Waiting
Login processing...

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

Engineering

פיצוץ כימות באמצעות מוטות לחץ הופקינסון

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

שדה ליד מדידת עומס הפיצוץ מציגה סוגית סוגי חיישנים רבים כפי שהם חייבים לסבול סביבות מאוד אגרסיביות ולהיות מסוגל למדוד לחצים עד מאות רבות של megapascals. מבחינה זו הפשטות של הבר לחץ הופקינסון יש יתרון גדול בכך ואילו קצה המדידה של בר הופקינסון יכול לסבול ולהיחשף תנאים קשים היה מד הלחץ רכוב על הבר יכול להיות מודבק במרחק מה. זה מאפשר מעטה מגן שינוצל מגנות על מד הלחץ אך אינם מפריע רכישת המדידה. שימוש מערך של ברי לחץ מאפשר היסטוריות לחץ בזמן בנקודות ידועות דיסקרטיות כדי להימדד. מאמר זה מתאר גם את שגרת אינטרפולציה המשמשת לחישוב היסטורי לחץ-זמן במקומות בלתי המאובזרת במטוס של עניין. כיום נעשה שימוש בטכניקה למדוד טעינת חומרי נפץ באוויר חופשי וקבר רדוד בקרקעות שונות.

Introduction

אפיון הפלט של מטעני חבלה יש יתרונות רבים, הן צבאי (הגנה מפני ונקברי מטעני חבלה מאולתרים באזורי עימות הנוכחיים) ואזרח (תכנון רכיבים מבניים). פעמים בשנים האחרונות בנושא זה זכה לתשומת לב ניכרת. חלק ניכר מן הידע שנאסף יש מכוון הכימות של מפלט חיובים כדי לאפשר את העיצוב של מבנים מגנים יעילים יותר. הבעיה העיקרית כאן היא שאם המדידות שנעשו אינן בעלי איכות גבוהה אז מנגנוני העברת עומס באירועי נפץ אלה עדיין אינם ברורים. זה בתורו מוביל לבעיות אימות מודלים מספריים אשר מסתמכים על מדידות אלה למתן תוקף.

המונח שדה ליד המשמש לתיאור תקיעות עם מרחקים מדורגים, Z, פחות מ ~ 1 מ '/ ק"ג 1/3, כאשר Z = R / W 1/3, R הוא המרחק ממרכז של חומר נפץ, ו- W הוא הביע את התשלום המוניכמו מסה שווה של TNT. במשטר זה ההעמסה מאופיינת בדרך כלל על ידי בעצמה גבוהה מאוד, מאוד המון מרחבית ובזמן הלא אחיד. מכשור יציב ולכן נדרש למדוד את הלחצים הקיצוניים הקשורים טעינת שדה קרוב. בשעת Z מרחקים דורג <0.4 מ '/ קילו 1/3, מדידות ישירות של פרמטרי הפיצוץ הם או שאינם קיימות או מעט מאוד 1 והנתונים החזויים למחצה האמפיריים בטווח זה מבוסס כמעט כולו על מחקרים פרמטרית. זה כרוך באמצעות תחזיות חצי האמפיריות שנתנו קינגרי ו Bulmash 2, שהוא מחוץ לתחום המיועד של המחבר. בעוד כלים המבוססים על תחזיות אלו 3,4 לאפשר הערכות מסדר ראשון מצוין של טעינת הם לא לגמרי לכבוש את המכניקה של אירועים ליד שדה, המהווים את מוקד המחקר הנוכחי.

שדה ליד מדידות פיצוץ יש בתקופה האחרונה התמקד לכימות output מדמי הקבורים. מתודולוגיות מועסקים להשתנות מן בהערכת העיוות שנגרמה מטרה מבנית 5-7 לכוון מדידת דחף העולמי 8-13. שיטות אלה מספקים מידע רב ערך עבור האימות של עיצובי מערכת הגנה אך אינן מסוגלים חוקר את המכניקה מלאה של העברת עומס. ניסויים יכולים להתבצע בשני המידה מעבדתי (בקנה מידה מלאה 1/10), או בסמוך בהיקף מלא (> 1/4), עם מטעמים פרגמטיים כגון שליטת עומק קבורה או להבטיח שום צורה טבועה של חזית ההלם מופק על ידי שימוש נפצים ולא 14 חיובים חשופים. עם האשמות קברו את תנאי הקרקע צריכים להיות מבוקרים מאוד על מנת להבטיח את הדירות של הבדיקות 15.

