Waiting
Login processing...

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

Engineering

الانفجار الكمي عن طريق هوبكنسون البارات الضغط

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

بالقرب من ميدان يعرض قياس حمولة انفجار قضية لكثير من أنواع أجهزة الاستشعار لأنها يجب أن تحمل بيئات عدوانية جدا وتكون قادرة على قياس ضغوط تصل إلى عدة مئات من megapascals. وفي هذا الصدد بساطة شريط الضغط هوبكنسون لديه ميزة كبيرة في أنه في حين أن نهاية القياس شريط هوبكنسون يمكن أن يدوم ويكون عرضة لظروف قاسية، شنت قياس الضغط إلى شريط ويمكن اضافته على مسافة بعيدة. وهذا يسمح العلب وقائية ليتم الاستفادة التي تحمي قياس الضغط ولكن لا تتداخل مع اكتساب القياس. استخدام مجموعة واسعة من الحانات ضغط يسمح تاريخها لمرة والضغط على نقاط المعروفة منفصلة إلى أن تقاس. توضح هذه المقالة أيضا الروتين الاستيفاء المستخدمة لاستخلاص تاريخها لمرة وضغط في مواقع-المجهزة للامم المتحدة على متن الطائرة من الفائدة. حاليا وقد استخدمت هذه التقنية لقياس التحميل من مواد شديدة الانفجار في الهواء الحر ودفن بسطحية في مختلف أنواع التربة.

Introduction

تميز انتاج عبوات ناسفة له فوائد عديدة، سواء العسكرية (الدفاع ضد دفن عبوات ناسفة في مناطق الصراع الحالية) ومدني (تصميم المكونات الهيكلية). في الآونة الأخيرة قد تلقى هذا الموضوع اهتماما كبيرا. وتهدف الكثير من المعرفة التي تم جمعها في تقدير حجم الانتاج من الرسوم لتمكين تصميم هياكل الحماية أكثر فعالية. القضية الرئيسية هنا هي أنه إذا القياسات التي أجريت ليست ذات الدقة العالية ثم آليات نقل حمولة في هذه الأحداث المتفجرة لا تزال غير واضحة. وهذا بدوره يؤدي إلى مشاكل التحقق من صحة النماذج العددية التي تعتمد على هذه القياسات للمصادقة.

يستخدم مصطلح قرب الميدان لوصف التفجيرات مع مسافات تحجيمها، Z، أقل من ~ 1 م / كغ 1/3، حيث Z = R / W 1/3، R هي المسافة من مركز الانفجار، وW هو المسؤول أعربت كتلةباعتبارها يعادل كتلة من مادة تي ان تي. في هذا النظام عادة يتميز التحميل من قبل حجم مرتفع للغاية، المكاني للغاية وزمانيا الأحمال غير موحدة. وبالتالي مطلوب أجهزة قوية لقياس الضغوط الشديدة المرتبطة تحميل قرب الميدان. على مسافات تحجيم Z <0.4 م / كغ 1/3، القياسات المباشرة من المعلمات الانفجار إما غير موجودة أو قليلة جدا 1، ويستند البيانات التنبؤية شبه تجريبية لهذا النطاق بشكل كامل تقريبا على دراسات حدودي. هذا ينطوي على استخدام التنبؤات شبه التجريبية التي قدمها Kingery وBulmash 2، والتي هي خارج نطاق البلاغ المقصود. بينما أدوات بناء على هذه التوقعات 3،4 تسمح للتقديرات من الدرجة الأولى الممتازة للتحميل فهي لا تلتقط تماما اليات الأحداث قرب الميدان، والتي هي محور البحث الحالي.

بالقرب من ميدان قياسات الانفجار لها في الآونة الأخيرة تركز على قياس OUTPحزب التحرير من رسوم دفن. تختلف المنهجيات المستخدمة من تقييم تشوه تسبب في هدف الهيكلي 07/05 لتوجيه قياس الدافع العالمي 8-13. وتوفر هذه الأساليب معلومات قيمة للتحقق من صحة التصاميم نظام الحماية ولكنها ليست قادرة على إجراء تحقيق كامل واليات نقل الحمولة. ويمكن أن يتم الاختبار في كل المقاييس مختبر (1/10 شاملة)، أو على قرب واسعة النطاق (> 1/4)، مع أسباب براغماتية مثل التحكم في عمق الدفن أو ضمان عدم الشكل الأصيل للجبهة صدمة تم إنشاؤه بواسطة استخدام صواعق بدلا من الاتهامات العارية 14. مع رسوم دفن هناك حاجة إلى رقابة شديدة لضمان تكرار الاختبار 15 ظروف التربة.

مستقلة عن ما إذا كان يتم وضع هذه التهمة في الهواء الحر أو دفن، فإن القضية الأساسية في قياس الانفجار الناتج هو ضمان صحة القياسات التي أجريت من قبل deplo الأجهزةYED. في جهاز اختبار تصميم 16 يتم استخدام لوحة ثابتة 'جامدة' الهدف لحماية القضبان ضغط هوبكنسون 17 (HPBs)، وفي الوقت نفسه ضمان أن الغاية من القضبان يمكن تسجيل فقط الضغوط تنعكس بشكل كامل. وقد أظهرت المؤلفين في وقت سابق ان قياس الضغط المنعكسة من الهدف جامدة أكثر دقة وتكرار من الحادث، أو قياسات "الميدان الحر" 18-20. هندسة هذا الطبق هو من هذا القبيل أن أي تخفيف الضغط الناتجة عن إزالة أو تدفق نحو حافة الهدف 21 ستكون ضئيلة. وقد تم بناء هذا الجهاز اختبار جديد في 1/4 الحجم. في هذه رقابة مشددة على نطاق وحول شروط الدفن والمتفجرات يمكن أن يكون مضمونا، مع الحجم الكامل تهمة حجم 5 كجم تقليصها إلى 78 غ، على عمق دفن 25 مم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. الصلبة إطار رد الفعل

  1. تحديد المسافة تحجيمها الذي اختبار ستجري باستخدام المعادلة 1، حيث R هي المسافة من مركز الانفجار، وW هو المسؤول أعرب الجماهيري باعتبارها يعادل كتلة من مادة تي ان تي.
    Z = R / W 1/3 (1)
  2. حساب الحد الأقصى دفعة تقريبي وهذا الترتيب تولد عن طريق النمذجة العددية (انظر الملحق أ) أو أدوات معينة مثل ConWep 3.
    ملاحظة: استخدام ConWep 3 صالحا فقط للانفجار الهواء الحر، إذا كان مطلوبا تقدير من الضغوط الناتجة عن رسوم دفن مطلوب النمذجة العددية أكثر تقدما.
  3. تحقق من تحميل المقدرة من النمذجة لن تولد نزوح في الطائرة لأكثر من 0.5 ملم في لوحة الهدف.
  4. زيادة التحميل المحسوبة من قبل عامل من 10 إلى حساب لعدم دقة في النمذجة ولإضافة مرونة لقسم التدريب والامتحانات في المستقبلتينغ.
  5. تصميم إطار رد فعل صارم لتكون قادرة على مقاومة أقصى تحميل احتساب 16. في قسم الهندسة، نفذ هذه الحسابات في المنزل. تسعى إلا إلى خدمات المهندس كبرى.
    1. شراء إطارات رد فعل جامدة، والتعاقد مع مقاول متخصص لصنع وتركيب الإطارات إلى تصاميم المهندس الهيكلي.
  6. شراء لوحة الهدف، عقد كاذب الصلب متخصص.
    لاحظ أن لوحة وسوف تحتاج لتركيبها على خلايا الحمل (في حال استخدامها) وأن الثقوب لHPBs (المصممة في القسم 3) سوف تحتاج إلى حفر من خلال لوحة قبل التركيب.

شكل 1
الشكل 1. رسم تخطيطي للإطار الاختبار. (A) الترتيب العام، (ب) خطة من لوحة الهدف، (C) عن قرب نظرا لوحة الهدف. توعلقت الحانات الضغط الذي هوبكنسون من المتلقي شريط التجمع بحيث يجلس مطاردة مع وجه من لوحة الهدف. وهذا يسمح للضغط تنعكس بشكل كامل بناء على لوحة الهدف المراد تسجيلها. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. تحميل تصميم خلية

  1. شراء أو تصنيع خلايا الحمل (في حال استخدامها). هذه يمكن أن تكون إما خارج على الرف العالمي (ضغط / التوتر) نماذج اسطوانة سلالة عيار أو مدمجة في المنزل باستخدام أجزاء من جدار سميك أنابيب الفولاذ الطري الملحومة لتركيب لوحات مع أجهزة قياس الضغط الملصقة في تشكيل جسر يتستون كما هو مبين في الشكل 2.
  2. إذا تم ملفقة خلايا الحمل في المنزل، وإرسالها إلى مقاول خارجي للمعايرة.

الشكل 2
الشكل 2. رسم تخطيطي ل. (A) الجانبية الارتفاع، (ب) ارتفاع نهاية في المنزل ملفقة خلايا الحمل. الاسطوانة الرمادية الداكنة سميكة أنبوب الجدار الفولاذي الذي سلالات تحت التحميل. يتم تسجيل هذه السلالة باستخدام مقياس سلالة واحدة كما تشهد أي دوران أثناء التحميل. من معايرة خلية الحمل سلالة يمكن أن تكون ذات صلة إلى الإجهاد المطبق. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

