Blast Ölçümü Hopkinson Basınç Barlar kullanma

Bu deneyin genel amacı, patlayıcı bir yükün yakınında oluşan son derece agresif ortamdaki basıncın mekansal ve zamansal dağılımını doğru bir şekilde ölçmektir. Bu yöntem, iletilen yükün kesin formu ve patlayıcı tipi ile şekli gibi faktörlerin iletilen yükü nasıl etkilediği gibi patlama koruma mühendisliği alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, geleneksel ölçüm yaklaşımlarının sınırlarının ötesindeki basınçları kaydetmemize olanak tanımasıdır.

Bu yöntem serbest hava patlamaları hakkında bilgiler sağlayabilse de, gömülü veya su altı yükleri gibi diğer olaylara da uygulanabilir. Bu yöntem fikrini ilk olarak tek bir Hopkinson basınç çubuğu kullanarak denedik ve kısa süre sonra verileri doğru şekilde yakalamak için geniş bir diziye ihtiyaç duyulduğunu fark ettik. Başlamak için, ConWep gibi bir yazılım analizi kullanarak test çerçevesi düzenlemesinin oluşturacağı yaklaşık maksimum impulsu hesaplayın.

Gömülü yükler için bu süreç daha az doğrudan bir işlemdir, çünkü toprak, patlayıcılar ve hedef plaka arasındaki etkileşimi modellemek için daha gelişmiş sayısal teknikler gerektirir. Test çerçevesinin üretimi ve yük hücrelerine ilişkin ayrıntılar metin protokolünde sunulmuştur. Dağılımı en aza indirmek için yüklenen yüze mümkün olduğunca yakın olacak şekilde, gerinim ölçerin yerleştirileceği Hopkinson basınç çubukları üzerindeki konumu belirleyin.

Bu düzenekte, hedef plakanın kalınlığı ve çubukların yerleştirilmesi için gereken manevra kabiliyeti, ölçerlerin yüklü yüzeyden 250 milimetre uzağa kurulmasıyla sonuçlanır. Olayı yakalamak için gereken hesaplanan çubuk yarıçapı bu durumda beş milimetredir. Yapısal bütünlükten ödün vermeyen en dar uzaysal çözünürlükteki çubukları kullanın.

Bu durumda mesafe 25 milimetredir. Daha fazla ayrıntı metin protokolünde sunulmuştur. Başlamak için, siyanoakrilat kullanarak yarı iletken gerinim ölçerleri önce Hopkinson basınç çubuklarına, ardından yük hücrelerine sabitleyin.

Gerekirse yük hücrelerini kullanarak hedef plakayı sabit reaksiyon çerçevesine yerleştirin. Sinyal kalitesinin artırılması için tüm kabloların iyi topraklandığından emin olun. Kablolama, patlama alanının dışındaki bir osiloskoba bağlanacak kadar uzun olmalıdır.

Herhangi bir ekranlı kablo yeterli sinyali taşımalıdır. Şimdi, Hopkinson basınç çubuklarını bar tertibatı alıcısına asın. Yüklü ucu hedef plakadaki doğru delikten geçirin ve Hopkinson basınç çubuklarını distal uçlarına vidalanmış somundan serbestçe sarkıtın.

Bir su terazisi kullanarak, çubukları dikey konuma getirmek ve yüzeylerini hedef plaka ile aynı hizaya getirmek için somunları ayarlayın. Şimdi, voltajı osiloskop sınırları içinde tutmak için koşullandırma devresindeki ayarlı direncin trim ayarını deneme yanılma yoluyla yapın. Amplifikatör kutuları tarafından rapor edilen her kanaldaki dengesizlik okumasını sıfırlayın.

Ardından, yükseltilmiş ölçer çıkışını uygun bir dijital osiloskoba bağlayın. Osiloskobu 1,56 megahertz örnekleme frekansı ve 28,7 milisaniye kayıt süresi şeklinde yapılandırın ve tetikleme öncesi süresini 3,3 milisaniye olarak ayarlayın. Toplamda 22 ölçer bağlanmalıdır; bunların 17'si Hopkinson basınç çubuklarından, dördü yük hücrelerinden ve biri de kopma telinden olmalıdır.

Her bir göstergeden voltaj ve zaman değerlerini kaydedin. Kaydı, kopma telindeki voltaj artı veya eksi 100 milivolt gibi bir pencere dışı değeri aştığında tetiklenecek şekilde ayarlayın. Serbest hava yükleme testi durumunda, yükü hedef plakanın altında doğru açıklıkta, bu durumda 200 milimetrede asmak için ince bir tahta şerit kullanın.

Geçerli okumalar sağlamak için yükü, ölçüm dizisiyle eş eksenli olarak konumlandırın. Gömülü yük testindeki kritik unsur, toprak yatağının hazırlanması ve gömme işlemidir. Tekrarlanabilir sonuçlar elde etmek için hassasiyet gereklidir.

Ardından, atış alanını kapatın. Atış sırasında alanın temiz olduğundan emin olmak için nöbetçiler yerleştirin. Şimdi, serbest hava şarjı ateşlemeden hemen önce, koparma telini detonateye bağlayın ve bir elektrikli detonatörü tabandan şarjın yarısına kadar yerleştirin.