המבקר של האם תשלום מושם אוויר חופשי או קבור, קמה ועומדת השאלה העקרונית ביותר במדידת הפיצוץ המתקבל הוא להבטיח את תוקפו של מדידות שנעשו על ידי המכשור deployed. במנגנון הבדיקה תוכנן 16 צלחת יעד הנוקשה 'קבועה משמשת להגן על ברי לחץ הופקינסון 17 (HPBs) בעוד באותו הזמן על מנת להבטיח כי הקצוות של המוטות יכולים רק להקליט את הלחצים לידי ביטוי המלא. המחברים הראו בעבר כי מדידה של לחץ מוחזר מן היעד נוקשה יותר לשחזור מדויק מאשר אירוע, או מדידות 'חופשי-השדה' 18-20. הגיאומטריה של צלחת היא כזו, שאין שום הקלת לחץ שנוצרה על ידי ניקוי או הזרימה מסביב לקצה היעד 21 תהיה זניחה. מנגנון הבדיקה החדשה נבנה בקנה מידה 1/4. בשעת שליטה הדוקה בסדר גודל כזה על תנאי הקבורה ואת הנפץ ניתן להבטיח, עם גודל תשלום בהיקף המלא של 5 קילו scaled עד 78 גרם, בעומק קבורה של 25 מ"מ.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. מסגרת תגובה קשיחה

  1. לקבוע מרחק מוקטן או מוגדל שבו הבדיקות תתקיימנה באמצעות משוואה 1, כאשר R הוא המרחק מהמרכז של חומר הנפץ, ו- W הוא המטען לידי ביטוי המוני כמו מסה שווה של TNT.
    Z = R / W 1/3 (1)
  2. חישוב דחף מרבי המשוער הסדר זה ​​יפיק באמצעות מודלים מספריים (ראה נספח א ') או כלים ספציפיים כגון ConWep 3.
    הערה: שימוש ConWep 3 תקף רק פיצוץ באוויר חופשי, אם הערכה של לחצים המופקים חיובים קבורים נדרשת הדוגמנות המספרית המתקדמת יותר נדרשת.
  3. בדוק את הטעינה המוערכת מן הדוגמנות לא תיצור התקות-המטוס של יותר מ -0.5 מ"מ בצלחת היעד.
  4. הגדל את הטעינה מחושבת בפקטור של 10 לתת דין וחשבון על אי דיוקים שהם מהותיים הדוגמנות להוסיף גמישות עבור tes בעתידטינג.
  5. לעצב מסגרת תגובה נוקשה כדי להיות מסוגל להתנגד הטעינה המרבית מחושבת 16. לשם במחלקת הנדסה, לבצע חישובים אלה בבית; אחרת לבקש את שירותיו של מהנדס מבנים.
    1. לרכוש מסגרות תגובה נוקשות, להתכווץ קבלן מומחה לפברק ולהתקין את המסגרות של העיצובים של מהנדס הבניין.
  6. להשיג צלחת היעד, להתכווץ מפברק פלדה מומחה.
    ראוי לציין, כי הצלחת תצטרך להיות מותקן על תאי עומס (אם משתמשים בו) וכי חורים עבור HPBs (תוכנן בסעיף 3) יהיה צורך לקדוח דרך צלחת לפני הרכבה.

איור 1
איור 1. סכמטי של מסגרת הבדיקה. (א) הסדר בסך הכל, (ב) תוכנית של צלחת היעד, (ג) תמונת תקריב של הצלחת היעד. Tברי לחץ הוא הופקינסון תלויים ממקלט ההרכבה הברה כך הם יושבים מיושרים עם פני צלחת היעד. זה מאפשר את הלחץ לידי ביטוי המלא הפועל על צלחת היעד שיירשם. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

2. עיצוב תא עומס

  1. להשיג או לפברק תאי עומס (אם משתמשים בו). אלה יכולים להיות ה- off- מדף אוניברסלי (דחיסה / מתח) מודלים מיכל זן-מד או בנוי בתוך הבית באמצעות קטעי צינורות פלדה קלה חומה עבה מולחם הרכבה צלחות עם מודד זן מודבקת ב במערך גשר ויטסטון כפי שמוצג באיור 2.
  2. אם תאי העומס היה מפוברק ללא צורך במיקור חוץ, ולשלוח אותם קבלן חיצוני לצורך כיול.

איור 2
תרשים איור 2. של תאי עומס מפוברק ללא צורך במיקור חוץ. (א) צד גובה, (ב) העלאת הסוף. הגליל האפור הכהה הוא צינור פלדת קיר עבה אשר זנים תחת העמסה. זן זה נרשם באמצעות מד לחץ יחיד כמו שאף סיבוב חווה במהלך הטעינה. מתוך הכיול של תא העומס את הלחץ יכול להיות קשור בחזרה את הלחץ המופעל. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

