Badanie zjawiska wybuchu z wykorzystaniem komputerowych metod numerycznych wybuch w powietrzu.

Podobne dokumenty
Ten gwałtowny przyrost nadciśnienia jest głównym czynnikiem rażącym wybuchu na człowieka (tabela 1).

Piotr Koślik *), Zenon Wilk. 1. Wprowadzenie. Materiały Wysokoenergetyczne / High-Energetic Materials, 2015, 7, ISSN

WSTĘPNE MODELOWANIE ODDZIAŁYWANIA FALI CIŚNIENIA NA PÓŁSFERYCZNY ELEMENT KOMPOZYTOWY O ZMIENNEJ GRUBOŚCI

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

NUMERYCZNO ANALITYCZNE BADANIE WPŁYWU RODZAJU GRUNTU NA WIELKOŚĆ KRATERU POWYBUCHOWEGO

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

SPRĘŻ WENTYLATORA stosunek ciśnienia statycznego bezwzględnego w płaszczyźnie

4.3 Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu metodą fali biegnącej(f2)

Badanie charakterystyk fal podmuchowych generowanych przez improwizowane ładunki wybuchowe

Politechnika Warszawska Instytut Techniki Cieplnej, MEiL, ZSL

prędkości przy przepływie przez kanał

FMDRU. Przepustnica z miernikiem przepływu. Wymiary. Opis. Przykładowe zamówienie. Ød i. Ød 1

Technologie Materiałowe II Spajanie materiałów

Wykład FIZYKA I. 11. Fale mechaniczne. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Nacinacz kumulacyjny badania symulacyjne i próby sprawnościowe nowego urządzenia do przywracania cyrkulacji w odwiercie

TEMAT: OBSERWACJA ZJAWISKA DUDNIEŃ FAL AKUSTYCZNYCH

Analiza numeryczna ruchu ciała ludzkiego poddanego obciążeniu wybuchem Numerical analysis of the human body under explosion

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

3. WYNIKI POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM ULTRADŹWIĘKÓW.

WALIDACJA BADAŃ EKSPERYMENTALNYCH ZJAWISKA WYBUCHU Z WYKORZYSTANIEM METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH.

Projekt Metoda Elementów Skończonych. COMSOL Multiphysics 3.4

Fala na sprężynie. Projekt: na ZMN060G CMA Coach Projects\PTSN Coach 6\ Dźwięk\Fala na sprężynie.cma Przykład wyników: Fala na sprężynie.

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

WZMACNIANIE IMPULSU CIŚNIENIA GENEROWANEGO DETONACJĄ MATERIAŁÓW WYBUCHOWYCH

Ma x licz ba pkt. Rodzaj/forma zadania

Fale dźwiękowe. Jak człowiek ocenia natężenie bodźców słuchowych? dr inż. Romuald Kędzierski

1. Część teoretyczna. Przepływ jednofazowy przez złoże nieruchome i ruchome

Badanie roli pudła rezonansowego za pomocą konsoli pomiarowej CoachLab II

Wojskowa Akademia Techniczna Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu

Ćw. 4. BADANIE I OCENA WPŁYWU ODDZIAŁYWANIA WYBRANYCH CZYNNIKÓW NA ROZKŁAD CIŚNIEŃ W ŁOśYSKU HYDRODYNAMICZNYMM

Laboratorium LAB1. Moduł małej energetyki wiatrowej

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 15

Fal podłużna. Polaryzacja fali podłużnej

METODA ELEMENTÓW SKOŃOCZNYCH Projekt

Metoda Elementów Skończonych

Ć w i c z e n i e K 4

FIZYKA KLASA 7 Rozkład materiału dla klasy 7 szkoły podstawowej (2 godz. w cyklu nauczania)

Badania efektywności pracy wywietrzników systemowych Zefir w układach na pustaku wentylacyjnym w czterorzędowym wariancie montażowym

Badanie widma fali akustycznej

Imię i nazwisko ucznia Data... Klasa...

