Abstract
Nahfeld-Hochlastmessung stellt ein Problem für viele Sensortypen, da sie sehr aggressive Umgebungen ertragen müssen und in der Lage sein, Druck zu messen, bis zu vielen hundert Megapascal. In dieser Hinsicht hat die Einfachheit des Hopkinson Druck bar einen großen Vorteil, dass während der Messung Ende des Hopkinson Bar aushalten kann und zu harten Bedingungen ausgesetzt werden, kann der DMS-an der Stange montiert in einiger Entfernung angebracht werden. Dies ermöglicht Schutzgehäuse verwendet werden, welche die Dehnungsmesser schützen, aber nicht mit der Messwerterfassung stören. Die Verwendung einer Anordnung von Druckstangen ermöglicht es, die Druckzeitverläufe an diskreten bekannten Punkten gemessen werden. Dieser Artikel beschreibt auch die Interpolation Routine verwendet, um Druck-Zeitverläufe an un-instrumentierten Stellen auf der Ebene von Interesse abzuleiten. Derzeit ist die Technik wurde in der freien Luft und begraben seicht in verschiedenen Böden zu messen Laden von Sprengstoffen verwendet.
Introduction
Charakterisieren die Ausgabe von Sprengladungen hat viele Vorteile, sowohl militärische (Verteidigung gegen Sprengkörper in aktuellen Konfliktzonen improvisierten vergrabene) und zivilen (Gestaltung Strukturkomponenten). In der letzten Zeit hat sich dieses Thema große Aufmerksamkeit erhalten. Ein Großteil des gesammelten Wissens wurde bei der Quantifizierung der Ausgabe von Ladungen zum Ziel, die Gestaltung wirksamer Schutzstrukturen zu ermöglichen. Das Hauptproblem dabei ist, dass, wenn die Messungen nicht von hoher Genauigkeit sind dann die Mechanismen der Lastübertragung in diesen explosiven Ereignisse unklar bleiben. Dies wiederum führt zu Problemen Validieren numerischen Modellen, die für die Validierung dieser Messungen verlassen.
Der Begriff Nahfeld verwendet Blasten mit skalierten Entfernungen, Z, weniger als ca. 1 m / kg 1/3, wobei Z = R / W 1/3, R der Abstand vom Zentrum des Sprengstoffes zu beschreiben und W die Ladung Masse ausgedrücktals äquivalente Masse von TNT. In diesem Bereich wird die Beladung der Regel durch eine extrem hohe Größe gekennzeichnet, hoch räumlich und zeitlich ungleichmäßigen Belastungen. Robuste Instrumentierung ist daher die extremen Drücke erforderlich, um mit Nahfeld-Belastung zu bemessen. Bei skalierten Entfernungen Z <0,4 m / kg 1/3, direkte Messungen der Strahlparameter sind entweder nicht vorhanden oder nur sehr wenige 1 und die semi-empirischen Prognosedaten für diesen Bereich wird auf Parameterstudien basiert fast ausschließlich. Dabei werden die semi-empirischen Vorhersagen über die angegebenen durch Kingery und Bulmash 2, die außerhalb des Autors beabsichtigten Umfang ist. Während auf diesen Prognosen basierten Tools 3,4 für exzellente erster Ordnung Schätzungen der Belastung erlauben sie erfassen nicht die Funktionsweise der Nahfeld-Veranstaltungen, die im Mittelpunkt der aktuellen Forschung sind.
Nahfeld-Explosion Messungen haben in der letzten Zeit konzentrierte sich auf die Quantifizierung der Ausgut von vergrabene Ladungen. Die Methoden variieren , von der Beurteilung der zu einer strukturellen Ziel verursachte Verformung 5-7 8-13 globalen Impulsmessung zu lenken. Diese Methoden liefern wertvolle Informationen für die Validierung von Schutzsystemkonstruktionen sind aber nicht in der Lage die Funktionsweise der Lastübertragung zu untersuchen. Die Prüfung kann an beiden Laborwaagen (1/10 full scale), oder in der Nähe des Skalenendwerts (> 1/4), mit pragmatischen Gründen wie Controlling Eingrabtiefe oder Gewährleistung keine inhärente Form der Stoßfront wird durch die erzeugte erfolgen Verwendung von Zündern und nicht bloßen Kosten 14. Mit vergrabenen Ladungen müssen die Bodenbedingungen sehr gesteuert werden , um die Wiederholbarkeit des Tests 15 zu gewährleisten.
