测量爆炸过程中沙粒的破裂状况
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摘要:子弹无法穿透沙包, 因此了解爆炸后粒状物体,如沙子的 能量吸收状态 对于士兵防弹衣设计是至关重要的。作为美国海军部门"爆破模型和仿真" 项目的一部分,美国达拉斯大学教授采用 HBM 数据记录仪测量爆炸后沙子的滑动行为。 要了解这种机械行为的最有效的方..

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子弹无法穿透沙包, 因此了解爆炸后粒状物体,如沙子的 能量吸收状态 对于士兵防弹衣设计是至关重要的。作为美国海军部门"爆破模型和仿真" 项目的一部分,美国达拉斯大学教授采用 HBM 数据记录仪测量爆炸后沙子的滑动行为。

要了解这种机械行为的最有效的方法是通过在一个爆炸事件研究 沙子的声发射 (AE) 。声发射是短暂,高频率的,短暂时间快速释放能量的弹性波。在这种情况下,和沙子之间的滑动摩擦是声发射的来源。声发射系统可以获得位置,强度和材料变形的实时信息。

声发射和沙粒变形和碎裂相关

在实验中,HBM GenesisHighSpeed 便携式数据记录仪用于 采集声发射信号

在试验中,首先把沙粒放入中空圆筒,并放置一个声发射传感器(即转换的压力波转换成电信号的压电型设备)在材料的边缘。AE传感器被连接到电荷放大器,其输出电压被被馈送到数据记录仪。

为重复爆炸产生的力, 采用恒定的力施加到柱形杆推上,杆推再压向沙粒使沙粒产生变形,直到沙粒破裂。声发射事件会使沙粒破裂到亚微米级别,频率范围为 10 kHz MHz。并且同时还向气缸外侧施加压力,以获得更多的声发射数据。通过连接应变片到 Genesis,进行采集放大。在测试中,快速采样率高达 10 MS/s, 但数据记录仪 依然可以极高分辨率进行。

下一步, Genesis 记录到沙粒变形和碎裂的声发射频率。声频率有两种完全不同的类型,沙粒滑动产生低频波和低振幅。碎裂引起高频率高振幅的声波。

信号处理

信号处理,诸如计算声发射源的能量,变形的过程和机制等信息。在这种情况下,达拉斯大学教授编写了特殊的代码来捕获数据,并保存数据到一个USB驱动器中,然后再用数学软件计算了断裂晶粒的数量。这些信息可以帮助推断爆炸的幅度。基本上,有关声发射信号的频率和沙粒碎裂发生率的数据可以推断出什么样的爆炸可以防止。

Genesis HighSpeed 数据记录仪,和其他系统不同的是,其内置了计算机,并且只有 25 磅,非常易于携带。尽管非常小,但是其提供高达 96 个可配置输入通道,一个大型的触摸屏用户界面非常直观,易于操作。并且其两种记录模式连续记录和触发模式。

最后,达拉斯大学教授将信息提供给另外一个项目小组,他们采用这些数据在计算机上模拟爆炸过程,以更好地了解爆炸波与沙子是如何相互作用的,以及它们如何进一步传播给潜在的士兵和车辆。Genesis 处理的信息证明,这些信息对于开发防弹衣非常有用。


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