الانفجار الكمي عن طريق هوبكنسون البارات الضغط

الهدف العام من هذه التجربة هو قياس التوزيع المكاني والزماني للضغط بدقة في البيئة شديدة العدوانية المتولدة بالقرب من الشحنة المتفجرة. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال هندسة الحماية من الانفجار مثل الشكل الدقيق للحمل المنقول وكيف تؤثر عوامل مثل نوع المتفجر وشكله على الحمل المنقول. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها تسمح لنا بتسجيل الضغوط التي تتجاوز حدود أساليب القياس التقليدية.

على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن توفر رؤى حول انفجارات الهواء الحر ، إلا أنه يمكن تطبيقها أيضا على أحداث أخرى ، مثل الشحنات المدفونة أو تحت الماء. جربنا أولا فكرة هذه الطريقة باستخدام شريط ضغط هوبكنسون واحد ، وسرعان ما أدركنا أن هناك حاجة إلى مجموعة كبيرة لالتقاط البيانات بدقة. للبدء ، احسب الحد الأقصى التقريبي للدافع الذي سيولده ترتيب إطار الاختبار باستخدام تحليل البرامج ، كما هو الحال مع ConWep.

بالنسبة للشحنات المدفونة ، تكون هذه العملية أقل وضوحا ، لأنها تتطلب تقنيات عددية أكثر تقدما لنمذجة التفاعل بين التربة والمتفجرات واللوحة المستهدفة. يتم توفير تفاصيل حول إنتاج إطار الاختبار وخلايا الحمل في بروتوكول النص. اختر الموضع الموجود على قضبان الضغط في هوبكنسون الذي سيتم وضع مقياس الإجهاد فيه ، بحيث يكون قريبا قدر الإمكان من الوجه المحمل لتقليل التشتت.

في هذا الإعداد ، يؤدي سمك اللوحة المستهدفة والقدرة على المناورة المطلوبة لتناسب القضبان إلى تثبيت المقاييس على بعد 250 ملم من الوجه المحمل. نصف قطر الشريط المحسوب المطلوب لالتقاط الحدث هو في هذه الحالة خمسة ملليمترات. استخدم أضيق دقة مكانية للأشرطة التي لا تضر بالسلامة الهيكلية.

في هذه الحالة ، المسافة 25 ملم. يتم توفير مزيد من التفاصيل في بروتوكول النص. للبدء ، باستخدام cyanoacrylate ، قم بتوصيل مقياس إجهاد أشباه الموصلات بقضبان ضغط هوبكنسون ، ثم بخلايا الحمل.

قم بتركيب اللوحة المستهدفة على إطار التفاعل الصلب باستخدام خلايا الحمل إذا لزم الأمر. تأكد من أن جميع الكابلات مؤرضة بشكل جيد لتحسين جودة الإشارة. يجب أن تكون الأسلاك أيضا طويلة بما يكفي للاتصال براسم الذبذبات خارج منطقة الانفجار.

يجب أن يحمل أي سلك محمي إشارة كافية. الآن ، قم بتعليق قضبان ضغط هوبكنسون من جهاز استقبال تجميع الشريط. قم بتمرير الطرف المحمل من خلال الفتحة الصحيحة في اللوحة المستهدفة ، وقم بتعليق قضبان ضغط هوبكنسون بحرية من الجوز الملول على نهاياتها البعيدة.

باستخدام مستوى ، اضبط الصواميل لوضع القضبان عموديا ولجعل وجوههم مستوية مع اللوحة المستهدفة. الآن ، استخدم التجربة والخطأ لضبط القطع على المقاوم المتغير في دائرة التكييف للحفاظ على الجهد ضمن حدود راسم الذبذبات. صفر قراءة التوازن على كل قناة كما هو موضح في مربعات مكبر الصوت.

بعد ذلك ، قم بتوصيل إخراج المقياس المضخم براسم الذبذبات الرقمي المناسب. قم بتكوين راسم الذبذبات على تردد أخذ العينات 1.56 ميغاهرتز مع مدة تسجيل تبلغ 28.7 مللي ثانية وقم بتعيين مدة ما قبل الزناد إلى 3.3 مللي ثانية. يجب توصيل 22 مقياسا إجماليا ، 17 من قضبان ضغط هوبكنسون ، وأربعة من خلايا الحمل ، وسلك كسر واحد.

سجل الجهد والوقت من كل مقياس. اضبط التسجيل على التشغيل عندما يتجاوز الجهد في سلك الكسر قيمة النافذة الخارجية، مثل زائد أو ناقص 100 مللي فولت. في حالة اختبار شحن الهواء المجاني ، استخدم شريطا رفيعا من الخشب لتعليق الشحنة أسفل اللوحة المستهدفة عند المواجهة الصحيحة ، في هذه الحالة 200 ملم.

ضع الشحنة بشكل محوري مع مصفوفة القياس لضمان قراءات صالحة. العنصر الحاسم في اختبار الشحنة المدفونة هو تحضير قاع التربة وعملية الدفن. الدقة مطلوبة لضمان تحقيق نتائج قابلة للتكرار.

بعد ذلك ، أغلق النطاق. انشر الحراس للتأكد من أن النطاق واضح أثناء إطلاق النار. الآن ، قبل إطلاق شحنة هواء مجانية مباشرة ، قم بتوصيل سلك الكسر بالمفجر وأدخل مفجرا كهربائيا في منتصف الطريق في الشحنة من القاعدة.

