1022582.pdf

8/17/2019 1022582.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/1022582pdf 1/8

رادسي عمهمليگرمين كشش

ايراسمنا سمنا دانشگاه1390ارديبهش67

تحليل دين ميكي س زه ه ي ن متق رن تحت ثر ب ره ي نفج ر

احمدشوشتر

1 صالحي با

مصطفي

2

دانشگاه فردوسي مشه دانشكده مهندسييار گروه عمرااستا-1

دانشگاه فردوسي مشه-2 دانشجوي كارشناسي ارشد سازه

[email protected]

خالصه

مشخص كردن مكان وقوع قطعي آن غيرقابل پيش بيني اسبا توجه به ماهيت پديده ي انفج انفجار نيازمند دانش كافيپديده تحليل دقيق.ار

پذير

تراكم

سياالت

رفتار

بر

حاكم

روابط

كهاسپيرامون

جهت

آن

از

استفادهو

اطالعاتزمعموال

به

نياز

انفجاري

تحليل

افزارهاي

نرم

اين

اگر بار انفجاري به يك سازه نامتقارن وارد شود مسئله پيجيده تر خواهد.تحليلگران سازه نمي باشمهندسينفادهاسمناسب برايمبسوطي دارد

تاريخچه بارگذاري بر سطوحهدف از اين پژوهش.بود توسعه نرم افزاري است كه بتواند با استفاده از داده هاي تجربي و روابط تحليلي موجود

به دست دهمايل نسبت به موج انف در اين مقاله يك سازه نامتقارن كه تحت اثر بار ناشي از انفجار قرار گرفته است به روش غير خطي.جار را

سپس باOPENSEESافزاردين منظور با كد نويسي در نر.ديناميكي تحليل ميگردد توسعه برنامهتهيه وبارگذاري انفجار در آن وارد گرديد

SAMBlast ناكمامهارف ليام حوطس رب يراجفنا يراذگراب ليافورپ هبساحش.نيا يناياپ شخب ردزين هلاقم آزمايشتايجنتايج تحليل با

.گردممقايسه

:كلمات كليدي تحليل ديناميكي SAMBlastافزارنر OPENSEESافزارنربارگذاري انفجاري

1.مقدم

نبود ابزاري مناسب در اينحي سازه ها مي گذرد اما هنوزهاي محاسباتي مبتني بر روش اجزاء محدود در تحليل و طربيش از چند دهه از ورود ابزار

تروريستي در سراسر جهان نيازعملياامروزه با گسترش.ي را داشته باشد احساس مي شوزمينه كه توانايي تحليل دقيق سازه در برابر بارهاي انفجار

ظرفيت سازه در برابر بار هايبهترهمچنين در روش هاي نوين طراحي براي تخمين.اسهاي مقاوم در برابر اين پديده اجتناب ناپذيبه طراحي سازه

و ضريبدر ادامه قدرت مواد منفجر.در اين مقاله ابتدا به معرفي پارامترهاي انفجار مي پردازي.خواهد بونيازمند به تحليل هاي دقيق تروارد بر آن

محاسبه پارامترهاي بارهايهارودر بخش بع.خواهد گرفسپس قوانين مقياس به صورت مختصر مورد مطالعه قرارومعرفيTNTمعادل

برايفايل هاي اضافه فشاآنگاه پر.شخواهدسپس مقدار فشار موج بازتاب و رابطه آن با زاويه برخورد با سطح بررسي.ميانفجاري ارائه

و در انتها ابزارهاي محاسباتي موجود و نرم افزار مي گردد و نتايج SAMBlastحالت هاي مختلف برخورد موج انفجار با سطح ارائه مي شود معرفي

.مي شوراستي آزماييحاصل

پ ر متره ي نفج .2

پارامتر هپروفايل ) 0t(و زمان عبور موج انفجار)0sP(مبناي انفجااضافه فشا) )atي همچون زمان ورود موج انفجاضافه فشار معموال با

مشخص مي شو))1همانند آنچه در شكل محل اندازه گيري و .آمده فاصله نقطه انفجار تا اويهاين پارامترها كه تابعي از قدرت مواد انفجاري

