Nghiên cứu tham số của ống sốc dùng thuốc nổ như một công cụ tải nổ

Springer Science and Business Media LLC - Tập 40 - Trang 1307-1325 - 2016
H. Ousji1,2, B. Belkassem1, M. A. Louar1,2, D. Kakogiannis1, B. Reymen1, L. Pyl2, J. Vantomme1
1Civil and Materials Engineering Department, Royal Military Academy (RMA), Brussels, Belgium
2Department of Mechanics of Materials and Constructions, Vrije Universiteit Brussel (VUB), Brussels, Belgium

Tóm tắt

Nhu cầu về các công cụ tải nổ hiệu quả đang gia tăng cùng với sự phát triển của các kỹ thuật bảo vệ mới. Trong số các công cụ này, có thể kể đến việc sử dụng ống sốc do thuốc nổ tạo ra (EDST). Mục đích của nghiên cứu hiện tại là xác định các phương trình phân tích để dự đoán áp suất và xung lực phản xạ cũng như tác động ở đầu ống EDST quy mô phòng thí nghiệm theo chiều dài ống, đường kính ống, khối lượng thuốc nổ và khoảng cách an toàn. Các công thức được thu được dựa trên phân tích kích thước và một nghiên cứu tham số số. Nghiên cứu phân tích này được hỗ trợ bởi một loạt các thí nghiệm, nhằm xác nhận các mô hình phân tích thu được. Các EDST được thảo luận trong nghiên cứu này mở hai bên với đường kính từ 0.15 đến 0.50m và chiều dài từ 0.75 đến 3m. Hai loại mặt cắt ống khác nhau, hình tròn và hình vuông, được nghiên cứu. Các charge thuốc nổ từ 5 đến 50g C4 được sử dụng. Trong các điều kiện này, áp suất phản xạ trong khoảng từ 0.15 đến 11 MPa và xung lực phản xạ từ 100 đến 3000 Pa·s được ghi nhận tại đầu ống. Các phương trình phân tích thu được được so sánh với một số kết quả và công thức có sẵn từ tài liệu. Thêm vào đó, một biểu đồ đại diện đã được phát triển nhằm ước lượng hình học ống và khối lượng thuốc nổ cần thiết để tạo ra một cặp áp suất - xung lực nhất định tại đầu ống.

