A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
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.
שדה ליד מדידת עומס הפיצוץ מציגה סוגית סוגי חיישנים רבים כפי שהם חייבים לסבול סביבות מאוד אגרסיביות ולהיות מסוגל למדוד לחצים עד מאות רבות של megapascals. מבחינה זו הפשטות של הבר לחץ הופקינסון יש יתרון גדול בכך ואילו קצה המדידה של בר הופקינסון יכול לסבול ולהיחשף תנאים קשים היה מד הלחץ רכוב על הבר יכול להיות מודבק במרחק מה. זה מאפשר מעטה מגן שינוצל מגנות על מד הלחץ אך אינם מפריע רכישת המדידה. שימוש מערך של ברי לחץ מאפשר היסטוריות לחץ בזמן בנקודות ידועות דיסקרטיות כדי להימדד. מאמר זה מתאר גם את שגרת אינטרפולציה המשמשת לחישוב היסטורי לחץ-זמן במקומות בלתי המאובזרת במטוס של עניין. כיום נעשה שימוש בטכניקה למדוד טעינת חומרי נפץ באוויר חופשי וקבר רדוד בקרקעות שונות.
אפיון הפלט של מטעני חבלה יש יתרונות רבים, הן צבאי (הגנה מפני ונקברי מטעני חבלה מאולתרים באזורי עימות הנוכחיים) ואזרח (תכנון רכיבים מבניים). פעמים בשנים האחרונות בנושא זה זכה לתשומת לב ניכרת. חלק ניכר מן הידע שנאסף יש מכוון הכימות של מפלט חיובים כדי לאפשר את העיצוב של מבנים מגנים יעילים יותר. הבעיה העיקרית כאן היא שאם המדידות שנעשו אינן בעלי איכות גבוהה אז מנגנוני העברת עומס באירועי נפץ אלה עדיין אינם ברורים. זה בתורו מוביל לבעיות אימות מודלים מספריים אשר מסתמכים על מדידות אלה למתן תוקף.
המונח שדה ליד המשמש לתיאור תקיעות עם מרחקים מדורגים, Z, פחות מ ~ 1 מ '/ ק"ג 1/3, כאשר Z = R / W 1/3, R הוא המרחק ממרכז של חומר נפץ, ו- W הוא הביע את התשלום המוניכמו מסה שווה של TNT. במשטר זה ההעמסה מאופיינת בדרך כלל על ידי בעצמה גבוהה מאוד, מאוד המון מרחבית ובזמן הלא אחיד. מכשור יציב ולכן נדרש למדוד את הלחצים הקיצוניים הקשורים טעינת שדה קרוב. בשעת Z מרחקים דורג <0.4 מ '/ קילו 1/3, מדידות ישירות של פרמטרי הפיצוץ הם או שאינם קיימות או מעט מאוד 1 והנתונים החזויים למחצה האמפיריים בטווח זה מבוסס כמעט כולו על מחקרים פרמטרית. זה כרוך באמצעות תחזיות חצי האמפיריות שנתנו קינגרי ו Bulmash 2, שהוא מחוץ לתחום המיועד של המחבר. בעוד כלים המבוססים על תחזיות אלו 3,4 לאפשר הערכות מסדר ראשון מצוין של טעינת הם לא לגמרי לכבוש את המכניקה של אירועים ליד שדה, המהווים את מוקד המחקר הנוכחי.
שדה ליד מדידות פיצוץ יש בתקופה האחרונה התמקד לכימות output מדמי הקבורים. מתודולוגיות מועסקים להשתנות מן בהערכת העיוות שנגרמה מטרה מבנית 5-7 לכוון מדידת דחף העולמי 8-13. שיטות אלה מספקים מידע רב ערך עבור האימות של עיצובי מערכת הגנה אך אינן מסוגלים חוקר את המכניקה מלאה של העברת עומס. ניסויים יכולים להתבצע בשני המידה מעבדתי (בקנה מידה מלאה 1/10), או בסמוך בהיקף מלא (> 1/4), עם מטעמים פרגמטיים כגון שליטת עומק קבורה או להבטיח שום צורה טבועה של חזית ההלם מופק על ידי שימוש נפצים ולא 14 חיובים חשופים. עם האשמות קברו את תנאי הקרקע צריכים להיות מבוקרים מאוד על מנת להבטיח את הדירות של הבדיקות 15.
המבקר של האם תשלום מושם אוויר חופשי או קבור, קמה ועומדת השאלה העקרונית ביותר במדידת הפיצוץ המתקבל הוא להבטיח את תוקפו של מדידות שנעשו על ידי המכשור deployed. במנגנון הבדיקה תוכנן 16 צלחת יעד הנוקשה 'קבועה משמשת להגן על ברי לחץ הופקינסון 17 (HPBs) בעוד באותו הזמן על מנת להבטיח כי הקצוות של המוטות יכולים רק להקליט את הלחצים לידי ביטוי המלא. המחברים הראו בעבר כי מדידה של לחץ מוחזר מן היעד נוקשה יותר לשחזור מדויק מאשר אירוע, או מדידות 'חופשי-השדה' 18-20. הגיאומטריה של צלחת היא כזו, שאין שום הקלת לחץ שנוצרה על ידי ניקוי או הזרימה מסביב לקצה היעד 21 תהיה זניחה. מנגנון הבדיקה החדשה נבנה בקנה מידה 1/4. בשעת שליטה הדוקה בסדר גודל כזה על תנאי הקבורה ואת הנפץ ניתן להבטיח, עם גודל תשלום בהיקף המלא של 5 קילו scaled עד 78 גרם, בעומק קבורה של 25 מ"מ.