Wpływ umiejscowienia ładunku wybuchowego na intensywność fali podmuchowej

LABORATORIUM ELEKTROAKUSTYKI. ĆWICZENIE NR 1 Drgania układów mechanicznych

Identyfikacja zagrożeń załogi pojazdów specjalnych podczas wybuchu

Laboratorium InŜynierii i Aparatury Przemysłu SpoŜywczego

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

Temat 1 (2 godziny): Próba statyczna rozciągania metali

POLITECHNIKA LUBELSKA

TEMAT: BADANIE ZJAWISKA PRZEWODNICTWA CIEPLNEGO W CIAŁACH STAŁYCH

Metoda Elementów Skończonych

Wyznaczanie prędkości dźwięku

CHARAKTERYSTYKA ZMIAN STRUKTURALNYCH W WARSTWIE POŁĄCZENIA SPAJANYCH WYBUCHOWO BIMETALI

Ćwiczenie 3: Wyznaczanie gęstości pozornej i porowatości złoża, przepływ gazu przez złoże suche, opory przepływu.

Badania właściwości zmęczeniowych bimetalu stal S355J2- tytan Grade 1

LIGA klasa 2 - styczeń 2017

Nasyp przyrost osiadania w czasie (konsolidacja)

Podczas wykonywania analizy w programie COMSOL, wykorzystywane jest poniższe równanie: 1.2. Dane wejściowe.

WPŁYW OTOCZKI WODNEJ NA PRĘDKOŚĆ DETONACJI WYBRANYCH MATERIAŁÓW WYBUCHOWYCH INFLUENCE OF LAYER S WATER FOR DETONATION VELOCITY OF SOME EXPLOSIVES

WYZNACZENIE WSPÓŁCZYNNIKA OPORU TOCZENIA I WSPÓŁCZYNNIKA OPORU POWIETRZA

Spis treści. Przedmowa 11

PRZETWORNIKI POMIAROWE

Dźwięk. Cechy dźwięku, natura światła

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

Fale elektromagnetyczne w dielektrykach

Metoda Elementów Skończonych. Projekt: COMSOL Multiphysics 3.4.

Analiza możliwości ograniczenia drgań w podłożu od pojazdów szynowych na przykładzie wybranego tunelu

Konkurs przedmiotowy z fizyki dla uczniów gimnazjów

Ocena odporności przeciwminowej konstrukcji kadłubów pojazdów minoodpornych i kołowych transporterów opancerzonych 3

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia III. Pomiar natężenia przepływu za pomocą sondy poboru ciśnienia

CZUJNIKI I PRZETWORNIKI POJEMNOŚCIOWE

ZAPALNIKI ELEKTRYCZNE

Modelowanie skutków awarii przemysłowych w programie RIZEX-2

Podstawy fizyki wykład 7

Ć W I C Z E N I E N R M-2

Spis treści Przedmowa

PL B1 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1. (22) Data zgłoszenia:

LABORATORIUM POMIAROWO BADAWCZE ODDZIAŁ BIELSKO-BIAŁA

( F ) I. Zagadnienia. II. Zadania

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE ENERGETYCZNE Rola modelowania fizycznego i numerycznego

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Przykładowe poziomy natężenia dźwięków występujących w środowisku człowieka: 0 db - próg słyszalności 10 db - szept 35 db - cicha muzyka 45 db -

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI

Zastosowanie programu DICTRA do symulacji numerycznej przemian fazowych w stopach technicznych kontrolowanych procesem dyfuzji" Roman Kuziak

5.1. Powstawanie i rozchodzenie się fal mechanicznych.

Materiały szkoleniowe

Badanie procesu rozwoju detonacji nieidealnych materiałów wybuchowych Study of the detonation development of non-ideal explosives

Drgania i fale sprężyste. 1/24

BADANIE WPŁYWU DYSKRETYZACJI PRZESTRZENI EULERA NA DOKŁADNOŚĆ UZYSKANYCH WYNIKÓW

Spalanie detonacyjne - czy to się opłaca?

