Kapalı Küp Patlama Şok Dalgasının Sayısal Simülasyon Analizi
Açık alanda patlamanın zarar etkisi üzerine yapılan araştırmalar günümüzde oldukça olgunlaşmıştır, ancak kapalı alanda yapılan araştırmalar, test koşulları ve ortam gibi faktörler nedeniyle daha fazla keşif yapılmasını gerektirmektedir. Kapalı bir alanda meydana gelen bir patlamanın ürettiği şok dalgası, uzay kısıtlamaları nedeniyle zaman içinde yayılamaz.Şok dalgası, sınırlı yapıya yansıtılır ve olay dalgası ile yansıyan dalga üst üste binerek bir araya gelir ve böylece karmaşık yanıt özellikleri sunar Uyum kuralları, karmaşık şok dalgaları oluşturur ve yapısal duvarlar üzerinde tekrar tekrar etki ederek, kapalı alandaki yapı ve ekipmana verilen hasarı şiddetlendirir.
1 Kapalı alanda şok dalgası teorisi analizi
Kapalı bir alanda patlamanın oluşturduğu şok dalgası, yapısal duvarda düzenli yansıma, eğik yansıma vb. Gibi çeşitli yansıma fenomenlerine sahip olacaktır, bu da tüm alanı karmaşık hale getirir, bu nedenle patlama sırasında oluşan şok dalgasının nitel analizi özellikle önemlidir. önemli. Test ortamının ve koşullarının kısıtlamaları dikkate alınarak, bu makale serbest alan patlama şok dalgaları teorisine dayanmaktadır ve patlama şok dalgalarının kapalı bir alanda sert yapı yüzeyine yansımasını niteliksel olarak analiz etmektedir.
Olay şok dalgası hedef yüzeye dik olarak yayıldığında, şok dalgası Şekil 1'de gösterildiği gibi düzenli yansımaya uğrar, Şekil 1 (a) şok olay dalgasıdır ve Şekil 1 (b) düzenli yansımanın şematik diyagramıdır. D1 ve D2, şok dalgası cephesinin yayılma hızıdır, P1, gelen dalganın aşırı basıncıdır, P2, yansıyan dalganın aşırı basıncıdır ve P0, standart atmosferik basınçtır. Şok dalgası, yüksek hızda genişleyen bir hava parçacığı olarak kabul edilir.Rijit bir yüzeyle karşılaştığında, şok dalgası cephesinin hızı temas anında aniden sıfıra dönerek parçacıkların birikmesine neden olur ve yerdeki basınç ve yoğunluk aniden yükselir. Dalga cephesi ters yönde hareket eder.
Serbest alanda, düzenli yansıma şok dalgasının aşırı basınç formülü şöyledir:
Şok dalgası sert duvara eğik olarak yansıtıldığında, yansıyan şok dalgası aşırı basıncının hesaplama formülü şöyledir:
Mach dalgaları, yansıyan dalgaların ve olay dalgalarının üst üste binmesiyle üretilir. Yatay düzlemin üzerindeki boşlukta şok dalgası, patlamanın merkezinden küresel bir yüzey şeklinde çevreleyen havada yayıldığında, süreçte düzenli yansıma ve eğik yansıma meydana gelecektir.Uzaklık arttıkça yakın mesafedeki yansıyan dalga uzakla karşılaşacaktır. Bir mesafedeki olay dalgası için, olay açısı belirli bir sınıra ulaştığında, yansıyan dalga ve olay dalgası bir Mach dalgası oluşturmak için üst üste bindirilir. Mach dalgası, patlama merkezinden olan mesafenin artması ile yoğunluğu azalacak, patlama merkezinden olan mesafenin artmasıyla yüksekliği artacak yakınsak bir dalga türüdür. Şekil 3, yansıyan dalganın ve gelen dalganın üst üste binme etkisinin şematik bir diyagramıdır.
Ölçüm noktası Mach yansıma bölgesinde olduğunda, aşırı basıncı hesaplamak için deneysel formül şu şekildedir:
2 Sonlu eleman modelinin oluşturulması ve özellik noktalarının seçimi
Araştırma gereksinimlerine göre, 2,2 m × 2,2 m × 2,2 m'lik üç boyutlu bir uzay modeli oluşturulmuş ve ultra ince iç duvarı dikkate almak için karakteristik nokta patlama merkezinin dikey orta halka yüzeyinin merkezi A, uzun kenarın orta noktası B ve köşe açısının C noktası olmak üzere üç karakteristik nokta seçilmiştir. Maksimum basınç noktası. Seçilen özellik nokta konumlarının şematik diyagramı ve her noktanın kesiti Şekil 4'te gösterilmektedir.