1. מסגרת תגובה קשיחה
איור 1. סכמטי של מסגרת הבדיקה. (א) הסדר בסך הכל, (ב) תוכנית של צלחת היעד, (ג) תמונת תקריב של הצלחת היעד. Tברי לחץ הוא הופקינסון תלויים ממקלט ההרכבה הברה כך הם יושבים מיושרים עם פני צלחת היעד. זה מאפשר את הלחץ לידי ביטוי המלא הפועל על צלחת היעד שיירשם. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
2. עיצוב תא עומס
תרשים איור 2. של תאי עומס מפוברק ללא צורך במיקור חוץ. (א) צד גובה, (ב) העלאת הסוף. הגליל האפור הכהה הוא צינור פלדת קיר עבה אשר זנים תחת העמסה. זן זה נרשם באמצעות מד לחץ יחיד כמו שאף סיבוב חווה במהלך הטעינה. מתוך הכיול של תא העומס את הלחץ יכול להיות קשור בחזרה את הלחץ המופעל. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
3. עיצוב בר הופקינסון לחץ
4. התקנה ניסיונית & קליטת נתונים
הערה: עם מסגרת התגובה, צלחת היעד, תאי עומס HPBs מעוצב מפוברק, הרכבה יכול להתחיל כפי שמוצג באיור 1, ועוצב בסעיף פרוטוקול 1.
איור 3. (א) תרשים של HPB מצויד לתוך צלחת היעד, (ב) קטע דרך HPB ב מד מיקום, (C) למשל ויטסטון מעגל הגשר. שני מדדים זן משמשים גשר ויטסטון כך וכיפוף של בר הופקינסון הוא גancelled החוצה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
5. הכנת חומר נפץ
6. רצף ירי
הערה: יש כמות קטנה של חפיפה עם סעיף פרוטוקול 5 בשל NATיור של הבדיקות. רצף הירי צריך לשאוף למזעור סיכון צריך להתנהל רק על ידי צוות מיומן כראוי.
7. אינטרפולציה נומריות מערך 1D HPB
איור 4. רצף אינטרפולציה עבור מערך 1D HPB. (א) נתונים מקוריים, (ב) נתוני זמן שהוסט, (C) לזעזע זמני הגעה קדמיים, (D) 16 נתונים בזמן לחץ אינטרפולציה סופי. האופי הדיסקרטי של היסטוריות זמן לחץ ניתן לראות בבירור (א) קשר לעובדה שאין המשכיות בין הלחצים שיא בכל אחד מהחמישה מיקומי המד. כאשר מיושר על ידי לחץ שיא כמו (B) אינטרפולציה של לחץ בכל מרחק רדיאלי (בהנחה זמנית הגעה) אפשרי. לפי הקלטת משמרת הזמן הנדרשת כדי ליישר את הלחצים שיא את זמן ההגעה של חזית ההלם ניתן לחשב את shעצמו (C). אז זה מאפשר זמן ההגעה וההיסטוריה לחץ זמן יחושבו לכל מרחק רדיאלי להיות אינטרפולציה של לחצים מצד (B) וזמן מ (C) נותן את לחץ אינטרפולציה הסופי כפי שניתן לראות (D). אנא לחץ כאן כדי להציג גדול גרסה של נתון זה.
8. אינטרפולציה נומריות מערך 2D HPB
הערה: הקוד משמש להרצת אינטרפולציה ב Matlab סופק יחד עם קובץ תוצאות דוגמה אשר יכונה בסעיף זה.
איור 5. רצף אינטרפולציה עבור מערך 2D HPB. (א) מוסכם סימן המשמש, (ב) נתונים מקוריים מ"מ, (ג) נתונים בזמן שהוסט412 / 53412eq36.jpg "/> מ"מ, ו (ד) זמן הגעה לכל כיוון רדיאלי 16. לקבלת מערך 2D של ברים בהיסטוריה לחץ הזמן בכל נקודה תלויה הוא במרחק רדיאלי אשר ברבע נקודת העניין ממוקמת . אם הפיצוץ היה לגמרי סימטרי אז הלחצים (ב ') היו מהווים קווים אנכיים כפי שמוצגים (C). (ב) ניתן לראות כי חזית ההלם הוא מגיע מיקום 50 מ"מימ על
הציר הראשון.
אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
מסגרת תגובה נוקשה ביעילות צריכה להינתן. ב הנוכחי בודק דחף הנחילה סך של כמה מאות ניוטון-שניות צריך להתנגד עם סטיה מינימלית. איור של מסגרת התגובה הנוקשה המשמשת ניתן באיור 1. בכל מסגרת צלחת 50 מ"מ פלדה "acceptor" נוצקה בבסיס קורה לחצות. בעוד ל?...
באמצעות הפרוטוקול שתואר לעיל המחברים הראה כי ניתן לקבל מדידות איכות גבוהות של ההעמסה השונה מאוד מן מטען, באמצעות מערך של ברי לחץ הופקינסון. שימוש שגרתי אינטרפולציה התוותה את ההיסטוריה לחץ-בזמן בדיד ניתן להפוך חזית הלם מתמשכת אשר היא שמיש ישירות כפונקצית טעינת דוגמנ?...
The authors have nothing to disclose.
The authors wish to thank the Defence Science and Technology Laboratory for funding the published work.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
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 | 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 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved