Waiting
Login processing...

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

Engineering

Blast Ölçümü Hopkinson Basınç Barlar kullanma

Published: July 5, 2016 doi: 10.3791/53412

Abstract

onlar çok agresif ortamlara tahammül ve megapascal yüzlerce kadar basınç ölçmek mümkün olması gerektiği gibi yakın alan patlama yükü ölçümü birçok sensör tiplerine bir sorunu sunar. Bu bağlamda Hopkinson basınç çubuğunun basitlik Hopkinson çubuğun ölçüm ucu dayanabilir ve zor koşullara maruz iken, gerilim ölçer bazı mesafe uzak yapıştırılmış olabilir bara monte edilmiş büyük bir avantaja sahiptir. Bu koruyucu kılıflar gerilme ölçer korumak ancak ölçüm edinimi karışmaz hangi kullanılmak üzere izin verir. sıkıştırma bıçaklarının bir dizinin kullanımı ayn bilinen noktalarda basınç-zaman geçmişleri ölçülmesini sağlar. Bu makalede ayrıca ilgi düzleminde un-instrumented yerlerde basınç-zaman geçmişlerini türetmek için kullanılan interpolasyon rutin açıklar. Şu anda teknik serbest havada yüksek patlayıcılar gelen yükleme ölçmek için kullanılır olmuştur ve çeşitli topraklarda sığ gömülü.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

patlayıcı çıktı karakterize hem (mevcut çatışma bölgelerinde patlayıcı doğaçlama gömülü karşı savunma) askeri ve sivil (yapısal bileşenler tasarlama), pek çok faydaları vardır. Son zamanlarda bu konu oldukça dikkat çekmiştir. toplanan bilgilerin çok daha etkili koruyucu yapıların tasarım sağlamak için ücretleri çıktı ölçümü amaçlamıştır. Burada asıl mesele yapılan ölçümler yüksek sadakat değilse o zaman bu patlayıcı olaylarda yük transferi mekanizmaları tam olarak bilinmemektedir olmasıdır. Bu da doğrulama için bu ölçümler kullanan sayısal modeller doğrulama sorunlara yol açar.

Yakın alan dönem ölçekli mesafeler, Z, daha az ~ 1 m / Z = R / 1/3 W, R, patlayıcı mesafesinde merkezi olan 1/3 kg daha ve W patlamalar tanımlamak için kullanılır yük kütlesi olarak ifade edilirTNT eşdeğer bir kitle olarak. Bu rejimde yükleme genellikle yüksek uzaysal ve zamansal düzgün olmayan yükleri çok yüksek büyüklükte, ile karakterizedir. Sağlam enstrümantasyon dolayısıyla yakın alan yükleyici ile bağlantılı aşırı baskılara ölçmek için gereklidir. Ölçekli mesafeleri Z at <0.4 m / 1/3 kg patlama parametrelerinin doğrudan ölçümleri olmayan ya da çok az 1 ve bu aralık için yarı ampirik tahmini veriler parametrik çalışmalar neredeyse tamamen dayanır ya vardır. Bu yazarın amaçlanan kapsamı dışındadır Kingery ve Bulmash 2, tarafından verilen yarı ampirik tahminler kullanarak içerir. Bu tahminler 3,4 dayalı araçlar yükleme mükemmel birinci dereceden tahminlerine izin iken onlar tamamen güncel araştırma odağı olan yakın saha olayları, mekaniği yakalamak yok.

Yakın alan patlama ölçümleri son zamanlarda sahip outp miktarının üzerinde duruldugömülü ücretleri ut. Kullanılan yöntemler, küresel dürtü ölçümü 8-13 doğrudan bir yapısal hedefe 5-7 kaynaklanan deformasyondan değerlendirmek değişir. Bu yöntemler, koruyucu sistem tasarımlarının doğrulanması için değerli bilgiler sağlayabilir ancak tam yük transferi mekaniği soruşturma yeteneğine sahip değildir. Test tarafından oluşturulan bu tür mezar derinliğini kontrol veya şok ön hiçbir doğal şekli sağlanması gibi pragmatik nedenlerle, ya da yakın tam ölçekli (> 1/4) için her iki laboratuvar ölçekler (1/10 tam skala) de yapılabilir kapsüller yerine çıplak ücretleri 14 kullanımı. Gömülü ücretleri ile toprak koşulları son derece test 15 tekrarlanabilirliği garanti etmek için kontrol edilmesi gerekir.