Ölçüm noktası A, patlama merkezinin dikey projeksiyon noktasıdır.Bu ölçüm noktasındaki ilk şok dalgası pozitif olarak yayılacaktır.B ölçüm noktası ve C ölçüm noktasındaki ilk şok dalgasının olay açıları sırasıyla 45 ° ve 42,3 ° 'dir. Yük 75 g olduğunda, şarj boyutu ile patlama yüksekliği arasındaki ilişki W1 / 3 / H = 0,0751 / 3 / 1,1 = 0,38, şok dalgası yansıma türünün kritik açısı yaklaşık 50 ° ve iki ölçüm noktasının şok dalgası olay açıları Her ikisi de kritik açıdan daha küçüktür, bu nedenle ölçüm noktalarında normal eğik yansıma meydana gelir. Karakteristik C noktası, üç iç duvar yüzeyinin kesişme noktasındadır ve üç yüzey ile patlama merkezi arasındaki mesafeler eşittir.Çoklu dalga cephelerinin yansımalarının C noktasına yakınsama süresi temelde aynıdır. Bu sırada, ölçüm noktasındaki şok dalgası aşırı basıncı keskin bir şekilde artar.
75 g TNT eşdeğeri yüklü dahili patlama sayısal simülasyonu kullanarak, patlama sürecinin dinamik yükleme etkisini geliştirmek için LS-DYNA yazılımı kullanılarak.
Sayısal simülasyon sürecinde, LS-DYNA yazılımındaki Lagrangian, ALE, multi-material Euler ve diğer algoritmalar, farklı çalışma koşullarında sayısal simülasyon analizini karşılamak için kullanılır. TNT yükü, yüksek enerjili patlayıcı malzeme modelini * MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN, şarj yoğunluğu = 1.46 g / cm3 ve patlama hızı D = 0.743 cm / s'yi benimser. Jones-Wilkins durum denklemi patlatma yapısının iç basıncı ile model hacmi arasındaki ilişkiyi tanımlamak için kullanılır, boş malzeme modeli oluşturulur ve ortam havasını tanımlamak için EOS_LINEAR_POLYNOMIAL durum denklemi kullanılır. Patlayıcıları ve havayı tanımlamak için Euler ızgara modellemesini kullanan birim, çok malzemeli bir algoritma kullanır ve modelleme Şekil 5'te gösterilmektedir.
3 Patlama şok dalgasının sayısal simülasyon analizi
Modelin geometrik merkezinde patlayıcı patladıktan sonra, akış alanının farklı zamanlarda aşırı basınç evrim bulut diyagramı Şekil 6'da gösterilmektedir.
Evrim bulut diyagramından, patlayıcı patladığında, şok dalgasının yapı duvarına ulaşmadan önce bir serbest alan patlaması modeli olarak kabul edilebileceği, yayılma devam ettikçe şok dalgası cephesinin aşırı basıncının giderek azaldığı gözlemlenmektedir. 0,453 ms'de, şok dalgası cephesi modelin alt yüzeyinin merkezine ulaşır ve düzenli bir yansıma oluşturur.Şekil 6 (a) 'da gösterildiği gibi, dalga önü dışa doğru yayılır ve düzenli bir eğik yansıma oluşturmak için iç duvara ulaşır; 1.212 ms'de, Şekil 6 (c)' de yansıtılabilir. Dalga cephesinin iki duvarın kesişme noktasında buluştuğu ve bu alandaki şok dalgası aşırı basıncının hızla yükselmesine ve tepe açısına yayılmasına neden olduğu görülebilir; 2,945 ms'de, Şekil 6 (d) 'den dalga cephesinin de olduğu görülmektedir. Bazı bölgelerde mach dalgası yansımaları meydana geldi ve tüm akış alanı gittikçe daha karmaşık hale geldi; 5.127 ms'de, üç taraftan gelen şok dalgalarının yakınsaması nedeniyle üst köşede, üst köşeye yakın şok dalgalarının üst üste gelme ve yakınsama meydana geldiği görülebilir. Burada şok dalgası aşırı basıncı keskin bir şekilde yükselir. Son olarak, şok dalgası yavaşlar ve sonunda statik basınca sabitlenir.
Şekil 7'deki karakteristik noktanın aşırı basınç zaman geçmişi eğrisinden görülebileceği gibi, C noktası üç dikey düzlemden yayılan şok dalgalarını topladığından, dalga cephesinin şiddetli bir üst üste gelme ve kesişme etkisine sahip olduğu, bu da bu karakteristik noktanın aşırı basınç tepe noktasını oluşturur. En büyüğü; ikincisi, patlama merkezinin dikey izdüşümünün A noktasıdır.Ölçme noktası pozitif bir emisyona sahip olduğu için, gelen dalga ve yansıyan dalga önden buluşarak A noktasındaki aşırı basıncın hızla yükselmesine neden olur; B noktası, iki dikey düzlemin kesişimidir. Ön, ölçüm noktasında iki düzenli eğik yansımaya sahiptir ve yansıyan dalgalar yaklaşık 45 ° 'lik bir yönde birleşir, bu nedenle bu noktada aşırı basınçta da ani bir değişiklik olur ve aşırı basıncın tepeden tepeye değeri en küçüktür. Ölçüm noktası A ve ölçüm noktası B karşılaştırıldığında, ölçüm noktası B'nin ilk dalga cephesi tepe pozitif basıncı, ölçüm noktası A'dan daha uzun bir süreye sahiptir, bu nedenle spesifik impuls, A ölçüm noktasının ilk pik spesifik impulsundan daha büyüktür.
