On the actuation of the split Hopkinson pressure bar

The Split Hopkinson Pressure Bar is a device used for the analysis of physical properties of material at high deformation speed (strain rate). Our goal was to project a functional prototype of the apparatus, drawing inspirations from structural and numerical simulations models. We have quickly discussed the geometrical and physical properties of the bars and the table work to avoid bringing to the structure any damages through stress caused vibrations. The gas gun has been chosen as the most suitable launch unit to our required efficiency/security/cost ratio. The components have been selected to uphold a high number of launches with slow gas transition between the reservoirs and the outside but fast launch operation to impact the striker bar against the incident bar. A control panel acts upon the launch unit’s valves through pushbuttons. A set of indicator lights verifies the presence of safety conditions to be able to perform the strike operation when the measured pressure falls within an admissible range of a reference value. We have used flowcharts to describe our control logic functions. Running numerical simulations with MATLAB and MATLAB Simulink for different striker bars, we have confirmed that our obtained results fall within dynamical deformations cases, with a low contribution of friction upon the resulting forces and suitable fluid velocities during the launch operations. Therefore, the verification of the conditions mentioned above shows that our control strategy for the Split Hopkinson Pressure bar can be considered compatible with our established objectives of efficiency and security, and that it is possible to propose methods of experimental verifications, as well as possible structural variants to the apparatus with different control system or different launch unit typologies.

La barra frazionata di Hopkinson è uno strumento usato per l’analisi delle proprietà fisiche di materiali ad alta velocità di deformazione (strain rate). Il nostro scopo è stato progettare un prototipo funzionale dell’apparato, traendo ispirazione da modelli strutturali e numerici. Abbiamo discusso velocemente le proprietà geometriche e materiali delle barre ed il tavolo di lavoro per evitare di arrecare danni alla struttura tramite vibrazioni causate dagli stress. Il cannone ad aria compressa è stato scelto come unità di lancio più adatta alle nostre esigenze di rapporto efficienza / sicurezza / costo. Le componenti sono state selezionate in modo da potere sostenere un elevato numero di lanci, con transizioni di gas lente tra i serbatoi e l’esterno ma veloci per l’azione di lancio della barra percussore (striker bar) contro la barra di incidenza (incident bar). Un pannello di controllo agisce sulle valvole dell’unità di lancio tramite pulsanti. Un sistema di spie luminose verifica la presenza di condizioni di sicurezza per poter effettuare l'operazione di impatto quando la pressione misurata rientra in un intorno ammissibile di un valore di riferimento. Per descrivere le funzioni logiche del nostro sistema, vengono usati diagrammi di flusso. Eseguendo simulazioni numeriche MATLAB e MATLAB Simulink per diverse barre percussori, abbiamo confermato quindi che i risultati ottenuti rientrano nei casi di deformazioni dinamiche, con basso contributo degli attriti nelle forze risultanti e velocità del flusso idonee alle trasformazioni durante le operazioni di lancio. La verifica delle condizioni sopra enunciate, dimostrano, quindi, che la nostra strategia di controllo per la barra frazionata di Hopkinson si può ritenere compatibile con gli obiettivi di efficienza e sicurezza prefissati. È possibile proporre metodi di verifica sperimentale, assieme a possibili varianti di struttura all’apparato con diversi sistemi di controllo o diverse tipologie di unità di lancio.