Şarj serbest hava yerleştirilir veya gömülü olup olmadığını bağımsız olarak, ortaya çıkan patlama ölçmede en temel sorunu enstrümantasyon deplo tarafından yapılan ölçümlerin geçerliliğini sağlamak olduğunuyed. Tasarlanmış test cihazının 16 sabit bir 'sert' hedef plakası barlar uçları sadece tam yansıyan baskıları kaydedebilirsiniz sağlamak iken aynı zamanda Hopkinson basınç çubukları 17 (HPBs) korumak için kullanılır. Sert bir hedef 'serbest alanın' ölçümleri 18-20 daha doğru ve olayın daha tekrarlanabilir, ya da gelen yazarlar, daha önce yansıyan basınç ölçümünün göstermiştir. Bu plakanın geometri hedef kenarı 21 civarında temizleyerek veya akış tarafından oluşturulan herhangi bir basınç tahliye olmayacağı şekildedir. Bu yeni test cihazı 1/4 ölçeğinde inşa edilmiştir. defin koşulları ve patlayıcı üzerinden bu ölçek sıkı kontrolünde 25 mm'lik bir gömü derinliğinde, 78 g küçülttüm 5 kg tam ölçekli şarj büyüklüğü ile, sağlanabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Sert Tepki Çerçeve

  1. Test R patlayıcı merkezine uzaklığı Denklem 1 kullanılarak gerçekleşecek hangi ölçekli mesafeyi belirlemek ve W kitle TNT eşdeğer kütlesi olarak ifade ücrettir.
    Z = R / W 1/3 (1)
  2. Bu düzenleme sayısal modelleme yoluyla üretecek yaklaşık maksimum dürtü hesaplayın (Ek A) ya da ConWep 3 gibi özel araçlar.
    Not: gömülü ücretleri oluşturulan baskıların bir tahmin daha gelişmiş sayısal modelleme gerekli gerekli ise ConWep 3 kullanımı, ücretsiz hava patlamanın için geçerlidir.
  3. Hedef plakası fazla 0.5 mm düzlem değiştirmelere oluşturmaz modelleme tahmin yükleme kontrol edin.
  4. modellemede yanlışlıklar hesaba 10 faktör tarafından hesaplanan yükleme artırmak ve gelecekteki denemesi için esneklik katmak içinting.
  5. 16 hesaplanan maksimum yükleme direnmek mümkün sert bir tepki çerçevesi tasarlayın. Bir Mühendisliği bölümünde ise, evde bu hesaplamalar; aksi takdirde Yapısal Mühendisi hizmetlerini ararlar.
    1. Sert tepki çerçeveleri tedarik imal ve yapısal mühendis tasarımlar çerçeveleri yüklemek için bir uzman yüklenici sözleşme.
  6. , Hedef plakası temin uzman çelik üretici sözleşme.
    (Eğer kullanılıyorsa) plaka yük hücreleri üzerine monte edilmek üzere gerektiğini ve (3. bölümde tasarlanmış) HPBs için delikler monte etmeden önce plakası ile delinmiş gerekecektir unutmayın.

Şekil 1
Test çerçevesi Şekil 1. şematik. (A) Genel düzenleme, (B) hedef plakasının planı, (C) hedef plakasının yakın çekim görünümü. Tonlar hedef plakanın yüzü ile aynı hizada oturup o Hopkinson basınç çubukları bar montaj alıcıdan asılır. Bu hedef plaka üzerine etkiyen tam yansıyan basınç kaydedilmesini sağlar. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

2. Yük Hücresi Tasarımı

  1. Temin ya da (eğer kullanılıyorsa) yük hücreleri imal. Bunlar in-house bir Wheatstone köprüsü oluşumuna yapıştırılmış gerilme ölçerler ile montaj plakaları kaynaklanmış kalın duvarlı hafif çelik boru kesitleri kullanılarak Şekil gösterildiği gibi evrensel (sıkıştırma / gerilim) strain-gauge teneke kutu modelleri-raf-off veya yerleşik olması Ya 2.
  2. yük hücreleri in-house fabrikasyon varsa, kalibrasyon için harici yüklenici gönderebilirsiniz.

