ブラスト定量ホプキンソン圧力棒を使用して
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
近接場ブラスト負荷測定、彼らは非常に過酷な環境に耐え、メガパスカルの数百までの圧力を測定することができなければならないとして、多くのセンサタイプに問題を提示します。この点でホプキンソン圧力バーの単純さはホプキンソンバーの測定端が耐えることができ、過酷な条件にさらされるが、バーに取り付けられたひずみゲージは、ある距離離れて固定することができるという点で大きな利点を有しています。これは、ひずみゲージを保護するが、測定データの集録と干渉しない保護筐体を利用することができます。圧力バーの配列の使用は、離散的な既知の点における圧力 – 時間履歴を測定することができます。また、この資料では、関心のある平面上の未計測の場所で圧力 – 時間履歴を導出するために使用される補間ルーチンについて説明します。現在の技術は、自由空気中の高性能爆薬から荷重を測定するために使用されており、様々な土壌に浅く埋め。
Introduction
爆薬の出力を特徴付けることは、両方の（現在の紛争地域で爆発装置を即興埋め込み防御）軍と民間（構造部品を設計する）、多くの利点があります。最近では、このトピックでは、かなりの注目を集めています。集められた知識の多くは、より効果的な保護構造物の設計を可能にするための電荷からの出力の定量化を目的としています。ここでの主な問題は、行われた測定は、高忠実度でない場合、これらの爆発的事象における荷重伝達のメカニズムは不明なままであることです。これにより、検証のためにこれらの測定値に依存して数値モデルの検証の問題につながります。
近接場用語はスケールされた距離に芽を記述するために使用され、Zは 、以下~1 mは/ Z = R / W 1/3 1/3、kgでより、Rは、爆薬の中心からの距離であり、W料金は大量に発現されますTNTの等価質量として。このレジームでは負荷は、典型的には、非常に空間的及び時間的に不均一な負荷、非常に高い大きさによって特徴付けられます。堅牢な計装は、したがって、ニアフィールド・ロードに関連した極端な圧力を測定するために必要とされます。 Zは <0.4メートルは/ 1/3 kgのスケーリングされた距離で、爆風パラメーターの直接測定は、存在しないか、1に非常に少数のいずれかであり、この範囲のための半経験的予測データは、パラメトリック研究にほぼ完全に基づいています。これは、著者の意図された範囲の外にあるキンガリーとBulmash 2、によって与えられた半経験的予測を使用することを含みます。これらの予測3,4に基づいて、ツールがロードの優れた一次推定を可能にする一方で、彼らは完全に現在の研究の焦点である近接場イベントの力学をキャプチャしません。
近接場ブラスト測定は、最近では、OUTPを定量化に焦点を当てています埋葬料からユタ。採用の方法論は、グローバルインパルス測定8-13を指示する構造的なターゲット5-7に生じる変形を評価するごとに異なります。これらのメソッドは、保護システム設計の検証のための貴重な情報を提供するが、完全に荷重伝達のメカニズムを調査することができません。試験は、によって生成されるように埋没深さを制御したり、衝撃波面のは固有の形状を確保していないとして、実用的な理由で、または近くにフルスケール（> 1/4）への両方の実験室スケール（1/10フルスケール）で行うことができます起爆装置ではなく、裸の 電荷14を使用します。埋め込 み電荷を有する土壌条件は、高度テスト15の再現性を保証するために制御する必要があります。
料金は無料空気中に置かれているか、埋め込まれているかどうかに関係なく、結果として爆発を測定する際の最も基本的な問題は、計装deploによって行われた測定の妥当性を確保することですYED。設計された試験装置16に固定された「剛性」ターゲットプレートは、バーの端部のみを完全に反映圧力を記録することができることを確保すると同時に、一方ホプキンソン圧力棒17（HPBS）を保護するために使用されます。著者らは、以前に18から20を剛性の目標からの反射圧の測定が入射よりも正確かつ反復可能であることを示す、または'自由'フィールド測定しています。このプレートの形状は、対象エッジ21の周囲にクリアまたは流れによって生成された圧力リリーフは無視できるであろうようなものです。この新たな試験装置は1/4スケールで構築されています。このスケールでは埋葬条件や爆発物を厳格にコントロールが25ミリメートルの埋没深さで、78グラムに縮小さ5キロのフルスケール充電サイズで、確保することができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
著者らは上記で概説プロトコルを使用することは、ホプキンソン圧力棒のアレイを使用して、炸薬の高度変化する負荷の高忠実度の測定値を取得することが可能であることを示しています。補間ルーチンを使用すると、離散圧力 – 時間履歴を数値モデルで、またはこのようなモデルの出力のための検証データとしてローディング機能として直接使用可能である連続衝撃波面に変換することが?…
Divulgazioni
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 |
Riferimenti
- 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).