İlk dalga cephesinin tepeden tepeye aşırı basıncının teorik değeri A, B ve C üç ölçüm noktasında (1), (2) ve (4) denklemleri kullanılarak hesaplanabilir ve simüle edilen değerlerle karşılaştırılabilir. Veriler Tablo 1'de gösterilmektedir.
4. Sonuç
Bu makale, teorik analiz ve sayısal simülasyon temelinde, kapalı bir uzay ortamında patlamaların ürettiği şok dalgalarının yasalarını ve özelliklerini incelemektedir.Patlamayı elde etmek için küp modelin karakteristik noktalarının teorik hesaplamaları ve LS-DYNA yazılımı sayısal simülasyon analizi yapılmaktadır. Modelin iç basınç alanı ve karakteristik nokta aşırı basınç zaman geçmişi eğrisinin evriminden sonra, üç karakteristik noktanın ilk şok dalgası aşırı basıncının teorik hesaplama değeri ve sayısal simülasyon değeri karşılaştırılarak, kapalı bir alandaki patlama şok dalgasının doğrulandığı sonucuna varılmıştır. Yayılma yasası, karakteristik noktadaki aşırı basınç zaman alanı eğrisinin rasyonelliğini gösterir ve bir sonraki pratik testte sensör parametrelerinin seçimi için teorik bir temel sağlar. 2,2 m × 2,2 m × 2,2 m kapalı üç boyutlu uzayda ölçüm noktalarının seçimi için Teorik destek sağlayın.
Referanslar
Cheng Fengsheng. Kapalı bir alanda patlama şok dalgası basınç testi ve iç duvardaki aşırı basıncın dağılımı üzerine araştırma Nanjing: Nanjing Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, 2012
Song Guibao, Cai Tengfei, Li Hongliang.Patlayıcı şok yükleri altında kabinlerin yapısal hasarları üzerine araştırma. Science Technology and Engineering, 2014, 14 (3): 268-270, 276.
Jin Penggang, Guo Wei, Wang Jianling ve diğerleri Hava geçirmez koşullar altında TNT'nin patlama basıncı özellikleri Journal of Propellants, 2013 (3): 39-41.
Han Zao. Termo-basınçlı patlayıcının enerji parametresi hesaplaması ve enerji salım kanunu Nanjing: Nanjing Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, 2015.
Zhou Jie, He Yong, He Yuan ve diğerleri.Enerjik hasar elementi etkisiyle simüle edilmiş savaş başlığı patlaması üzerine deneysel çalışma.Energetic materials, 2016, 24 (11): 1048-1056.
Rao Guoning, Zhou Li, Song Shuzhong ve diğerleri.Bulut patlayıcı maddenin patlama aşırı basınç testi ve güç değerlendirmesi.Patlama ve Etki, 2018, 38 (3): 579-585.
Zhao Xinxin, Wang Boliang, Li Xi, vd.Patlayıcı kalede sıcaklık-basınç patlayıcısının patlayıcı şok dalgasının yayılma yasası. Enerjik malzemeler, 2016, 24 (3): 231-237.
Chen Guohua, Wu Jiajun. Yeraltı kapalı alanda gaz patlaması şok dalgasının yayılma yasası. Natural Gas Industry, 2017, 37 (2): 120-125.
Chen Hao, Tao Gang, Pu Yuan.Aşırı basınç testi ve şok dalgasının güç hesabı. Piroteknik, 2010 (1): 21-24.
Huang Yafeng, Tian Xuan, Feng Bo ve diğerleri.Termostatik Patlayıcıların Patlayıcı Performansı Üzerine Deneysel Çalışma. Patlama ve Şok, 2016, 36 (4): 573-576.
yazar bilgileri:
Guo Tao 1, 2, Zhang Qiwei 1, 2, Yuan Jingchao 1, 2
(1. Eyalet Elektronik Test Teknolojisi Anahtar Laboratuvarı, Çin Kuzey Üniversitesi, Taiyuan 030051, Shanxi;
2. Eğitim Bakanlığı'nın Enstrüman Bilimi ve Dinamik Test Temel Laboratuvarı, Çin Kuzey Üniversitesi, Taiyuan, Shanxi 030051)
