Blast Kvantifisering Bruke 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

Nær-feltet blast last måling presenterer et problem for mange sensortyper som de må tåle svært aggressive miljøer og være i stand til å måle trykk opp til mange hundre megapascal. I denne forbindelse enkelhet av Hopkinson trykk bar har en stor fordel i at mens målingen slutten av Hopkinson bar kan tåle og bli utsatt for tøffe forhold, strekklappen montert baren kan være festet et stykke unna. Dette gjør det mulig beskyttende mantler som skal benyttes som beskytter deformasjonsmåleren men forstyrrer ikke målingen anskaffelse. Bruken av en oppstilling av presstengene gjør at trykk-tidshistorier ved diskrete kjente punkter som skal måles. Denne artikkelen beskriver også interpole rutine brukes til å utlede trykk-time historier på un-instrumentert steder på flyet av interesse. For tiden teknikken er blitt brukt til å måle lasting av høy-eksplosiver i fri luft og begravet grunt i forskjellige jordsmonn.

Introduction

Karakteriserer produksjonen av sprengladninger har mange fordeler, både militære (forsvar mot begravet improviserte eksplosive innretninger i aktuelle konfliktsoner) og sivile (designe strukturelle komponenter). I nyere tid dette emnet har fått stor oppmerksomhet. Mye av kunnskapen samlet har rettet mot kvantifisering av produksjonen fra avgifter for å muliggjøre utforming av mer effektive beskyttelsesstrukturer. Hovedproblemet her er at hvis målingene er gjort ikke er av høy fidelity da mekanismene for lastoverføring i disse eksplosive hendelsene fortsatt uklare. Dette i sin tur fører til problemer som validerer numeriske modeller som er avhengige av disse målingene for validering.

Uttrykket nærfeltet blir brukt for å beskrive oppvirvling med skalerte avstander, Z, mindre enn ~ 1 m / kg ^1/3, hvor Z = R / W ^1/3, R er avstanden fra sentrum av sprengstoffet, og W er lade massen uttryktsom en ekvivalent masse av TNT. I dette regimet laste er vanligvis preget av ekstremt høy magnitude, svært romlig og tidsmessig ikke-uniforme laster. Robust instrumentering er derfor nødvendig for å måle de ekstreme presset forbundet med nær-feltet lasting. På skalert avstander Z <0,4 m / kg ^1/3, direkte målinger av blåse parametrene er enten ikke-eksisterende eller svært få ^ett og semi-empiriske prediktive data for denne serien er basert nesten utelukkende på para studier. Dette innebærer å bruke semi-empiriske prediksjoner gitt av Kingery og Bulmash ^2, som er utenfor forfatterens ment omfang. Mens verktøy basert på disse spådommer ^3,4 tillate for gode førsteordens beregninger av laste de ikke fullt ut fange mekanikken i nær-felt hendelser, som er fokus for dagens forskning.

Nær-feltet blast målinger har i det siste fokusert på å kvantifisere OUTPutca fra begravet kostnader. De anvendte metoder varierer fra å vurdere deformasjon forårsaket en strukturell mål ^5-7 til å lede globale impuls måling ^8-13. Disse metodene gir verdifull informasjon for validering av beskyttende system design, men er ikke i stand til fullt ut å undersøke mekanikerne av belastningsoverføring. Testing kan gjøres på begge laboratorie skalaer (1/10 fullskala), eller i nærheten av fullskala (> 1/4), med pragmatiske grunner som kontrollerende overdekning eller sikre noen iboende form av sjokk fronten er generert av bruk av detonatorer i stedet for bare kostnader ^14. Med begravet kostnader grunnforholdene må være svært kontrollert for å garantere repeterbarhet av test ^15.

Uavhengig av hvorvidt ladningen anbringes i fri luft eller er begravet, den mest grunnleggende problem i å måle den resulterende eksplosjon er å sikre gyldigheten av målingene gjort av instrumenter deployed. I designet testapparatet ¹⁶ en fast "stiv" sikteplate brukes til å skjerme Hopkinson presstengene ¹⁷ (HPBs), mens på samme tid sikre at endene av stengene kan bare ta opp fullt ut er reflektert trykk. Forfatterne har tidligere vist at måling av reflektert press fra en rigid mål er mer nøyaktige og repeterbare enn hendelsen, eller "gratis-felt 'målinger ^18-20. Geometrien til denne platen er slik at en hvilken som helst trykkavlastnings som genereres ved å fjerne eller vannstrømmen rundt målet kanten ²¹ vil være ubetydelig. Denne nye testapparat er konstruert på 1/4 skala. På denne skalaen stram kontroll over grav forhold og eksplosiver kan sikres, med fullskala kostnad størrelse på 5 kg skalert ned til 78 g, med en overdekning på 25 mm.

Protocol

1. Rigid Reaksjon Frame Bestemme skalert avstand ved hvilken testing vil finne sted ved bruk av ligning 1, hvor R er avstanden fra midten av sprengstoffet, og W er ladningen massen, uttrykt som en ekvivalent masse av TNT. Z = R / W 1/3 (1) Beregn omtrentlig maksimal impuls denne ordningen vil generere via numerisk modellering (se vedlegg A) eller spesifikke verktøy som ConWep tre. Merk: Bruken av ConWep 3 er kun gyldig for fr…

Representative Results

Et effektivt stiv ramme reaksjon må gis. I dagens teste en total meddelt impuls av flere hundre Newton sekunder må være imot med minimal nedbøyning. En illustrasjon av den stive ramme reaksjonen anvendes er gitt i figur 1. I hver ramme en 50 mm stål "akseptor" platen er støpt inn i bunnen av tverrbjelker. Mens det ikke er uttrykkelig nødvendig, gir mulighet for enkel fiksering av veieceller / måleplate og gir ekstra beskyttelse til den flate av betongbj…

Discussion

Ved anvendelse av protokollen beskrevet ovenfor forfatterne har vist at det er mulig å få fidelity målinger av svært varierende lasting høy fra en eksplosiv ladning, ved bruk av en oppstilling av Hopkinson presstengene. Bruk av interpolering rutine skissert diskrete press-time historier kan bli forvandlet til en kontinuerlig sjokk foran som er brukbare direkte som lasting funksjon i numerisk modellering eller som valideringsdata for produksjon av slike modeller.

Når du bruker begravet …

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