بصورت تحليلي و يا آزمايشگاهي بدست مي آيد .برخورد مي باشد

8/17/2019 1022582.pdf



ايراسمنا سمنا دانشگاه1390يبهشتار67

مو د منفجر.3

خصوصيات بارگذاري انفجاري بصورت.به طور سريع و ناگهاني آزاد شوانفجار هنگامي رخ مي دهد كه مقدار زيادي انرژي به صورت گرما و فشار

م

تاثير

تحت

كلي

مي

منفجره

ماده

رفتار

و

اشنبع

. مشخصا انرژي

مقدار

همچون

هايي

پارامتر

از

استفاده

با

منفجره

ماده

سرعتچگاليكلي

انرژي

مي توانچگاليمنفجره ايده آل باشد قطع نظر ازهنگامي كه .انرژي و قدرت ماده منفجره مشخص مي شوشدآزاد انرژي و قدرت منبع آن

توصيف نمانفجار را با استفاده از يك پارام ميزان كل انرژي TNTبه معادلمشخصات برخي مواد منفجره و ضرايب تبديل))1در جدول.[1]ر

.ه اسآمد

پروفايل كلي فشار در اثر انتشار موج حاصل از انفجا–1شكل

TNTخواص مواد منفجره متراكم شده و ضريب تبديل -1جدول

فشار انفجار ناگهاني

)GPa(

عت انفجار ناگهانيسر

)km/s(

ضريب هم ارزي)(Mg/m3چگالي

TNT

انرژي جرم

)(kJ/kgمخصوص

ماده منفجره

))50/50پنتوليت 28.0 7.471.661.129 5110

21.0 6.731.61.000 4520 TNT

34.0 8.701.651.185 5360 RDX

29.5 7.991.691.148 5190 Comp. B38.7 9.111.91.256 5680 HMX

در اكثر مواد منفجره اي كه در مقاصد نظامي و يا ص به عنوان ماده منفجره مرجع TNTنعتي مورد استفاده قرار مي گيرنبا توجه به آنچه گفته شد

هم ارزيضريباشد با استفاده اTNTدر مواردي كه ماده منفجره غير از.مشخص مي شوTNTمي باشد و قدرت ماده منفجره معموال با وزن

TNTيآ يم تسدب هرجفنم هدام تردق.

4.مقي

قو نين

معمول مي باشد و روش هاي متعددي به منظور تخمين مشخصات موج انفجارروشيمقياس كردن خصوصيات موج انفجار در بارگذاري انفجاري

مي توان خصوصيات موج انفجار حاصل از مقدار و فاصله دلخواهمي باشبا استفاده از قوانين مقياس كه برپايه نتايج آزمايشگاه.پيشنهاد شده است

تخمين زد ك قوي و يا براي فواصل نزديك به منبعاين قوانين براي برخي موج هاي اما با فرض گاز كامل و صرف نظر از جاذبه و لزج.را

.بررسي مي شوقوانيناينكار برد ترينمورد از پدوادامهد.انفجار مناسب نمي باشند

اين روش.[2]اسبه نمايش درآمد))2كه در شككرانز و يا روش ريشه سوم مي باش-روش هاپكينمعمول ترين روش براي مقياس كردن انفجار

صات موج انفجار هايي كهبراساس تشابه مش1926شد و بعد از آن بصورت مستقل توسط كرانز دررابطه ساز 1915اول بار توسط هاپكينز در سال

هنگامي كه دو خرج انفجاري متفاوت در شرايط اتمسفري پارامترنگراساس اين.منفجر شده اند ارائه گرديمشابدر فاصله مقياس شده يكسان

Zد هچنآ دننامه هدش سايقم هلصاف ناونعبطبار)1(ريگ يم رارق هدافتسا دروم .تعريف شده

8/17/2019 1022582.pdf




)1( 3/1 E

R Z =

.مي باشمنفجراز مادمقدار كل انرژي آزاد شد Eفاصله مركز انفجار تا نقطه اندازه گيري )1( Rدر رابطه

از

ديگر

قوانييكي

ساچزاين

مقياس

باشقانون

مي

.راساچ

خود

سالروابط

در

1944كرپيشنها

.مقدار

آن

بعدبراساس

بدون

فشار

رابطباضافه

بعنوان )3(را نيز مطابق رابطهو تكانه بدون بع))2ي بكار))4در رابطه يبرابري هااين.در نظر گرفشدهفاصله مقياسازابعي يكتامي توان

.[2]انگرفته شده

كران-مقياس هاپكين-2شكل

)2(0P

PP =

)3(3/23/1

0

P E

iai =

)4( 3/1

3/1

0

E

RP R =

در روابط اخير0a0P راشف و وج هدودحم رد توص تعرس بيترت هبنبمدنشاب يم.