şekil 2
In-house fabrikasyon yük hücreleri. (A) Yan yükseklik, (B) ucu yüksekliği Şekil 2. diyagramı. Koyu gri silindir yük altında suşları kalın bir duvar çelik boru olduğunu. Bu suş hiçbir rotasyon yükleme sırasında yaşanan gibi tek bir gerilme ölçer kullanılarak kaydedilir. Suş uygulanan stres geri ilgili olabilir yük hücresinin kalibrasyonu itibaren. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

3. Hopkinson Basınç Bar Tasarım

  1. , Kayıt süresini belirlemek Denklem 9 , Patlamanın tam yükleme yakalamak için gerekli. gereken minimum süre ilk basınç başak sonra, sıfıra dönmek için basınç sayısal modeli (bölüm 1.2) alınan zamandır. Burada, 1.2 msn kullanın.
  2. DeciHPBs için seçim malzemesine de. Bu elastik dalga hızını etkiler, Denklem 10 Tarafından verilmiştir barda denklem 11 nerede denklem 12 olan Young modülü ve Denklem 13 yoğunluğudur. yüksek basınçlı şok ölçülmesi için, örneğin çelik gibi sert malzemeler kullanmak; nerede zayıf şok beklendiği gibi, böyle bir magnezyum alaşımından ya da naylon gibi daha az sert malzemeler kullanıyoruz.
  3. gerinim ölçer dağılımını en aza indirmek için HPB yüklenme karşısında mümkün olduğunca yakın olmak, yerleştirilmiş olacağını HPB konumunu seçin. Hedef plakası mevcut kurulum kalınlığı ve yerde barlar sığdırmak için gerekli manevra kabiliyeti göstergeleri yalnızca yüklü yüzünden 250 mm yüklenebilir anlamına geliyordu.
  4. HP hesaplayınB uzunluğu kullanılarak gerekli Denklem 14 , nerede denklem 15 strain ölçere HPB yüklenme yüzünden mesafe ve Denklem 16 (3.25 m).
  5. kullanarak olayı yakalamak için yeterli bant genişliğine sahip için gerekli HPB yarıçapı belirleyin: Denklem 17 kHz denklem 18 mm 22,23 (5 mm) HPB yarıçapıdır.
  6. plaka üzerinde basınç dağılımı yakalamak için gerekli olan uzaysal çözünürlük karar. Birim hedef plaka yapısal bütünlüğünü korurken, genel olarak mümkün olduğu kadar yakındır. Geçerli çalışmada, 25 mm kullanın.
  7. HPBs bağlamaya hedef plakası delik açın (bu üretim sürecinin bir parçası olabilir). Yakın bir uyum witho gereklidirplaka ile temas eden HPBs ut. Burada, 17 delik çapraz şekil (Şekil 1b) delinmiş olan ile 0,5 mm toleransı kullanır.
  8. Bar montaj alıcısı (Şekil 3A) süspansiyon sağlamak için dişli uzak uçları için emin olun, HPBs (17) tedarik.

4. Deneysel Kurulum ve Veri Toplama

Not: Şekil 1 'de gösterildiği üzere, ve bir protokol Bölüm 1' de dizayn olarak tasarlanmıştır ve imal Reaksiyon çerçevesi, hedef plaka, yük hücreleri ve HPBs ile, montaj başlayabilir.

  1. HPBs (Şekil 3B) ve yük hücreleri, siyanoakrilat kullanarak tüm kablolama ile dünyanın sürekliliğini sağlamak için dikkatli olmak için yarı iletken gerilme ölçerler takın. HPBs için kullanılan Wheatstone köprüsünün bir örneği Şekil 3C 'de gösterilmiştir.
    1. Doğrulamak Tüm toprak kablolarının toprak devamlılığını sağlamak için eklenir. Peki topraklı test aparatı artıracaközellikle sinyal kalitesi.
  2. kablolama emin osiloskop bir patlama serbest bölge (ekranlı kablo yeterli sinyal bant genişliği olan kullanılmalıdır) de yerleştirilebilir olduğundan emin olmak için yeterince uzun olduğundan emin olun.
  3. Mevcut (Şekil 1C) ise isteğe bağlı yük hücreleri kullanılarak, sert tepki çerçevesine hedef plakası monte edin.
  4. Hedef plakası doğru delikten yüklenen ucu geçen çubuk montaj alıcısı, Hang HBPs. HPB dişli uzak ucu üzerine vidalanan bir somun serbestçe HPBs asın.
  5. Emin olun barlar bir su terazisi (buna göre alıcı ayarlama) kullanarak dikey bulunmaktadır.
  6. buna göre ayar somununu, HPBs yüzleri hedef plakası ile aynı seviyede olup olmadığını kontrol edin.
  7. Test sırasında osiloskopun sınırları içinde gerilimi tutmak için klima devresi (Şekil 3C) değişken direnç üzerinde Döşeme ayarlayın. deneme yoluyla bunu ve her kanal için denge aşımını ayarlamak amacıyla hatasıfıra amplifikatör kutuları dijital okuma görüldüğü gibi.
  8. Uygun bir dijital osiloskop güçlendirilmiş göstergesi çıkışını bağlayın. 3.3 msn ön tetik süresi ile bir örnekleme frekansı (1.56 MHz), kayıt süresi (28.7 msn) sahip yapılandırın.
    1. (Kendisi osiloskop içine kablolu) mola tel kanalında gerilimi 'out-pencere' aştığında tetiklemek için kayıt ayarlayın. Bağlı her göstergesi (toplam 22, 17 HPBs, 4 yük hücreli ve kırılma tel) ve zaman kayıt gerilimi.

Şekil 3,
Şekil 3: (a) Diyagram, hedef plaka, ayar konumunda HPB üzerinden (B) bölümünde, (c) Örnek Wheatstone köprüsü devresi monte edilmiş bir HPB arasında. İki gerilme ölçer, böylece Wheatstone köprüsü kullanılan ve Hopkinson bar eğilme c vardırdışarı ancelled. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

5. Patlayıcı hazırlık

  1. patlayıcı yük kütlesi karar ve stand-off testlerde kullanılmak üzere (75 mm 100 gr PE4).
  2. Ücretleri serbest havada veya başka bir ortamda (toprak, su, vb) içinde patlatıldı edilecek karar verin. 1 bodur silindir 24,25: serbest hava gömülü ücretleri ile standart bir 3 ise küresel şarj şekli normal kullanılmaktadır sınar.
  3. Serbest hava testleri için:
    1. Doğru Stand-off (75 mm) hedef plakasının altında ücret Askıya. ince bir ahşap şerit veya polietilen bir kağıda ücret koyarak bunu başarmak.
    2. Geçerli okumaları sağlamak için ölçüm dizisi ile birlikte eksenel yükü yerleştirin.
    3. serbest hava testleri fünye ile elektrik patlayıcıyı, kullanmak için içine yarım yerleştirilentabanından şarj edin. ateş ve zaman aralığı zaten güvenli hale getirilmiştir önce son anda bunu yapın.
  4. gömülü testler için:
    1. orta uygun bir kap Üretiyor. Topraklar için, mevcut test 1/4 ölçekli kapları 23 kullanır.
    2. Kullanılmak üzere toprak tipi ve jeoteknik koşullara bağlı karar: nem içeriği ve toprağın kuru yoğunluk, bkz ref 15 daha fazla ayrıntı için..
    3. test kullanmak için mezar derinliğine karar verin. Geçerli testler ¼ ölçekte yapılır olarak bu 25 mm mezar derinliği anlamına gelir genellikle tam ölçekli testte 100 mm'dir.
    4. İyice hedef nem içeriğine ulaşmak için uygun boyutlu bir yapım mikser kullanılarak toprak karıştırın. kum için gerekli karıştırma zamanı 10 dakikadır.
      1. küçük bir miktar kaldırılarak karışımın nem içeriğini kontrol edin ve toplam kütlesi hesaplamak için tartmak, Denklem 19 . Kuruçıkarıldı ve toprak, su kütlesinin hesaplamak için yeniden tartılır denklem 20 . Jeoteknik nem içeriği, gravimetrik bir nem içeriği olarak belirtilir Denklem 21 .
      2. tolerans devam içindeki nem içeriği ise, aksi takdirde toprak remix. ± 0.05-0.1% A tolerans geçerli çalışmalarında elde edilmiştir.
    5. Boş toprak kabı tartılır ve toprak yoğunluğu hesaplama kez tam (adım 5.4.7) etkinleştirmek için hacmi hesaplamak.
    6. konteyner giren toprağın kütlesi bilinen sağlanması, hedef yoğunluğunu garanti yeterince ince tabakalar halinde toprak, sıkıştırmak. Leighton Buzzard Kum 15 için, bu iki tabaka olarak yapılır.
    7. Kap dolduktan sonra, toprağın yoğunluğu içinde (±% 0,2) tolerans olup olmadığını kontrol edin. Leighton Buzzard Sand ile tüm testlerde hedef kuru yoğunluk 1.6 idiMg / m3. Kuru yoğunluğunu hesaplamak kullanarak Denklem 22 Ρ D kuru yoğunluğu, M kaba eklenmektedir toprağın toplam kütlesidir, V, toprak kap hacmi ve W nem içeriğidir.
    8. yükün düzeltilmesi gömülme derinliğine (25 mm) üst yüzeyi ile yerleştirilmesini sağlamak için küçük bir delik ≈50 mm kazı.
    9. sigara içeriği bir elektriksiz patlayıcıyı yerleştirin ve toprak ikame sonra, kabın üst yüzeyi kesintisiz sağlamak için kabın yan uygun bir kanal kazı.
    10. Mezar derinliğini kontrol doğru, kazılan deliğe ücret ve patlayıcıyı yerleştirin. Geri kazılmış malzeme ile boşluğu doldurmak.

