بخشی از مقاله
چکیده:
مدلسازی عددی بخش مهمی از تحقیقات در حوزهی ضربه و انفجار را تشکیل میدهد، برخی مواد بهصورت ذاتی قابلیت جذب انرژی ضربه و انفجار رادارند که از این قبیل مواد میتوان فومها، مواد دانهای - گرانولار - و ... را نام برد. در این مقاله به شبیهسازی عددی تأثیر مواد دانهای در استهلاک موج انفجار و تأثیر پارامتر تخلخل با استفاده از نرمافزار هایدروکد اتوداین و ارزیابی آن با نتایج آزمایش مقالات دیگر که در این زمینه انجامشده میپردازیم.
نتایج حاصله انطباق نسبتاً خوبی با آزمایش انجامشده دارد و توانایی خوب این مواد در استهلاک موج انفجار نشان میدهد که تا حدود 70 درصد بیش فشار را کاهش داده است. تخلخل نیز نقش بسیار تعیینکنندهای در قابلیت این مواد در جذب انرژی انفجار دارد بهصورتی که با افزایش آن از 15 تا 40 درصد میرایی بیش فشار از 38,1 تا 72,38 درصد افزایش داشته است.
مقدمه
انفجار دارای دو اثر تخریبی موج انفجار و ترکش است که در این مقاله ما به بحث موج انفجار میپردازیم. با توجه به افزایش روزافزون تهدیدات تروریستی، نیاز به ساخت سازهها و زرههای میرا کنندهی موج انفجار بیشتر شده است. البته کاربردهای میرایی موج انفجار محدود به این مورد نیست و استفاده در صنایع شکلدهی انفجاری در ساخت تونلها، مخازن تست انفجار و... چند نمونه از کاربردهای دیگر این قبیل میراگرها است. استفاده از موادی نظیر فومها، مواد دانهای و متخلخل و مواد لایهای و ... جهت کاهش ضربه و استهلاک موج انفجار رایج است.
این قابلیت در این مواد به دلیل توانایی بالای آنها در جذب انرژی است که در این میان مواد دانهاینسبتاً ارزان مانند برادهی آهن و چوب که از ضایعات کارگاههای صنعتی هستند میتوانند موردتوجه باشند. درزمینه ی استفاده از این مواد تاکنون مطالعات و بررسیهایی صورت گرفته که میتوان به کار ویتالی اف-نسترنکو1 اشاره کرد که در یک کار آزمایشگاهی با عنوان استهلاک موج شوک با استفاده از مواد نرم فشردهشده تأثیر استفاده از خاکاره در یک مخزن فلزی تست انفجار را موردبررسی قرار داد و مشاهده کرد که با استفاده از این ماده میزان تغییر شکل مخزن بهشدت کاهشیافته و از تخریب آن جلوگیری شده است
سوسانا سرنا2 و همکارش نیز به بررسی کاهش موج انفجار در جریان دانهای پرداختند .[2] نگوک-سون نوگین3 و همکارش دینامیک موج شوک در زنجیرهای از مواد دانهای را بهصورت عددی موردبررسی قرار دادند [3] زنجیرهی مواد دانهای نمونهی سادهشدهای از مواد دانهای است که برای بررسی دینامیک انتشار موج در این مواد مورداستفاده قرار میگیرد. سی گودرز4 و همکارانش به شبیهسازی استهلاک موج انفجار در مواد گرانولار با در نظر گرفتن فشار و ایمپالس پرداختهاند .[4] ای لیوی5 به بررسی تماس موج شوک با مواد دانهای پرداخته است
توجه به خصوصیات و هندسهای از مواد که باعث استهلاک میشود مهم است؛ اما از این خصوصیت که یک ماده توان جذب انرژی بالایی دارد بهتنهایی نمیتوان نتیجه گرفت که خاصیت استهلاک موج انفجار خوبی دارد. همواره باید در مورد سازههایی که با مواد میرا کنندهی موج از آنها حفاظت میشود یک بررسی تخصصی صورت گیرد، زیرا در برخی از موارد ممکن است استفاده از مواد میرا کننده تأثیر منفی داشته باشد بهعنوانمثال در یک آزمایش استفاده از یکلایهی متخلخل باضخامت کم برابر با شعاع مؤثر خرج انفجاری در یک مخزن تست انفجار جهت میرایی کرنش و کاهش تغییر شکل مخزن مؤثر واقع نشده است
مواد دانهای در تحقیقات دو دههی اخیر به دلیل کاربردهای نظامی و عمرانی آنها بسیار موردتوجه بودهاند مانند کاربرد آنها در کاهش موج ضربه - ایمپالس - ، استفادهی از آنها جهت رفع انسداد دستگاههای لولهکشی و سیلوها، استفاده از مواد دانهای جهت تصفیهی هوا و ... تعدادی از کاربردهای این مواد است [5] که در این پژوهش ما به بررسی عددی تأثیر استفاده از مواد دانهای در کاهش موج انفجار می-پردازیم.
نکتهای که در این مقاله موردبررسی قرار میگیرد این است که با تغییر آرایش فضاهای خالی در مواد دانهای - تغییر ضریب تخلخل - تا چه میزان میتوان خواص استهلاک را در این مواد بهبود داد.
مدلسازی در نرمافزار
برای شبیهسازی از نرمافزار انسیس اتوداین استفاده میکنیم. نمای سهبعدی مدل را در شکل 1 میتوانید مشاهده کنید، در نمونهی مقایسه شده با آزمایش [4] نمونهای با ابعاد 10 200 250 میلیمتر مواد دانهای سرامیک آلومینا که جهت جلوگیری از پراکنده شدن داخل روکشی از پلاستیک پلیاتیلن قرارگرفته است و سپس بر روی صفحهی آلومینیمی به ابعاد 4 200 1060 میلیمتر قرار میگیرد. برای مدل کردن مواد دانهای در نرمافزار اتوداین از مدل MO_granular استفاده میشود. خرج انفجاری 40 گرم مادهی c4 است که در فاصلهی 40 cm بالای نمونه قرار دارد.
شکل :1 نمای مدل مسئله
با ریزتر شدن ذرات چگالی واقعی به دلیل کاهش منافذ داخلی افزایش مییابد. برای تعریف مادهی دانهای نیاز به تعریف معادله حالت فشردگی نیاز است که باید چگالی و سرعت صوت را در فشارهای مختلف تعریف کنیم و مدل شکست Mo_Granular که در آن چگالی، مدول برشی و تنش تسلیم را برحسب فشارهای مختلف وارد میکنیم بنابراین نیاز به تعریف خواصی از قبیل چگالی ماده در فشار-های مختلف و همچنین سرعت صوت در ماده در چگالیهای مختلف داریم، برای به دست آوردن این مقادیر روابطی در مکانیک پودرها که خود بهنوعی مواد دانهای محسوب میشوند بهصورت زیر ارائهشدهاند.
- 1 - E=E0 - / 0 - m
- 2 - P/P0 - / 0 - m
- 3 - C=C0 - / 0 - m
در این روابط m تابعی از شکل منافذ - تخلخل - است و مقدار آن بین 6,4 تا 7,4 متغییر است .[6] شکل 2 رابطهی فشار-چگالی را برای مادهی متخلخل نشان میدهد
