Analisi dinamica di strutture sotto carica esplosiva

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Abbildungen eines Explosionsszenarios einer Ferndetonation in RF-DYNAM Pro - Erzwungene Schwingungen

Corso base

Un sistema strutturale deve essere pianificato e progettato in modo tale da resistere a possibili azioni e impatti oltre la sua vita utile e soddisfare la funzionalità richiesta. A questo proposito, le azioni sono classificate in base alla loro variazione temporale come segue:

• Azioni permanenti (ad esempio, peso proprio)
• Azioni variabili (ad esempio, carichi mobili, carichi da neve e vento)
• Azioni eccezionali (ad esempio, un'esplosione o un impatto con un veicolo)

Questo articolo tecnico tratta l'azione straordinaria di un'esplosione. Un'azione straordinaria è di breve durata e non si verifica con alcuna probabilità nominabile. Tuttavia, può avere conseguenze significative sulla stabilità della struttura.

"Un'esplosione è una reazione di ossidazione o decomposizione" che si verifica all'improvviso, estremamente rapida "con un improvviso aumento della temperatura e della pressione. Ciò porta ad un'improvvisa espansione di volume dei gas e al rilascio di grandi quantità di energia in un piccolo spazio (...). Un'improvvisa espansione di volume causa un'esplosione che può essere descritta come un'esplosione ideale (che proviene da una sorgente singola puntuale) da un modello di onda d'urto. " [1] Oltre al carico del getto d'aria, un'esplosione ha un impatto maggiore a causa temperature o proiezione (schegge, detriti). In questo articolo, il caricamento di una detonazione a distanza è rappresentato come un carico di puro getto d'aria su una struttura, ma nessun altro effetto dell'esplosione.

Caricamento ad aria compressa della detonazione a distanza

Il carico del getto d'aria può essere visualizzato schematicamente come una curva pressione-tempo (da [2] ).

Andamento pressione-tempo della detonazione a distanza

L'onda d'urto in aria libera colpisce bruscamente la struttura con un picco di sovrapressione. La curva include un periodo di sovrapressione che agisce sulla struttura fino al raggiungimento del periodo di tempo t_d , che viene ridotto di un periodo di sottopressione fino al raggiungimento della pressione dell'aria ambiente. Questo approccio esponenziale è spesso semplificato per la regione di sovrapressione. In questo caso, si ^{può calcolare un tempo virtuale t ~}_d (t ^~_d <t_d ) che descrive l'approccio linearizzato con la stessa quantità di momento, ma trascura completamente il periodo di sottopressione.

I valori di input rilevanti per il calcolo dell'esplosione sono la distanza dal centro di esplosione R e la massa esplosiva come TNT equivalente M_TNT. Le seguenti formule si riferiscono al modello di carico sviluppato in [2]. Una distanza in scala Z è determinata da entrambi i valori di input, R e M_TNT.

Nel testo seguente, vengono calcolati la sovrapressione massima di picco, l'impulso specifico positivo e il coefficiente di forma. Il coefficiente di forma ha un'influenza significativa sull'espressione del periodo di sottopressione.

Nella fase successiva, è possibile calcolare la durata dell'azione a pressione positiva t_d e la durata virtuale dell'azione a pressione positiva t ^~_d.

Per determinare la curva pressione riflessa -tempo, si determinano un fattore di riflessione per il periodo di sovrapressione c_r e un fattore di riflessione per il periodo di sottopressione c ^-_r. Si assume una faccia riflettente infinitamente perpendicolare. Per i dettagli sui valori, vedere [2].

Sulla base di tutti i valori determinati, il carico in RF -DYNAM Pro -Forced Vibrations può quindi essere rappresentato tramite il modello di carico per la curva completa pressione -tempo riflessa

e qualsiasi carico selezionato funziona come diagrammi temporali (funzioni).

Input in RF -DYNAM Pro - Forced Vibrations

Nel modulo aggiuntivo, le funzioni di carico possono essere inserite come diagrammi temporali. I diagrammi temporali possono essere definiti in modo transitorio, periodico o direttamente come una funzione. Eccitano la struttura in una posizione specifica. La posizione del carico è definita nei casi di carico statico. Quasi tutti i tipi di carico possono essere inseriti qui. I casi di carico statico sono collegati ai diagrammi temporali. Questo accade nei casi di carico dinamico. Il moltiplicatore k viene utilizzato per determinare la grandezza finale della forza di eccitazione.

Per i seguenti calcoli,_{viene mostrata un'esplosione a distanza di M TNT} = 1 kg ad una distanza di R = 10 m. Quando si utilizza l'ingresso parametrizzato, si ottengono i seguenti valori.

Lista dei parametri

Nell'elenco dei parametri memorizzato nel file del modello RFEM, è necessario modificare solo i valori per R e M_TNT. Se questi sono negli intervalli di valori per la distanza in scala di 5 <Z <30, può essere utilizzato il modello di calcolo presentato in [2].

Con i valori calcolati nell'elenco dei parametri, le voci per i quattro diagrammi temporali visualizzati nel modulo aggiuntivo sono state effettuate come segue. Come con molti programmi numerici, la pressione non viene applicata direttamente a t = 0 s, ma nel nostro esempio a t = 0,01 s. L'uso di funzioni If nidificate è utile qui per rappresentare le funzioni desiderate.

Panoramica: immissione di diagrammi temporali

Per confrontare le quattro funzioni in un file, quattro sottosistemi identici vengono analizzati in un caso di carico dinamico. Un caso di carico è assegnato a ciascun sottosistema che influenza la superficie anteriore di 1 kN/m². Inoltre, ad ogni sottosistema è assegnato un diverso diagramma temporale e quindi una diversa funzione di carico.

Caso di carico dinamico: set di diagrammi temporali

Infine, si inserisce lo smorzamento di Rayleigh dei sottosistemi, che può essere determinato dalle due forme modali dominanti dei sottosistemi nella direzione considerata.

Caso di carico dinamico: smorzamento

Risultati

Dopo aver calcolato e determinato i risultati, è possibile confrontare le quattro funzioni di carico e i loro effetti sui sottosistemi nel file. Questo articolo confronta solo brevemente l'accelerazione e lo spostamento nella direzione X globale. È possibile valutare i risultati con l'interfaccia utente grafica nel navigatore dei risultati. Qui è possibile visualizzare vari valori dei risultati per le fasi temporali calcolate. Inoltre, dopo aver analizzato un caso di carico dinamico, è possibile accedere al diagramma time history visualizzando e confrontando gli ulteriori valori dei punti. Qui vengono considerati i valori al centro delle superfici anteriori.

Ergebnisse Zeitverlaufsdiagramm: Beschleunigung in globaler X-Richtung

Ergebnisse Zeitverlaufsdiagramm: Verschiebung in globaler X-Richtung

L'applicazione della quantità di moto costante p₁ (t) mostra i valori più grandi, come previsto. Le due curve linearizzate p₂ (t) e p₃ (t) sono molto simili, con i valori di p₂ (t)> p₃ (t) come previsto. Alla fine, l'andamento di p₄ (t) mostra che considerando il periodo di sottopressione non può essere trascurato e che valori maggiori agiscono sulla struttura rispetto al comune approccio linearizzato di p₃ (t).

Sommario

Rappresentare la curva pressione-tempo reale di una detonazione a distanza mediante i diagrammi temporali in RF-DYNAM Pro- Forced Vibrations è un modo efficace per determinare gli effetti dei periodi di sovra e sottopressione sulla struttura. La parametrizzazione del modello consente di rappresentare e confrontare diversi scenari di esplosione regolando R e M_TNT.