Blast Ölçümü Hopkinson Basınç Barlar kullanma
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
onlar çok agresif ortamlara tahammül ve megapascal yüzlerce kadar basınç ölçmek mümkün olması gerektiği gibi yakın alan patlama yükü ölçümü birçok sensör tiplerine bir sorunu sunar. Bu bağlamda Hopkinson basınç çubuğunun basitlik Hopkinson çubuğun ölçüm ucu dayanabilir ve zor koşullara maruz iken, gerilim ölçer bazı mesafe uzak yapıştırılmış olabilir bara monte edilmiş büyük bir avantaja sahiptir. Bu koruyucu kılıflar gerilme ölçer korumak ancak ölçüm edinimi karışmaz hangi kullanılmak üzere izin verir. sıkıştırma bıçaklarının bir dizinin kullanımı ayn bilinen noktalarda basınç-zaman geçmişleri ölçülmesini sağlar. Bu makalede ayrıca ilgi düzleminde un-instrumented yerlerde basınç-zaman geçmişlerini türetmek için kullanılan interpolasyon rutin açıklar. Şu anda teknik serbest havada yüksek patlayıcılar gelen yükleme ölçmek için kullanılır olmuştur ve çeşitli topraklarda sığ gömülü.
Introduction
patlayıcı çıktı karakterize hem (mevcut çatışma bölgelerinde patlayıcı doğaçlama gömülü karşı savunma) askeri ve sivil (yapısal bileşenler tasarlama), pek çok faydaları vardır. Son zamanlarda bu konu oldukça dikkat çekmiştir. toplanan bilgilerin çok daha etkili koruyucu yapıların tasarım sağlamak için ücretleri çıktı ölçümü amaçlamıştır. Burada asıl mesele yapılan ölçümler yüksek sadakat değilse o zaman bu patlayıcı olaylarda yük transferi mekanizmaları tam olarak bilinmemektedir olmasıdır. Bu da doğrulama için bu ölçümler kullanan sayısal modeller doğrulama sorunlara yol açar.
Yakın alan dönem ölçekli mesafeler, Z, daha az ~ 1 m / Z = R / 1/3 W, R, patlayıcı mesafesinde merkezi olan 1/3 kg daha ve W patlamalar tanımlamak için kullanılır yük kütlesi olarak ifade edilirTNT eşdeğer bir kitle olarak. Bu rejimde yükleme genellikle yüksek uzaysal ve zamansal düzgün olmayan yükleri çok yüksek büyüklükte, ile karakterizedir. Sağlam enstrümantasyon dolayısıyla yakın alan yükleyici ile bağlantılı aşırı baskılara ölçmek için gereklidir. Ölçekli mesafeleri Z at <0.4 m / 1/3 kg patlama parametrelerinin doğrudan ölçümleri olmayan ya da çok az 1 ve bu aralık için yarı ampirik tahmini veriler parametrik çalışmalar neredeyse tamamen dayanır ya vardır. Bu yazarın amaçlanan kapsamı dışındadır Kingery ve Bulmash 2, tarafından verilen yarı ampirik tahminler kullanarak içerir. Bu tahminler 3,4 dayalı araçlar yükleme mükemmel birinci dereceden tahminlerine izin iken onlar tamamen güncel araştırma odağı olan yakın saha olayları, mekaniği yakalamak yok.
Yakın alan patlama ölçümleri son zamanlarda sahip outp miktarının üzerinde duruldugömülü ücretleri ut. Kullanılan yöntemler, küresel dürtü ölçümü 8-13 doğrudan bir yapısal hedefe 5-7 kaynaklanan deformasyondan değerlendirmek değişir. Bu yöntemler, koruyucu sistem tasarımlarının doğrulanması için değerli bilgiler sağlayabilir ancak tam yük transferi mekaniği soruşturma yeteneğine sahip değildir. Test tarafından oluşturulan bu tür mezar derinliğini kontrol veya şok ön hiçbir doğal şekli sağlanması gibi pragmatik nedenlerle, ya da yakın tam ölçekli (> 1/4) için her iki laboratuvar ölçekler (1/10 tam skala) de yapılabilir kapsüller yerine çıplak ücretleri 14 kullanımı. Gömülü ücretleri ile toprak koşulları son derece test 15 tekrarlanabilirliği garanti etmek için kontrol edilmesi gerekir.
Şarj serbest hava yerleştirilir veya gömülü olup olmadığını bağımsız olarak, ortaya çıkan patlama ölçmede en temel sorunu enstrümantasyon deplo tarafından yapılan ölçümlerin geçerliliğini sağlamak olduğunuyed. Tasarlanmış test cihazının 16 sabit bir 'sert' hedef plakası barlar uçları sadece tam yansıyan baskıları kaydedebilirsiniz sağlamak iken aynı zamanda Hopkinson basınç çubukları 17 (HPBs) korumak için kullanılır. Sert bir hedef 'serbest alanın' ölçümleri 18-20 daha doğru ve olayın daha tekrarlanabilir, ya da gelen yazarlar, daha önce yansıyan basınç ölçümünün göstermiştir. Bu plakanın geometri hedef kenarı 21 civarında temizleyerek veya akış tarafından oluşturulan herhangi bir basınç tahliye olmayacağı şekildedir. Bu yeni test cihazı 1/4 ölçeğinde inşa edilmiştir. defin koşulları ve patlayıcı üzerinden bu ölçek sıkı kontrolünde 25 mm'lik bir gömü derinliğinde, 78 g küçülttüm 5 kg tam ölçekli şarj büyüklüğü ile, sağlanabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
yazarlar yukarıda özetlenen protokolü kullanarak onu Hopkinson basınç çubuklarının bir dizi kullanarak, bir patlayıcı şarjla derece değişen yükleme yüksek sadakat ölçümleri elde etmek mümkün olduğunu göstermiştir. ayrık basınç-zaman geçmişleri enterpolasyon rutin olabilir özetle kullanılarak sayısal modelleme veya bu tür modellerin çıkışı için doğrulama verisi olarak yükleme fonksiyonu olarak doğrudan kullanışlı bir sürekli şok ön dönüştürülecektir.
<p class="jove_…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 |
References
- 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).