Wyznaczenie reakcji belki statycznie niewyznaczalnej

Metoda elementów skończonych

POMIAR PRĘDKOŚCI DETONACJI MW W OTWORZE STRZAŁOWYM Z ZASTOSOWANIEM APARATURY MICROTRAP. 1. Wprowadzenie. 2. Czynniki wpływające na prędkość detonacji

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

PROJEKT METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Eksperyment pomiary zgazowarki oraz komory spalania

Transkrypt:

INSTYTUT PRZEMYSŁU ORGANICZNEGO 03-236 WARSZAWA ul. Annopol 6 Oddział w Krupskim Młynie 42-693 Krupski Młyn ul. Zawadzkiego 1 Badanie zjawiska wybuchu z wykorzystaniem komputerowych metod numerycznych wybuch w powietrzu. Autorzy: Piotr Koślik, Zenon Wilk, Karolina Nikolczuk, Justyna Hadzik Ipoex 2012.

Instytut Przemysłu Organicznego w Warszawie - Oddział w Krupskim Młynie posiada licencję na stosowanie specjalizowanego programu firmy ANSYS: AUTODYNA v 13

Wprowadzenie Program ten wykorzystywany jest w wielu dziedzinach nauki oraz przemysłu zarówno w początkowych fazach rozwoju produktu jak i końcowym jego etapie. Symulacje i analizy z zastosowaniem systemu Ansys Autodyna skracają wprowadzenia produktu na rynek, pozwalają eliminować błędy wynikające z konstrukcji oraz bardzo drogie modele i prototypy Kod EXPLICITE jest stosowany w symulacjach komputerowych opisujących dynamiczne zjawiska nieliniowe. Jest bardzo uniwersalnym narzędziem opisującym złożone zjawiska takie jak: ekspansja produktów detonacji, rozchodzenie się fali uderzeniowej, szybkie odkształcenia

Cięcie wybuchowe

Ładunki kumulacyjne

Mikrodetonator

Układ zapalnika

Optymalizacja procesu zgrzewania wybuchowego

Natryskiwanie cieplne i zimne

Wybuch w powietrzu

Czynniki rażące przy wybuchu ładunku materiału wybuchowego w powietrzu W wyniku gwałtownej przemiany chemicznej materiału wybuchowego pojawia się obszar nagrzanego ośrodka gazowego nazywanego produktami detonacji. Ciśnienie produktów detonacji materiałów wybuchowych przewyższa ciśnienie atmosferyczne kilkaset tysięcy razy. Działa ono na granicę ośrodka otaczającego produkty detonacji, wytwarzając w nim intensywne fale ciśnienia. Przejście fali uderzeniowej powoduje wprawienie w ruch ośrodka otaczającego produkty detonacji.

Mechaniczne działanie fal uderzeniowych i propagujących się za nimi fal odciążenia jest głównym czynnikiem rażącym wybuchu. Wytworzona wybuchem fala uderzeniowa dociera do rażonego obiektu (człowiek, pojazd, konstrukcja) powodując gwałtowny wzrost ciśnienia działającego na jego powierzchnie. Charakter impulsu ciśnienia wywieranego na powierzchnię obiektu poddanego działaniu fali podmuchowej Wpływ wielkości nadciśnienia na ciało człowieka [1] Zakres Przedział nadciśnienia [MPa] Efekt oddziaływania na człowieka I Δp 0,01 Nadciśnienie bezpieczne II 0,01 Δp 0,0175 Uszkodzenie słuchu III 0,0175 Δp 0,04 Uszkodzenie układu oddechowego IV 0,04 Δp 0,3 Poważne uszkodzenie ciała (możliwe zmiażdżenie części miękkich) V Δp 0,3 śmierć

ANALIZA 3D. Budowa układu Model wykonano w programie Ansys Ls-Dyna. Układ geometryczny składa się z ładunku wybuchowego (na bazie saletry amonowej) o kształcie cylindrycznym umieszczony w powietrzu. Wymiary ładunku charakteryzują jego długość L=240mm oraz średnica d=48mm. Ładunek pobudzany jest punktowo centralnie z jednego końca.

