بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یک ورق ساندویچی با هسته چوب توسط روش کوپل اویلری-لاگرانژی تحت بار انفجاری تحلیل شده است. در این تحلیل ورق ساندویچی شامل لایه های بالا و پایین از جنس فیبر شیشه و رزین اپوکسی و هسته از جنس چوب بالسا در نظر گرفته شده است. به منظور صحهگذاری نتایج، یک ورق فولادی تحت انفجار 78 گرم ماده منفجره سی چهار - C4 - تحلیل شده است و نتایج حاصله با نتایج تجربی موجود مقایسه شده است.
نتایج نشان دهنده تطابق خوب بین روش تجربی و عددی است. پس از صحه گذاری، ورق ساندویچی با هسته چوب بالسا با ضخامتها و زاویههای مختلف تحت بارگذاری انفجاری ناشی از انفجار 2/2کیلوگرم ماده منفجره تی ان تی - TNT - تحلیل شده است و تاثیر متغیرهای مذکور بر استحکام ورق مطالعه شده است. فاصله بین تی ان تی و ورق ساندویچی 150 میلیمتر در فرض شده است
.1 مقدمه
مطالعه انفجار، به دلیل اهمیت زیاد آن در طراحی سازههای عمرانی و شهری، طراحی بدنه خودروهای نظامی و زره پوشها، طراحی سازههای دریایی و بدنه کشتیها و زیردریاییها، در چند دهه اخیر مورد توجه محققان قرار گرفته است. هوآنگ1 و همکارش در اثر انفجار و موج انفجار را در یک محیط شهری با روش اختیاری لاگرانژین-اویلرین2 وبا استفاده از نرم افزار الاس-داینا بررسی نمودند. در پژوهشی دیگر، آدامیک3 و همکارانش به شبیهسازی عددی سه بعدی موج های انفجار هوای تولید شده توسط شارژ تی ان تی4 سیلندری شکلبا استفاده از نرم افزار الاس-داینا پرداختند .
جها5 و همکارش از تواناییهای نرم افزار انسیس/اتوداین6 برای مطالعهی پاسخ انفجار در هوا استفاده کردند. آن ها گسترش فشار انفجار ناشی از تی ان تی را در برنامه اتوداین بدست آوردند و با نتایج تحلیلی صحه گذاری نمودند و نشان دادند که نتایج حاصله قابل اعتماد می باشد
جاسیک7 و همکارانش نیز در [4] امکان استفاده از روشهای مختلف را برای مدلسازی عددی بارگذاری انفجاری در برخی از نرم افزارهای تجاری بر اساس روش المان محدود1 و روش انتگرال زمانی صریح2 بررسی کردند .[4] آنها با چهار روش عددی این فرآیند را شبیه سازی کرده و با نتایج تجربی موجود برای میدان انفجار ناشی از خرج کروی در نزدیکی صفحه فولادی سخت، مقایسه نمودند
پارک3 و همکارانش ساختارهای کامپوزیتی را تحت بارگذاری موج فشار4 ، تجزیه و تحلیل دینامیکی نمودند
یانگ5 و همکارانش آسیب زره کامپوزیتی کشتی را تحت بارگذاری انفجاری در زیر آب مطالعه نمودند و کاراکترهای دینامیکی زرهکامپوزیتکشتی را موردبررسیقراردادند. آنها کل فرایند انفجار، نفوذ و آسیب سازهی زرهی کامپوزیتی کشتی را توصیف نمودند. نتایج پژوهش آنها نشان داد که ضخامت زره کامپوزیتی، عامل اصلی افزایش مقاومت به انفجار آن میباشد
مرادلو و همکارش مقاومتدیوارهای برشی کامپوزیتی را در مقابل بار انفجار بررسی نمودند .[7] توکلی زاده و همکارش استحکام دیوارهای بتنی مقاوم سازی شده به وسیلهی پلیمرهای مسلح با الیاف کربنی - CFRP - 6 را در برابر بار ناشی از موج انفجار به کمک نرم افزار المان محدود آباکوس7بررسی کردند. در این مطالعه بار انفجاری، شرایط تکیه گاهی، ابعاد دیوار، جنس الیاف و ویژگی های مصالح مورد استفاده را یکسان در نظر گرفته و تاثیر چیدمان و ضخامت ورق های CFRP را در حالت های مختلف بررسی کردند
