explosion + abaqus
  • گروه آموزشی چشمه
  • گروه آموزشی چشمه

توضیحات محصول

در این فیلم آموزشی به بررسی تغییر شکل یک ورق فولادی دارای سخت کننده تحت اثر بار انفجار پرداخته شده است.

پدیده انفجار و بار انفجاری

انفجار یک انرژی ناگهانی، سریع و اتفاقی است که از نظر دسته بندی نوع آن میتواند طبیعتی فیزیکی، هسته ای یا شیمیایی داشته باشد. از بعد فیزیکی می توان به انفجارهای حاصل از گسیختگی ناگهانی مخازن تحت فشار و یا فوران آتشفشان و یا مخلوط شدن دو مایع تحت دماهای متفاوت اشاره کرد. در انفجارهای هسته ای اساس بر پایه جدایش هسته و بازتوزیع پروتون ها و نوترون ها است و اما در بعد شیمیایی انفجار می توان به اکسید شدن سریع عناصری مانند کربن و هیدروژن اشاره کرد. ماده منفجره می تواند به صورت جامد، مایع و گاز باشد. اما انفجار مواد جامد معمولا بیشترین اثر را از لحاظ نیروی آزاد شده دارا است. می توان مواد منفجره را نیز از حیث نیروهای اولیه و ثانویه، که به سازه ها اعمال می شود تقسیم بندی کرد و یا به واسطه فعال شدن مواد منفجره با استفاده از چاشنی هایی نظیر جرقه، شعله و یا ضربه دسته بندی کرد. مرحله ثانویه یک انفجار در حقیقت موج ایجاد شده از آن انفجار است که میتواند به محیط اطراف خسارت های بسیار زیادی وارد آورد. از مواد منفجره بسیار رایج میتوان به :

 TNT= Tri Nitro Toluene

ANFO= Ammonium Nitrate and Fuel Oil

اشاره کرد. یک ماده منفجره در هنگام انفجار میتواند فشاری برابر با 300 کیلو بار و دمایی در حدود 3000 تا 4000 درجه سلسیوس ایجاد کند. پس از انفجار، گاز داغ منبسط شده و یک لایه فشرده هوا (موج انفجار) ایجاد میکند. این موج در یک لحظه کوتاه مقدار فشار اتمسفر محیط را در حدود فشار گاز بالا برده و فشار پشت موج کاهش یافته و یک خلأ نسبی به علت مکش هوا در پشت آن ایجاد می شود. این چرخه در دور بعد کامل شده و شوک های انفجار را بوجود می آورد. فشار وارده توسط شوک های انفجار با افزایش فاصله از منبع انفجار کاهش می یابد.

رفتار معمول بمب ها با دو المان اصلی اندازه بمب و یا وزن مواد منفجره و فاصله منبع انفجار تا هدف در نظر گرفته می شود. مشخصه های موج انفجار را میتوان با خواص فیزیکی انفجار مدل کرد. شکل زیر یک نمونه فشار معادل موج انفجار را نشان میدهد که در آن گروه آموزشی چشمه زمان وقوع انفجار، گروه آموزشی چشمه فشار مثبت حاصله از انفجار،  گروه آموزشی چشمه فشار محیط، گروه آموزشی چشمه فاصله زمانی فشار مثبت ایجاد شده و گروه آموزشی چشمه فشار خلأ ایجاد شده در پشت موج انفجار است.

گروه آموزشی چشمه

نمودار فشار موج انفجار-زمان

بر اساس نمودار فشار-زمان ذکر شده، دو فاز جداگانه قابل روئیت است. فاز مثبت با فاصله زمانی گروه آموزشی چشمه و فاز منفی با فاصله زمانی گروه آموزشی چشمه فاز منفی مدت زمان بیشتری طول خواهد کشید، اما مقدار عددی فشار آن نسبت به فاز مثبت با فاصله زمانی کوتاه، کمتر است. میتوان گفت تمام پارامترهای اصلی که وابسته به مقدار انرژی آزاد شده است، رابطه نزدیکی با موج انفجار و فاصله آن دارد. تاثیرات موج در فاصله را میتوان با رابطه گروه آموزشی چشمه با فشار گروه آموزشی چشمه معادل کرد. در این رابطه E مقدار انرژی آزاد شده در واحد KJ و فشار گروه آموزشی چشمه فشار محیط است که معمولا 100 کیلونیوتن بر متر مربع در نظر گرفته میشود. بر اساس مطالعات انجام شده تمام مواد منفجره را با وزن معادل آن بر اساس TNT محاسبه میکنند. برای نسبت فاصله نیز از فرمول گروه آموزشی چشمه استفاده میکنند که R فاصله موثر واقعی از انفجار و W همان وزن معادل TNT در واحد کیلوگرم نیرو است.