Unabhängig von der, ob die Ladung in der freien Luft platziert ist oder vergraben ist, ist die grundlegende Frage der resultierenden Explosion bei der Messung der Gültigkeit der Messungen durch die Instrumentierung deplo Gewährleistungyed. In der vorgesehenen Testvorrichtung 16 eine feste 'starren' Zielplatte wird verwendet , um die Hopkinson Druckstäbe abzuschirmen 17 (HDU) , während gleichzeitig sichergestellt wird, dass die Enden der Balken nur die vollständig reflektiert Drücke aufzeichnen kann. Die Autoren haben bereits entschieden, dass eine Messung reflektierten Druck gezeigt aus einem starren Ziel genauer und wiederholbarer als einfällt, oder "Freifeld" Messungen 18-20. Die Geometrie dieser Platte ist , so daß jede Druckentlastungs erzeugt durch Löschen oder Umströmung der Zielkante 21 vernachlässigbar wäre. Diese neue Testvorrichtung wurde bei 1/4 Maßstab gebaut. Bei diesem Maßstab eine strenge Kontrolle über den Grabbedingungen und den Sprengstoff sichergestellt werden kann, mit dem vollen Umfang der Füllmenge von 5 kg bis 78 g verkleinert, bei einer Grabtiefe von 25 mm.
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Protocol
1. Starre Reaktionsrahmen
- Bestimmen Sie skalierte Entfernung , bei der Prüfung stattfinden wird unter Verwendung der Gleichung 1, wobei R der Abstand von der Mitte des Sprengstoffs ist, und W ist die Ladungsmasse als eine äquivalente Masse von TNT ausgedrückt.
Z = R / W 1/3 (1) - Berechnen ungefähre maximale Impuls diese Anordnung wird über die numerische Modellierung erzeugen (siehe Anhang A) oder spezielle Werkzeuge wie ConWep 3.
Hinweis: Die Verwendung von ConWep 3 für freie Luft Explosion ist nur gültig, wenn eine Schätzung der von vergrabene Ladungen erzeugten Drücke erforderlich ist die erweiterte numerische Modellierung erforderlich ist. - Überprüfen der geschätzten Belastung aus der Modellierung wird nicht in der Ebene erzeugen Auslenkungen von mehr als 0,5 mm in der Zielplatte.
- Erhöhen Sie die um einen Faktor von 10 berechnet Belastung für Ungenauigkeiten bei der Modellierung zu berücksichtigen und die Flexibilität zur für zukünftige testing.
- Entwerfen Sie einen starren Reaktions Rahmen der Lage sein , die maximale Belastung zu widerstehen 16 berechnet. In einer Abteilung Engineering, führen diese Berechnungen im Haus; suchen auf die Dienste von einem Statiker.
- Procure starren Reaktionsrahmen, Vertrag eine Fachfirma zu fertigen und die Rahmen zu den Entwürfen der Statiker installieren.
- Procure Zielplatte, Vertrag einen Spezialisten Stahlbauer.
Beachten Sie, dass die Platte auf Wägezellen montiert werden muss (falls verwendet) und die Löcher für die HPBS (entworfen in Abschnitt 3) müssen vor der Montage durch die Platte gebohrt werden.
Abbildung 1. Schematische Darstellung des Testrahmens. (A) Gesamtanordnung, (B) Plan der Zielscheibe, (C) Nahansicht der Zielscheibe. Ter Hopkinson Druckstäbe werden von der Stangenanordnung Empfänger aufgehängt, so dass sie mit dem Gesicht der Zielplatte bündig sitzen. Dies ermöglicht die vollständig reflektiert Druck auf die Zielplatte wirkende aufgezeichnet werden. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
2. Laden-Cell-Design
- Beschaffen oder Lastzellen herzustellen (falls verwendet). Diese können entweder off-the-shelf universal (Druck / Zug) DMS-Kanister Modelle oder eingebaut in-house mit Abschnitten von dickwandigen mild Stahlrohr verschweißt Montageplatten mit Dehnmessstreifen in einer Wheatstone'schen Brückenbildung befestigt , wie in Abbildung gezeigt 2.
- Wenn die Lastzellen haben im Haus hergestellt worden, um sie zu einem externen Auftragnehmer für die Kalibrierung senden.
Abbildung 2. Schematische Darstellung der in-house gefertigt Wägezellen. (A) Seitenansicht (B) Ende Höhe. Der dunkelgraue Zylinder ist eine dicke Wand Stahlrohr, das unter Belastung belastet. Dieser Stamm wird aufgezeichnet einen einzelnen Dehnmessstreifen unter Verwendung als keine Rotation während des Ladens erlebt wird. Von der Kalibrierung der Wägezelle kann die Belastung auf den Stress zurück angewendet bezogen werden. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
3. Hopkinson Pressure Bar Design
- Bestimmen Sie die Dauer der Aufnahme,
, Erforderlich, um die volle Beladung von der Explosion zu erfassen. Die Mindestdauer erforderlich ist die Zeit, in der numerischen Modell (Abschnitt 1.2) für den Druck auf Null zurück genommen, nach der anfänglichen Druckspitze. Hier verwenden 1,2 ms. - Decide auf das Material der Wahl für die HPBS. Dies wirkt sich auf die elastische Wellengeschwindigkeit,
, In der Bar, die gegeben ist durch 
woher 
ist der Young-Modul und 
ist die Dichte. Für einen hohen Druckstoß zu messen, verwenden steifen Materialien wie Stahl; wo, wie wenn eine schwächere Stoß erwartet wird, weniger steifen Materialien, wie beispielsweise einer Magnesiumlegierung oder Nylon. - Wählen, um die Position auf der HPB, dass der Dehnungsmesser positioniert wird, so nah wie möglich an die geladene Fläche der HPB sein Dispersion zu minimieren. In der aktuellen Aufstellung der Dicke der Zielplatte und der Wendigkeit erforderlich, um die Stangen an Ort und Stelle zu passen dazu geführt, dass die Messgeräte nur 250 mm von der geladenen Fläche installiert werden konnte.