6. Ateşleme sırası

Not: protokol bölüm 5 ile üst üste küçük bir miktar nedeniyle nat oradatest ure. Ateşleme sırası riskini en aza indirmek amacı olmalıdır ve sadece uygun eğitilmiş personel tarafından yapılmalıdır.

  1. Serbest hava testleri için:
    1. Doğru Stand-off (75 mm) hedef plakasının altına şarj desteği sağlayacağız.
    2. aralığını kapatın. aralık fırınlama sırasında açık olmasını sağlamak için nöbetçiler dağıtın.
    3. enstrümantasyon destek co-eksenel yükü yerleştirin. patlatıcı için mola tel takın ve sorumlu patlayıcıyı yerleştirin.
  2. gömülü testler için:
    1. Ücret HPB diziye eş eksenli yerleştirilir ve böylece toprak kap yerleştirin.
    2. aralığını kapatın. aralık fırınlama sırasında açık olmasını sağlamak için nöbetçiler dağıtın.
    3. Break telini o yükün çevresine (bu gömülü ücrete patlama daha tekrarlanabilir zaman verir) etrafına sarılır sağlanması.
  3. noktayı ateş taşımak ve enstrümantasyon çalışan onaylayın.
  4. mola tel güç kaynağı. sentries kontrol edino ateş ile devam etmek güvenlidir.
  5. patlayıcı başlatın. Test alanı güvenli hale getirin.
  6. Indirin ve verilerinizi yedekleyin.
  7. Yeniden açık test aralığı.

1D HPB dizisi 7. Sayısal interpolasyon

  1. Matlab içine ham veri dosyalarından veri almak.
  2. Her çubuk için tepe basıncı Denklem 2 (Şekil 4B) ile merkez çubuğun tepe basıncı aynı zamanda geleceği şekilde radyal doğrultuda tüm veriler zaman kaydırmalı.
    Denklem 23 (2)
  3. Şekil 4B bir radyal mesafede basınç enterpolasyon.
  4. (Varış süreleri arsa Denklem 24 ) Tepe basınçları hizalamak ve veri (Şekil 4C) ile kübik denklem takılması için kullanılır.
  5. varış süreleri uyacak şekilde interpolasyon verileri Zaman kayması, cinslerting sürekli şok ön (Şekil 4D).
  6. test verilerinin her set için tekrarlayın.

Şekil 4,
1D HPB dizi için Şekil 4. İnterpolasyon dizisi. (A) Orijinal veri, (B) zaman kaydırmalı veri, (C) ön varış zamanları şok, ve (D) nihai interpolasyon basınç zamanlı veri 16. Basınç süresi geçmişleri ayrık doğası açıkça orada beş gösterge konumların her zirve basınçları arasında hiçbir süreklilik olmak (A) görülebilir. (B) (aynı varış zamanı varsayılarak) bir radyal mesafede basınç enterpolasyon olarak en yüksek basınç ile hizalandığında mümkündür. tepe basıncında şok ön varış saatini hizalamak için gereken süre kayması kaydederek sh olarak hesaplanabilir(C) 'de, kendi. Bu daha sonra varış saati ve basınç süresi geçmiş (B) ve (C), (D) de görüldüğü gibi nihai interpolasyon basıncı. Vermesini zaman baskısı interpolasyon olmak herhangi bir radyal mesafe hesaplanır olanak bir büyük görmek için tıklayınız Bu rakamın sürümü.

2B HPB dizisi 8. Sayısal interpolasyon

Not: Matlab interpolasyon çalıştırmak için kullanılan kod, bu bölümde anılacaktır örnek sonuçları dosya ile birlikte temin edilmiştir.

  1. Matlab içine ham veri dosyalarından veri almak. Daha sonra örnek test verileri, test_data.mat dosyasına çift tıklayarak, ve için ithalat Sihirbazı 'Son'u tıklayın.
  2. interpolation2d.m Matlab komut dosyasını açın.
  3. Düzenli ızgara tanımlayın hangi interpolasyon olacak üzerindeörgü değiştirerek çalıştırın. Bu gelecekteki herhangi bir sayısal modelleme 26,27 mesh aynı çözünürlükte olduğundan emin olun. Bu kod '% örgü ayrıntıları' bölümünde yer almaktadır.
  4. interpolation2d.m Matlab komut dosyasını çalıştırın. Aşağıdaki adımlar kodda uygulanır ve netlik için burada listelenir.
    1. bütün HPB basınç izlerini Zaman kayması Denklem 24 (Denklem 2). Özgün veri için gösterilir denklem 25 Aynı verilere zaman kaydırmalı Şekil 5C de Şekil 5B mm.
      Not: Zaman kaydırma enterpolasyon rutin başarıyla herhangi bir zamanda şok ön bulmalarını sağlamak için gereklidir. Bu temelde tüm maksimum basınçlar hizaya böylece her radyal dizisi için veri hizalama içerir.
    2. yarıçapı hesaplayın, Denklem 26 Ve Ang le, Denklem 27 Şekil 5A'da gösterildiği gibi, ızgara üzerinde ilgi konusu bir noktası için.
    3. Geçerli yarıçapı için ilgi alanına en yakın iki HPB diziler 1D interpolasyon uygula Denklem 26 (için denklem 28 enterpolasyon kullanmak istiyorsunuz denklem 29 ve denklem 30 diziler).
    4. dayalı 2 basınçları arasında doğrusal enterpolasyon denklem 31 (Yine bir denklem 28 ağırlık% 50 olacaktır denklem 29 ve% 50 12eq30.jpg "/> dizi hesaplanmış basınçları).
    5. yük vermek için ızgara aralığı (bölge) tarafından interpole basıncı çarpılması ile anlık yük hesaplayın.
    6. anlık dürtü elde etmek için örnekleme zamanı adım yükü çarpın.
    7. (Toplam dürtü vermek için anlık dürtü toplanmasıyla) bütün yerlerde ve zamanlar için tekrarlayın.
    8. Şok varış saati (Şekil 5D) kübik interpolasyon dayalı her bir yer için basınç süresi geçmişini Zaman kayması.

Şekil 5,
2B HPB dizi için Şekil 5. İnterpolasyon dizisi. Kullanılan (A) İşaret sözleşmeler, (B) orijinal veri denklem 35 mm, (C), zaman kaydırmalı veri412 / 53412eq36.jpg "/> mm ve her radyal yönde 16 (D) varış saatleri. Herhangi bir noktada basınç süresi geçmiş, hem radyal mesafe bağlıdır ve barlar 2B dizisi için ilgi çekici nokta bulunduğu kadran patlama mükemmel simetrik olsaydı. (C) 'de gösterildiği gibi şok cephesidir olduğu görülebilir (B) daha sonra (B) basınçlar. dikey çizgiler oluşturmak istiyorum 50 mm yerini ulaşır denklem 30 İlk eksen.
Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Etkin bir şekilde sert bir tepki çerçevesi temin edilmesi gerekmektedir. Mevcut birkaç yüz Newton saniyelik toplam kazandırılan dürtü testinde minimum bükülmeyle karşı gerekmektedir. Kullanılan sert Reaksiyon çerçevesinin bir örneği Şekil 1 'de verilmiştir. Her bir çerçeve içinde bir 50 mm çelik' alıcı 'plaka çapraz kirişlerin tabanına döküm olmuştur. açıkça gerekli değil iken, bu yük hücreleri / hedef plakasının kolay sabitleme için izin verir ve beton kiriş yüzüne ilave koruma sağlar. Şu anda yürütülen yakın ölçekli mesafe 0.15 m olmuştur / 1/3 kg.

Geçerli çerçeve 500 Ns kadar test ve Şekil 1A gösterildiği gösterildiği gibi sütunları kapsayan 750 mm derinliğinde, 500 mm genişliğinde ışın ile 500 mm kare sütun sahiptir. tasarım kritik unsur 100 mm kalınlığında hafif s hedef plakateel, bu (LS-DYNA 28 rutin load_blast 4 kullanılarak) 75 mm stand-off bir 100 gr küresel serbest hava patlama direnen zaman 0.3 mm deforme olarak tahmin edilmiştir. çerçevelerin şantiye ekipmanları ve kalıp sağlanan uzman somut yüklenici tarafından gerçekleştirildi. tasarım aşamasında uygulanan faktörler çok test doğası üzerine ve başka emniyet faktörleri yapısal mühendis tarafından uygulanacak olup olmadığını bağlıdır. 10 emniyet faktörü mevcut çalışmalarında kullanılmıştır.

kullanılan ekipman Endikasyonları uygun yerlerde ana protokol bölümlerinde verilmiştir. Şekil 1B 'de gösterildiği gibi, bir 2 boyutlu dizi yapılandırılmış 17 HPBs tek bir test yapılmıştır Örnek sonuç sağlar. Geçerli çalışmada kullanılan çubuklar Şekil 3A gösterildiği gibi yüklü yüzünden 0.25 m ekli olan gerilme ölçer uzun 5 mm yarıçaplı 3.25 m olan. Şekil 1B 'de gösterildiği gibi hedef HPBs aralanması 25 mm olacak şekilde seçilmiştir.

