Hongbing Lu
教授兼副系主任
Louis A. Beecherl Jr. Chair
機械工程系
達拉斯 Texas 大學
問題:
由海軍研究辦公室資助的一個項目想了解沙子在爆破的行為，以提高裝甲或防彈衣的設計和性能。.
解決方案:
工程師采用配有聲發射傳感器的 Genesis HighSpeed 數據采集系統，采集沙粒的變形和沙粒的碎裂數相關的數據。
溢出:
此信息有助于工程師設計軍事裝甲和防彈衣。
相關產品 此信息有助于工程師設計軍事裝甲和防彈衣。
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 對于士兵防彈衣設計是至關重要的。因此，作為"爆破模型和仿真" 項目的一部分，使用便攜式數據記錄儀測量爆炸后沙子的滑動行為。
要了解這種機械行為的最有效的方法是通過在一個爆炸事件研究 沙子的聲發射 (AE) 。聲發射是短暫，高頻率的，短暫時間快速釋放能量的彈性波。在這種情況下，和沙子之間的滑動摩擦是聲發射的來源。聲發射系統位置，強度和材料變形的實時信息。
在我們的實驗中，我們采用 HBM 的 Genesis HighSpeed 便攜式數據記錄儀 采集聲發射。HBM 不僅提供測試和測量用傳感器，應變片和數據采集系統，還包括用于結構疲勞分析的軟件。
我們首先把沙粒放入中空圓筒，并放置一個聲發射傳感器（即轉換的壓力波轉換成電信號的壓電型設備）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 重復爆炸產生的力, 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。聲發射事件會使沙粒破裂到亞微米刀毫米級別，頻率范圍為 10 kHz 到數 MHz。
我們同時還向氣缸外側施加壓力，以獲得更多的聲發射數據。通過連接應變片到 Genesis，進行采集放大。即使 快速采樣高達 10 MS/s, 數據記錄儀 依然可以以極高分辨率進行。
下一步, Genesis 記錄到沙粒變形和碎裂的聲發射頻率。聲頻率有兩種完全不同的類型，沙粒滑動產生低頻波和低振幅。碎裂引起高頻率高振幅的聲波。
信號處理，諸如計算聲發射源的能量，變形的過程和機制等信息。在這種情況下，我們編寫了特殊的代碼來捕獲數據，并保存數據到一個USB驅動器中，然后再用數學軟件計算了斷裂晶粒的數量。這些信息幫助我們推斷爆炸的幅度。基本上，有關聲發射信號的頻率和沙粒碎裂發生率的數據告訴我們什么樣的爆炸砂可以防止。
Genesis HighSpeed 數據記錄儀，和其他系統不同的是，其內置了計算機，并且只有 25 磅，非常易于攜帶。盡管非常小，但是其提供高達 96 個可配置輸入通道，一個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 — 連續記錄和觸發模式。
我們將信息提供給另外一個項目小組，他們采用這些數據在計算機上模擬爆炸過程，以更好地了解爆炸波與沙子是如何相互作用的，以及它們如何進一步傳播給潛在的士兵和車輛。Genesis 處理的信息證明，這些信息對于開發防彈衣非常有用。
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