Explosion Quantifizierung Mit 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
Nahfeld-Hochlastmessung stellt ein Problem für viele Sensortypen, da sie sehr aggressive Umgebungen ertragen müssen und in der Lage sein, Druck zu messen, bis zu vielen hundert Megapascal. In dieser Hinsicht hat die Einfachheit des Hopkinson Druck bar einen großen Vorteil, dass während der Messung Ende des Hopkinson Bar aushalten kann und zu harten Bedingungen ausgesetzt werden, kann der DMS-an der Stange montiert in einiger Entfernung angebracht werden. Dies ermöglicht Schutzgehäuse verwendet werden, welche die Dehnungsmesser schützen, aber nicht mit der Messwerterfassung stören. Die Verwendung einer Anordnung von Druckstangen ermöglicht es, die Druckzeitverläufe an diskreten bekannten Punkten gemessen werden. Dieser Artikel beschreibt auch die Interpolation Routine verwendet, um Druck-Zeitverläufe an un-instrumentierten Stellen auf der Ebene von Interesse abzuleiten. Derzeit ist die Technik wurde in der freien Luft und begraben seicht in verschiedenen Böden zu messen Laden von Sprengstoffen verwendet.
Introduction
Charakterisieren die Ausgabe von Sprengladungen hat viele Vorteile, sowohl militärische (Verteidigung gegen Sprengkörper in aktuellen Konfliktzonen improvisierten vergrabene) und zivilen (Gestaltung Strukturkomponenten). In der letzten Zeit hat sich dieses Thema große Aufmerksamkeit erhalten. Ein Großteil des gesammelten Wissens wurde bei der Quantifizierung der Ausgabe von Ladungen zum Ziel, die Gestaltung wirksamer Schutzstrukturen zu ermöglichen. Das Hauptproblem dabei ist, dass, wenn die Messungen nicht von hoher Genauigkeit sind dann die Mechanismen der Lastübertragung in diesen explosiven Ereignisse unklar bleiben. Dies wiederum führt zu Problemen Validieren numerischen Modellen, die für die Validierung dieser Messungen verlassen.
Der Begriff Nahfeld verwendet Blasten mit skalierten Entfernungen, Z, weniger als ca. 1 m / kg 1/3, wobei Z = R / W 1/3, R der Abstand vom Zentrum des Sprengstoffes zu beschreiben und W die Ladung Masse ausgedrücktals äquivalente Masse von TNT. In diesem Bereich wird die Beladung der Regel durch eine extrem hohe Größe gekennzeichnet, hoch räumlich und zeitlich ungleichmäßigen Belastungen. Robuste Instrumentierung ist daher die extremen Drücke erforderlich, um mit Nahfeld-Belastung zu bemessen. Bei skalierten Entfernungen Z <0,4 m / kg 1/3, direkte Messungen der Strahlparameter sind entweder nicht vorhanden oder nur sehr wenige 1 und die semi-empirischen Prognosedaten für diesen Bereich wird auf Parameterstudien basiert fast ausschließlich. Dabei werden die semi-empirischen Vorhersagen über die angegebenen durch Kingery und Bulmash 2, die außerhalb des Autors beabsichtigten Umfang ist. Während auf diesen Prognosen basierten Tools 3,4 für exzellente erster Ordnung Schätzungen der Belastung erlauben sie erfassen nicht die Funktionsweise der Nahfeld-Veranstaltungen, die im Mittelpunkt der aktuellen Forschung sind.
Nahfeld-Explosion Messungen haben in der letzten Zeit konzentrierte sich auf die Quantifizierung der Ausgut von vergrabene Ladungen. Die Methoden variieren , von der Beurteilung der zu einer strukturellen Ziel verursachte Verformung 5-7 8-13 globalen Impulsmessung zu lenken. Diese Methoden liefern wertvolle Informationen für die Validierung von Schutzsystemkonstruktionen sind aber nicht in der Lage die Funktionsweise der Lastübertragung zu untersuchen. Die Prüfung kann an beiden Laborwaagen (1/10 full scale), oder in der Nähe des Skalenendwerts (> 1/4), mit pragmatischen Gründen wie Controlling Eingrabtiefe oder Gewährleistung keine inhärente Form der Stoßfront wird durch die erzeugte erfolgen Verwendung von Zündern und nicht bloßen Kosten 14. Mit vergrabenen Ladungen müssen die Bodenbedingungen sehr gesteuert werden , um die Wiederholbarkeit des Tests 15 zu gewährleisten.
Unabhängig von der, ob die Ladung in der freien Luft platziert ist oder vergraben ist, ist die grundlegende Frage der resultierenden Explosion bei der Messung der Gültigkeit der Messungen durch die Instrumentierung deplo Gewährleistungyed. In der vorgesehenen Testvorrichtung 16 eine feste 'starren' Zielplatte wird verwendet , um die Hopkinson Druckstäbe abzuschirmen 17 (HDU) , während gleichzeitig sichergestellt wird, dass die Enden der Balken nur die vollständig reflektiert Drücke aufzeichnen kann. Die Autoren haben bereits entschieden, dass eine Messung reflektierten Druck gezeigt aus einem starren Ziel genauer und wiederholbarer als einfällt, oder "Freifeld" Messungen 18-20. Die Geometrie dieser Platte ist , so daß jede Druckentlastungs erzeugt durch Löschen oder Umströmung der Zielkante 21 vernachlässigbar wäre. Diese neue Testvorrichtung wurde bei 1/4 Maßstab gebaut. Bei diesem Maßstab eine strenge Kontrolle über den Grabbedingungen und den Sprengstoff sichergestellt werden kann, mit dem vollen Umfang der Füllmenge von 5 kg bis 78 g verkleinert, bei einer Grabtiefe von 25 mm.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mit dem Protokoll über den Autoren dargelegt haben gezeigt, dass es möglich ist, High-Fidelity-Messungen der stark variierenden Belastung von einer Sprengladung zu erhalten, eine Reihe von Hopkinson Druckstangen verwendet wird. Mit Hilfe der Interpolation Routine skizzierte die diskreten Druck-Zeitverläufe können in einem kontinuierlichen Schockfront umgewandelt werden, die für die Ausgabe solcher Modelle direkt als Ladefunktion in der numerischen Modellierung oder als Validierungsdaten verwendbar ist.
<p class…Declarações
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 |
Referências
- 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).