Doymuş Leighton Buzzard kum 15 28 mm gömülü 1 bodur silindir: yapılan test 78 gr PE4 3 kullanılır. Kum 24.77% 1.99 mg / m 3 ve nem içeriğinin kütle yoğunluğu. Stand-off bitmiş toprak yüzeyine ve hedef plaka arasında 140 mm oldu.

Test yapılan edildikten sonra bireysel basınç-zaman geçmişleri verilerden herhangi bir yüksek frekanslı gürültü çıkarmak için ortalama düzeltme algoritması hareketli basit 5 noktadan çalıştırıldı. veri harmanlama zaman not edildi ki 75 ve 100 mm çubuklar denklem 32 Dizi verileri düzgün kaydedildi olmasaydı. Bunun nedeni yanlış okumaları veren HPB gerinim ölçer de-yapıştırma tutkal muhtemelen oldu. fo telafi etmek içinR, bu 75 ve 100 mm arasında veri denklem 30 çubukları yerine kullanılmıştır. 4 radyal dizilerin her veri merkezinden (0 mm) HPB tüm grafikler için ortak olan, Şekil 6'da grafik olarak gösterilmektedir. Doymuş toprakta çok net bir şok ön basınçlı radyal mesafe ile yavaş yavaş bozulması ile, görülür.

daha sonra ilgi bölge ile, 2D interpolasyon rutin üzerinden çalıştırmak vardı kaydedilen basınç-zaman geçmişleri 200 × 200 mm kare (-100 ila 100 mm) olarak ayarlı. Bu bölge doğru bir hedef plaka üzerinde şok ön yayılmasını yakalamak için yeterince ince görüldü 5 mm ızgara, bölünmüştür. Seçilen zamanlarda hedef plaka üzerinde hareket eden interpolasyon basınç Arsalar Şekil 7'de gösterilmiştir. Şok önünde gelişiyle içinde ≈ 20 milisaniye gecikme t kapsayacak şekilde şok dalgası için geçen sürediro sorumlu ve hedef plaka arasında mesafe. Kaydedilen veriler (Şekil 6) gösterildiği yükleme asimetrik yapısı açıkça görülebilmektedir ve denklem 32 eksenleri. Bu özellikle açık denklem 34 msn.

Şekil 6,
2B HPB dizisi ile tek bir test için Şekil 6. Kaydedilmiş basınç-zaman geçmişleri. (A) denklem 29 (B) denklem 30 (C) denklem 37 (D) denklem 38 .Bu rakam, her çubuk konumu için işlenmiş iz gösterir. Tüm araziler şok ön gelişini belirtmek için siyah merkezi çubuk iz yaygındır. her çubuk için pik gerilme bölgesi arasında çok az çakışma var gibi şok ön sürekli olmayan doğa açıkça tekrar görülebilir. 25 mm daha düşük bir basınç denklem 38 bar Şekil 7'de çizilmiştir olarak şok ön şekline ilginç bir etkiye sahiptir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 7,
Şekil 7. belirtilen zamanlarda 16 basınç dağılımı araziler Aralıklı. Şok cephesinin at nalı şekli = t 0,22-0,23 parsel görülebilir. Bu th neden olurbasınç e daldırma 25 mm görülen denklem 38 çubuk Şekil 6'da gösterilen. Şok ön tüm eksenler boyunca neredeyse simetrik Patlamadan sonra 0,3 sn. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

yazarlar yukarıda özetlenen protokolü kullanarak onu Hopkinson basınç çubuklarının bir dizi kullanarak, bir patlayıcı şarjla derece değişen yükleme yüksek sadakat ölçümleri elde etmek mümkün olduğunu göstermiştir. ayrık basınç-zaman geçmişleri enterpolasyon rutin olabilir özetle kullanılarak sayısal modelleme veya bu tür modellerin çıkışı için doğrulama verisi olarak yükleme fonksiyonu olarak doğrudan kullanışlı bir sürekli şok ön dönüştürülecektir.

gömülü ücretleri kullanırken protokol 5. bölümde belirtilen toprak kapları hazırlamak için kullanılan metodoloji hedef yoğunluğa ulaşmak için sağlanan yeterli sıkıştırma enerjisi sağlamak için kontrol edilmelidir. Hedef yoğunluğu daha sonra ulaşılamaması halinde kaldırma yüksekliği sıkıştırma etkinliğini artırmak için azaltılmalıdır. Önceki araştırmalarda itibaren muntazam toprak tipleri iyi dereceli topraklarda 15 ile yapılan testler daha tekrarlanabilir test verileri sağladığı görülmüştür 15'teki gibi tam işlevli doymuşluktaki kirlerle testler ayrıca biraz daha farklı bir yöntem ile hazırlanır.

Patlayıcı ile tüm testler için bu yakın alan testlerinde kapsül konumu sinyali gürültüden arınmış tekrarlanabilir testlerinin üretmek için önemli olan daha önceki çalışmalarda 16,29,30 gösterilmiştir. Bu bağlamda ateşleyicisi hep infilaklı düzeneğinden herhangi fragmanlar öncesinde ana şok ön HPBs grev olmaz ki (hedef plaka en uzak) şarj altına konulmalıdır.

her girişimi mümkün olduğunca sağlam test sağlamak için yapılır iken, veri kaybı hala meydana gelir. Bunun nedeni kısmen soğuk havalarda özel bir sorun olabilir HPBs gelen de-yapıştırma (şimdiki cihaz ısıtılmamış bir binada ayarlanır) gerilme ölçerler için genellikle. kurarken Büyük bir dikkatle de alınmalıdırBu patlama zamanının kayıt sağlar, aynı zamanda veri kayıt tetikleyen sinyal sağlar değil yalnızca tel kırmak. test tüm verileri neden olabilir kurulumunda bu sinyalin hata veya bir kayıp kaybolabilir. veri yönetimi ile ilgili olarak, testlerden elde edilen veriler hemen test tamamlandıktan sonra hiçbir veri kaybı sağlamak için bir USB sürücüsüne kayıt bilgisayardan çoğaltılır.

Geçerli test yük hücreleri sert tepki plakasına hedef plakasını ve (HPBs sadece sınırlı bir alanı kapsayacak şekilde) hedef plakası kazandırılan toplam dürtü ölçmek için kullanılır. Sadece lokalize yükleme (ve küresel değil veri) ölçümü daha sonra gerekiyorsa hedef plakası sert tepki çerçevesine doğrudan monte edilebilir.

HPB basınç-zaman geçmişleri bir enterpolasyon rutin herhangi bir noktaya basınç-zaman geçmişini değerlendirmek için gerekli olan hedef plaka üzerinde bilinen noktalar için geçerlidir olmak Hedef plakası ve dolayısıyla toplam kayıtlı dürtü hesaplamak için.

sadece tek bir radyal dizi test kullanılmıştır ise, interpolasyon hedef plaka üzerinde aynı yarıçap herhangi kutup devirde yükleme göstergesi olduğu nokta HPB yüklemeleri üstlenerek hala mümkündür. Zaman kaydırma da süreksiz verileri (Şekil 4A) arasında sokmak için gereklidir.

2D HPB dizisini kullanarak ana avantajı basınç-zaman geçmişleri asimetri yakalama yeteneğidir. Bu daha karmaşık bir enterpolasyon rutin gerektirir. Prensip olarak bu teori radyal diziler herhangi bir sayı uygulanabilir. Geçerli araştırmada bu dört diziler (sınırlı kalmıştır denklem 29 , denklem 37 , denklem 30 ,ftp_upload / 53.412 / 53412eq38.jpg "/>), merkezi HPB Tüm (Şekil 5A için ortak olan 0 ila 100 mm arasında). 17 HPBs toplam her bir testte kullanılmıştır.

Burada sunulan formda enterpolasyon rutin her basınç-zaman tarihi için şok ön gelmesi ile gelen bir tek iyi tanımlanmış basınç başak olduğunu varsayar. Tüm barlar için iyi varsayım Şekil 6'da görülebilir. Bazı test koşullarında ancak bu varsayım geçerli olmayabilir ve bu yüzden en iyi basınç-zaman geçmişleri basıncı en iyi temsil eden enterpolasyon için izin hizalamak nasıl verilmelidir düşündüm.

Değişiklikler kolayca uzak hedef plaka ücreti hareket ettirerek mevcut protokolün farklı ölçekli mesafelerde (Z) karşılamak üzere yapılabilir. ölçekli mesafe loadi emin olmak için 0.15 altında aşağı getirilirse ancak dikkatli olunmalıdırng HPBs yüzünü zarar vermez. Patlayıcı ve patlayıcı Çeşidi şekli de deneysel tasarım doğrulamak için yapılan ilk modelleme kontrol edilmesi gerekir ihtar ile değiştirilebilir.

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).
Blast Ölçümü Hopkinson Basınç Barlar kullanma
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).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