3. עיצוב בר הופקינסון לחץ

  1. לקבוע את משך ההקלטה, משוואה 9 נדרש, כדי ללכוד את הטעינה מלאה מהפיצוץ. המשך המינימאלי הנדרש הוא הזמן שלוקח במודל המספרי (סעיף 1.2) עבור הלחץ לחזור אפס, לאחר ספייק לחץ הראשוני. הנה, להשתמש 1.2 msec.
  2. Deciדה על החומר המועדף על HPBs. זה משפיע על מהירות גל אלסטי, משוואה 10 , בבר אשר ניתן על ידי משוואת 11 איפה משוואת 12 הוא מודולוס של יאנג משוואת 13 היא הצפיפות. למדידת זעזוע בלחץ גבוה, להשתמש בחומרים נוקשים כגון פלדה; איפה כאילו הלם חלש צפוי, להשתמש בחומרים נוקשים פחות כגון מסגסוגת מגנזיום או אפילו ניילון.
  3. בחר את המיקום על HPB כי מד הלחץ ימוקם, להיות קרוב ככל האפשר אל הפנים הטעונים של HPB למזער פיזור. ב ההגדרה הנוכחית עובי צלחת היעד ואת התמרון הנדרש כדי להתאים את הסורגים במקום התכוון כי המודד יכול להיות מותקן רק 250 מ"מ מעל פני הטיעון.
  4. חשב את HPאורך B נדרש שימוש משוואת 14 , איפה משוואת 15 המרחק הוא מעל פני הטיעון של HPB על מד המתח משוואת 16 (3.25 מ ').
  5. לקבוע רדיוס HPB נדרשים להיות בעלי רוחב פס מספיק כדי ללכוד את האירוע באמצעות: משוואת 17 kHz, שם משוואת 18 הוא רדיוס HPB במ"מ 22,23 (5 מ"מ).
  6. החלט על רזולוציה מרחבית הנדרשת כדי ללכוד את חלוקת הלחץ על פני הצלחת. זהו בדרך כלל קרוב ככל האפשר תוך שמירה על שלמות מבנית של הצלחת היעד. בעבודה הנוכחית, השתמש 25 מ"מ.
  7. לקדוח חורים בצלחת היעד לעלות על HPBs (זה יכול להיות חלק מתהליך הייצור). התאמה קרובה נדרשת withoאוט HPBs להיות בקשר עם הצלחת. הנה, השתמש סובלנות 0.5 מ"מ עם 17 חורים שנקדחו בשינה בצורת צלב (איור 1b).
  8. להשיג את HPBs (17), תוך הקפדה לקיים את הקצוות דיסטלי הליכים לאפשר להשעיה (איור 3 א) מקלט הרכבה הברה.

4. התקנה ניסיונית & קליטת נתונים

הערה: עם מסגרת התגובה, צלחת היעד, תאי עומס HPBs מעוצב מפוברק, הרכבה יכול להתחיל כפי שמוצג באיור 1, ועוצב בסעיף פרוטוקול 1.

  1. צרף מודד זן המוליכים למחצה כדי HPBs (איור 3B) ותאי עומס באמצעות cyanoacrylate, נזהר על מנת להבטיח המשכיות של כדור הארץ דרך כל הכבלים. דוגמא של גשר ויטסטון המשמש HPBs מוצגת באיור 3C.
    1. ודא שכל הכבלים מחוברים האדמה כדי להבטיח המשכיות של כדור הארץ. ובכן מוארק מנגנון בדיקה ישפראות איכות בעיקר.
  2. ודא חיווט הוא מספיק ארוך כדי לוודא האוסילוסקופ הוא locatable חופשי בשטח פיצוץ (חיווט מוגן אמור לשמש אשר יש רוחב פס אות חזק מספיק).
  3. התאם את צלחת היעד למסגרת התגובה הנוקשה, באמצעות תאי העומס האופציונליים אם הוא קיים (תרשים 1C).
  4. Hang HBPs ממקלט ההרכבה הברה, להעביר את סוף הטיעון דרך החור הנכון בצלחת היעד. לתלות את HPBs בחופשיות אגוז דפוק על הקצה הדיסטלי של הליכי HPB.
  5. ודאו ברים הם אנכיים באמצעות פלס (התאמת המקלט בהתאם).
  6. בדוק את פניהם של HPBs הם ברמה עם צלחת היעד, התאמת האגוז בהתאם.
  7. הגדר את העיטור על הנגד המשתנה במעגל מיזוג (איור 3 ג) כדי לשמור מתח בגבולות אוסצילוסקופ במהלך הבדיקה. האם זה באמצעות ניסוי וטעייה במטרה לקבוע את מאיזון לכל ערוץכפי שניתן לראות על הצג הדיגיטלי על תיבות המגבר לאפס.
  8. חברו את יציאת מד מוגבר אוסצילוסקופ דיגיטלי מתאים. גדר יש תדר דגימה (1.56 MHz), משך הקלטה (28.7 msec) עם משך מראש הדק של 3.3 msec.
    1. הגדר את ההקלטה אשר מופעל כאשר המתח בערוץ חוט הפסקה (אשר מחווט עצם לתוך אוסצילוסקופ) עולה על "מחוץ לחלון". מתח שיא עבור כל מד מחובר (22 בסך הכל, 17 HPBs, 4 תאי עומס ואת חוט הפסקה) וזמן.