- Berechnen Sie die HPB Länge erforderlich unter Verwendung von
, woher 
ist der Abstand von der geladenen Fläche des HPB auf dem Dehnungsmesser und 
(3,25 m). - Bestimmen erforderlich HPB Radius ausreichende Bandbreite haben, um die Veranstaltung zu erfassen mit:
kHz, wobei 
in mm 22,23 (5 mm) ist die HPB Radius. - Entscheiden Sie sich für die räumliche Auflösung erforderlich, um die Druckverteilung über die Platte zu erfassen. Dies ist im Allgemeinen so nahe wie möglich, während die strukturelle Integrität der Zielplatte gehalten wird. In der aktuellen Arbeit, verwenden 25 mm.
- Bohrungen in der Targetplatte die HPBS montiert (dies kann ein Teil des Herstellungsprozesses sein). Eine enge Passung erforderlich without die HPBS in Kontakt mit der Platte zu sein. Hier verwenden 0,5 mm Toleranz mit 17 Löchern in einer Kreuzform (Abbildung 1b) gebohrt wird.
- Beschaffen Sie die HPBS (17), um sicherzustellen , die distalen Enden haben Gewinde für die Aufhängung in der Stangenanordnung Empfänger (3A) zu ermöglichen.
, Erforderlich, um die volle Beladung von der Explosion zu erfassen. Die Mindestdauer erforderlich ist die Zeit, in der numerischen Modell (Abschnitt 1.2) für den Druck auf Null zurück genommen, nach der anfänglichen Druckspitze. Hier verwenden 1,2 ms. 
, In der Bar, die gegeben ist durch 
woher 
ist der Young-Modul und 
ist die Dichte. Für einen hohen Druckstoß zu messen, verwenden steifen Materialien wie Stahl; wo, wie wenn eine schwächere Stoß erwartet wird, weniger steifen Materialien, wie beispielsweise einer Magnesiumlegierung oder Nylon. 
, woher 
ist der Abstand von der geladenen Fläche des HPB auf dem Dehnungsmesser und 
(3,25 m). 
kHz, wobei 
in mm 22,23 (5 mm) ist die HPB Radius. 4. Versuchsaufbau und Datenerfassung
Hinweis: Bei der Reaktion Rahmen, Zielplatte, Wägezellen und HPBS entworfen und hergestellt, die Montage beginnen kann , wie in Abbildung 1 gezeigt , und in Protokollabschnitt 1 ausgelegt.
- Befestigen Halbleiter Dehnmessstreifen HPBS (3B) und Wägezellen mit Sekunden wobei darauf geachtet , die Kontinuität der Erde durch alle Verkabelung zu gewährleisten. Ein Beispiel für die Wheatstone - Brücke für die HPBS verwendet wird in 3C gezeigt.
- Überprüfen Sie, ob alle Erdungskabel angeschlossen sind Kontinuität der Erde zu gewährleisten. Gut geerdet Testvorrichtung verbessertSignalqualität vor allem.
- Stellen Sie sicher, Verdrahtung ausreichend lang ist das Oszilloskop lokalisierbar ist in einem Hoch freien Bereich (geschirmte Verkabelung verwendet werden, die ausreichend Signalbandbreite hat), um sicherzustellen.
- Setzen Sie die Zielplatte mit dem starren Reaktionsrahmen unter Verwendung der optionalen Wägezellen , falls vorhanden (Abbildung 1C).
- Hang HBPs von der Stangenanordnung Empfänger, die geladene Ende durch das richtige Loch in der Platte Ziel vorbei. Hängen die HPBS frei von einer Mutter auf den Gewinde distalen Ende des HPB verschraubt.
- Stellen Sie sicher, Bars sind vertikal mit einer Wasserwaage (Einstellung des Empfängers entsprechend).
- Überprüfen Sie die Gesichter der HPBS sind Ebene mit der Zielplatte, entsprechend der Stellmutter.
- Stellen Sie den Rand an dem veränderlichen Widerstand in der Aufbereitungsschaltung (3C) Spannung zu halten , innerhalb der Grenzen des Oszilloskops während des Testens. Tun Sie dies durch Versuch und Irrtum darauf abzielt, die aus dem Gleichgewicht zu setzen für jeden Kanalwie auf Null auf der Digitalanzeige auf den Verstärkerboxen gesehen.
- Schließen Sie das verstärkte Messer Ausgang an einen geeigneten Digital-Oszilloskop. Konfigurieren einer Abtastfrequenz zu haben (1,56 MHz), Aufnahmezeit (28,7 msec) mit einem Pre-Trigger Dauer von 3,3 msec.
