פיצוץ כימות באמצעות מוטות לחץ הופקינסון
Summary
This protocol details the use of Hopkinson pressure bars to measure reflected blast loading from near-field explosive events. It is capable of interpolating a pressure-time history at any point on a reflective boundary and as such can be used to fully characterize the spatial and temporal variations in loading produced.
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.
Protocol
Representative Results
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 דוגמנ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors wish to thank the Defence Science and Technology Laboratory for funding the published work.
Materials
| 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 | N/A | Fabricated to order |
| Strain gauge | Kyowa | KSP-2-120-E4 | To use with steel HPBs |
| Cyanoacrylate | Kyowa | CC-33-A | Check with manufacturer depending on mar material to be used |
| Digital Oscilloscope | TiePie | HS4 16-bit Handyscopes | 6 used in parallel in current testing |
| Leighton Buzzard sand | Garside sands | Garside 14/25 | Uniform silica sand |
References
- Esparza, E. Blast measurements and equivalency for spherical charges at small scaled distances. Int. J. Impact Eng. 4 (1), 23-40 (1986).
- Kingery, C. N., Bulmash, G. ARBRL-TR-02555. Airblast parameters from TNT spherical air burst and hemispherical surface burst. , (1984).
- Hyde, D. W. . Conventional weapons program (ConWep). , (1991).
- Randers-Pehrson, G., Bannister, K. A. ARL-TR-1310. Airblast loading model for DYNA2D and DYNA3D. , (1997).
- 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).
- Xu, S., et al. An inverse approach for pressure load identification. Int. J. Impact Eng. 37 (7), 865-877 (2010).
- 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).
- Bergeron, D. M., Trembley, J. E. Canadian research to characterize mine blast output. , (2000).
- Hlady, S. L. Effect of soil parameters on landmine blast. , (2004).
- 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).
- Anderson, C. E., Behner, T., Weiss, C. E. Mine blast loading experiments. Int. J. Impact Eng. 38 (8-9), 697-706 (2011).
- 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).
- 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).
- Pope, D. J., Tyas, A. Use of hydrocode modelling techniques to predict loading parameters from free air hemispherical explosive charges. , (2002).
- Clarke, S. D., et al. Repeatability of buried charge testing. , (2014).
- 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).
- 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).
- 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?. , (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- NATO Standardisation Agency. Procedures for evaluating the protection level of logistic and light armoured vehicles. Allied Engineering Publication (AEP) 55. 2, (2011).
- Elgy, I. D., et al. . UK ministry of defence technical authority instructions for testing the protection level of vehicles against buried blast mines. , (2014).
- Clarke, S. D., et al. Finite element simulation of plates under non-uniform blast loads using a point-load method: Buried explosives. , (2015).
- Rigby, S. E., et al. Finite element simulation of plates under non-uniform blast loads using a point-load method: Blast wave clearing. , (2015).
- Hallquist, J. O. . LS-DYNA theory manual. , (2006).
- Fay, S. D., et al. Capturing the spatial and temporal variations in impulse from shallow buried charges. , (2013).
- Fay, S. D., et al. Measuring the spatial and temporal pressure variation from buried charges. , (2014).