איור 3
איור 3. (א) תרשים של HPB מצויד לתוך צלחת היעד, (ב) קטע דרך HPB ב מד מיקום, (C) למשל ויטסטון מעגל הגשר. שני מדדים זן משמשים גשר ויטסטון כך וכיפוף של בר הופקינסון הוא גancelled החוצה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

5. הכנת חומר נפץ

  1. החלט על המסה במטען חבלה תיקו לשמש הבדיקות (PE4 100 גרם ב 75 מ"מ).
  2. להחליט אם ההאשמות הן להיות פוצצו באוויר החופשי או בתוך מדיום אחר (קרקע וכו מים). עבור אוויר חופשי בדיקות צורה כדורית תשלום מנוצלת בדרך כלל ואילו עם חיובים קברו את הסטנדרטי הוא 3: גליל גוץ 1 24,25.
  3. לבדיקות אוויר חופשיות:
    1. להשעות את התשלום מתחת צלחת היעד על התיקו הנכון (75 מ"מ). להשיג זאת עם פס עץ דק או על ידי הנחת מטען על גיליון ניילון.
    2. מניח את תשלום שיתוף axially עם מערך המדידה כדי להבטיח קריאות תקפות.
    3. לבדיקות אוויר חופשיות להשתמש נפץ חשמלי, עם הנפץ שיוצב חצי דרך לתוךהאישום מהבסיס. האם זה ברגע האחרון לפני ירי וכאשר הטווח כבר נעשה בטוח.
  4. לבדיקות קבורות:
    1. לפברק במיכל מתאים המדיום. עבור קרקעות, הבדיקות הנוכחיות משתמשות 1/4 מכולות מידה 23.
    2. להחליט על סוג הקרקע כדי להיות מנוצלים והתנאים גיאוטכני: תכולת לחות וצפיפות יבשה של הקרקע, ראו נ"צ 15 לקבלת פרטים נוספים..
    3. החלט על העומק קבור להשתמש בבדיקה. זה בדרך כלל 100 מ"מ מבחן בקנה מידה מלא, כמו הבדיקות הנוכחיות נעשות ב ¼ סולם זה אומר לעומק קבורה 25 מ"מ.
    4. מערבב את הקרקע ביסודיות בעזרת מערבל בנייה בגודל כיאות לצורך השיג את תכולת לחות היעד. עבור חולות זמן הערבוב הנדרש הוא 10 דקות.
      1. בדוק את תכולת הלחות של התמהיל ידי הסרת כמות קטנה ולשקול בו כדי לחשב את המסה הכוללת, משוואת 19 . יָבֵשׁבאדמה והוציאה מחדש לשקול כדי לחשב את המסה של מים, משוואה 20 . תוכן לחות גיאוטכני מפורט מבחינת תכולת לחות gravimetric, משוואת 21 .
      2. אם את תכולת הלחות היא בתוך סובלנות להמשיך, אחרת לערבב את האדמה. סובלנות של ± 0.05-0.1% הושגה בעבודה הנוכחית.
    5. לשקול את מכל האדמה הריק ולחשב את עוצמת הקול כדי לאפשר חישוב של צפיפות הקרקע שפעם היה מלא (שלב 5.4.7).
    6. לדחוס את הקרקע בשכבות, רזה מספיק כדי להבטיח את צפיפות היעד, להבטיח כי המסה של אדמת הזנת המכל ידועה. לקבלת Leighton Buzzard חול 15 זה נעשה בשתי שכבות.
    7. לאחר המכל מלא, לבדוק כי הצפיפות של הקרקע בתוך היא בסובלנות (± 0.2%). הצפיפות היבשה היעד בכל הבדיקות עם Leighton Buzzard חול הייתה 1.6Mg / m 3. חישוב צפיפות יבשה, באמצעות משוואת 22 ד, שם ρ היא הצפיפות היבשה, M היא המסה הכוללת של קרקע הוסיפה למכל, V הוא הנפח של מכל האדמה w הוא תכולת הלחות.
    8. לחפור חור קטן ≈50 מ"מ לאפשר את החיוב להציב עם המשטח העליון בעומק הקבורה הנכון (25 מ"מ).
    9. מניח נפץ לא חשמלים לתוך הבסיס של המטען, ולחפור ערוץ מתאים בצד של המכל כדי להבטיח את המשטח העליון של המכל הוא רצוף פעם באדמה מוחלפת.
    10. מניח תשלום נפץ לתוך החור נחפר, בדיקת עומק קבורתם לא נכונה. חזרה למלא את החור עם החומר החפור.

6. רצף ירי

הערה: יש כמות קטנה של חפיפה עם סעיף פרוטוקול 5 בשל NATיור של הבדיקות. רצף הירי צריך לשאוף למזעור סיכון צריך להתנהל רק על ידי צוות מיומן כראוי.

  1. לבדיקות אוויר חופשיות:
    1. מסדרי תמיכה ללא תשלום מתחת צלחת היעד על התיקו הנכון (75 מ"מ).
    2. סגור את הטווח. פרוס זקיפים על מנת להבטיח טווח ברור במהלך הירי.
    3. מניחים תשלום על קואקס תמיכה המכשור. צרף את חוט ההפסקה כדי הנפץ, ולמקם את הנפץ במטען.
  2. לבדיקות קבורות:
    1. מניחים מיכל האדמה, כך האישום מושם קואקס למערך HPB.
    2. סגור את הטווח. פרוס זקיפים על מנת להבטיח טווח ברור במהלך הירי.
    3. חבר את כבל ההפסקה, להבטיח שזה כרוך סביב פריפרית תשלום (זה נותן זמן דיר יותר של פיצוץ חיובים קבורים).
  3. זז לירי נקודה ולאשר מכשור פועל.
  4. ספק כוח חוט ההפסקה. בדוק עם זקיפיםזה בטוח להמשיך בירי.
  5. ליזום נפץ. הפוך את אזור הבדיקה בטוח.
  6. הורד ולגבות נתונים.
  7. פתח מחדש את טווח הבדיקה.

7. אינטרפולציה נומריות מערך 1D HPB

  1. יבא את הנתונים מתוך קבצי נתונים גולמיים Matlab.
  2. זמן-להעביר את כל הנתונים בכיוון רדיאלי כך לחץ השיא עבור כל בר מגיע באותו הזמן כמו לחץ השיא של הבר המרכזי באמצעות 2 משוואה (האיור 4B).
    משוואת 23 (2)
  3. לשרבב את הלחץ בכל מרחק רדיאלי מתרשים 4B.
  4. מגרש את זמני ההגעה ( משוואת 24 ) משמש כדי ליישר את הלחצים שיא להתאים משוואה ממעלה שלישית דרך נתונים (איור 4C).
  5. זמן-להעביר את הנתונים אינטרפולציה כדי להתאים את זמני ההגעה, לסוגיםטינג חזית הלם רציף (איור 4D).
  6. חזור על הפעולה עבור כל קבוצה הפרט של נתוני הבדיקה.

איור 4
איור 4. רצף אינטרפולציה עבור מערך 1D HPB. (א) נתונים מקוריים, (ב) נתוני זמן שהוסט, (C) לזעזע זמני הגעה קדמיים, (D) 16 נתונים בזמן לחץ אינטרפולציה סופי. האופי הדיסקרטי של היסטוריות זמן לחץ ניתן לראות בבירור (א) קשר לעובדה שאין המשכיות בין הלחצים שיא בכל אחד מהחמישה מיקומי המד. כאשר מיושר על ידי לחץ שיא כמו (B) אינטרפולציה של לחץ בכל מרחק רדיאלי (בהנחה זמנית הגעה) אפשרי. לפי הקלטת משמרת הזמן הנדרשת כדי ליישר את הלחצים שיא את זמן ההגעה של חזית ההלם ניתן לחשב את shעצמו (C). אז זה מאפשר זמן ההגעה וההיסטוריה לחץ זמן יחושבו לכל מרחק רדיאלי להיות אינטרפולציה של לחצים מצד (B) וזמן מ (C) נותן את לחץ אינטרפולציה הסופי כפי שניתן לראות (D). אנא לחץ כאן כדי להציג גדול גרסה של נתון זה.

8. אינטרפולציה נומריות מערך 2D HPB

הערה: הקוד משמש להרצת אינטרפולציה ב Matlab סופק יחד עם קובץ תוצאות דוגמה אשר יכונה בסעיף זה.

