).
  14. 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).
  15. Clarke, S. D., et al. Repeatability of buried charge testing. 23rd Int. Symp. on the Military Aspects of Blast and Shock, Oxford, UK, , (2014).
  16. Clarke, S. D., et al. A large scale experimental approach to the measurement of spatially and temporally localised loading from the detonation of shallow-buried explosives. Meas Sci Technol. 26, 015001 (2015).
  17. Hopkinson, B. A Method of Measuring the Pressure Produced in the Detonation of High Explosives or by the Impact of Bullets. Philos. Trans. R. Soc. (London) A. 213, 437-456 (1914).
  18. 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).
  19. Rigby, S. E., Tyas, A., Bennett, T., Clarke, S. D., Fay, S. D. The negative phase of the blast load. Int. J. of Protective Structures. 5 (1), 1-20 (2014).
  20. Rigby, S. E., Fay, S. D., Tyas, A., Warren, J. A., Clarke, S. D. Angle of incidence effects on far-field positive and negative phase blast parameters. Int. J. of Protective Structures. 6 (1), 23-42 (2015).
  21. Tyas, A., Warren, J., Bennett, T., Fay, S. Prediction of clearing effects in far-field blast loading of finite targets. Shock Waves. 21 (2), 111-119 (2011).
  22. Tyas, A., Watson, A. J. A study of the effect of spatial variation of load in the pressure bar. Meas Sci Technol. 11 (11), 1539-1551 (2000).
  23. Tyas, A., Watson, A. J. An investigation of frequency domain dispersion correction of pressure bar signals. Int. J. Impact Eng. 25 (1), 87-101 (2001).
  24. NATO Standardisation Agency. Procedures for evaluating the protection level of logistic and light armoured vehicles. Allied Engineering Publication (AEP) 55. 2, 2, (2011).
  25. Elgy, I. D., et al. UK ministry of defence technical authority instructions for testing the protection level of vehicles against buried blast mines. , Defence Science and Technology Laboratory. UK. (2014).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Hallquist, J. O. LS-DYNA theory manual. Livermore Software Technology Corporation, CA, USA, , (2006).
  29. 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).
  30. 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).

Tags

Машиностроение выпуск 113 Гопкинсона бары давления Кольский взрыв возле поля похоронен заряды экстремальные нагрузки физика
Взрыв Количественное Использование Гопкинсона Bars давления
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Clarke, S. D., Fay, S. D., Rigby, S. … More

Clarke, S. D., Fay, S. D., Rigby, S. E., Tyas, A., Warren, J. A., Reay, J. J., Fuller, B. J., Gant, M. T. A., Elgy, I. D. Blast Quantification Using Hopkinson Pressure Bars. J. Vis. Exp. (113), e53412, doi:10.3791/53412 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter