Взрыв Количественное Использование Гопкинсона Bars давления
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
Ближнепольная измерения нагрузки взрыва представляет проблему для многих типов датчиков, так как они должны выдерживать очень агрессивные среды и быть в состоянии измерить давление до многих сотен мегапаскалях. В связи с этим простота бара давления Гопкинсона имеет большое преимущество в том, что в то время как измерение конец стержня Гопкинсона может выдержать и подвергаться воздействию суровых условиях, тензодатчик, установленный на панели может быть проставленный на некотором расстоянии. Это позволяет защитные кожухи, которые будут использоваться, которые защищают тензометр, но не мешают приобретению измерений. Использование массива баров давления позволяет давлению времени истории на дискретных известных точек для измерения. В данной статье также описывается процедуру интерполяции, используемый для получения историй давления времени в ООН-инструментальными местах на плоскости интересов. В настоящее время этот метод был использован для измерения нагрузки от бризантных взрывчатых веществ в атмосферный воздух и захоронены неглубоко в различных почвах.
Introduction
Характеризуя выход зарядов взрывчатого вещества имеет много преимуществ, как военных, так (защиты от погребенных самодельных взрывных устройств в нынешних зонах конфликтов) и гражданское (проектирование структурных компонентов). В последнее время эта тема получила значительное внимание. Большая часть знаний, собранных была направлена на количественной оценке выхода из зарядов в целях обеспечения разработки более эффективных защитных сооружений. Основной проблемой здесь является то, что если измерения сделаны не высокой точности то механизмы передачи нагрузки в этих взрывоопасных событий остаются неясными. Это, в свою очередь, приводит к проблемам проверки достоверности данных численных моделей, которые основаны на этих измерений для проверки.
Термин ближнего поля используется для описания взрывов с масштабными расстояния, Z, меньше , чем ~ 1 м / кг 1/3, где Z = R / W 1/3, R расстояние от центра взрывчатого вещества, и W это заряд массы, выраженнаякак эквивалентная масса тротила. В этом режиме нагрузка, как правило, характеризуется чрезвычайно высокой величиной, высокой пространственной и временной неравномерные нагрузки. Прочные инструментовка, следовательно, необходимое для измерения экстремальных давлений, связанных с ближнего поля нагрузки. При масштабируемого расстояниях Z <0,4 м / кг 1/3, прямые измерения параметров взрыва либо отсутствуют , либо очень мало 1 и полуэмпирические прогностические данные для этого диапазона базируется почти полностью на параметрических исследований. Это связано с использованием полуэмпирических предсказания , данные Kingery и Bulmash 2, который находится вне предполагаемого охвата автора. В то время как инструменты , основанные на этих предсказаний 3,4 позволяют отличные первого порядка оценок нагрузки они не в полной мере захвата механики ближнего поля событий, которые являются предметом настоящего исследования.
Ближнепольная измерения взрыва имеют в последнее время сосредоточены на количественной OUTPут из заглубленных зарядов. Методики , используемые варьируются от оценки деформации , вызванной к структурной цели 5-7 для прямого измерения глобального импульса 8-13. Эти методы дают ценную информацию для проверки защитных конструкций системы, но не способны в полной мере исследовать механику передачи нагрузки. Тестирование может быть сделано в лабораторных масштабах (1/10 полной шкалы), или близко к полной шкалы (> 1/4), с прагматическими причинами, такими как контроль глубины захоронения или гарантируя отсутствие присущей форму фронта ударной волны генерируется использование детонаторов , а не голых зарядов 14. С заглубленных зарядов почвенные условия должны быть в высшей степени контролировать , чтобы гарантировать повторяемость тестирования 15.
Вне зависимости от ли заряд помещается в свободном воздухе или похоронен, наиболее фундаментальная проблема при измерении в результате взрыва является обеспечение достоверности измерений, выполненных с помощью приборов РазверYed. В проектируемой испытательное устройство 16 фиксированного 'жесткой' мишень пластина используется для защиты стержни давления Гопкинсону 17 (HPBs) , тогда как в то же время обеспечивая , что концы стержней можно записать только полное отражение давления. Авторы ранее показали , что измерение отраженного от давления жесткой мишени является более точным и повторяемым , чем инцидент, или измерения 'свободном поле' 18-20. Геометрия этой пластины такова , что любое облегчение давление , создаваемое путем очистки или поток вокруг целевой кромки 21 будет незначительной. Это новое испытательное устройство было построено в 1/4 масштабе. В этом масштабе жесткий контроль над условиями захоронения и взрывчатых веществ может быть обеспечена при полном размере шкалы заряда 5 кг уменьшено до 78 г, на глубине захоронения 25 мм.
Protocol
Representative Results
Discussion
Используя протокол описанный выше авторов показали, что можно получить высокие измерения верности весьма различной нагрузки от заряда взрывчатого вещества, используя массив баров давления Гопкинсона. С помощью обычной интерполяции обрисовал дискретные истории давления времени мож?…
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).