  1. יבא את הנתונים מתוך קבצי נתונים גולמיים Matlab. לקבלת נתוני הבדיקה לדוגמה, לחיצה כפולה על קובץ test_data.mat, ולאחר מכן לחץ על 'סיום' באשף הייבוא.
  2. פתח את התסריט Matlab interpolation2d.m.
  3. גדר רשת רגילה, בן אינטרפולציה יהיההמנוהל על ידי שינוי הרשת. להבטיח זאת היא אותה ההחלטה כמו הרשת בכל 26,27 דוגמנות מספרית בעתיד. זה מוגדר בסעיף 'פרטי רשת% "של הקוד.
  4. הפעל את התסריט Matlab interpolation2d.m. הערת הצעדים הבאים מיושמים בקוד ונסחרים כאן לבהירות.
    1. זמן-להעביר את כל עקבות לחץ HPB ידי משוואת 24 (משוואה 2). נתונים מקוריים מוצגים עבור משוואת 25 מ"מ איור 5 ב, עם אותם הנתונים הזמן שהוסט באיור 5C.
      הערה: שינוי הזמן נדרש כדי לאפשר שגרת אינטרפולציה לאתר בהלם לחזית בהצלחה בכל זמן נתון. זה בעצם כרוך יישור הנתונים עבור כל מערך רדיאלי כך כל הלחצים המקסימאליים ליישר.
    2. חשב את רדיוס, משוואת 26 , ואנג le, משוואת 27 עבור נקודת עניין מסוים על הרשת, כפי שמוצג באיור 5A.
    3. החלת את אינטרפולציה 1D לשני מערכי HPB הקרובים ביותר נקודת העניין עבור הרדיוס הנוכחי משוואת 26 (ל משוואת 28 אינטרפולציה תשתמש משוואת 29 ו משוואה 30 מערכים).
    4. לשרבב ליניארי בין 2 הלחצים המבוססים על משוואת 31 (שוב למשך משוואת 28 השקלול יהיה 50% משוואת 29 ו -50% של 12eq30.jpg "/> לחצים מחושבים מערך).
    5. חשב את עומס רגעי על ידי הכפלת לחץ אינטרפולציה על ידי ריווח הרשת (אזור) לתת את העומס.
    6. הכפל את העומס על ידי צעד הזמן של הדגימה להשיג את הדחף הרגעי.
    7. חזור על הפעולה עבור כל המיקומים פעמים (המסכם את הדחף הרגעי לתת הדחף בסך הכל).
    8. זמן-להעביר את ההיסטוריה לחץ זמן עבור כל מיקום מבוסס על אינטרפולציה מעוקב של זמן ההגעה הלם (איור 5D).

איור 5
איור 5. רצף אינטרפולציה עבור מערך 2D HPB. (א) מוסכם סימן המשמש, (ב) נתונים מקוריים משוואת 35 מ"מ, (ג) נתונים בזמן שהוסט412 / 53412eq36.jpg "/> מ"מ, ו (ד) זמן הגעה לכל כיוון רדיאלי 16. לקבלת מערך 2D של ברים בהיסטוריה לחץ הזמן בכל נקודה תלויה הוא במרחק רדיאלי אשר ברבע נקודת העניין ממוקמת . אם הפיצוץ היה לגמרי סימטרי אז הלחצים (ב ') היו מהווים קווים אנכיים כפי שמוצגים (C). (ב) ניתן לראות כי חזית ההלם הוא מגיע מיקום 50 מ"מימ על משוואה 30 הציר הראשון.
אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

מסגרת תגובה נוקשה ביעילות צריכה להינתן. ב הנוכחי בודק דחף הנחילה סך של כמה מאות ניוטון-שניות צריך להתנגד עם סטיה מינימלית. איור של מסגרת התגובה הנוקשה המשמשת ניתן באיור 1. בכל מסגרת צלחת 50 מ"מ פלדה "acceptor" נוצקה בבסיס קורה לחצות. בעוד לא נדרש במפורש, זה מאפשר לתיקון קל של תאי עומס / צלחת היעד ומספק הגנה נוספת על פני הקורה בטון. המרחק מדורגים הקרוב לשוחח כיום כבר 0.15 מ '/ ק"ג 1/3.

המסגרת הנוכחית נבדקה עד 500 NS, ויש לו 500 מ"מ עמודים מרובעים עם עמוק 750 מ"מ, 500 מ"מ קרן רחבה פורש העמודים כפי שמוצג באיור 1 א. האלמנט הקריטי בעיצוב הוא צלחת היעד שהיא 100 מ"מ עובי של קלteel, נאמד זה לעוות 0.3 מ"מ כאשר התנגדות פיצוץ אוויר חופשי כדורי 100 גרם ב 75 מ"מ תיקו (באמצעות LS-DYNA 28 שגרת load_blast 4). בניית המסגרות בוצעה על ידי קבלן בטון מומחה שספק ציוד באתר טפסות. הגורמים שיושמו בשלב העיצוב מאוד תלויים באופי של הבדיקות והאם כל גורמי בטיחות נוספים יחולו על ידי מהנדס הבניין. מקדם ביטחון של 10 שימש בעבודה הנוכחית.

אינדיקציות של הציוד המשמש ניתנו בסעיפי הפרוטוקול העיקריים במקרים מתאימים. כדי לספק תוצאות נציגי בדיקה אחת עם 17 HPBs מוגדרת במערך 2D כפי שמוצג באיור 1B נערכה. בעבודה הנוכחית הסורגים מנוצלים הם 3.25 מ 'אורך עם רדיוס של 5 מ"מ, עם מד הלחץ להיות מחובר 0.25 מ' מעל פני הטיעון כפי שמוצג באיור 3 א. המרווח של HPBs ביעד נבחר להיות 25 מ"מ כפי שמוצג באיור 1 ב.

