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便攜式數(shù)據(jù)記錄儀測(cè)量爆炸后沙粒行為

發(fā)布時(shí)間：2023-08-08      點(diǎn)擊次數(shù)：461

文章的作者

Hongbing Lu
教授兼副系主任
Louis A. Beecherl Jr. Chair
機(jī)械工程系
達(dá)拉斯 Texas 大學(xué)

客戶

達(dá)拉斯 Texas 大學(xué) 

機(jī)械工程系

問題:

由海軍研究辦公室資助的一個(gè)項(xiàng)目想了解沙子在爆破的行為，以提高裝甲或防彈衣的設(shè)計(jì)和性能。.

 

解決方案:

工程師采用配有聲發(fā)射傳感器的 Genesis HighSpeed 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集沙粒的變形和沙粒的碎裂數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)。

 

溢出:

此信息有助于工程師設(shè)計(jì)軍事裝甲和防彈衣。 相關(guān)產(chǎn)品

此信息有助于工程師設(shè)計(jì)軍事裝甲和防彈衣。

便攜式數(shù)據(jù)記錄儀測(cè)量爆炸后沙粒行為

子彈無法穿透沙包, 因此了解爆炸后粒狀物體，如沙子的 能量吸收狀態(tài) 對(duì)于士兵防彈衣設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。因此，作為"爆破模型和仿真" 項(xiàng)目的一部分，使用便攜式數(shù)據(jù)記錄儀測(cè)量爆炸后沙子的滑動(dòng)行為。

要了解這種機(jī)械行為的最有效的方法是通過在一個(gè)爆炸事件研究 沙子的聲發(fā)射 (AE) 。聲發(fā)射是短暫，高頻率的，短暫時(shí)間快速釋放能量的彈性波。在這種情況下，和沙子之間的滑動(dòng)摩擦是聲發(fā)射的來源。聲發(fā)射系統(tǒng)位置，強(qiáng)度和材料變形的實(shí)時(shí)信息。

聲發(fā)射和沙粒變形和碎裂相關(guān)

在我們的實(shí)驗(yàn)中，我們采用 HBM 的 Genesis HighSpeed 便攜式數(shù)據(jù)記錄儀 采集聲發(fā)射。HBM 不僅提供測(cè)試和測(cè)量用傳感器，應(yīng)變片和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，還包括用于結(jié)構(gòu)疲勞分析的軟件。

我們首先把沙粒放入中空?qǐng)A筒，并放置一個(gè)聲發(fā)射傳感器（即轉(zhuǎn)換的壓力波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的壓電型設(shè)備）在材料的邊緣。AE傳感器被連接到電荷放大器，其輸出電壓被被饋送到 Genesis。

為 重復(fù)爆炸產(chǎn)生的力, 我們施加力到柱形桿推上，桿推再壓向沙粒。施加的壓力引起沙粒變形，直到沙粒破裂。聲發(fā)射事件會(huì)使沙粒破裂到亞微米刀毫米級(jí)別，頻率范圍為 10 kHz 到數(shù) MHz。

我們同時(shí)還向氣缸外側(cè)施加壓力，以獲得更多的聲發(fā)射數(shù)據(jù)。通過連接應(yīng)變片到 Genesis，進(jìn)行采集放大。即使 快速采樣高達(dá) 10 MS/s, 數(shù)據(jù)記錄儀 依然可以以極高分辨率進(jìn)行。

下一步, Genesis 記錄到沙粒變形和碎裂的聲發(fā)射頻率。聲頻率有兩種完全不同的類型，沙?；瑒?dòng)產(chǎn)生低頻波和低振幅。碎裂引起高頻率高振幅的聲波。

信號(hào)處理

信號(hào)處理，諸如計(jì)算聲發(fā)射源的能量，變形的過程和機(jī)制等信息。在這種情況下，我們編寫了特殊的代碼來捕獲數(shù)據(jù)，并保存數(shù)據(jù)到一個(gè)USB驅(qū)動(dòng)器中，然后再用數(shù)學(xué)軟件計(jì)算了斷裂晶粒的數(shù)量。這些信息幫助我們推斷爆炸的幅度?；旧希嘘P(guān)聲發(fā)射信號(hào)的頻率和沙粒碎裂發(fā)生率的數(shù)據(jù)告訴我們什么樣的爆炸砂可以防止。

Genesis HighSpeed 數(shù)據(jù)記錄儀，和其他系統(tǒng)不同的是，其內(nèi)置了計(jì)算機(jī)，并且只有 25 磅，非常易于攜帶。盡管非常小，但是其提供高達(dá) 96 個(gè)可配置輸入通道，一個(gè)大型的觸摸屏用戶界面非常直觀，易于操作。并且其兩種記錄模式  — 連續(xù)記錄和觸發(fā)模式。

我們將信息提供給另外一個(gè)項(xiàng)目小組，他們采用這些數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上模擬爆炸過程，以更好地了解爆炸波與沙子是如何相互作用的，以及它們?nèi)绾芜M(jìn)一步傳播給潛在的士兵和車輛。Genesis 處理的信息證明，這些信息對(duì)于開發(fā)防彈衣非常有用。