- Stellen Sie die Aufzeichnung auslösen, wenn die Spannung in der Pause Kabelkanal (die selbst in das Oszilloskop verdrahtet ist) überschreitet ein "out-Fenster '. Nehmen Sie Spannung für jeden angeschlossenen Messgerät (insgesamt 22, 17 HPBS, 4 Wägezellen und der Pause Draht) und Zeit.
Abbildung 3. (A) Schematische Darstellung eines HPB in die Zielplatte versehen, (B) Schnitt durch HPB bei Spur Lage, (C) Beispiel Wheatstone'schen Brückenschaltung. Zwei Dehnmessstreifen sind in der Wheatstone-Brücke, so dass verwendet und Biegen des Hopkinson-Bar ist cancelled aus. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
5. Explosive Vorbereitung
- Entscheiden Sie sich für die Sprengladung Masse und Stand-off in den Tests verwendet werden (100 g PE4 bei 75 mm).
- Entscheiden Sie, ob die Gebühren in der freien Luft zu detoniert sind oder in einem anderen Medium (Boden, Wasser etc.). Für freie Luft testet eine kugelförmige Ladung Form normalerweise verwendet wird , während mit vergrabenen Kosten der Standard eine 3: 1 Hocke Zylinder 24,25.
- Für freie Lufttests:
- Hängen Sie die Ladung unter der Zielplatte an der richtigen Stand-off (75 mm). Sie erreichen dies mit einem dünnen Holzstreifen oder auf einem Blatt polythene die Ladung platzieren.
- Legen Sie die Ladung koaxial mit der Messanordnung, um gültige Messwerte zu gewährleisten.
- Für freie Lufttests einen elektrischen Zünder verwenden, mit dem Detonator auf halbem Weg gebracht werden indie Ladung von der Basis. Tun Sie dies im letzten Moment vor dem Brennen und wenn der Bereich wurde bereits sichergestellt.
- Für begraben Tests:
- Fabrizieren einen geeigneten Behälter für das Medium. Bei Böden verwendet die Stromprüfung 1/4 Skala Behälter 23.
- Entscheiden Sie über die Bodenart genutzt und den geotechnischen Bedingungen werden: Feuchtigkeitsgehalt und Trockendichte des Bodens, siehe Lit. 15 für weitere Details..
- Entscheiden Sie sich für die Grabtiefe bei der Prüfung zu verwenden. Dies ist in der Regel 100 mm in einem vollen Skala-Test, wie die aktuellen Tests bei ¼ Skala fertig sind dies bedeutet eine 25 mm Grabtiefe.
- Mischen Sie den Boden gründlich mit einem geeignet dimensionierten Bau Mischer mit dem Soll-Feuchtigkeitsgehalt zu erreichen. Für Sanden erforderliche Mischzeit ist 10 min.
- Überprüfen, um den Feuchtigkeitsgehalt der Mischung durch eine kleine Menge entfernt und gewogen, die Gesamtmasse zu berechnen,
. Trockendie entfernt Boden und erneut wiegen die Wassermasse zu berechnen, 
. Geotechnische Feuchtigkeitsgehalte sind in Form von gravimetrischen Feuchtigkeitsgehalt angegeben, 
. - Wenn der Feuchtigkeitsgehalt innerhalb der Toleranz fortsetzen, remixen sonst den Boden. Eine Toleranz von ± 0,05 bis 0,1% wurde in der aktuellen Arbeit erreicht.
- Überprüfen, um den Feuchtigkeitsgehalt der Mischung durch eine kleine Menge entfernt und gewogen, die Gesamtmasse zu berechnen,
- Wiegen Sie die leeren Bodenbehälter und berechnen Sie die Volumenberechnung der Bodendichte zu ermöglichen, einmal voll ist (Schritt 5.4.7).
- Verdichten des Bodens in Schichten, dünn genug, um die Zieldichte zu gewährleisten, um sicherzustellen, dass die Masse des Bodens des Behälters eintritt bekannt ist. Für Leighton Buzzard Sand 15 wird dies in zwei Ebenen durchgeführt.
- Sobald der Behälter voll ist, prüfen Sie, dass die Dichte des Bodens innerhalb der Toleranz (± 0,2%). Die Zieltrockendichte in allen Tests mit Leighton Buzzard Sand betrug 1,6Mg / m 3. Berechnen Trockendichte, unter Verwendung von
, Wobei ρ d der Trockenrohdichte ist, M die Gesamtmasse des Bodens zu dem Behälter hinzugefügt wird , ist V das Volumen des Bodenbehälters und w ist der Feuchtigkeitsgehalt. - Ausgraben ein kleines Loch ≈50 mm die Ladung zu ermöglichen, an der richtigen Grabtiefe (25 mm) mit der Oberfläche platziert werden.
- Legen Sie eine nicht-elektrische Sprengzünder in die Basis der Ladung und raben einen geeigneten Kanal zu der Seite des Behälters die obere Oberfläche des Behälters, um sicherzustellen, ununterbrochenen, sobald der Boden ersetzt.
- Legen Ladung und Zünder in das ausgehobene Loch, die Überprüfung der Grabtiefe korrekt ist. Zurück füllen das Loch mit dem Aushubmaterial.
. Trockendie entfernt Boden und erneut wiegen die Wassermasse zu berechnen, 
. Geotechnische Feuchtigkeitsgehalte sind in Form von gravimetrischen Feuchtigkeitsgehalt angegeben, 
. 
, Wobei ρ d der Trockenrohdichte ist, M die Gesamtmasse des Bodens zu dem Behälter hinzugefügt wird , ist V das Volumen des Bodenbehälters und w ist der Feuchtigkeitsgehalt. 6. Zündfolge
Hinweis: Es gibt eine kleine Menge an Überlappung mit Protokollabschnitt 5 aufgrund der nature des Tests. Die Zündfolge sollte darauf abzielen, das Risiko zu minimieren und sollte nur von entsprechend geschultem Personal durchgeführt werden.
- Für freie Lufttests:
- Vereinbaren Sie kostenlosen Support unter der Zielplatte an der richtigen Stand-off (75 mm).
- Schließen Sie den Bereich. Bereitstellen von Wachen, um sicherzustellen, Bereich während des Brennens ist klar.
- Platzieren Ladung auf dem Träger co-axial zur Instrumentierung. Bringen Sie den Bruch Draht an den Zünder und legen Sie die Zünder in der Ladung.
- Für begraben Tests:
- Platzieren Bodenbehälter, so dass die Ladungs koaxial zur HPB-Array angeordnet ist.
- Schließen Sie den Bereich. Bereitstellen von Wachen, um sicherzustellen, Bereich während des Brennens ist klar.
- Schließen Sie den Break-Draht, sicherstellen, dass er sich um den Umfang der Ladung gewickelt wird (dies ergibt eine wiederholbare Zeit der Detonation in begraben Gebühren).
- Bewegen Sie Punkt zu Brennen und bestätigen Instrumentierung ausgeführt wird.
- Versorgen Sie den Bruch Draht. Prüfen Sie mit Wächteres ist sicher, mit dem Brennen, um fortzufahren.
- Initiieren Sprengstoff. Machen Sie den Testbereich sicher.
- Laden und Sichern von Daten.
- Re-open Testbereich.
7. Numerische Interpolation für ein Array 1D HPB
- Importieren Sie die Daten aus den Rohdaten-Dateien in Matlab.
- Zeitverschiebungs alle Daten in der radialen Richtung , so dass der Spitzendruck für jeden Takt gleichzeitig kommt als der Spitzendruck des zentralen bar unter Verwendung von Gleichung 2 (4B).
(2) - Interpolieren der Druck an jeder radialen Abstand von 4B.
- Zeichnen Sie die Ankunftszeiten (
) Verwendet , um die Spitzendrücke und passen eine kubische Gleichung durch die Daten (4C) auszurichten. - Time-Shift die interpolierten Daten der Ankunftszeiten zu passen, Gattungenting eine kontinuierliche Stoßfront (4D).
- Wiederholen Sie dies für jeden einzelnen Satz von Testdaten.
(2) 
) Verwendet , um die Spitzendrücke und passen eine kubische Gleichung durch die Daten (4C) auszurichten. 
Abbildung 4. Interpolation Sequenz für 1D HPB - Array. (A) Original - Daten, (B) zeitverschobene Daten, (C) vorne Ankunftszeiten schocken, und (D) endgültig interpoliert Druckzeitdaten 16. Die diskrete Natur der Druckzeitverläufe deutlich in (A) zu sehen ist mit dort an jeder der fünf Positionen Gauge keine Kontinuität zwischen den Spitzendrücke zu sein. Wenn durch Spitzendruck , wie in (B) die Interpolation der Druck an jedem radialen Abstand (unter der Annahme der gleichen Ankunftszeit) ausgerichtet ist möglich. Durch die Aufnahme der Zeitverschiebung erforderlich die Spitzendrücke, die Ankunftszeit der Stoßfront auszurichten als sh berechnet werdenSelbst in (C). Auf diese Weise können dann die Ankunftszeit und die Geschichte Druckzeit für jede radiale Abstand sein Interpolation des Drucks von (B) und die Zeit von (C) , was den endgültigen interpoliert Druck , wie in (D) berechnet werden. Bitte klicken Sie hier um ein , um zu vergrößern Version dieser Figur.
8. Numerische Interpolation für ein Array 2D HPB
Hinweis: Der Code verwendet, um die Interpolation in Matlab zu laufen, zusammen mit einer Beispielergebnisdatei zur Verfügung gestellt worden, die in diesem Abschnitt Bezug genommen wird.
- Importieren Sie die Daten aus den Rohdaten-Dateien in Matlab. Für die beispielhafte Testdaten, doppelklicken Sie auf die test_data.mat-Datei, und klicken Sie dann auf "Fertig stellen" in den Import-Assistenten.
- Öffnen Sie das interpolation2d.m Matlab-Skript.
- Definieren Sie ein regelmäßiges Gitter, über die die Interpolationlaufen durch das Netz zu verändern. Stellen Sie sicher , das die gleiche Auflösung wie das Netz in einer zukünftigen numerischen Modellierung 26,27 ist. Dies wird in der '% Mesh-Details "des Code festgelegt.
- Führen Sie das interpolation2d.m Matlab-Skript. Beachten Sie die folgenden Schritte in der Code implementiert werden und sind hier für Klarheit aufgeführt.
- Time-Shift alle HPB Druckspuren durch (Gleichung 2). Originaldaten gezeigt für
mm in 5B mit der gleichen Daten zeitverschoben in 5C.
Hinweis: Die Zeitverschiebung ist erforderlich, die Interpolationsroutine zu ermöglichen, erfolgreich die Stoßfront zu einem gegebenen Zeitpunkt zu lokalisieren. Dies beinhaltet im Wesentlichen die Daten für jeden radialen Anordnung ausgerichtet, so dass alle Maximaldrücke auszurichten. - Berechnen Sie den Radius,
Und ang le, 
für einen gegebenen Punkt von Interesse auf dem Gitter, wie in 5A gezeigt. - Tragen Sie die 1D-Interpolation auf die beiden HPB-Arrays am nächsten zu dem Punkt von Interesse für den aktuellen Radius (für
die Interpolation verwenden würde die 
und 
Arrays). - Interpolieren linear zwischen den zwei Drücken basierend auf
(Wieder für ein die Gewichtung würde 50% der sein und 50% der 12eq30.jpg "/> Array berechnet Drücke). - Berechnen Sie die momentane Belastung durch die interpolierte Druck durch den Gitterabstand (Fläche) multipliziert wird, die Last zu geben.
- Multiplizieren, um die Last, die durch den Zeitschritt der Abtastung des momentanen Impuls zu erhalten.
- Wiederholen Sie dies für alle Standorte und Zeiten (die momentane Impuls Addition der Gesamtimpuls zu geben).
- Time-Shift die Druckzeithistorie für jeden Standort basierend auf kubische Interpolation der Schock Ankunftszeit (5D).
- Time-Shift alle HPB Druckspuren durch
mm in 5B mit der gleichen Daten zeitverschoben in 5C. 
Und ang le, 
für einen gegebenen Punkt von Interesse auf dem Gitter, wie in 5A gezeigt. 
die Interpolation verwenden würde die 
(Wieder für ein 
Abbildung 5. Interpolation Sequenz für 2D - HPB - Array. (A) Sign Konventionen verwendet, (B) Originaldaten 
mm, (C) zeitverschobene Daten412 / 53412eq36.jpg "/> mm, und (D) Ankunftszeiten für jede radiale Richtung 16. Für eine 2D - Anordnung von Stäben der Druckzeitverlauf an einer beliebigen Stelle auf beiden radialen Abstand abhängig ist und welchem Quadranten der Punkt von Interesse liegt . Wenn die Explosion vollkommen symmetrisch waren dann die Drücke in (B) würde vertikale Linien bilden , wie in (C) gezeigt. in (B), dass die Stoßfront ist die 50 mm Position zu sehen ist erreicht auf 
Achse zuerst.
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Representative Results
Ein effektiv starr braucht Reaktionsrahmen zur Verfügung gestellt werden. In der aktuellen insgesamt verliehenen Impuls von mehreren hundert Newton-Sekunden Prüfung muss mit minimaler Ablenkung widerstanden werden. Eine Abbildung des starren Reaktionsrahmen verwendet wird , in Abbildung 1 wiedergegeben. In jedem Rahmen ein 50 mm Stahl "Akzeptor" Platte in die Basis der Querträger gegossen wurde. Auch wenn es nicht ausdrücklich gefordert, ermöglicht dies eine einfache Befestigung der Lastzellen / Zielplatte und bietet Schutz für das Gesicht des Betonbalken hinzugefügt. Der nächste skalierte Abstand durchgeführt hat derzeit 0,15 gewesen m / kg 1/3.
Der aktuelle Rahmen wurde auf 500 Ns getestet auf und verfügt über 500 mm quadratische Säulen mit einem 750 mm tief, 500 mm breiten Strahl Spanning die Spalten wie in gezeigt in 1A gezeigt. Das kritische Element bei der Gestaltung ist die Zielplatte, die 100 mm dicke mild steel, wurde dieser geschätzte 0,3 mm zu verformen , wenn eine 100 g kugelförmige freie Luftstoß bei 75 mm Stand-off - Widerstand (mit dem LS-DYNA 28 Routine load_blast 4). Die Konstruktion der Rahmen wurde von einem Fachmann Beton Auftragnehmer durchgeführt, die Baustelleneinrichtung und Schalung zur Verfügung gestellt. Die Faktoren in der Konstruktionsphase angewendet hängen sehr stark von der Art des Tests und ob weitere Sicherheitsfaktoren werden durch die Struktur Ingenieur angewendet werden. Ein Sicherheitsfaktor von 10 wurde in der vorliegenden Arbeit verwendet.
Hinweise auf die verwendeten Geräte sind in den Hauptprotokollabschnitte gegebenenfalls gegeben. Bereitzustellen repräsentative Ergebnisse ein einzelner Test mit 17 HPBS in einem 2D - Array konfiguriert , wie in 1B gezeigt , durchgeführt wurde. In der aktuellen Arbeit verwendet die Stäbe sind 3,25 m lang mit einem Radius von 5 mm, mit dem DMS - 0,25 m von der geladenen Fläche befestigt ist , wie in 3A gezeigt ,. Der Abstand der HDU im Ziel wurde gewählt , 25 mm sein , wie in 1B gezeigt.
Der Test durchgeführt , verwendet , um eine 78 g PE4 3: 1 Hocke Zylinder bei 28 mm in gesättigten Leighton Buzzard Sand begraben 15. Der Sand hatte eine Schüttdichte von 1,99 Mg / m 3 und Feuchtigkeitsgehalt von 24,77%. Die Pattsituation zwischen dem fertigen Bodenoberfläche und der Zielplatte betrug 140 mm.
Sobald der Test die einzelnen Druckzeitverläufe wurden durchgeführt durch eine einfache 5-Punkt-gleitenden Durchschnitt Glättungsalgorithmus zu entfernen Sie alle Hochfrequenzrauschen aus den Daten durchgeführt worden war. Es wurde festgestellt, wenn die Datenzusammenstellung, dass die 75 und 100 mm Bars in der 
Array hatte die Daten nicht korrekt aufgezeichnet. Dies war wahrscheinlich auf den Leim der DMS-de-Bindung von der HPB geben falsche Messwerte. Um dies zu kompensieren for diese die Daten aus den 75 und 100 mm Stäbe wurden stattdessen verwendet. Die Daten aus jedem der vier radialen Arrays sind in Figur 6 mit dem zentralen (0 mm) HPB gemeinsam ist allen Parzellen aufgetragen. Im gesättigten Boden ist eine sehr klare Schock vorn gesehen, mit der Druck langsam mit dem radialen Abstand zerfallen.
Die aufgezeichneten Druck-Zeitverläufe wurden dann durch die 2D-Interpolation-Routine ausgeführt, mit der Zone von Interesse als ein Quadrat 200 x 200 mm eingestellt werden (-100 bis 100 mm). Diese Zone wurde in ein 5-mm-Raster unterteilt, die fein genug erachtet wurde, genau den Schock Frontausbreitung über die Zielplatte zu erfassen. Plots des Interpolations - Druck auf der Zielplatte wirkenden zu ausgewählten Zeiten sind in 7 gezeigt. Die ≈ 20 ms Verzögerung bei der Ankunft der Schockfront die Zeit für die Stoßwelle getroffen ist t zu deckener Abstand zwischen der Ladung und der Zielplatte. Die asymmetrische Natur der Belastung in den aufgezeichneten Daten (Abbildung 6) deutlich in der gesehen werden gezeigt und Achsen. Besonders deutlich wird dies bei 
msec.
Abbildung 6. Aufgenommene Druckzeitverläufe für einen einzelnen Test mit einer 2D - HPB - Array. (A) 
(B) (C) 
(D) 
.Diese Abbildung zeigt die verarbeitete Spur für jede Bar Lage. Die schwarze zentrale Bar Spur ist für alle Plots die Ankunft der Schockfront anzuzeigen. Die nicht-kontinuierliche Natur der Stoßfront ist wieder deutlich sichtbar, da es für jeden Balken geringe Überlappung zwischen dem Spitzenspannungszone ist. Der niedrigere Druck in den 25 mm Bar hat eine interessante Wirkung auf die Form der Stoßfront wie in Abbildung 7 dargestellt. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 7. Druckverteilung Plots Interpolated zu bestimmten Zeiten 16. Die Hufeisenform des Schockfront kann im t gesehen werden = 0,22-0,23 Parzellen. Dies wird verursacht durch the Bad im Druck in den 25 mm gesehen bar in 6 gezeigt ist . Durch die 0,3 Sekunden nach der Detonation ist die Stoßfront fast symmetrisch entlang aller Achsen. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
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Discussion
Mit dem Protokoll über den Autoren dargelegt haben gezeigt, dass es möglich ist, High-Fidelity-Messungen der stark variierenden Belastung von einer Sprengladung zu erhalten, eine Reihe von Hopkinson Druckstangen verwendet wird. Mit Hilfe der Interpolation Routine skizzierte die diskreten Druck-Zeitverläufe können in einem kontinuierlichen Schockfront umgewandelt werden, die für die Ausgabe solcher Modelle direkt als Ladefunktion in der numerischen Modellierung oder als Validierungsdaten verwendbar ist.