لاو8 و همکارانش اثر استفاده از کامپوزیت های فیبری 9 را بعنوان دستگاه جذب انرژی - استفاده برای جذب انرژی انفجار و ضربه - ، بررسی کردند. آن ها حالات شکست و طرح های هندسی را که فاکتورهایی موثر در تحمل حداکثر بار و جذب انرژی هستند،مطالعه کردند
رضوی و همکارش تغییر مکان یک پروفیل فولادی تحت اثر بارگذاری انفجار را با استفاده از نرم افزار اباکوس بررسی کردند
زمانی و همکارانش رفتار پلاستیک صفحات فولادی وآلومینیومیرادر برابر بار موج انفجار بررسی کردند
اوگیرمن10 و همکارش، اثرات موج انفجار را بر سازه کامپوزیتی شبیه سازی عددی کردند
بنا بر جستجوی نویسندگان،آنالیز ورق ساندویچی با هسته چوب بالسا تحت اثر انفجار تاکنون انجام نشده است. از طرفی استفاده از چوب بالسا در ساخت ورق ساندویچی بسیار ساده و امکان پذیر میباشد . لذا در این پژوهش با استفاده از روش کوپل اویلری و لاگرانژی اثر چیدمان لایهها و ضخامت هسته چوبی بر مقاومت ورق در برابر انفجار بررسی شده است. به این منظور ابتدا روش مذکور با نتایج تجربیِ یک ورق فولادی تحت بار انفجار صحهگذاری شده و سپس ورق ساندویچی با هسته چوب بالساتحت بارگذاری انفجاری با استفاده از روش المان محدود و حل صریح بررسی شده است.
.2 تئوری فرآیند انفجار
انفجار در هوا باعث آزاد شدن سریع انرژی میشود و یک موج فشار11 با دامنهی محدود تولید میکند .[3] گاز حاصل از انفجار، فشاری در حدود 100تا300کیلوبار و دمایی در حدود3000 تا4000 درجه سانتیگراد تولید میکند. این گازهای گرم با یک سرعت اولیهی متغیر از 1800 تا 9100 متربرثانیه منبسط میشوند و منجر به حرکت هوای محیط اطراف میشود. به همین دلیل لایهای از هوای فشرده در مقابل گازهای گرم ایجاد میشود. این لایه موجانفجار1 نامیده میشود
موج انفجار متغیرهای مهمی مانند فشار بیشینه، زمان و تکانه دارد. فهم این متغیرها به دلیل اینکه تاثیر زیادی در طراحی سازه دارند، بسیار مهم است.
هنگامیکه موج انفجار از نقطه انفجار حرکت میکند، فشار آن بطور چشمگیری افت میکند و متناسب با فشار اتمسفر میشود. موج انفجار در فاصله 40 تا 50برابرِقطرِ شارژ از نقطه انفجار، گرمای اولیه و سرعت اولیه خود را از دست میدهد
تغییراتِ فشارِ یک نقطه در فاصله مشخص، در ارتباط با زمان، در شکل یک دیده میشود. موج انفجار تولید شده شامل دو فاز هست: یکی فاز مثبت است که "فشار" نامیده میشود و دیگری فاز منفی است که " مکش" 2 نامیده میشود. تفاضل مطلق بین فشار تولید شده و فشار محیط، "بیشفشار" 3 نامیده میشود و بزرگتر و بسیار مهمتر از فاز مکش است. بنابراین فقط فاز مثبت در بارگذاری سازهها در نظرگرفته میشود
شکل-1 نمایش فشار حاصل از فرآیند انفجار
طبق شکل یک، مشاهده میشود که فشار بعد از رسیدن به مقدار بیشینهاش، کاهش مییابد. میزان افت فشار در ارتباط با زمان میتواند توسط یک تابع نمایی تخمین زده بشود که منحنی فریدلندر4 نامیده میشود. رابطه - 1 - موجود است:
معادلات تحلیلی مختلفی برای اندازهگیری متغیرهای انفجار ارائه شده است. بروده 6 اولین دانشمندی است که یک معادله تحلیلی را برای محاسبهی موج شوک گسترش داد و یک معادله شبه تحلیلی را برای حداکثر فشار ارائه کرد .سپس این معادله توسط محققان دیگر اصلاح شد.همچنین کینی و گراهام7، روابط - 2 - ، - 3 - و - 4 - را برای تخمین حداکثر فشار، مدت زمان و تکانه ارائه نمودند