اتمسفرشرايدر واقع روش مقياس ساچز د.[1]ساچز مي باشخاص از مقياسكرانز حالتي-مطالعات دوي و اسپرازا نشان داد كه مقياس هاپكينز

همانيكسان .كرانز مي باش-روش مقياس هاپكينبين داده هاي آزمايشگاهي و شرايط موجود

5.هو

در

پ ر متره ي نفج ر

مح سبه

ه ي

شيوه

.پرداخته ميشوروشهش به بررسي برخي از ايندر اين ب.روش هاي متعددي براي محاسبه پارامترهاي انفجار ارائه شده است

رو بط بر .1.5

به دو حوزه نزدي[3]براد فشار مبناي انفجار را2

10cm

kgf Pso >

و دو2

101.0cm

kgf Pso <<

براي محاسبه فشار مبناي.تقسيم كر وي روابط زير را

.انفجار ارائه داد

8/17/2019 1022582.pdf




)5( )kg/cm10(0.1 0.019

85.5455.1975.0

)kg/cm10( 17.6

2

32

2

3

<<−++=

>+=

soso

soso

P Z Z Z

P

P Z

P

.باشم))6فاصله مقياس شده مطابق رابطه Zدر روابط فوق

)6( 1/3R/WZ=

ريشرو بط .2.5

)7(

)0.10Z(1.0 288.305.4662.6

)0.1Z(0.3 132.2326.0194.6

0.3)Z(0.05 00625.0357.054.5072.14

32

32

432

<<++=

<<++=

<<+++=

Z Z Z P

Z Z Z P

Z Z Z Z P

so

so

so

در حاليكه روابط مياني و دورحوزدروابط براد انطباق خوبي با نتايج تجربي انطباق خوبي با نتايج تجربي از خودبراي حوزه نزديكريدارد

.[3]نشان مي دهند

3.5.وبولم وش

كينگري

وروديشوكاندازه گيري.كيلو ماده منفجره را جمع آوري كردن400000تا1داده هاي حاصل از انفجار دامنه وسيعي بين[4]كينگري و بولماش

سويچ هاي الك.مختلف انجام شراههااز اندازه گيري مقدار اضافه.ريكي و هدايت كننده اضافه فشار از جمله اين روش ها بودنتحليل عكس

سرع

و

انجامفشار

مستقيم

بطور

موج

جبهه

گرفت

.فشار

نمودار

زير

مساحت

گيري

اندازه

با

نيز

تكانه

– مدت

بيشينه

فشار

اضافه

از

تابعي

كه

زمان

.بدست آم ج و نرخ كاهش انفجار مي باشزمان عبور مو

شر.4.5

EIA

قانون مقياس استفاده شده در اين شيوه .كنميمقدار پارامترهاي انفجار را محاسبه[1][5]اين شيوه بر پايه داده ها و روابط ارائه شده در مراجع

خاصي از معادله فريدلند-شيوه اخير و روش كينگر.قانون ساچز مي باشد شكل پروفايل انفجارEIAروش.استفاده مي كننبولماش هردو از فرم

.در نظر مي گير))8صورت رابطهرا به

)8( s

a

t

t t b

s

as e

t

t t PP

)(

))(

1(

−−−

−=

كه

sPراشف هفاضا رثكادحat اجفنا جوم دورو نامز

st راجفنا تبثم زاف نامز تدمbشاب يم شهاك بيرض.