Wenn begraben Ladungen mit der Methodik zur Herstellung der Erdbehälter skizzierte in Protokollabschnitt 5 verwendet muss eine ausreichende Verdichtungsenergie, um sicherzustellen, kontrolliert werden bereitgestellt, um die Zieldichte zu erreichen. Wenn die Zieldichte nicht erreicht wird, dann sollte die Hubhöhe verringert werden, um die Wirksamkeit der Verdichtung zu erhöhen. Aus früheren Untersuchungen haben es sich gezeigt , dass eine gleichmäßige Bodenarten mit gut abgestuften Böden wiederholbarer Testdaten als Tests 15 durchgeführt liefern 15 skizziert.
Für alle Tests mit Sprengladungen es in früheren Studien 16,29,30 , die die Lage des Detonators in Nahfeld-Tests wurde die Herstellung wiederholbaren Tests kritisch ist gezeigt , die von Signalrauschen frei sind. In diesem Zusammenhang sollte der Zünder immer in den unteren Teil der Ladung (am weitesten von der Zielplatte) platziert werden, so dass Bruchstücke von der Detonations Montage werden die HPBS vor der Hauptstoßfront nicht schlagen.
Während jeder Versuch unternommen wird, um die Prüfung zu gewährleisten, so robust wie möglich ist, ist Datenverlust immer noch auftreten. Dies ist in der Regel aufgrund der Dehnmessstreifen teilweise de-Bindung von den HPBS, die ein besonderes Problem bei kaltem Wetter sein kann (das aktuelle Gerät ist in einem unbeheizten Gebäude nach oben). Große Sorgfalt muss auch genommen werden, wenn die Einrichtungbrechen Draht als nicht nur das die Aufnahme der Detonationszeit ermöglicht sondern auch das Signal, das die Datenaufzeichnung auslöst. Ein Verlust dieses Signals oder Fehler im Setup können alle Daten aus einem Test verloren gehen. In Bezug auf die Datenverwaltung, werden die Daten aus den Tests sofort von dem Aufzeichnungs Computer mit einem USB-Laufwerk kopiert keine Daten, um sicherzustellen, ist verloren, sobald der Test abgeschlossen ist.
In der aktuellen befestigen die Wägezellen Testen der Zielplatte an der starren Reaktionsplatte und werden verwendet, um den Gesamtimpuls auf der Zielplatte verliehen zu messen (wie die HPBS nur einen begrenzten Bereich abdecken). Wenn Quantifizierung nur die lokalisierte Belastung (und nicht die globale Daten) erforderlich ist, dann kann die Zielplatte direkt an dem starren Reaktionsrahmen montiert werden.
Mit der HPB Druckzeitverläufe nur für bekannte Punkte auf der Zielplatte ist eine Interpolation Routine ist erforderlich, um den Druck-Zeitverlauf für einen beliebigen Punkt zu bewerten auf die Zielplatte und damit die Gesamt aufgezeichnet Impuls zu berechnen.
Wenn nur eine einzelne radiale Anordnung wurde in dem Test verwendet wurde, ist Interpolation immer noch möglich, durch den Punkt HPB Beladungen Annahme des Lade sein indikativ jeder polare Rotation am gleichen Radius auf der Zielplatte. Zeitverschiebung wird auch über die diskontinuierlichen Daten (4A) zur Interpolation erforderlich.
Der Hauptvorteil eines 2D HPB Array ist die Fähigkeit, die Asymmetrie in der Druck-Zeit-Historien zu erfassen. Dies erfordert eine komplexere Interpolation Routine. Im Prinzip kann diese Theorie auf irgendeine Anzahl von radialen Arrays angewendet werden. In der aktuellen Forschung dies wurde auf vier Arrays begrenzt ( . . .ftp_upload / 53412 / 53412eq38.jpg "/>) von 0 bis 100 mm mit der zentralen HPB an alle (5A gemeinsam ist ). Insgesamt 17 HPBS wurden in jedem Test verwendet.
Die Routine Interpolation in der hier dargestellten Form setzt voraus, daß für jedes Druck-Zeit-Verlauf gibt es eine einzige wohldefinierte Druckspitze, die mit der Ankunft der Stoßfront entspricht. Es kann in 6 gesehen werden , daß für alle Stäbe dies eine gute Annahme ist. In bestimmten Testbedingungen jedoch kann diese Annahme nicht gültig sein, und so sollte gegeben werden, dachte wie man am besten die Druckzeitverläufe ausrichten für die repräsentativsten Interpolation von Druck zu ermöglichen.
Änderungen können leicht für verschiedene skalierte Abstände (Z) im aktuellen Protokoll gerecht zu werden hergestellt , indem die Ladung bewegen weiter weg von der Zielplatte. Pflegeset jedoch muss darauf geachtet werden, wenn der skalierte Abstand gebracht wird unter 0,15, um zu gewährleisten, dass die loading wird das Gesicht der HPBS nicht beschädigen. Die Form von explosiven und explosive Art können auch geändert werden, mit dem Vorbehalt, dass die anfängliche Modellierung der experimentellen Design zu überprüfen getan werden geprüft haben.
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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 |
References
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