OPIS MATEMATYCZNY UKŁADU Model numeryczny opisano równaniami stanu, dla MW równaniem JWL 0 0 R 1 2 1 R R 10 R20 0 Ap 1eBeE gdzie: p ciśnienie, - gęstość, E - energia wewnętrzna, A, B, R1, R2, - parametry materiałowe Do opisu powietrza zastosowano równanie EOS LINEAR POLYNOMIAL gdzie: p ciśnienie, E - energia wewnętrzna, Co, C1, C2,C3,C4,C5,C6 - parametry materiałowe Parametry opisujące MW Anfo [2] Materiał wybuchowy 0, kg/m 3 Pc-j, GPa A, Gpa B, Gpa R 1 R 2 Anfo 931.0 5.15 49.46 1.891 3.907 1.118 0.333

Przebieg symulacji detonacji MW

Proces detonacji ładunku o długości L=240mm przebiegł w czasie około 64μs, co daje nam średnią prędkość detonacji ładunku 3750m/s

Ekspansja produktów detonacji rozkład ciśnień w powietrzu

Przed rozchodzącymi produktami detonacji obserwuje się wyraźny wzrost ciśnienia w powietrzu.

W celu określenia nadciśnienia rozchodzącej się fali uderzeniowej wyznaczono w kilku punktach wykresy ciśnień. Pomiaru dokonano w trzech kierunkach, pod kątem 0, 90 i 180 i w odległościach mierząc od środka ładunku: 250mm, 500mm, 750mm oraz 1000mm. Rysunek poniżej przedstawia układa badawczy z rozmieszczonymi punktami pomiarowymi.

Wykresy ciśnień mierzone w punktach pomiarowych Wykresy ciśnień mierzone pod kątem 0. Wykresy ciśnień mierzone pod kątem 90.. Wykresy ciśnień mierzone pod kątem 180.

ANALIZA 2D. Budowa układu Rysunek przedstawia przekrój układu, którego centralnym elementem jest ładunek MW (na bazie saletry amonowej) o wymiarach : Φ= 42mm i L= 300mm

Przebieg symulacji rozkład ciśnień

Przebieg symulacji rozkład ciśnień

Na podstawie symlacji wyznaczono ciśnienia w trzech kierunkach: 0,90 i 180, w odległości 1metr od ładunku. W poszczególnych kierunkach ciśnienie wynosi: - w miejscu położenia inicjału (zapalnika) 0-210kPa - w miejscu znajdującym się pod katem 90 do kierunku rozchodzenia się detonacji - 420kPa - naprzeciwko położenia zapalnika 180-260kPa

BADANIA POLIGONOWE W ramach realizacji tematu wykonano badania poligonowe ładunków wybuchowych na bazie saletry amonowej. Ocenie poddano charakter rozprzestrzeniania się produktów detonacji i wielkość ciśnienia w odniesieniu do geometrii ładunku. Dokonano pomiaru gęstości impulsu, jaki generuje wybuch metodą Helda. W badaniach wykorzystano również czujniki ciśnienia piezoelektryczne firmy PCB serii 137, ustawiając je w trzech miejscach rozmieszczonych pomiędzy sobą o kąt 90 w odległości 1 metra od ładunku Widok stanowiska badawczego przed detonacją

Pomiar ciśnień W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano zapis z pomiaru ciśnień w trzech charakterystycznych dla układu punktach: - w miejscu położenia inicjału (zapalnika) rejestracja na kanale 3 (CH3) - w miejscu znajdującym się pod katem 90 do kierunku rozchodzenia się detonacji rejestracja na kanale 2 (CH2) - naprzeciwko położenia zapalnika rejestracja na kanale 1(CH1) Zestawienie zbiorcze wykresów ciśnień.