המבחן נערך השתמש 78 גרם PE4 3: 1 גליל גוץ קבור 28 מ"מ בחול רווי Leighton Buzzard 15. החול היה וצפיפותו היא 1.99 מ"ג / מ 3 ולחות תוכן של 24.77%. העמדה-off בין פני הקרקע סיימו את צלחת היעד הייתה 140 מ"מ.

לאחר הבדיקה נערכה היסטוריות לחץ בזמן הפרט נוהלו דרך נקודה 5 נעה פשוט אלגוריתם חלקה ממוצע להסיר רעשים בתדר גבוהים מהנתונים. צוין כאשר באיסוף הנתונים כי 75 ו -100 ברי מ"מ משוואת 32 מערך לא רשם את הנתונים באופן תקין. זה היה כנראה עקב הדבק של מליטה-דה מד הלחץ מן HPB נותן קריאות שווא. כדי לפצות FOr זה נתוני 75 ו 100 מ"מ משוואה 30 ברים שימשו במקום. הנתונים מכל אחד 4 מערכי רדיאלי הם זממו באיור 6, עם HPB המרכזי (0 מ"מ) להיות משותף לכל המגרשים. בקרקע הרוויה חזית הלם מאוד ברורה נתפסת, עם הלחץ מתפורר לאט עם מרחק הרדיאלי.

ההיסטוריות הלחץ בזמן נרשמו ולאחר מכן להפעיל דרך השגרה אינטרפולציה 2D, עם אזור של אינטרס להיות מוגדר כריבוע מ"מ 200 × 200 (-100 עד 100 מ"מ). אזור זה נחלק רשת 5 מ"מ, אשר נחשב בסדר מספיק כדי ללכוד את התפשטות מול ההלם על פני הצלחת היעד במדויק. מגרשים של לחץ אינטרפולציה הפועל על צלחת היעד בזמנים שנבחרו מוצגים באיור 7. עיכוב msec 20 ≈ בהגעה בהלם לחזית הוא הזמן שלוקח לגל ההלם כדי לכסות tהוא להרחיק בין החיוב לבין צלחת היעד. טיבם האסימטרי של טעינת לראות בנתונים המדווחים (איור 6) ניתן לראות בבירור ו משוואת 32 צירים. הדבר ברור במיוחד ב משוואת 34 msec.

איור 6
איור 6. היסטוריות לחץ בזמן הקלטות עבור בדיקה אחת עם מערך 2D HPB. (א) משוואת 29 (ב) משוואה 30 (ג) משוואת 37 (ד) משוואת 38 .נתון זה מראה את העקבות שעובדו עבור כל מיקום בר. עקב הבר המרכזי השחור המשותף לכל המגרשים כדי לציין את ההגעה של חזית ההלם. האופי הלא-הרציף של חזית ההלם הוא שוב נראה בבירור כמו שיש חפיפה מועטת בין אזור לחץ השיא עבור כל בר. הלחץ נמוך ב -25 מ"מ משוואת 38 יש בר אפקט מעניין על צורה בהלם לחזית כמו זמם באיור 7. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 7
איור 7. אינטרפולציה מגרשים פיזור לחצים בזמנים מוגדרים 16. צורת הפרסה של חזית ההלם ניתן לראות t = 0.22-0.23 מגרשים. זו נגרמת על ידי המטבל דואר בלחץ לראות 25 מ"מ משוואת 38 בר שמוצג באיור 6. ב -0.3 שניות לאחר הפיצוץ בהלם לחזית הוא כמעט סימטרי לאורך כל הצירים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

באמצעות הפרוטוקול שתואר לעיל המחברים הראה כי ניתן לקבל מדידות איכות גבוהות של ההעמסה השונה מאוד מן מטען, באמצעות מערך של ברי לחץ הופקינסון. שימוש שגרתי אינטרפולציה התוותה את ההיסטוריה לחץ-בזמן בדיד ניתן להפוך חזית הלם מתמשכת אשר היא שמיש ישירות כפונקצית טעינת דוגמנות מספרית או כנתוני אימות על תפוקת דגמים כאלה.

בעת שימוש חיובים קברו את המתודולוגיה ששמשה להכנת מכולות הקרקע המפורטת בסעיף פרוטוקול 5 חייבת להיבדק כדי להבטיח אנרגית דחיסה מספיק מסופק להגיע לצפיפות היעד. אם צפיפות היעד לא הגיעה אז גבה ההרמה צריך להצטמצם כדי להגדיל את האפקטיביות של הדחיסה. ממחקר קודם זה כבר ראה כי סוגי קרקע אחידים לספק נתוני בדיקת דיר יותר בדיקות שנערכו עם קרקעות מדורגות גם 15 15.