فش ر موج ب زت ب و ز ويه برخورد.6

كه در آن مقدار فشار موج بازتابگرديبراي محاسبه فشار موج بازتابي بر اساس زاويه برخورد جدولي ارائه[5]برپايه پژوهش هاي كينگري و پانيل

.ارائه شده اس))4منحني در شكلفراطالعات اين جدول به.قابل محاسبه مي باشجفشارانسبت به فشار مبناي انفجار با توجه به زاويه و مقد

استفاد

بجاي

اما

نمود

محاسبه

انفجار

مبناي

فشار

از

استفاده

با

توان

مي

را

فشار

اضافه

ماكزيمم

مقدار

انفجار

موج

به

پشت

سطوح

هايبراي

داده

از

ه

.[6]اده كراست))9ن از رابطهتجربي مي توا

8/17/2019 1022582.pdf




)9( )

1805.1(0

θ −= slo PP

)psi([5]ضريب فشار بازتاب نسبت به زاويه برخورد-4شكل

[5]ازاويه برخورد موج انفجار با سطح استوان-5شكل

كه

loPو

انفجار

موج

به

پشت

سطح

فشار

اضافه

مقدار

θ

ساعت

نظرزاويه

مورد

نقطه

و

افق

بين

شورد

مي

شكتعريف

مطابق

و

)5(θ

بين

90

تا

180

.رجه مي باشدد

پروف يل ض فه فش .7

هنگامي كه پارامترهاي انفجار در هوا همانند ماكزيمم اضافه فشار0sP

مدت زمان فاز مثبت انفجا0t

و زمان ورود جبهه موat

آنچنان كه بحث

مدل نمايي اتريجز و رابطه ي فريدلندرمشخص گرديد شد با استفاده از مدل هاي تقريبي مانند مدل خطي فلين مي توان پروفايل موج انفجار را

.وج انفجار به سطح مي پردازيورد در زير به بررسي حاالت مختلف بر.[1,2]محاسبه نمود

.

7.1.مو

جبهه

حركت

ب

مو زي

سطوح

پروفايل اضافه فشار با استفاده از رابطه ي فريدلندر .به صورت زير قابل محاسبه مي باشاصالح شدبراي سطوح موازي با حركت جبهه موج انفجار

)10( Θ

−−−

−=

at t

o

as e

t

t t Pt P )1()( 0

در اين رابطكه0sPو راجفنا يانبم راشفΘبيرضدش حالصا شهاكشاب يم.وكذم ياه رتماراپا هدافتسا ابهطبار)11(هبساحموش يم.

)11(

)1(2

)1(

0

02

0

bs

bs

e

I

Pb

eb I

Pb

b

t

−

−

−−

−+−

−

=Θ

8/17/2019 1022582.pdf




.قابل محاسبه اس ))12حول نقطه ثابت از رابطهبه صورت عددي و با تكراbضريب كاهش

)12( )

11(0

b

e

b

t P I

b

s

−−

−=

مقدار

اخير

روابط

در

0sP

0t

I و

d t از

توان

مي

روابطرا

)2(تا

)5(نمو

محاسبه

.

به جبهه موج نفج رسطوح پشت.2.7

.[6]نمومحاسبه))13مطابق رابطهرا مي تواپروفايل موج انفجابراي سطوح پشت به جبهه موج

)13( Θ

−−−

−−=

at t

o

as e

t

t t Pt P )1)(

1805.1()( 0

θ

سطوح مق بل به جبهه موج نفج ر.3.7

انفجاردو نمونه از پروفايل هاي موج بازتاب شد))6()7شكل.باشتر مباتوجه به انعكاس موج انفجار در اين سطوح روابط حاكم كمي پيچيده

ر فشار مبناي موج انفجار ميبخش اوليه تحت تاثير بازتاب موج انفجار و بخش دوم تحت تاثهستند كاين پروفايل ها شامل دو بخش.[6,7]باشمي

.باش

. [6] ان تاثير انعكاس موج انفجاتقسيم موج انفجار به دو بخش با استفاده ز–6شكل

))6در شكل0r P راشف هفاضا مميزكام

DC بيرضشكعضوم qفاضا يكيمانيد راشف

ct اجفنا جوم باتزاب رثا يناياپ نامزhh طول,′

reflaثر موج بازتاب وناحيه ا .عت صوت در ناحيه بازتابش مي باشس

.[7] تقسيم موج انفجار به دو بخش با استفاده زمان موج بازتابش انفجا–7شكل

0r P راشف هفاضا مميزكامqsP فشار شبه استاتيكاضافماكزيم

r t باتزاب راشف هفاضا نامز تدم

r iگرزبشاب يم شباتزاب هيحان رد هناكت.

))14برپايه رابطه فريدلندر رابطه[8]چانبراساس پروفايل هاي ارائه شده و نتايج آزمايشهاي انجام شده توسط آزمايشگاه تحقيقاتي نيرو هوايي آمريكا

.پروفايل موج بازتاب شده براي سطوح شكل پذير ارائه نمورا براي

8/17/2019 1022582.pdf




)14( 0))(1()( 0

t

t t S

R

o

ar r

a

et

t t Pt P

−−−

−=

پارامترهاي

Rو

S بيشتري

جزئيات

فريدلندر

رابطه

رادادبه

رابطه

مختلف

هاي

بخش

كنترل

امكان

كندمفراهو

.

.[8] r, sلندر با تعريف دو پارامتراصالح رابطه فري–8شكل

8.

مح سب تي

ه ي

بز ر

از طريق AT-Blast ,ConWepمي توانافزارهانراز جمله اين.اسانجاقابلافزارهاي گوناگونينرتخمين بارحاصل از انفجار در هوا

BlastXاررب مان.AT-Blast[13]سيرازبادناوت يم هكقمرازاب ياضف رد ار راجفنا ياهرابيامن نييعت.نيارنرازفادهد يم ناكما ربراك هب

وزن فشا زمابا گرفتن اطالعات مي تواند سرعاين نرم افزا.و زاويه برخورد را مشخص كنانفجامادكه حداكثر و حداقل دامنه انفجار

استفاده از معادالت و منحني هاي موجود درConWepنرم افزار.محاسبه كنرمدت زمان فاز مثبتكانه تواناييTM 5-855-1[12]با

.قابليت تخمين بارگذاري حاصل از انفجار در محيط باز را دارفقافزارنراين.محاسبه اثرات سالح هاي متعارف جنگي را دارد

فز نر.1.8

SAMBlast

بكار رفته در آنهارو.يافته اسي ديگر از ابزارهاي محاسبه بارگذاري انفجاري مي باشد كه توسط نويسندگان مقاله توسعهاين نرم افزار نيز يك

اين.مي باشEIAو روروش كينگري و بولما [3]مقررات ملي ساختمان21روش ارائه شده در مبحثبراي محاسبه پارامترهاي انفجار در هوا

بطور جداگانه محاسبه كنافزارنرم جديد آن با استفاده ازنسخدر.ادر است پارامترهاي انفجار را براي دو حالت انفجار سطحي و انفجار در هوا

ازمدل وارد كرفضاياز جمله اين قابليت ها مي توان به ترسيم مدل هاي پيچيده.يك واسط گرافيكي قوي بر توانايي هاي آن افزوده شده است

صفحه.اشاره كرAutoCAD SOLIDWORK ANSYSOPENSEESنرم افزار هايي همچون ايجاد مدل سازه با المان هاي خطي

امكان برقراري ارتباط با نراي و سه بعدي برايOPENSEESوANSYSافزارهاي قدرتمند بارگذاري انفجاري با استفاده از روش هاي مختلف

از ديگر امكانات اين ابزار مي باشي شده و تحليل مدل بارگذار 2وشعاعآدر قاعدمت3دودكشي به شعاعپژوهشدر اين.ردازش نتايج تحليل

قراراز سطح زمينسانتيمتر50متري از مركز سازه و در ارتفاع25در فاصلهTNTكيلوگرم ماده منفجره3000ي با قدرتدر باال تحت انفجامتر

اسگرفته

.دارا

بررسي

مورد

ضخامتسازه

5المان

با

كه

است

سانتيمتر

ShellMITC4نر

افزاردر

OPENSEESاس

شده

تحليل

.نتايج

.اسارائه شد))9تحليل در شكل

نتيجه گيري.9

مقايسه بامقررات ملي ساختمان در21نتايج نشان مي دهد كه روابط مبحث.در اين مقاله روش هاي تعيين پارامترهاي انفجار سطحي مقايسه گرديد

اسازنتايج آزمايش به عنوان يكي ابزار هاي شناخته شده در محاسبه پارامتر هاي انفجار نيزConWepاز طرفي برنامه .دقت مناسبي برخوردار

با نتايج آزمايش از خود نشان داد اين برنامه توسط.ردينيز بعنوان ابزاري قدرتمند در اين زمينه معرفي SAMBlastبرنامه.هماهنگي مناسبي را

همچنين اين برنامه با برقراري.قادر است پارامترهاي انفجار را با دقت مناسبي محاسبه كنSAMBlastبرنامه.نويسندگان مقاله توسعه پيدا كرده است

افزار

نرم

با

ارتباط

OPENSEESرا

تحليل

نتايج

و

كرده

تحليل

را

اي

پوسته

هاي

پردشكبهسازه

كنمناسب

زش

.

8/17/2019 1022582.pdf




كانتورهاي فشار و تغييرشكل سازه در زمان هاي مختل–9شكل

(psi)مقايسه روش هاي مختلف محاسبه بار انفجار-2جدول

–21مبحث

پدافند غيرعامل

SAMBlast-

EIAM

SAMBlast-

KBMConWepTest

PsPr Ps Pr Ps Pr Ps Pr Ps Pr Z

)/( 3/1W R

اصلهف

(ft) TNT(lb)

5.712.54.49.65.111.25.111.1-11.314.282686600[11]

5.912.94.710.35.211.55.211.5-6.114.02263

27.979.025.481.129.197.329.197.448935.87116.57[10]

17.344.015.342.717.249.517.249.532.5587.4714

4.39.33.47.23.88.13.88.44.44.517.086555.1[9]

2.34.91.83.72.04.32.04.32.02.426.27100

2.34.71.83.72.04.22.04.32.04.326.50160220[9]

مر ج .9

1. Baker, W. E., Explosions in Air, University of Texas Press, Austin, 19732. Baker, W. E., Cox, P. A., Westine, P. S., Kulesz, J. J., and Strehlow, R. A., Explosion Hazards and Evaluation, Elsevier, New York,1983.

پدافند غير عام – مقررات ملي ساختمان21مبحث-3

4. Kingery, C. N. and Bulmash, G., “Airblast Parameters from TNT Spherical Air Burst and Hemispherical Surface Burst,” TechnicalReport ARBRL-TR-02555, AD-B082 713, U.S. Army Ballistic Research Laboratory, Aberdeen Proving Grounds, MD, April 1984.

5. U.S. Army Materiel Command, Engineering Design Handbook. Explosions in Air. Part one. AD/A-003 817 (AMC Pamphlet AMCP706-181), Alexandria, VA, 1974.

6. Norris, C. H., Hansen, R. J., Holley, M. J., Biggs, J. M., Namyet, S., and Minami, J. K., structural Design for Dynamic Loads,McGraw-Hill, New York, 1959, pp. 239 – 278.

7. Beshara, F. B. A., “Model of Blast Loading on Above ground Structures - II. Internal Blast and Ground Shock,” Computers &Structures vol. 51, no. 5, pp. 597-606, 1994.

8. Sangeon Chun , “Nonlinear Fluid-Structure Interaction in a Flexible Shelter under Blast Loading” Ph.D. Thesis, AerospaceEngineering, Virginia Tech, April 2004.

9. Hammons, M. I., “Antiterrorism/Force Protection Criteria Validation Test,” Quick Look Report for Air Force Civil Engineer SupportAgency, March 2000.

10. Crawford, J. E. and Morill, K. B., ”Development of a Lightweight, Portable Airblast Barrier”, 6th International Symposium onMilitary Aspects of Blast and Shock (MABS16), Keble College, Oxford, UK, September 10-15, 2000

11. Knox, K. J., Donovan, P. T., Dass, W. C., and Hammons, M. I., “Explosive Tests on Light weight, Deployable Shelters,” Final

Report for The U.S. Air Force–Force Protection Battlelab, December 1998.

1022582.pdf

Documents