WNIOSKI Zjawiska jakie zachodzą w czasie wybuchu MW w powietrzu zamodelowano w programach Autodyna oraz LS- Dyna, zarówno w postaci modeli 2D jak i przestrzennych (3D). Otrzymane wyniki na drodze numerycznej symulacji poddano weryfikacji doświadczalnej w warunkach poligonowych. Na podstawie analizy komputerowej wyznaczono charakterystyki fali ciśnienia ich maksymalne wartości oraz kształt obłoku produktów detonacji. Pomiary dokonano w trzech kierunkach 0, 90 i 180 w stosunku do położenia ładunku. Wyniki, które uzyskano z pomiarów za pomocą czujników w bardzo dużym stopniu są zbieżne z wynikami symulacji. Wynoszą kolejno: - w miejscu położenia inicjału (zapalnika) 0-210kPa (wynik z symulacji) oraz 204,2kPa (wynik zarejestrowany za pomocą czujnika) - w miejscu znajdującym się pod katem 90 do kierunku rozchodzenia się detonacji- 420kPa (symulacja) oraz 406,3kPa (pomiar czujnikiem) - naprzeciwko położenia zapalnika 180-260kPa (symulacja) oraz 254,2kPa (pomiar czujnikiem). Obserwuje się zatem znaczny przyrost ciśnienia pod kątem 90 w stosunku do rozchodzenia się detonacji w ładunkach wydłużonych. Ciśnienie maksymalne jest dwukrotnie większe niż w rejestrowanych punktach pod kątem 0 i 180.

WNIOSKI Ocenie poddano również rozrzut kostek stalowych i aluminiowych w teście Helda. Zaobserwowano rozłożenie kostek, których obraz przedstawia bardzo zbieżny kształt formowania się produktów detonacji zarejestrowany w numerycznej symulacji. Rażące działanie wybuchu zależy od charakterystyk impulsu ciśnienia wytwarzanego przez generowaną wybuchem falę podmuchową. Rozkład ciśnień w środowisku gazowym (w powietrzu) jak również kształt obłoku produktów detonacji związany jest z geometrią ładunku oraz sposobem i miejscem inicjowania MW

WNIOSKI Model można zastosować do dalszych różnorodnych analiz uwzględniających zmiany poszczególnych elementów układu: - materiał wybuchowy, - zmiana geometrii ładunku wybuchowego, - zmiana punktu inicjacji, - rozwinięcie przestrzeni o przeszkody, budynki itp. Literatura: [1] Prace minerskie i niszczenia. Sztab Generalny WP Szefostwo Wojsk Inżynieryjnych, Inż. 572/94 MON Warszawa 1994, [2] L.L. Davis & L.G. Hill, ANFO CYLINDER TESTS, CP620, Shock Compression of Condensed Matter - 2001. Baza danych Autodyn, [3] LS-DYNA Keyword Use s Manual Version 970, Livermore Software Technology Corporation, April 2003, [4] Cudziło S., Maranda A. i inni.: Wojskowe materiały wybuchowe, PCz, Metalurgia Nr13, Częstochowa, 2000r, [5] Smoleński D.: Detonacja materiałów wybuchowych. Wyd. MON, Warszawa 1981, [6] Held M.: New diagnostic techniques in blast waves. Czech Republic, 2006. [7] Cieślicka K., Raport: Badanie zdolności do wykonania pracy MWE zawierających saletrę amonową typu extra, olej oraz płatki aluminium metodą Held a, IPO Krupski Młyn 2010. [8] Staś J. Sprawozdanie statutowe 2007, IPO, Krupski Młyn, 2007.

WNIOSKI Przykład rozszerzenia przestrzeni z uwzględnieniem budynków

Dziękuję za uwagę