Blast Kwantificering Met behulp van Hopkinson Pressure Bars

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

Nabije veld blast belastingsmeting geeft een probleem bij vele typen sensoren mocht zeer agressieve milieus moeten ondergaan en in staat om druk te meten tot vele honderden Mpa. In dit opzicht is de eenvoud van de Hopkinson drukstang heeft een groot voordeel, dat terwijl de eindwaarde van de Hopkinson bar kan verdragen en worden blootgesteld aan zware omstandigheden, de spanningsmeter bevestigd aan de staaf kan op enige afstand aangebracht. Hiermee beschermende behuizingen worden gebruikt waarop de spanningsmeter te beschermen, maar niet interfereren met de meting acquisitie. Het gebruik van een array van drukstaven kan de druk in de tijd in discrete bekende punten te meten. Dit artikel beschrijft ook de interpolatie routine gebruikt om de druk in de tijd af te leiden at-un geïnstrumenteerde locaties op het vlak van belang. Momenteel de techniek is gebruikt voor het laden van hoge explosieven in vrije lucht meten en ondiep begraven in verschillende bodems.

Introduction

Karakteriseren van de output van explosieve ladingen heeft vele voordelen, zowel militaire (verdediging tegen begraven geïmproviseerde explosieven in de huidige conflictgebieden) en civiel (het ontwerpen van structurele componenten). In de afgelopen tijd heeft dit onderwerp veel aandacht gekregen. Veel van de kennis die is gericht op het kwantificeren van de output van kosten voor het ontwerpen van doeltreffende veiligheidsvoorzieningen structuren mogelijk. Het belangrijkste punt hier is dat als de metingen zijn niet van high fidelity dan de mechanismen van de belasting overdracht in deze explosieve gebeurtenissen onduidelijk blijven. Dit leidt tot problemen valideren numerieke modellen die gebaseerd zijn op deze metingen voor validatie.

De term nabije-veld wordt gebruikt voor ontploffing met geschaalde afstanden, Z, minder dan ~ 1 m / kg ^1/3, waarbij Z = R / W ^1/3, R de afstand van het centrum van het explosief en W beschrijven wordt de lading massa geuiteen equivalente massa van TNT. In deze regeling wordt de laad- doorgaans gekenmerkt door een zeer grote omvang, zeer ruimtelijk en in tijd niet-uniforme belastingen. Robuuste instrumentatie is dus nodig om de extreme druk in verband met near-field lading te meten. Bij geschaalde afstanden Z <0,4 m / kg ^1/3, directe metingen van de ontploffing parameters zijn ofwel onbestaande of zeer weinig ¹ en de semi-empirische voorspellende data voor deze serie is vrijwel volledig gebaseerd op parametrische studies. Dit gaat met behulp van de semi-empirische voorspellingen gegeven door Kingery en Bulmash ^2, die zich buiten het toepassingsgebied van de auteur. Terwijl hulpmiddelen op basis van deze voorspellingen ^3,4 zorgen voor een uitstekende eerste orde schattingen van het laden ze niet volledig vastleggen van de mechanica van near-field gebeurtenissen, die de focus van het huidige onderzoek.

Near-field ontploffing metingen hebben in de afgelopen tijd gericht op het kwantificeren van de output van begraven kosten. De methodieken gebruikt variëren van het beoordelen van de vervorming veroorzaakt aan een structureel doel ^5-7 aan de wereldwijde impuls meting ^8-13 richten. Deze methoden leveren waardevolle informatie voor de validatie van beschermende systeemontwerpen maar kunnen geen volledig onderzoek naar de mechanismen van lastenoverdracht. Testen kan op laboratorium- schaal (1/10 volledige schaal), of nabij volle schaal (> 1/4), met praktische redenen zoals het controleren of ingraafdiepte zodat er geen inherente vorm van de schokgolf wordt opgewekt door de gebruik van ontstekers in plaats van kale kosten ^14. Met begraven lasten hebben de bodemgesteldheid in hoge mate worden gecontroleerd om de herhaalbaarheid van de test ¹⁵ te garanderen.

Onafhankelijk van de vraag of de lading wordt geplaatst in de vrije lucht of is begraven, de meest fundamentele probleem in het meten van de resulterende explosie is het waarborgen van de geldigheid van de metingen die door de instrumentatie deployed. In het ontworpen testapparaat ¹⁶ vaste 'rigide' target plaat wordt gebruikt om de Hopkinson druk bars ¹⁷ (HPbs), terwijl schermen tegelijkertijd ervoor te zorgen dat de uiteinden van de balken alleen het volledig tot uiting druk kan opnemen. De auteurs hebben eerder aangetoond dat de meting van gereflecteerd druk uit een rigide doel meer nauwkeurige en herhaalbare dan incident, of "vrije-field" metingen ^18-20. De geometrie van deze plaat is zodanig dat elke drukverlaging gegenereerd door het opruimen of stroming rond het doel rand ²¹ verwaarloosbaar zou zijn. Deze nieuwe testapparatuur is gebouwd op 1/4 schaal. Op deze schaal strakke controle over de begrafenis omstandigheden en de explosieven kan worden gewaarborgd, met de volle schaal lading grootte van 5 kg verkleind tot 78 g, bij een begrafenis diepte van 25 mm.

Protocol

1. Stijve Reaction Frame Bepaal geschaalde distance waarvan tests gebruikt Vergelijking 1, waarbij R de afstand van het centrum van het explosief te nemen, en W de lading massa uitgedrukt als equivalente massa TNT. Z = R / W 1/3 (1) Bereken bij benadering maximale impuls deze regeling zal via numerieke modellering te genereren (zie bijlage A) of specifieke instrumenten zoals ConWep 3. Opmerking: Het gebruik van ConWep 3 is all…

Representative Results

Een effectief stijf reactie kader moet worden verstrekt. In de huidige testen totaal meegedeelde impuls van enkele honderden Newton-seconden moet worden tegengegaan met minimale vervorming. Een illustratie van de stijve reactiemengsel lijst is vervat in figuur 1. In elk frame een 50 mm staal "acceptor" plaat is in de basis van de dwarsbalken geworpen. Hoewel niet expliciet vereist, dit maakt een eenvoudige bevestiging van de weegcellen / richtplaat en biedt ext…

Discussion

Gebruik van het protocol hierboven beschreven de auteurs hebben aangetoond dat het mogelijk is om zeer betrouwbare metingen van de sterk wisselende belasting krijgen van een explosieve lading, onder toepassing van een reeks Hopkinson drukstaven. Met de interpolatieroutine zet de discrete druk in de tijd kan worden omgezet in een continue schokgolf die direct bruikbaar als het laden functie in numerieke modellering of validatiegegevens voor de output van dergelijke modellen.

Bij het gebruik v…

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