Từ khóa

#ống sốc do thuốc nổ #tải nổ #áp suất phản xạ #xung lực #thuốc nổ C4

Tài liệu tham khảo

Whisler, D., and Kim, H., “A Non-Explosive Test Method for Generating Wide Area Dynamic Blast-Type Pressure Pulse Loading on Armored Panels,” International Journal of Impact Engineering 68:28–40 (2014). Martin, W., A Review of Shock Tubes and Shock Tunnels, General Dynamics Convair Div., San Diego, CA, Technical Report No. GDC-ZR-658-050 (2010). LeBlanc, J., Shukla, A., Rousseau, C., and Bogdanovich, A., “Shock Loading of Three-Dimensional Woven Composite Materials,” Composite Structures 79:344–355 (2007). Segars, R., and Carboni, M., A Shock Tube for Downselecting Material Concepts for Blast Protection, Part I: Description of the Shock Tube and a Comparison of Flush Mounted and Recess Mounted Pressure Sensors, U.S. Army Natick Soldier Research, Development and Engineering Center, Natick, MA, Technical Report No. 01760–5000 (2008). Tekalur, S., Bogdanovich, A., and Shukla, A., “Shock Loading Response of Sandwich Panels with 3-D Woven e-Glass Composite Skins and Stitched Foam Core,” Composites Science and Technology 69:736–753 (2009). Courtney, E., Courtney, A., and Courtney, M., “Shock Tube Design for High Intensity Blast Waves for Laboratory Testing of Armor and Combat Materiel,” Defence Technology 10:245–250 (2014). Radford, D., Deshpande, V., and Fleck, N., “The Use of Metal Foam Projectiles to Simulate Shock Loading on a Structure,” International Journal of Impact Engineering 31:1152–1171 (2005). D’Mello, R., Guntupalli, S., Hansen, L., and Waas, A., “Dynamic Axial Crush Response of Circular Cell Honeycombs,” Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 468:2981–3005 (2012). Courtney, A., Andrusiv, L., and Courtney, M., “Oxy-Acetylene Driven Laboratory Scale Shock Tubes for Studying Blast Wave Effects,” The Review of Scientific Instruments 83(4): 045111-1–045111-7 (2012). Long, J., Bentley, T., Wessner, K., Cerone, C., Sweeney, S., and Bauman, R.A., “Blast Overpressure in Rats: Recreating a Battlefield Injury in the Laboratory. Oxy-Acetylene Driven Laboratory Scale Shock Tubes for Studying Blast Wave Effects,” Journal of Neurotrauma 26(6): 827–840 (2009). Bourne, N., “A 50 mm Bore Gas Gun for Dynamic Loading of Materials and Structures,” Measurment Science and Technology 14:273–278 (2003). Son, S., Zakrajsek, A., Miklaszewski, E., Kittell, D., Wagner, J., and Guildenbecher, D., “Experimental Investigation of Blast Mitigation for Target Protection,” Shukla, A., Rajapakse, Y.D.S., and Hynes, M.E., (eds), Blast Mitigation: Experimental and Numerical Studies, Springer, Heidelberg, Germany; Dordrecht, Netherlands; London, UK; New York, NY (2014). Needham, C.E., Blast Waves, Springer Heidelberg Dordrecht London New York, Library of Congress Control No. 2010921803, ISBN 978-3-642-05287-3 (2010). Theobald, M., and Nurick, G., “Experimental and Numerical Analysis of Tube-Core Claddings under Blast Loads,” International Journal of Impact Engineering 37:333–348 (2010). Duff, R., and Blackwell, A., “Explosive Driven Shock Tube,” The Review of Scientific Instruments 37:579 (1966). Ambrosini, D., Nurick, G., Langdon, G., Jacob, N., Luccioni, B., The Effect of Confinement and Stand-Off Distance in Blast Tests, C.G. Bauza, P. Lotito, L. Parente, M. V´enere, Mecanica Computacional, XXVIII, Centro de Investigacio´n de M´etodos Computacionales, Tandil, Argentina. Freiwald, D., “Approximate Blast Wave Theory and Experimental Data for Shock Trajectories in Linear Explosive-Driven Shock Tubes,” Journal of Applied Physics 43:2224–2226 (1972). Alley, M., Explosive Blast Loading Experiments for TBI Scenarios: Characterization and Mitigation, Ph.D. Thesis, Purdue University, West Lafayette, IN (2009). Langdon, G., Jacob, N., and Nurick, G., “The Effect of Stand-Off Distance on the Failure of Fully Clamped Circular Mild Steel Plates Subjected to Blast Loads,” Engineering Structures 29:2723–2736 (2007). Liu, J., YAN, Q., and Wu, J., “Analysis of Blast Wave Propagation Inside Tunnel,” Transactions of Tianjin University 14:358–362 (2008). DOI: 10.1007/s12209-008-0061-3. Army, U., Tm5-855-1/Air Force AFPAM 32–1147, Chapter 5, Technical Report NAVY NAVFAC P-1080/DSWA DAHSCWEMAN-97, US Army publisher, (1997). ConWep Software, Conventional Weapons Effects Program, US Army Waterways Experimental Station, Vicksburg, MS (1991). In de Braekt, R., Validatie van een schalingsmethode, Bachelor Thesis, supervised by Borgers, J.B.W., and Vantomme J., Univerisity Twente (2013). Borgers, J.B.W., Ndambi, J.M., and Vantomme, J., “A Volume Approach to Predict Airblast Parameters,” The 20th Military Aspects of Blast and Shock (MABS) Symposium, Oslo, Norway; August 31–September 5, 2008. Borgers, J., Vantomme, J. and Stoel, A. V. D., The Equivalent Volume Approach, The Journal of Shock Waves. US Army Corps of Engineers, Airblast Attenuation in Entranceways and Other Typical Components of Structures, Small-Scale Tests Data Report 2, Structure Laboratory, Department of the Army, US Army Corps of Engineers, Technical Report No. SL-84-23 (1984). Sonin, A.A., The Physical Basis of DIMENSIONAL ANALYSIS, 2nd Edition, Department of Mechanical Engineering, MIT, Cambridge, MA (2001). Livermore Software Technology Corporation, LS-DYNA User Manual: Nonlinear Dynamic Analysis of Structures (Version 971), Livermore Software Technology Corporation, Livermore, CA (2007). Tabtabie, Z., and Volz, J., “A Comparison Between Three Different Blast Methods in LS-DYNA: LBE, MM-ALE, Coupling of LBE and MM-ALE,” The 12th International LS-DYNA Users Conference, Detroit, USA; June 3–5, 2012. Slavik, T.P., “A Coupling of Empirical Explosive Blast Loads to ALE Air Domains in LS-DYNA,” The 7th European LS-DYNA Conference, Salzburg, Austria; May 14–15, 2010. Ning, P., and Tang, D., “Influence of Explosive Density on Small Scale Internal Blast Experiments,” Journal of Chongqing University 11:119–126 (2012). 32. Dullemond, C.P., “Lecture Note: Numerical Fluid Dynamics,” Summer Semester, Chapter 4, University of Heidelberg, Heidelberg, Germany (2008). Dullemond, C.P., “Lecture Note: Numerical Fluid Dynamics,” Summer Semester, Chapter 4, University of Heidelberg, Heidelberg, Germany (2008). Schwer, L.E., “A Brief Introduction to Coupling Load Blast Enhanced with Multi-Material Ale: The Best of Both Words for Air Blast Simulation,” The 9th European LS-DYNA Furom, Bamberg, Germany (2010). Schwer, L.E., “Is Your Mesh Refined Enough? Estimating Discretization Error Using GCI,” The 7th LS-DYNA Anwender Furom, Bamberg, Germany (2008). Roache, P.J., Verification and Validation in Computational Science and Engineering, Homesa Publishing, Albiquerque, NM (1998). Piezotronics, P., “Free-Field Blast Pressure Pencil Probe,” URL https://www.pcb.com/Aerospace/explosive_gun_impact/pressure_blast/Pencil_Probe.aspx [accessed 14 May 2015]. S. Palanivelu, Energy Absorption of Crushable Tubes for Protective Structures under Static, Impact and Blast Loading, Ph.D. Thesis, Universiteit Gent, Gent, Belgium (2011).