Explosão Quantificação Usando barras de pressão Hopkinson
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
Perto de campo de medição de carga explosão apresenta um problema para muitos tipos de sensores como eles devem suportar ambientes muito agressivos e ser capaz de medir pressões até muitas centenas de MPa. A este respeito, a simplicidade da barra de pressão de Hopkinson tem uma grande vantagem na medida em que, enquanto a extremidade de medição da barra de Hopkinson pode suportar e ser exposto a condições adversas, o aferidor de tensão montado para a barra pode ser afixada a uma certa distância. Isto permite que invólucros de protecção para ser utilizada que proteger o medidor de tensão, mas não interferir com a aquisição de medição. O uso de uma matriz de barras de pressão permite que as variações no tempo a pressão nos pontos discretos conhecidos a ser medido. Este artigo também descreve a rotina de interpolação utilizados para obter variações no tempo de pressão em locais instrumentado-un no plano de interesse. Atualmente, a técnica tem sido utilizada para medir a carga de explosivos de alta potência no ar livre e enterrado superficialmente em vários solos.
Introduction
Caracterizando a saída de cargas explosivas tem muitos benefícios, tanto militar (defesa contra enterrado dispositivos explosivos improvisados em zonas de conflito atuais) e civis (concepção de componentes estruturais). Nos últimos tempos, este tema tem recebido atenção considerável. Grande parte do conhecimento reunido foi destinado à quantificação da produção de cargas para permitir a concepção de estruturas de protecção mais eficaz. O principal problema aqui é que, se as medições efectuadas não são de alta fidelidade, em seguida, os mecanismos de transferência de carga nestes acontecimentos explosivos permanecem obscuros. Isto por sua vez leva a problemas na validação de modelos numéricos que dependem dessas medições para validação.
O termo de campo próximo é usado para descrever blastos com distâncias dimensionado, Z, inferior a 1 m ~ / kg 1/3, em que Z = R / W 1/3, R é a distância desde o centro do explosivo, e W é a carga expressa em massacomo uma massa equivalente de TNT. Neste regime, o carregamento é normalmente caracterizada por extremamente elevada magnitude, temporalmente cargas não uniformes e altamente espacial. instrumentação robusta é, portanto, necessária para medir as pressões extremas associadas com o carregamento de campo próximo. No escalado distâncias Z <0,4 m / kg 1/3, medições diretas dos parâmetros de explosão ou são inexistentes ou muito poucos 1 e os dados preditivos semi-empíricos para esta faixa é baseada quase inteiramente em estudos paramétricos. Isso envolve o uso das previsões semi-empíricos dadas por Kingery e Bulmash 2, que está fora do escopo pretendido pelo autor. Enquanto ferramentas com base nestas previsões 3,4 permitir excelentes estimativas de primeira ordem de carregamento não capturar totalmente a mecânica de eventos de campo próximo, que são o foco da pesquisa atual.
Medições de campo próximo explosão tem nos últimos tempos focada na quantificação do output do pagamento de taxas enterrados. As metodologias empregadas variam de avaliar a deformação causada a um alvo estrutural 5-7 para dirigir medição impulso global de 8-13. Esses métodos fornecem informações valiosas para a validação de projetos de proteção do sistema, mas não são capazes de investigar plenamente os mecanismos de transferência de carga. O teste pode ser feito em ambas as escalas de laboratório (1/10 escala total), ou pelo próximo grande escala (> 1/4), com razões pragmáticas, tais como controle de profundidade de enterramento ou a assegurar nenhuma forma inerente da frente de choque é gerada pelo uso de detonadores em vez de encargos nuas 14. Com taxas enterradas as condições do solo precisam ser altamente controlado para garantir a repetibilidade do teste 15.
Independente do se a carga é colocada no ar livre ou é enterrado, a questão mais fundamental para medir a explosão resultante é assegurar a validade das medições feitas pela deplo instrumentaçãoyed. No aparelho de teste destinado 16 uma placa-alvo 'rígida' fixo é usado para proteger as barras de pressão Hopkinson 17 (HPBs), enquanto, ao mesmo tempo, assegurar que as extremidades das barras só pode gravar as pressões totalmente refletida. Os autores têm mostrado anteriormente que a medida da pressão refletida de uma meta rígida é mais preciso e repetível de incidente, ou medições de 'free-campo' 18-20. A geometria desta placa é de tal forma que qualquer descarga de pressão gerado pela compensação ou de fluxo em torno da borda alvo 21 seria negligenciável. Este novo aparelho de teste foi construído em 1/4 escala. Neste controlo apertado escala sobre as condições de enterro e os explosivos pode ser assegurada, com o tamanho de carga escala de 5 kg escalados até 78 g, a uma profundidade de enterramento de 25 mm.
Protocol
Representative Results
Discussion
Usando o protocolo acima delineado, os autores demonstraram que é possível obter medições de alta fidelidade da carga altamente variando de uma carga explosiva, usando uma matriz de barras de pressão Hopkinson. Utilizando a rotina de interpolação delineou as variações no tempo das pressões discretas pode ser transformado em uma frente de choque contínuo que é utilizável diretamente como a função de carregamento na modelagem numérica ou como dados de validação para a produção de tais modelos.
<p c…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 |
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