On backward dispersion correction of Hopkinson pressure bar signals

Abstract

Elastic theory shows that wide spectrum signals in the Hopkinson pressure bar suffer two forms of distortion as they propagate from the loaded bar face. These must be accounted for if accurate determination of the impact load is to be possible. The first form of distortion is the well-known phase velocity dispersion effect. The second form, which can be equally deleterious, is the prediction that at high frequencies, the stress and strain generated in the bar varies with radial position on the cross section, even for a uniformly applied loading. We consider the consequences of these effects on our ability to conduct accurate backward dispersion correction of bar signals, that is, to derive the impact face load from the dispersed signal recorded at some other point on the bar. We conclude that there is an upper limit on the frequency for which the distortion effects can be accurately compensated, and that this can significantly affect the accuracy of experimental results. We propose a combination of experimental studies and detailed numerical modelling of the impact event and wave propagation along the bar to gain better understanding of the frequency content of the impact event, and help assess the accuracy of experimental predictions of impact face load.

Experimental Measurement of Pressure Loading from Near-Field Blast Events: Techniques, Findings and Future Challenges

“…Motivated by the studies noted in the previous section, and their own extensive studies of the HPB as an impact pressure transducer [14], the Blast & Impact Group at University of Sheffield (UoS) developed an experimental facility for measuring near-field blast pressures. The Characterisation of Blast Loading (COBL) facility was originally designed in collaboration with the UK Defence Science and Technology Laboratory to measure loading from shallow-buried explosive charges [15] and was later used to measure reflected pressures from spherical charge explosions in air [16].…”

Исследование Динамических Свойств Водонасыщенного Песка По Результатам Обращенных Экспериментов

“…Далее проводится экспериментально-расчетное определение квазистационарного значения силы сопротивления внедрению в водонасыщенный песок ударника с плоским торцом с учетом дисперсионных эффектов. В работах [32][33][34][35][36][37] цилиндра и применении преобразования Фурье. В эксперименте импульс деформаций на поверхности мерного стержня с достаточной точностью можно представить в дискретном виде набором точек e n = e(t n ), t n = n t, n = 0, N − 1, где t -шаг дискретизации.…”

“…Умножение каждой гармоники ряда Фурье на множитель M 1 преобразует деформацию на поверхности мерного стержня в среднюю по поперечному сечению деформацию, введение множителя M 2 позволяет рассчитать среднее напряжение [37]. Для верификации применяемой методики коррекции формы импульса ранее проводилось [24,38] численное моделирование динамического процесса формирования ударного импульса на основе модифицированного метода Годунова и распространения его в мерном стержне в рамках схемы " крест" с учетом осевой симметрии в постановке, соответствующей обращенному эксперименту.…”

“…Данная частота, как отмечалось ранее [24,[36][37][38], является критической для стержня данного радиуса. Для сухого песчаного грунта влияние дисперсии мало, так как спектр импульса сжатия практически не содержит частот, превышающих граничную частоту 140 kHz (для стержня диаметром 20.5 mm) [25,26].…”

A review of Pochhammer–Chree dispersion in the Hopkinson bar

“…Using one-dimensional stress wave theory, Davies was able to link the longitudinal particle velocity and radial displacement to the stress in the bar, that is the applied pressure). In more recent HPB experiments, axial and/or radial strain in the bar is most frequently measured using electrical resistance or semi-conductor strain gauges mounted on the bar perimeter, for example Puckett andPeterson (2005a, 2005b), Cloete and Nurick (2016), Rigby et al (2015Rigby et al ( , 2016, Tyas and Ozdemir (2014) and Tyas et al (2016).…”