پیش بینی فشار موج انفجار

پارامترهای موج انفجار از مطالعات انجام شده در دهه 1950 تا 1960 گرفته شده است. فشار معادل با توجه به فاصله معادل گروه آموزشی چشمه توسط Brode در سال 1995 به دست آمده است:

گروه آموزشی چشمه

Newmark & Hansen در سال 1961 نیز رابطهگروه آموزشی چشمه را برای فشار مثبت وارد شده در ابتدای انفجار بدست آورده اند در این رابطه فشار بدست آمده بر حسب بار است:

گروه آموزشی چشمه

در سال 1987 رابطه دیگری توسط Milles ارائه شد. مقدار فشار مثبت با توجه به فاصله معادل و مقدار TNT به کیلوگرم بر حسب کیلوپاسکال ارائه شد:

گروه آموزشی چشمه

با توجه به معادلات ارائه شده و همچنین تحقیقات انجام شده توسط Mays & Smith در سال 1990 جدول زیر برای مقادیر مختلف TNT و همینطور فاصله ماده منفجره از سازه، مقدار فشار معادل آن در نشریه TM5-1300 با عنوان Structures to Resist the Effects of Accidental Explosions در امریکا انتشار یافت.

گروه آموزشی چشمه

پاسخ سازه ای به بارگذاری انفجاری

پیچیدگی تحلیل پاسخ دینامیکی سازه ها در بارهای انفجار تحت اثر کرنش های بسیار زیاد، رفتار غیر خطی مصالح غیر الاستیک تحت بارهای نامعین انفجاری، محاسبات را بسیار پیچیده کرده و تغییر شکل ها را وابسته به زمان میکند. بنابراین ساده سازی تحلیل و کم کردن فرضیات در پاسخ سازه و بارگذاری میتواند روش موثر و قابل قبولی باشد. اصول تحلیل به این صورت است که سازه ایده آل یک درجه آزادی (SDOF) را میتوان در نظر گرفته و سیستمی با ارتعاش آزاد سازه و قسمت مثبت بارگذاری انفجار را در نظر میگیریم.

 سیستم الاستیک یک درجه آزادی

همانطور که ذکر شد برای ساده سازه، سازه را با یک سیستم یک درجه آزادی معادل قرار میدهیم. این سیستم را مانند یک جرم متمرکز و یک فنر بدون وزن در نظر میگیریم که معرف مقاومت سازه در برابر تغییر شکل است. این سیستم ایده آل در شکل زیر نشان داده شده است. جرم سازه M، تحت نیروی خارجی گروه آموزشی چشمه بوده و مقاومت سازه را R و معادله جابجایی عمودی را y و سختی فنر را K در نظر میگیریم.

گروه آموزشی چشمه

بار انفجاری را نیز یک بار مثلثی با نیروی پیک گروه آموزشی چشمه در فاز مثبت با فاصله زمانی گروه آموزشی چشمه در نظر گرفته تا معادله زیر تشکیل شود.

گروه آموزشی چشمه

ضربه انفجار به طور تقریبی برابر با مساحت زیر نمودار نیرو-زمان خواهد بود:

گروه آموزشی چشمه

معادله حرکت برای سیستم یک درجه آزادی بدون میرایی در فاصله زمانی صفر تا انتهای فاز مثبت توسط Biggs در سال 1964 به صورت زیر بیان شده است:

گروه آموزشی چشمه

حل عمومی این معادلات برای تغییر مکان و سرعت به صورت زیر خواهد بود:

گروه آموزشی چشمه

فرکانس طبیعی سازه و پریود ارتعاش طبیعی سازه از فرمول زیر بدست می آید:

گروه آموزشی چشمه

پاسخ ماکزیمم با محاسبه کردن گروه آموزشی چشمه که در زمان گروه آموزشی چشمه رخ میدهد، با برابر قرار دادن معادله سرعت بدست می آید.


در این فیلم آموزشی یک پانل فولادی به همراه سخت کننده تحت بار انفجار قرار میگیرد و در آن به استخراج تغییر شکل ها و انرژی سیستم پرداخته می شود.

محتوای فایل:

  • فیلم آموزش مدل سازی در نرم افزار آباکوس ورژن 6.14.1
  • فایل آباکوس پروژه
  • فایل اکسل دارای مشخصات متریال و بارگذاری انفجاری

همچنین برای آموزش مدل سازی و تحلیل سریع دیوار برشی فولادی در نرم افزار اجزا محدود آباکوس اینجا کلیک کنید.


جهت آموزش، مشاوره و انجام پروژه در زمینه انفجار می توانید با شماره 09190217367 تماس بگیرید. حسین حجتی-دانشجوی دکتری مهندسی عمران سازه

More Information

نظری بدهید