الآن ، انتقل إلى نقطة إطلاق النار وتأكد من أن الأجهزة تعمل. ثم قم بتزويد سلك الكسر. الآن ، تأكد من التحقق من الحراس من أنه من الآمن المضي قدما في إطلاق النار.

ثم ابدأ المتفجرات. بعد التفجير ، اجعل منطقة الاختبار آمنة وقم بتنزيل البيانات ونسخها احتياطيا. أثناء كتابة بروتوكول لوصف الخطوات المطلوبة في هذه المرحلة ، يتم أيضا توفير برنامج نصي Matlab مطور للسماح بمعالجة البيانات بسرعة باستخدام المنهجية الدقيقة.

قم باستيراد البيانات من ملفات البيانات الأولية إلى Matlab بالنقر المزدوج فوق اسم الملف ثم النقر فوق إنهاء في معالج الاستيراد. بعد ذلك ، افتح البرنامج النصي للاستيفاء Matlab. في قسم الربط من الكود ، حدد شبكة منتظمة يتم تشغيل الاستيفاء عليها عن طريق تغيير الشبكة.

استخدم نفس الدقة في أي نمذجة رقمية مستقبلية. هذه الخطوة الحاسمة تحول البيانات السرية إلى خريطة ثنائية الأبعاد. سيقوم البرنامج النصي بتغيير جميع آثار ضغط شريط الضغط في هوبكنسون.

التحول الزمني مطلوب للسماح لروتين الاستيفاء بتحديد موقع جبهة الصدمة بنجاح في أي وقت. الآن ، قم بمحاذاة البيانات من كل مصفوفة شعاعية بحيث تتم مزامنة جميع الضغوط القصوى. بعد ذلك ، احسب نصف القطر ، r ، والزاوية ، بيتا ، لنقطة اهتمام معينة على الشبكة.

قم بتطبيق الاستيفاء 1D على مصفوفتي شريط ضغط هوبكنسون الأقرب إلى نقطة اهتمام نصف قطر الحالي. على سبيل المثال ، عند 45 درجة ، سيستخدم الاستيفاء مصفوفات X و X و Y و Y. الآن ، استيفاء الخطية بين الضغطين بناء على الزاوية.

على سبيل المثال ، عند 45 درجة ، استخدم 50٪ X و X و 50٪ Y ، Y. ثم ، قم بتغيير الوقت لسجل وقت الضغط لكل موقع بناء على الاستيفاء التكعيبي لوقت وصول الصدمة. في النهاية ، النتيجة هي تاريخ وقت ضغط مقحم بالكامل. تم تصميم إطار تفاعل صلب فعال قادر على مقاومة عدة مئات من نيوتن ثانية مع الحد الأدنى من الانحراف باستخدام لوحة مستهدفة فولاذية خفيفة مقاس 100 ملم.

صمد هذا الإطار أمام الاختبارات حتى 500 نيوتن ثانية. تم إجراء اختبار واحد باستخدام 17 شريط ضغط هوبكنسون تم تكوينه في مصفوفة ثنائية الأبعاد باستخدام قضبان بطول 3.25 متر مع نصف قطر خمسة ملليمترات. تم ضبط التباعد على 25 ملم.

بالنسبة لهذا الاختبار ، تم توصيل مقياس الإجهاد على بعد 0.25 متر من الوجه المحمل. تم تفجير شحنة مدفونة في تربة مشبعة. تظهر البيانات من كل من المصفوفات الشعاعية الأربعة مع شريط ضغط هوبكنسون مركزي مشترك بين جميع المخططات جبهة الصدمة الواضحة للغاية ، مع اضمحلال الضغط ببطء مع المسافة الشعاعية.

ثم تم تشغيل تواريخ وقت الضغط المسجلة من خلال روتين الاستيفاء ثنائي الأبعاد. يظهر الضغط المقحم الذي يعمل على اللوحة المستهدفة تأخيرا قدره 20 مللي ثانية في وصول جبهة الصدمة. جبهة الصدمة هي الوقت المستغرق لموجة الصدمة لتغطية المسافة بين الشحنة واللوحة المستهدفة.

الطبيعة غير المتماثلة للتحميل واضحة بشكل خاص عند 0.22 مللي ثانية. بعد 0.3 مللي ثانية من التفجير ، كانت جبهة الصدمة متماثلة تقريبا على طول جميع المحاور. بمجرد تشغيل الجهاز ، يمكن إجراء ما يصل إلى ستة اختبارات هواء مجانية يوميا.

يتم تقليل هذا الرقم بشكل كبير من خلال اختبار باستخدام الشحنات المدفونة بسبب التعقيد الإضافي لتحضير التربة. هذه هي المرة الأولى التي تكون فيها مثل هذه القياسات عالية الدقة ممكنة. ونتيجة لذلك، يمكننا الآن قياس الفرق في شكل التحميل الناجم عن التغيرات في هندسة الاختبار.

يوفر الروتين العددي الذي تم تطويره طريقة قوية للغاية لتصور التحميل ثم تطبيق هذا التحميل مباشرة في النماذج العددية ليكون بمثابة خطوة أولى في نمذجة استجابة الهياكل للتفجيرات المتفجرة. قدمت البيانات التي تم إنتاجها من الاختبار الحالي بيانات تحقق فريدة لتعزيز الجيل القادم من النماذج العددية ، وتحسين فهمنا للمشكلة وقدرتنا على حماية أنفسنا من الانفجارات المتفجرة.