3. هوبكنسون بار الضغط التصميم

  1. تحديد مدة التسجيل، المعادلة 9 ، مطلوب للقبض على تحميل الكامل من الانفجار. الحد الأدنى للمدة المطلوبة والوقت الذي يستغرقه في (القسم 1.2) على نموذج عددي للضغط للعودة الى نقطة الصفر، بعد ارتفاع الضغط الأولي. هنا، استخدم 1.2 ميللي ثانية.
  2. ديسيدي في المادة المفضلة لHPBs. وهذا يؤثر على سرعة موجة مرنة، معادلة 10 ، في شريط التي تعطى من قبل معادلة 11 أين معادلة 12 هو معامل يونغ و معادلة 13 هي الكثافة. لقياس صدمة الضغط العالي، واستخدام مواد شديدة مثل الصلب. حيث كما لو ومن المتوقع صدمة الأضعف، واستخدام مواد أقل قاسية مثل سبائك المغنيسيوم أو حتى النايلون.
  3. اختيار موقف على HPB أن قياس الضغط سيتم وضعه، لكونها أقرب وقت ممكن لمواجهة تحميلها من HPB للحد من التشتت. في الحالي الإعداد سمك لوحة الهدف والقدرة على المناورة المطلوبة لتناسب القضبان في مكان يعني أن مقاييس يمكن تثبيت فقط 250 ملم من على وجه تحميلها.
  4. حساب HPطول B يتطلب استخدام معادلة 14 ، أين معادلة 15 هي المسافة من وجه تحميلها من HPB لقياس الضغط و معادلة 16 (3.25 م).
  5. تحديد المطلوب دائرة نصف قطرها HPB أن يكون عرض النطاق الترددي كافية لالتقاط الحدث باستخدام: معادلة 17 كيلو هرتز، حيث معادلة 18 هو دائرة نصف قطرها HPB في ملم 22،23 (5 ملم).
  6. البت في القرار المكانية اللازمة للقبض على توزيع الضغط عبر لوحة. هذا هو عموما في أقرب وقت ممكن مع الحفاظ على السلامة الهيكلية للوحة الهدف. في العمل الحالي، استخدم 25 ملم.
  7. حفر ثقوب في لوحة الهدف لتركيب HPBs (وهذا يمكن أن يكون جزءا من عملية التصنيع). مطلوب تناسب وثيق withoحزب التحرير في HPBs يجري في اتصال مع لوحة. هنا، استخدم 0.5 مم التسامح مع 17 الثقوب التي حفرت في شكل صليب (الشكل 1B).
  8. شراء وHPBs (17)، والتأكد من أن ينتهي البعيدة الخيوط للسماح للتعليق في المستقبل شريط التجمع (الشكل 3A).

4. إعداد التجريبية والحصول على البيانات

ملاحظة: مع إطار رد فعل، لوحة الهدف، خلايا الحمل وHPBs تصميم وملفقة، يمكن أن التجمع سيبدأ كما هو مبين في الشكل رقم 1، وتصميم في قسم البروتوكول 1.

  1. إرفاق مقاييس أشباه الموصلات سلالة لHPBs (الشكل 3B) وخلايا الحمل باستخدام cyanoacrylate، والحرص على ضمان استمرارية الأرض من خلال جميع الكابلات. ويرد مثال على جسر يتستون المستخدمة في HPBs في الشكل 3C.
    1. وترد التحقق من جميع الكابلات الأرضية لضمان استمرارية الأرض. وجهاز الاختبار اختبأ كذلك تحسينجودة الإشارة خصوصا.
  2. ضمان الأسلاك طويل بما فيه الكفاية للتأكد من الذبذبات هي تحديد مواقعها في منطقة خالية من الانفجار (يجب استخدام الأسلاك محمية الذي لديه عرض النطاق الترددي إشارة كافية).
  3. تناسب لوحة الهدف في إطار رد فعل صارم، وذلك باستخدام خلايا الحمل اختياري إذا كان موجودا (الشكل 1C).
  4. تعليق HBPs من المتلقي شريط التجمع، ويمر في نهاية تحميلها من خلال ثقب الصحيح في لوحة الهدف. يتعطل HPBs بحرية من الجوز مشدود إلى نهاية البعيدة الخيوط من HPB.
  5. ضمان القضبان العمودية باستخدام مستوى الروح (تعديل المتلقي وفقا لذلك).
  6. تحقق وجوه HPBs يتساوى مع لوحة الهدف، وضبط الجوز وفقا لذلك.
  7. تعيين تقليم على المقاوم المتغير في الدائرة تكييف (الشكل 3C) للحفاظ على الجهد في حدود الذبذبات أثناء الاختبار. هل هذا من خلال التجربة والخطأ التي تهدف إلى تعيين من التوازن لكل قناةكما يظهر من خلال قراءات رقمية على صناديق مكبر للصوت إلى الصفر.
  8. ربط مخرجات قياس إلى تضخيم الذبذبات الرقمية المناسبة. تكوين لديك تردد أخذ العينات (1.56 ميغاهيرتز)، مسجلا مدة (28.7 ميللي ثانية) مع مدة ما قبل الزناد من 3.3 مللي ثانية.
    1. تعيين تسجيل لتحريك عندما يتجاوز الجهد في القناة السلك الفاصل (الذي هو في حد ذاته السلكية في الذبذبات) 'للخروج النافذة. الجهد سجل لكل مقياس اتصال (22 في المجموع، 17 HPBs، 4 خلايا الحمل والسلك الفاصل) والوقت.

الشكل (3)
الشكل 3. (أ) رسم تخطيطي لHPB تركيبها في لوحة الهدف، قسم (B) من خلال HPB في موقع قياس، (C) مثال يتستون الدائرة الجسر. وتستخدم اثنين من أجهزة قياس الضغط في جسر يتستون بحيث والانحناء من شريط هوبكنسون هو جancelled بها. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

5. إعداد المتفجرات

  1. تقرر عن كتلة عبوة ناسفة والمواجهة لاستخدامها في الاختبارات (100 غرام PE4 في 75 ملم).
  2. تقرر ما إذا كانت التهم هي لتفجيرها في الهواء الحر أو في وسيلة أخرى (التربة والمياه وما إلى ذلك). بالنسبة للنقل الجوي الحرة الاختبارات ويستخدم على شكل تهمة كروية عادة حين مع رسوم دفن المعيار هو 3: 1 القرفصاء اسطوانة 24،25.
  3. لاختبارات الهواء الحر:
    1. تعليق تهمة تحت لوحة الهدف في الصحيح المواجهة (75 ملم). تحقيق هذا مع قطاع الأخشاب رقيقة أو عن طريق وضع المسؤول على ورقة من البوليثين.
    2. وضع تهمة شارك في محوريا مع مجموعة قياس لضمان قراءات صحيحة.
    3. لاختبارات الهواء مجانا استخدام الصاعق الكهربائي، مع المفجر وضعه في منتصف الطريق إلىالتهمة من القاعدة. هل هذا في اللحظة الأخيرة قبل إطلاق النار، وعندما تم تحقيق النطاق الآمن.
  4. لاختبارات دفن:
    1. صنع وعاء مناسب على المدى المتوسط. وبالنسبة للتربة، يستخدم الاختبار الحالي 1/4 حاويات نطاق 23.
    2. البت في نوع التربة لاستخدامها والظروف الجيوتقنية: محتوى الرطوبة والكثافة الجافة للتربة، انظر المرجع (15) لمزيد من التفاصيل.
    3. اتخاذ قرار بشأن عمق الدفن لاستخدامها في التجارب. هذا هو عادة 100 مم في اختبار واسعة النطاق، كما تتم الاختبارات الحالية في ¼ نطاق هذا يعني دفن عمق 25 مم.
    4. خلط التربة بدقة باستخدام خلاط البناء الحجم مناسب لتحقيق نسبة الرطوبة الهدف. للرمال زمن الخلط المطلوب هو 10 دقيقة.
      1. تحقق من محتوى الرطوبة من مزيج من إزالة كمية صغيرة وتزن عليه لحساب الكتلة الكلية، معادلة 19 . جافالتربة إزالة وإعادة تزن لحساب كتلة الماء، معادلة 20 . يتم تحديد محتويات رطوبة الجيوتقنية من حيث محتوى الرطوبة الوزني، معادلة 21 .
      2. إذا كان محتوى الرطوبة داخل تستمر التسامح والتعديل وإلا فإن التربة. لقد تم تحقيق التسامح ± 0،05 حتي 0،1٪ في العمل الحالي.
    5. وزن الحاوية التربة فارغة وحساب حجم لتمكين حساب كثافة التربة مرة واحدة كاملة (الخطوة 5.4.7).
    6. ضغط التربة في طبقات رقيقة بما يكفي لضمان كثافة الهدف، وضمان أن كتلة التربة دخول الحاوية هو معروف. ليتون الصقر الرمل 15 يتم ذلك في طبقتين.
    7. مرة واحدة حاوية كاملة، وتأكد من أن كثافة التربة داخل في التسامح (± 0.2٪). كانت الكثافة الجافة الهدف في جميع الاختبارات مع ليتون الصقر الرمال 1.6ملغ / م 3. حساب الكثافة الجافة، وذلك باستخدام معادلة 22 حيث ρ d هو الكثافة الجافة، M هو مجموع كتلة من التربة إضافة إلى الحاوية، والخامس هو حجم الحاوية التربة وث هو محتوى الرطوبة.
    8. حفر ثقب صغير ≈50 مم للسماح للتهمة لتوضع مع السطح العلوي على عمق الدفن الصحيح (25 ملم).
    9. وضع جهاز تفجير غير الكهربائية في قاعدة التهمة، وحفر قناة مناسبة إلى جانب الحاوية لضمان السطح العلوي من الحاوية دون انقطاع مرة واحدة يتم استبدال التربة.
    10. وضع الاتهام وتفجير في حفرة حفرها، والتحقق من عمق الدفن هو الصحيح. العودة ملء الحفرة مع المواد المستخرجة.

تسلسل 6. إطلاق النار

ملاحظة: هناك كمية صغيرة من التداخل مع قسم البروتوكول 5 بسبب ناتلدى عودتهم من الاختبار. وينبغي أن تهدف تسلسل اطلاق النار لتقليل المخاطر ويجب أن تتم فقط من قبل موظفين مدربين بشكل مناسب.

  1. لاختبارات الهواء الحر:
    1. ترتيب الدعم تهمة تحت لوحة الهدف في الصحيح المواجهة (75 ملم).
    2. إغلاق النطاق. نشر الحراس لضمان نطاق واضح خلال اطلاق النار.
    3. وضع المسؤول على دعم محوري المشترك إلى الأجهزة. نعلق السلك الفاصل إلى المفجر، ووضع مفجر في هذا الاتهام.
  2. لاختبارات دفن:
    1. وضع حاوية التربة بحيث يتم وضع المسؤول المشارك محوري لHPB مجموعة.
    2. إغلاق النطاق. نشر الحراس لضمان نطاق واضح خلال اطلاق النار.
    3. قم بتوصيل السلك الفاصل، بما يضمن التفاف حول محيط من تهمة (وهذا يعطي المزيد من الوقت للتكرار التفجير في رسوم دفن).
  3. الانتقال إلى نقطة اطلاق النار، ويؤكد كذلك الأجهزة قيد التشغيل.
  4. توفير الطاقة لالسلك الفاصل. تحقق مع الحراسأنها آمنة للمضي قدما في اطلاق النار.
  5. بدء المتفجرات. جعل منطقة اختبار آمنة.
  6. تحميل والنسخ الاحتياطي للبيانات.
  7. إعادة فتح مجموعة الاختبار.

7. الاستيفاء العددي لمجموعة 1D HPB

  1. استيراد البيانات من ملفات البيانات الخام إلى ماتلاب.
  2. الوقت تحول جميع البيانات في الاتجاه شعاعي بحيث ضغط الذروة لكل شريط يصل في نفس الوقت ذروة الضغط من شريط المركزي باستخدام المعادلة 2 (الشكل 4B).
    معادلة 23 (2)
  3. أقحم الضغط على أي مسافة شعاعي من الشكل 4B.
  4. رسم أوقات وصول ( معادلة 24 ) تستخدم لمحاذاة الضغوط الذروة وتناسب المعادلة مكعب من خلال البيانات (الشكل 4C).
  5. الوقت تحول البيانات محرف لتتناسب مع أوقات وصول، جنساتينغ صدمة الجبهة مستمرة (الشكل 4D).
  6. كرر لكل مجموعة من الأفراد من بيانات الاختبار.

الشكل (4)
الشكل 4. تسلسل الاستيفاء ل1D HPB مجموعة (أ) البيانات الأصلية، (ب) بيانات الوقت تحولت، (ج) صدمة أوقات وصول الأمامية، و (D) البيانات في الوقت ضغط محرف النهائي 16. يمكن بوضوح أن ينظر إلى طبيعة منفصلة من تاريخها ضغط الوقت في الفقرة (أ) مع عدم وجود أية الاستمرارية بين الضغوط الذروة في كل من المواقع مقياس خمسة. عندما الانحياز عن طريق الضغط الذروة كما في (ب) الاستيفاء من الضغط على أي مسافة شعاعي (على افتراض وصول الوقت نفسه) هو ممكن. من خلال تسجيل الوقت تحول المطلوبة لتحقيق المواءمة بين الضغوط قمة في وقت وصول الجبهة صدمة يمكن أن تحسب على النحو SHالخاصة في (C). هذا ثم يسمح للوقت وصول والتاريخ ضغط الوقت ليتم احتساب أية مسافة شعاعي يكون الاستيفاء من الضغط من (B) والوقت من (C) مما الضغط محرف النهائي كما رأينا في (D). الرجاء انقر هنا لعرض أكبر نسخة من هذا الرقم.

8. الاستيفاء العددي لمجموعة 2D HPB

ملاحظة: لقد تم توفير الشفرة المستخدمة لتشغيل الاستيفاء في Matlab جنبا إلى جنب مع ملف سبيل المثال النتائج التي سوف يشار إليها في هذا القسم.

  1. استيراد البيانات من ملفات البيانات الخام إلى ماتلاب. للحصول على بيانات نموذج الاختبار، انقر نقرا مزدوجا على ملف test_data.mat، ومن ثم انقر فوق "إنهاء" في معالج استيراد.
  2. فتح ماتلاب النصي interpolation2d.m.
  3. تعريف شبكة منتظمة على والتي سوف الاستيفاءتشغيل عن طريق تغيير شبكة. ضمان هذا هو نفس القرار على النحو شبكة في أي 26،27 النمذجة العددية في المستقبل. يقع هذا في قسم '٪ تفاصيل شبكة' من التعليمات البرمجية.
  4. تشغيل ماتلاب النصي interpolation2d.m. ملاحظة يتم تنفيذ الخطوات التالية في رمز ومدرجة هنا لوضوح.
    1. الوقت تحول كل آثار الضغط HPB بواسطة معادلة 24 (المعادلة 2). وأظهرت البيانات الأصلية لل معادلة 25 مم في الشكل 5B، مع نفس البيانات في الشكل 5C الوقت تحولت.
      ملاحظة: مطلوب التحول الوقت للسماح للروتين الاستيفاء لتحديد موقع الجبهة صدمة بنجاح في أي وقت من الأوقات. وهذا ينطوي أساسا محاذاة البيانات لكل مجموعة شعاعي حتى محاذاة كل أقصى الضغوط.
    2. حساب نصف قطر، معادلة 26 وآنج جنيه، معادلة 27 لحظة معينة من الفائدة على الشبكة، كما هو مبين في الشكل 5A.
    3. تطبيق الاستيفاء 1D إلى اثنين HPB صفائف الأقرب إلى نقطة اهتمام لدائرة نصف قطرها الحالي معادلة 26 (ل معادلة 28 ان الاستيفاء استخدام معادلة 29 و معادلة 30 المصفوفات).
    4. أقحم خطيا بين الضغوط 2 على أساس معادلة 31 (مرة أخرى ل معادلة 28 فإن ترجيح أن يكون 50٪ من معادلة 29 و 50٪ من 12eq30.jpg "/> مجموعة الضغوط محسوب).
    5. حساب الحمل لحظية بضرب الضغط محرف من قبل شبكة تباعد (منطقة) لإعطاء الحمل.
    6. مضاعفة حمولة من الخطوة وقت أخذ العينات للحصول على دفعة فورية.
    7. أكرر لجميع المواقع والأوقات (تجميع الدافع لحظية لإعطاء دفعة الإجمالي).
    8. الوقت تحويل التاريخ ضغط الوقت لكل موقع على أساس استيفاء مكعب من الوقت صدمة الوصول (الشكل 5D).

الرقم 5
الرقم 5. تسلسل الاستيفاء ل2D HPB مجموعة (أ) الاتفاقيات تسجيل المستخدمة، (ب) البيانات الأصلية معادلة 35 مم، وبيانات الوقت تحولت (C)412 / 53412eq36.jpg "/> مم، و (D) أوقات وصول لكل اتجاه شعاعي (16). وبالنسبة لمجموعة 2D من الحانات تاريخ ضغط الوقت في أي لحظة يتوقف على حد سواء بعد الشعاعية والتي رباعي يقع محل الاهتمام وإذا كان الانفجار متماثل تماما ثم الضغوط في الفقرة (ب) من شأنه أن يشكل خطوط عمودية كما هو مبين في (C). وفي (ب) يمكن أن ينظر إلى أن الجبهة الصدمة يصل الموقع 50 ملم على معادلة 30 محور أولا.
الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

يجب توفير إطار رد فعل صارم على نحو فعال. في التيار اختبار الدافع المنقولة الإجمالي لعدة مئات من نيوتن ثانية يحتاج إلى أن تقاوم مع الحد الأدنى من انحراف. وتعطى مثالا للإطار رد فعل صارم المستخدمة في الشكل 1. وفي كل إطار وقد يلقي الصلب "متقبل" لوحة 50 ملم في قاعدة الحزم عبر. في حين لا يطلب صراحة، وهذا يسمح للتثبيت السهل من / لوحة الهدف خلايا الحمل ويوفر حماية إضافية لمواجهة شعاع ملموسة. وكانت أقرب مسافة تحجيم أجريت حاليا 0.15 م / كغم 1/3.

وقد تم اختبار هذا الإطار الحالي يصل إلى 500 م، ولها 500 ملم أعمدة مربعة مع 750 ملم عميق، 500 ملم حزمة واسعة تمتد الأعمدة كما هو مبين في هو مبين في الشكل 1A. العنصر الحاسم في تصميم لوحة الهدف الذي هو الصورة خفيفة 100 مم، وقدرت الى teel هذا إلى تشوه 0.3 مم عندما يقاوم 100 غرام كروية الانفجار الهواء الحر في 75 ملم المواجهة (باستخدام LS-داينا 28 load_blast روتين 4). تم تنفيذ بناء الأطر من قبل المقاول ملموسة المتخصصين الذين قدموا معدات الموقع والقوالب. العوامل التي طبقت في مرحلة التصميم يعتمد إلى حد كبير على طبيعة الاختبار وعما إذا كان سيتم تطبيق أية عوامل أخرى السلامة من قبل المهندس الهيكلي. تم استخدام معامل الأمان من 10 في العمل الحالي.

وقد أعطيت مؤشرات على المعدات المستخدمة في أقسام بروتوكول الرئيسية عند الاقتضاء. لتقديم نتائج تمثيلية أجري اختبار واحد مع 17 HPBs تكوينها في مجموعة 2D كما هو مبين في الشكل 1B. في العمل الحالي القضبان المستخدمة هي 3.25 مترا مع دائرة نصف قطرها 5 ملم، مع قياس الضغط التي تعلق 0.25 متر من الوجه تحميل كما هو مبين في الشكل 3A. وقد تم اختيار المباعدة بين HPBs في الهدف لتكون 25 مم كما هو مبين في الشكل 1B.

اختبار أجري استخدام 78 غ PE4 3: 1 اسطوانة القرفصاء دفن في 28 ملم في المشبعة ليتون الصقر الرمال 15. وكان الرمال الكثافة 1.99 ملغ / م 3 ونسبة الرطوبة من 24.77٪. والمواجهة بين سطح التربة النهائي ولوحة الهدف 140 ملم.

مرة واحدة وقد تم إجراء الاختبار تم تشغيل تاريخها لمرة وضغط الفردية من خلال 5 نقاط المتوسط ​​المتحرك البسيط بالمرشح لإزالة أي ضوضاء عالية التردد من البيانات. ولوحظ عند فحص البيانات أن 75 و 100 ملم في الحانات معادلة 32 وكان مجموعة لم تسجل البيانات بشكل صحيح. كان هذا الأرجح بسبب الغراء لقياس الضغط دي الترابط من HPB إعطاء قراءات خاطئة. لتعويض FOص هذه البيانات من 75 و 100 ملم معادلة 30 واستخدمت قضبان بدلا من ذلك. يتم رسم البيانات من كل من 4 صفائف شعاعي في الشكل (6)، مع خط وسط (0 مم) HPB يجري مشترك لجميع المؤامرات. في التربة المشبعة ويعتبر صدمة الجبهة واضحة جدا، مع الضغط يتلاشى ببطء وعلى مسافة شعاعي.

وتاريخها في الوقت ضغط سجلت كانت في ذلك الوقت من خلال تشغيل الاستيفاء روتين 2D، مع منطقة الفائدة التي حددت على أنها ساحة ملم 200 × 200 (-100 إلى 100 ملم). تم تقسيم هذه المنطقة إلى شبكة 5 ملم، والتي اعتبرت غرامة بما يكفي لالتقاط نشر صدمة الجبهة عبر لوحة الهدف بدقة. وترد كيد الضغط محرف بناء على لوحة الهدف في أوقات محددة في الشكل 7، وتأخير مللي ثانية ≈ 20 في وصول الجبهة صدمة هو الوقت الذي يستغرقه لموجة صدمة لتغطية رانه ينأى بين التهمة ولوحة الهدف. الطبيعة غير المتكافئة للتحميل هو مبين في البيانات المسجلة (الشكل 6) يمكن رؤيتها بوضوح في و معادلة 32 محاور. وهذا واضح خصوصا في معادلة 34 ميللي ثانية.

الشكل (6)
الشكل 6. يسجل التاريخ مرة والضغط لإجراء اختبار واحد مع مجموعة 2D HPB. (A) معادلة 29 (B) معادلة 30 (C) معادلة 37 (D) معادلة 38 .هذا الرقم يدل على أثر معالجتها لكل موقع بار. شريط المركزي الأسود التتبع مشترك لجميع المؤامرات للإشارة إلى وصول الجبهة صدمة. طبيعة غير مستمرة من الجبهة الصدمة مرة أخرى واضحة للعيان كما أن هناك تداخل كبير بين منطقة التوتر الذروة لكل شريط. ضغط أقل في 25 ملم معادلة 38 شريط له تأثير مثير على شكل الصدمة الأمامية كما المرسومة في الشكل 7. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 7
الرقم 7. محرف المؤامرات توزيع الضغط في أوقات محددة (16). شكل حدوة حصان من الجبهة صدمة يمكن أن ينظر إليه في ر = 0،22-0،23 المؤامرات. يحدث هذا بسبب الالبريد تراجع في الضغط ينظر في 25 ملم معادلة 38 شريط هو مبين في الشكل (6). وبحلول 0.3 ثانية بعد تفجير الجبهة الصدمة متماثل تقريبا على طول جميع المحاور. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

باستخدام بروتوكول المذكورة أعلاه المؤلفين أظهرت أنه من الممكن الحصول على قياسات عالية الدقة للتحميل متفاوتة للغاية من عبوة ناسفة، وذلك باستخدام مجموعة واسعة من الحانات الضغط هوبكنسون. باستخدام روتين الاستيفاء أوجز تاريخها لمرة والضغط المنفصلة يمكن أن تتحول إلى جبهة صدمة المستمرة التي لا يمكن استخدامها مباشرة عن وظيفة التحميل في النمذجة العددية أو التحقق من صحة البيانات لإخراج مثل هذه النماذج.

عند استخدام رسوم دفن المنهجية المستخدمة في إعداد الحاويات التربة المبينة في القسم بروتوكول 5 يجب أن يتم التحقق لضمان الطاقة الضغط كافية يتم توفيرها للوصول إلى كثافة الهدف. إذا لم يتم التوصل إلى كثافة الهدف ثم ينبغي خفض ارتفاع الرفع لزيادة فعالية الضغط. من الأبحاث السابقة قد كان ينظر إلى أن أنواع التربة موحدة توفر بيانات الاختبار أكثر من تكرار التجارب التي أجريت مع التربة متدرج جيدا 15 15.

لجميع الاختبارات مع العبوات الناسفة فقد تبين في دراسات سابقة 16،29،30 أن موقع تفجير في اختبارات قرب الميدان أمر بالغ الأهمية لإنتاج اختبارات متكررة والتي تكون خالية من الضوضاء إشارة. وفي هذا الصدد ينبغي دائما أن يوضع المفجر في الجزء السفلي من تهمة (أبعد من لوحة الهدف) بحيث أي شظايا من الجمعية تفجير عدم ضرب HPBs قبل الجبهة الهزة الرئيسية.

في حين تم بذل كل محاولة لضمان اختبار هو قوية بقدر الإمكان، وفقدان البيانات لا تزال تحدث. هذا عادة ما يكون بسبب أجهزة قياس الضغط جزئيا اجتثاث الترابط من HPBs التي يمكن أن تكون مشكلة خاصة في الطقس البارد (يتم تعيين الجهاز الحالي تصل في مبنى غير ساخن). كما يجب توخي الحذر الشديد عند إعدادكسر الأسلاك لأن هذا لا يسمح للتسجيل في وقت التفجير ولكنها توفر أيضا إشارة إلى أن يتسبب في تسجيل البيانات. وفقدان هذه الإشارة أو خطأ في الإعداد يمكن أن يسبب كافة البيانات من اختبار لتضيع. وفيما يتعلق بإدارة البيانات، يتم تكرار البيانات من الاختبارات على الفور من الكمبيوتر تسجيل إلى محرك أقراص USB لضمان فقدان أية بيانات أخرى على اكتمال الاختبار.

في اختبار التيار خلايا الحمل نعلق لوحة الهدف إلى لوحة رد فعل جامدة وتستخدم لقياس الدافع إجمالي المنقولة لوحة الهدف (كما HPBs تغطي سوى مساحة محدودة). إذا كان مطلوبا الكمي فقط تحميل المحلية (والبيانات يست عالمية) ثم لوحة الهدف يمكن تركيبه مباشرة إلى الإطار رد فعل صارم.

مع HPB تاريخها لمرة والضغوط التي لا تنطبق إلا على نقطة معروفة على لوحة الهدف لا بد من وضع روتين الاستيفاء لتقييم التاريخ الوقت الضغط على أي نقطة على لوحة الهدف، وبالتالي لحساب مجموع الدافع المسجلة.

إذا كان قد تم استخدامها فقط مجموعة شعاعي واحدة في الاختبار، والاستيفاء لا يزال ممكنا عن طريق افتراض أحمال نقطة HPB أن تكون مؤشرا على التحميل في أي تناوب القطبية في نفس دائرة نصف قطرها على لوحة الهدف. مطلوب تحويل الوقت أيضا أن أقحم عبر البيانات المتقطعة (الشكل 4A).

والميزة الرئيسية لاستخدام مجموعة 2D HPB هي القدرة على التقاط التفاوت في تاريخها لمرة والضغط. وهذا يتطلب روتين الاستيفاء أكثر تعقيدا. من حيث المبدأ يمكن تطبيق هذه النظرية على أي عدد من صفائف شعاعي. في البحث الحالي هذا قد اقتصر على أربعة صفائف ( معادلة 29 ، معادلة 37 ، معادلة 30 ،ftp_upload / 53412 / 53412eq38.jpg "/>) 0-100 ملم مع وسط HPB كونها مشتركة بين جميع (الشكل 5A). وقد تم استخدام ما مجموعه 17 HPBs في كل اختبار.

الروتين الاستيفاء في شكل المقدمة هنا يفترض أن لكل التاريخ ضغط الوقت هناك واحد ارتفاع الضغط واضحة المعالم والتي تتطابق مع وصول الجبهة صدمة. ويمكن أن يرى في الشكل (6) أن لجميع الحانات وهذا هو افتراض جيد. في ظروف الاختبار معينة ولكن هذا الافتراض قد لا تكون صالحة وينبغي إيلاء حول أفضل السبل لتحقيق المواءمة بين التاريخ مرة والضغط للسماح الاستيفاء الأكثر تمثيلا للضغط يعتقد ذلك.

التعديلات يمكن أن يتم بسهولة لتلبية مسافات مختلفة تحجيم (Z) في البروتوكول الحالي عن طريق تحريك تهمة بعيدا عن لوحة الهدف. الرعاية ولكن يجب أن يؤخذ إذا تم جلب المسافة خفضت أقل من 0.15 للتأكد من أن loadiسوف نانوغرام لا ضرر على وجه HPBs. ويمكن أيضا أن تغير شكل نوع المتفجرات والمواد المتفجرة، مع التحذير من أن النماذج الأولية به للتحقق من صحة تصميم تجريبي سوف يتعين فحصها.

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

الهندسة، العدد 113، هوبكنسون الحانات الضغط، Kolsky، انفجار، بالقرب من الميدان، ورسوم دفن، تحميل المدقع، والفيزياء
الانفجار الكمي عن طريق هوبكنسون البارات الضغط
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