Şimdi, ateşleme noktasına gidin ve cihazların çalışır durumda olduğunu doğrulayın. Ardından, koparma teline güç verin. Şimdi, ateşleme işlemine devam etmenin güvenli olduğunu nöbetçilere kontrol ettiğinizden emin olun.

Ardından, patlayıcıları ateşleyin. Detonasyondan sonra, test alanını güvenli hale getirin, verileri indirin ve yedekleyin. Bu aşamada gereken adımları tanımlayan bir protokol yazılırken, veri işlemenin tam olarak aynı metodoloji kullanılarak hızlıca gerçekleştirilmesini sağlamak amacıyla geliştirilmiş bir Matlab betiği de kullanıma sunulmaktadır.

Ham veri dosyalarındaki verileri, dosya adına çift tıklayıp ardından İçe Aktarma Sihirbazı'nda Bitir'e tıklayarak Matlab'a aktarın. Sonrasında, interpolasyon Matlab betiğini açın. Kodun ağ oluşturma bölümünde, ağı değiştirerek interpolasyonun gerçekleştirileceği düzenli bir ızgara tanımlayın.

Gelecekteki tüm sayısal modellemelerde aynı çözünürlüğü kullanın. Bu kritik adım, ayrık verileri 2B bir haritaya dönüştürür. Betik, tüm Hopkinson basınç çubuğu basınç izlerini zaman açısından kaydıracaktır.

Zaman kayması, interpolasyon rutininin herhangi bir zamanda şok cephesini başarıyla belirleyebilmesi için gereklidir. Şimdi, tüm maksimum basınçlar senkronize olacak şekilde her bir radyal diziden gelen verileri hizalayın. Ardından, ızgara üzerindeki belirli bir ilgi noktasının yarıçapını, r, ve açısını, beta, hesaplayın.

Mevcut yarıçapın ilgi noktasına en yakın iki Hopkinson basınç çubuğu dizisine 1D interpolasyon uygulayın. Örneğin, 45 derecede interpolasyon X, X ve Y, Y dizilerini kullanacaktır. Şimdi, iki basınç arasındaki doğrusal ilişkiyi açıya göre interpole edin.

Örneğin, 45 derecede, %50X, X ve %50Y, Y kullanın. Ardından, şok varış zamanının kübik interpolasyonuna dayanarak her konum için basınç zaman geçmişini zaman kaydırmasıyla düzenleyin. Sonuç olarak, tamamen interpole edilmiş bir basınç zaman geçmişi elde edilir. Minimal sapma ile birkaç yüz Newton-saniyeye dayanabilen etkili bir şekilde rijit bir reaksiyon çerçevesi, 100 milimetrelik yumuşak çelik bir hedef plaka kullanılarak tasarlanmıştır.

Bu çerçeve 500 Newton-saniye'ye kadar olan testlere dayanmıştır. Beş milimetre yarıçaplı 3,25 metre uzunluğundaki çubukların kullanıldığı, 2D dizi şeklinde yapılandırılmış 17 Hopkinson basınç çubuğu ile tek bir test gerçekleştirilmiştir. Aralıklar 25 milimetre olarak ayarlanmıştır.

Bu test için gerinim ölçer, yüklü yüzeyden 0,25 metre uzağa yerleştirilmiştir. Doygun toprak içine gömülmüş bir patlayıcı infilak ettirilmiştir. Tüm parsellere ortak, merkezi bir Hopkinson basınç çubuğuna sahip dört radyal dizinin her birinden elde edilen veriler, basıncın radyal mesafe ile yavaşça azaldığı çok net bir şok cephesini göstermektedir.

Kaydedilen basınç-zaman geçmişleri daha sonra 2D interpolasyon rutininden geçirilmiştir. Hedef plaka üzerine etki eden interpole edilmiş basınç, şok cephesinin varışında 20 milisaniyelik bir gecikme göstermektedir. Şok cephesi, şok dalgasının şarj ile hedef plaka arasındaki mesafeyi katetmesi için geçen süredir.

Yüklemenin asimetrik doğası özellikle 0,22 milisaniyede belirgindir. Detonasyondan sonraki 0,3 milisaniyeye gelindiğinde, şok önü tüm eksenler boyunca neredeyse simetrik hale gelmiştir. Düzenek devreye alındığında, günde altı adede kadar serbest hava testi gerçekleştirilebilir.

Toprağın hazırlanmasındaki ek karmaşıklık nedeniyle, gömülü yüklerin kullanıldığı bir testle bu sayı büyük ölçüde azalır. Bu kadar yüksek çözünürlüklü ölçümlerin mümkün olduğu ilk seferdir. Sonuç olarak, artık test geometrisindeki varyasyonların neden olduğu yükleme biçimindeki farkı ölçebiliyoruz.

Geliştirilen sayısal rutin, yüklemeyi görselleştirmek ve ardından bu yüklemeyi, yapıların patlayıcı detonasyonlara verdiği yanıtın modellenmesinde ilk adım olarak sayısal modellerde doğrudan uygulamak için oldukça güçlü bir yol sunmaktadır. Mevcut testten elde edilen veriler, yeni nesil sayısal modelleri geliştirmek, probleme dair anlayışımızı artırmak ve kendimizi patlayıcı blastlara karşı koruma yeteneğimizi geliştirmek için benzersiz doğrulama verileri sağlamıştır.