Explosión Cuantificación Utilizando listones de presión de Hopkinson
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
De campo cercano medición de la carga explosiva presenta un problema para muchos tipos de sensores, ya que deben soportar ambientes muy agresivos y ser capaz de medir presiones de hasta varios cientos de megapascales. En este sentido, la simplicidad de la barra de presión de Hopkinson tiene una gran ventaja en que, si bien al final de medición de la barra de Hopkinson puede aguantar y se expone a condiciones duras, el indicador de tensión montado en la barra puede ser colocada a cierta distancia. Esto permite que las carcasas protectoras para ser utilizados que proteger el medidor de deformación, pero no interfiere con la adquisición de medición. El uso de una matriz de barras de presión permite que los historiales de tiempo de presión en puntos conocidos discretos a medir. En este artículo también describe la rutina de interpolación utilizado para derivar las historias de tiempo de presión en los lugares de la ONU-instrumentado en el plano de interés. Actualmente la técnica se ha utilizado para medir la carga de explosivos de gran potencia en el aire libre y enterrados superficialmente en distintos tipos de suelo.
Introduction
La caracterización de la salida de cargas explosivas tiene muchos beneficios, tanto militares (defensa contra enterrado artefactos explosivos improvisados en zonas de conflicto actuales) y civiles (el diseño de componentes estructurales). En los últimos tiempos este tema ha sido objeto de considerable atención. Gran parte del conocimiento adquirido ha dirigido a la cuantificación de la salida de cargos para permitir el diseño de estructuras de protección más eficaces. El principal problema aquí es que si las mediciones realizadas no son de alta fidelidad a continuación, los mecanismos de transferencia de carga en estos eventos explosivos siguen sin estar claros. Esto a su vez conduce a problemas de validación de modelos numéricos que dependen de estas medidas para la validación.
El término de campo cercano se utiliza para describir explosiones con distancias a escala, Z, menos de ~ 1 m / kg 1/3, donde Z = R / W 1/3, R es la distancia desde el centro del explosivo, y W se expresa la masa de la cargacomo una masa equivalente de TNT. En este régimen de la carga se caracteriza típicamente por extremadamente alta magnitud, temporal cargas no uniformes altamente espacial y. Instrumentos robustos, por lo tanto se requiere para medir las presiones extremas asociadas con la carga de campo cercano. A distancias en escala Z <0,4 m / kg 1/3, mediciones directas de los parámetros hornos son inexistentes o muy pocos 1 y los datos predictivos semi-empíricos para esta gama se basa casi por completo en estudios paramétricos. Esto implica el uso de las predicciones semi-empíricas dadas por Kingery y Bulmash 2, que está fuera del alcance previsto del autor. Mientras que las herramientas basadas en estas predicciones 3,4 permiten excelentes estimaciones de primer orden de carga que no captan plenamente la mecánica de los eventos de campo cercano, que son el foco de la investigación actual.
Mediciones de campo próximo hornos tienen en los últimos tiempos se centró en la cuantificación de la output de cargas enterradas. Las metodologías empleadas varían de evaluar la deformación causada a un objetivo estructural 5-7 para la medición directa de impulso mundial 8-13. Estos métodos proporcionan información valiosa para la validación de diseños de protectores del sistema, pero no son capaces de investigar a fondo los mecanismos de transferencia de carga. Se pueden realizar pruebas tanto a escala de laboratorio (1/10 escala completa), o por lo cerca de la escala completa (> 1/4), con razones prácticas como el control de profundidad de enterramiento o asegurando que no forma inherente del frente de choque se genera por la uso de detonadores en lugar de cargas desnudos 14. Con cargas enterradas las condiciones del suelo tienen que ser muy controlado para garantizar la repetibilidad de la prueba 15.
Independiente de la si la carga se coloca en el aire libre o está enterrado, el problema más fundamental en la medición de la explosión resultante es asegurar la validez de las mediciones realizadas por el deplo instrumentaciónyed. En el aparato de prueba diseñada 16 una placa de destino 'rígida' fijo se utiliza para proteger las barras de presión de Hopkinson 17 (HPBs), mientras que al mismo tiempo asegurar que los extremos de las barras sólo pueden registrar las presiones plenamente reflejadas. Los autores han demostrado previamente que la medición de la presión reflejada desde un objetivo rígido es más preciso y repetible de incidente, o mediciones 'de campo libre' 18-20. La geometría de esta placa es tal que cualquier alivio de la presión generada en la limpieza o el flujo alrededor del borde 21 de destino sería insignificante. Este nuevo aparato de prueba se ha construido a escala 1/4. En este control estricto escala sobre las condiciones de enterramiento y los explosivos se puede asegurar, con el tamaño de la carga a gran escala de 5 kg reducido para 78 g, a una profundidad de enterramiento de 25 mm.
Protocol
Representative Results
Discussion
Utilizando el protocolo descrito anteriormente, los autores han demostrado que es posible obtener mediciones de alta fidelidad de la carga altamente variando de una carga explosiva, utilizando una matriz de barras de presión de Hopkinson. El uso de la rutina de interpolación esbozó las historias de tiempo de presión discretos se puede transformar en un frente de choque continua que se puede utilizar directamente como la función de carga en el modelado numérico o como datos de validación para la salida de tales mo…
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 |
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