עבור כל הבדיקות עם מטעני חבלה הוכח במחקרים קודמים 16,29,30 שהמיקום של הנפץ בבדיקות שדה הקרוב הוא קריטי כדי לייצר בדיקות דיר שהן ללא רעש אות. מבחינה זו הנפץ תמיד צריך להיות ממוקם בתוך התחתון של המטען (קליעה מצלחת היעד) כך שכל שברים מהמכלול בפיצוץ לא להכות את HPBs לקראת בהלם לחזית העיקרית.

בעוד עושה כל מאמץ כדי להבטיח את הבדיקה הוא כפי חזק ככל האפשר, אובדן נתונים עדיין להתרחש. זוהי בדרך כלל בשל מודד זן חלקית דה-מליטה מן HPBs אשר יכול להיות בעיה נפוצה במיוחד במזג אוויר קר (המנגנון הנוכחי מוגדר בבניין מוסק). בזהירות רבה גם יש לנקוט בעת ההגדרהלשבור חוט כמו זה לא רק מאפשר הקלטה של ​​זמן הפיצוץ אלא גם מספק את האות שמפעיל את הקלטת הנתונים. פסד של אות או שגיאה זה בהגדרה יכולה לגרום כל הנתונים ממבחן ללכת לאיבוד. בהקשר לנתונים וניהול, נתוני הבדיקות משוכפלים מייד ממחשב ההקלטה לכונן USB כדי להבטיח שאין נתונים הולכים לאיבוד ברגע הבדיקה תושלם.

ב הנוכחי בודק את תאי העומס לצרף את צלחת היעד לצלחת התגובה הנוקשה משמשים למדידת הדחף הכולל הנחיל את צלחת היעד (כמו HPBs רק לכסות שטח מצומצם). אם כימות של טעינה המקומית בלבד (ולא נתונים הגלובליים) נדרש אז צלחת היעד יכולה להיות מותקן ישירות למסגרת התגובה הנוקשה.

עם ההיסטוריה לחץ-זמן HPB להיות ישימה רק נקודות ידועות על צלחת היעד שגר אינטרפולציה נדרש להעריך את ההיסטוריה לחץ-זמן לכל נקודה על צלחת היעד, ולכן כדי לחשב את הדחף רשם הכולל.

אם רק מערך רדיאלי יחיד נוצל הבדיקות, אינטרפולציה עדיין אפשרית על ידי בהנחת העמסות HPB הנקודה להיות מעיד על הטעינה בכל סיבוב קוטב באותו הרדיוס על צלחת היעד. הסטת זמן נדרשה גם לשרבב פני (איור 4 א) הנתונים הרציפים.

היתרון העיקרי של שימוש מערך 2D HPB הוא היכולת ללכוד האסימטריה ההסטורית לחץ-הזמן. זה מחייב שגרת אינטרפולציה מורכבת יותר. בעיקרון תאוריה זו יכולה להיות מיושמת על כל מספר המערכים רדיאלי. במחקר הנוכחי זה הוגבל עד ארבעה מערכים ( משוואת 29 , משוואת 37 , משוואה 30 ,ftp_upload / 53,412 / 53412eq38.jpg "/>) מ -0 עד 100 מ"מ עם HPB המרכזי הוא משותף לכל (איור 5 א). סה"כ 17 HPBs שימשו כל בדיקה.

שגרת אינטרפולציה בצורה המוצגת כאן מבוססת על ההנחה כי לכל היסטוריה לחץ-פעם שיש ספייק לחץ יחיד ומוגדר היטב המתכתבת עם הגעתו של חזית ההלם. ניתן לראות באיור 6 כי בכל הברים זוהי הנחה טובה. בתנאים מסוימים בדיקת אולם הנחה זו אינה תקפה ולכן חשבה צריכה להינתן על הדרך הטובה ביותר כדי ליישר את ההיסטוריה לחץ-הזמן כדי לאפשר את אינטרפולציה הנציג ביותר של לחץ.

שינויים יכולים להתבצע בקלות כדי לספק למרחקים בקנה מידה שונים (Z) בפרוטוקול הנוכחי על ידי העברת התשלום רחוקה מצלחת היעד. טיפול עם זאת יש לנקוט אם המרחק המדורג מובא למטה 0.15 על מנת להבטיח כי loading לא תגרום נזק פני HPBs. צורת סוג נפץ נפץ עלולה גם להיות שונה, עם האזהרה כי הדוגמנות הראשונית נעשתה כדי לאמת את תכנון הניסוי תצטרך להיבדק.

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

הנדסה גיליון 113 ברי לחץ הופקינסון Kolsky פיצוץ בשדה ליד חיובים קבורים טעינה קיצונית פיסיקה
פיצוץ כימות באמצעות מוטות לחץ הופקינסון
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