Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước và vị trí tường chống nổ đến áp lực sóng nổ tác dụng lên công trình bằng phần mềm Ansys Autodyn2d

Bài viết trình bày kết quả xác định giá trị áp lực lớn nhất của sóng nổ tác dụng lên tường trước, tường bên, nóc và tường sau của công trình trong các trường hợp thay đổi vị trí và kích thước tường chống nổ, bằng cách sử dụng phần mềm Ansys Autodyn2D, và rút ra một số nhận xét.

TẠP CHÍ VẬT LIỆU & XÂY DỰNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC VÀ VỊ TRÍ TƯỜNG CHỐNG NỔ ĐẾN ÁP LỰC SĨNG NỔ TÁC DỤNG LÊN CƠNG TRÌNH BẰNG PHẦN MỀM ANSYS AUTODYN2D Ngô Ng Ngc Th Thy1, Nguy Nguyn H Hu Hà1 Hc vin K thut quân s Nhn ngày 02/11/2020, chnh sa ngày 02/12/2020, chp nhn ng 10/01/2021 Tóm t tt: Bài báo trình bày kt qu xác nh giá tr áp lc ln nht ca sóng n tác dng lên tng trc, tng bên, tng sau ca cơng trình trng hp thay i v trí kích thc tng chng n, bng cách s dng phn mm Ansys Autodyn2D, rút mt s nhn xét T khóa: Sóng n, tng chng n Abstract: Abstract: This paper presents the results of the valuation of the greatest pressure of explosion waves impact on the front wall, side wall, roof and back wall of the structure in case the change size and location of blats resistant wall, by using Ansys Autodyn2D software, and draw some comment Keywords: Blast, blast resistant wall  t v vn   Vic s dng phn mm Ansys Autodyn2D  xác nh giá tr áp lc sóng n tác dng lên cơng trình mơ t c hình nh tng tác ca sóng n qua tng chng n n cơng trình mt vn  c k s ngành xây dng cơng trình quc phịng ln quan tâm tìm hiu Trong báo s trình bày vic s dng phn mm Ansys Autodyn2D  xác nh giá tr áp lc sóng n tác dng lên cơng trình, trng hp thay i v trí kích thc ca tng chng n Xác  nh giá tr tr áp l lc sóng n n tác d dng lên cơng trình tr trng h hp thay  i v v trí kích th thc c ca t tng ch chng n n - Các gi tr ng n gi thi thit mô ph phng t ti tr n: + Tác nhân gây n to sóng n có dng sóng phng; + Khơng xét n tác ng ca mnh v sinh tác nhân gây n i vi mc tiêu - La ch li u, k chn thông s s vt li kt c cu, môi tr trng: ng: Tin hành kho sát tốn có lng n t mt t cách cơng trình 4m Lng n: CTNT = 23,032 kg; t mt t Môi trng: Khơng khí vơ hn Cơng trình có kích thc cơng trình LxH = 4x3 (m), chiu dày nóc, tng, áy bng 0,25m; tng chng n hình ch nht có chiu dày 0,5 m; s dng vt liu bê tông ct thép có cng  35MPa, coi cơng trình tng chng n cng bt ng Khi n lng n không phá hy c kt cu tng chng n - La ch chn v vt li liu: Môi trng khơng khí, thuc n TNT c la chn th vin ca phn mm Viêc la chn vt liu cng ng thi vi vic chn kiu phng trình trng thái s dng cho loi vt liu ó i vi mơi trng khơng khí: s dng phng trình trng thái ca khí lý tng [4],[5],[6] P= (γ-1)ρe (1) ó: P - áp sut khí (Pa); γ - hng s khí lý tng; ρ- mt  khí (kg/m3); e - ni nng riêng ca khí (J/kg0K) Bng Các h s ca phng trình trng thái khí lý tng Ni nng Mt  khí Hng s khí Nhit (0K) riêng ca khí (g/cm3) lý tng (J/kg0K) 0,001225 1,4 288,200012 717,599976 i vi sn phm n: s dng phng trình trng thái ca sn phm n Jones-Wilkens-Lee (JWL)  tính giá tr áp lc ca sn phm n, ây phng trình bán thc nghim [4],[5],[6]:   ω  − R1V ω  − R2V ωE (2) e e p = A1 − + B1 − + V  R1V   R2V  ó: Các hng s A, B, R1, R2, ω i vi cht n TNT c trình bày (Bng 2);  xác nh c hng s ngi ta s dng thông s Chapman-Jouget; p áp lc to bi khi thuc n (kPa); V= 1/ρ0 th tích riêng; ρ0 mt  ca khi thuc n TNT (ρ0 =1630 kg/m3); E nng lng n v th tích (E = 6,0e6 KJ/m3); Áp sut n PCJ = 2,1e7 (kPa); Tc  n: vCJ = 6930 (m/s) Bng Các h s ca phng trình trng thái JWL H s ca phng trình trng thái JWL Cht A B C n ω R1 R2 kPa kPa kPa TNT 3,7377e8 3,7471e6 2,1e7 4,15 0,9 0,35 - La ch chn mơ hình hình h hc: Tin hành gii tốn theo mơ hình 2D Mơ hình c t tồn b mơi trng khơng khí vơ hn Khi ó ta s tính c giá tr áp lc sóng xung kích  khong cách R so vi tâm khi thuc n TNT - La ch chn d dng l li ph phn t t hu h hn: Do bin dng ca phn t toán tng i ln nên ta chn li Lagrange — Euler (ALE) cho toán Mc ích ca li ALE phát huy ti a u im ca c hai loi li Lagrange li Euler - t i iu ki kin  u, i iu ki kin biên: biên: iu kin u ca toán s khơng b nh hng TẠP CHÍ VẬT LIỆU & XÂY DỰNG ca yu t khác ti q trình kích n cng nh n hồn tồn, xem thuc n c kích n t tâm tc  n n nh iu kin biên s không phn x, coi lp khơng khí bao quanh vơ tn - t b b c th  gi thi gian, chu kk gii toán: - Gi Gii tốn: tốn Trình t bc gii tốn nêu  hình1 Hình Biu  giá tr áp lc ti im 1,2,3,4,5 c Tng chng n hình ch nht dày 0,5m, mép ngồi cách tng cơng trình 1,5m Hình Các bc gii tốn - X lý k kt qu qu : Xut kt qu tính toán cn thit, tin hành so sánh, rút kt lun Các giá tr áp lc sóng n o c toán c th hin ni dung nghiên cu tip theo 2.1 Nghiên cc u nh h hng v v v trí c ca t tng ch chng n n a.Tng chng n hình ch nht dày 0,5m, mép ngồi cách tng cơng trình 2,5m Hình S  b trí tng HCN chiu dày 0,5m cách cơng trình 1,5m Hình S  b trí tng HCN chiu dày 0,5m cách cơng trình 2,5m Hình Biu  giá tr áp lc ti im 1,2,3,4,5 Bng 3 Bng so sánh giá tr áp lc P (kPa) So sánh giá tr tr áp l lc P (kPa) i im o Hình 3 Biu  giá tr áp lc ti im 1,2,3,4,5 b Tng chng n hình ch nht dày 0,5m, mép ngồi cách tng cơng trình 2,0m (0) im im im im im T Tng cách công trình 2,5m (1) 159,430 143,270 116,660 87,250 26,860 T Tng cách cơng trình trình 2m (2) 145,820 154,750 121,000 86,750 26,900 T Tng cách cơng trình 1,5m (3) 122,890 174,800 140,860 94,020 28,010 Ghi (4) So sánh giá tr tr áp l lc P (%) Hình 4 S  b trí tng HCN chiu dày 0,5m cách cơng trình 2m im im im im im (2) so sánh vi (1) 8,54% -8,01% -3,72% 0,57% -0,15% (3) so sánh vi (1) 22,92% -22,01% -20,74% -7,76% -4,28% TẠP CHÍ VẬT LIỆU & XÂY DỰNG Nh Nhn xét: Vi ba cách b trí v trí tng chng n  khong cách (1,5m;2,0m;2,5m) so vi tng trc cơng trình, ta nhn thy s nh hng ca tng chng n n giá tr áp lc sóng n tác dng lên cơng trình nh sau: - i vi áp lc sóng n tác dng lên tng trc, vic b trí tng chng n gn cơng trình giá tr áp lc ti im gia tng trc cơng trình gim V trí tng chng n  khong cách 1,5m so vi tng trc cơng trình giá tr áp lc ti im gia tng trc gim (22,92%) so vi v trí b trí tng chng n  khong cách 2,5m Tuy nhiên giá tr áp lc tác dng lên im gia tng cơng trình li có giá tr áp lc tng lên n (22,01%) - i vi áp lc sóng n tác dng lên nóc, vic b trí tng chng n gn cơng trình giá tr áp lc ti im gia cơng trình tng lên Giá tr áp lc lên im gia cơng trình tng (20,74%) - i vi áp lc sóng n tác dng lên tng sau, vic b trí tng chng n gn cơng trình giá tr áp lc ti im gia tng sau cơng trình có xu hng tng lên, nhng giá tr áp lc tng không áng k Giá tr áp lc lên tng sau công trình có tng nhng khơng áng k (4,28%) - Vic la chn v trí hp lý tng chng n mt vn  có ý ngha ht sc cn thit,  t c phng án la chn tt nht hiu qu nht Qua 03 v trí t tng chng n, tác gi nhn thy v trí t tng chng n ti khong cách 2m so vi tng trc công trình phng án hiu qu hp lý hn so vi 02 phng án li v giá tr áp lc tác dng lên kt cu cơng trình 2.2 Nghiên c cu nh h hng v v kích th thc c ca t tng ch chng n n a.Tng chng n hình ch nht dày 0,5m, cao bng cơng trình Hình 10 Biu  giá tr áp lc ti im 1,2,3,4,5 b.Tng chng n hình ch nht dày 0,5m, cao hn cơng trình 0,5m Hình 11 11 S  b trí lng n cơng trình (tng chn hình ch nht cao hn cơng trình 0,5m) Hình S  b trí lng n cơng trình (tng chn hình ch nht cao bng cơng trình) Hình Mơ phng q trình lan truyn sn phm n ti thi im t = 21,18 ms Hình 12 12 Biu  giá tr áp lc ti im 1,2,3,4,5 c.Tng chng n hình ch nht dày 0,5m, cao hn cơng trình 1,0 m TẠP CHÍ VẬT LIỆU & XÂY DỰNG Hình 13 S  b trí lng n cơng trình (tng chn hình ch nht cao hn cơng trình 1m) Nh Nhn xét: Kt qu tính tốn cho thy vi v trí ca tng chng n im n so vi cơng trình, thay i kích thc tng chng n có chiu cao tng lên giá tr áp lc sóng n tác ng lên cơng trình gim xung, giá tr áp lc sóng phn x  tng trc gim nhiu nht ti im gia tng trc (40,83%), giá tr áp lc sóng xung kích tác dng lên im gia cơng trình gim (12,16%) im gia tng sau cơng trình có gim nhng gim khơng nhiu (9,97%) Kt lu lun Bài báo ã trình bày vic tính tốn giá tr áp lc sóng n tác dng lên cơng trình bng phn mm Ansys Autodyn2D so sánh mt s trng hp hình dng tng chng n thay i  phc v cho vic  xut, la chn gii pháp tng chng n cho hp lý phc v cho q trình thit k, th nghim hin trng Ngồi ra, có th s dng phn mm Ansys Autodyn 2D kho sát kích thc, v trí tng chng n khác  làm c s d báo tính tốn la chn gii pháp tng chng n cho phù hp  ngi ch huy quyt nh phng án tt nht xây dng cơng trình phc v u cu nhim v, m bo hoàn thành tt nhim v c giao Tài liu liu tham kho [1] Đặng Văn Đích, Vũ Đình Lợi (1995), Giáo trình cơng tập 1, Học viện KTQS, Hà Nội, [2] Đặng Văn Đích, Vũ Đình Lợi (2000), Giáo trình cơng tập 2, Học viện KTQS, Hà Nội, [3] Nguyễn Trí Tá, Đặng Văn Đích, Vũ Đình Lợi (2008), Giáo trình cơng tập 1, Học viện KTQS, Hà Nội, [4] AUTODYN help (2009), ANSYS WORKBENCH 14,5, [5] B, M, Dobratz; P, C, Crawford (1985), "LLNL Explosives Handbook: Properties of Chemical Explosives and Explosive Simulants", Ucrl-52997, Retrieved 31 August2018, [6] Баум Φ,А,, иОрленко Л, П, (2002),Φизика взрывка tom1, Москва, Hình 14 14 Biu  giá tr áp lc ti im 1,2,3,4,5 Bng Bng so sánh giá tr áp lc P (kPa) So sánh giá tr tr áp l lc P (kPa) i im o T Tng cao bng cơng trình T Tng cao hn CT 0,5m T Tng cao hn CT 1m (0) im im im im im (1) 133,970 143,270 117,310 87,420 26,980 (2) 98,590 103,520 111,920 86,050 26,100 (3) 79,270 77,610 103,050 81,750 24,290 Ghi (4) So sánh giá tr tr áp l lc P (%) im im im im im (2) so sánh vi (1) 26,41% 27,74% 4,59% 1,57% 3,26% (3) so sánh vi (1) 40,83% 45,83% 12,16% 6,49% 9,97% ... giá tr áp lc tng lên n (22,01%) - i vi áp lc sóng n tác dng lên nóc, vic b trí tng chng n gn cơng trình giá tr áp lc ti im gia cơng trình tng lên Giá tr áp lc lên im... gia cơng trình tng (20,74%) - i vi áp lc sóng n tác dng lên tng sau, vic b trí tng chng n gn cơng trình giá tr áp lc ti im gia tng sau công trình có xu hng tng lên, nhng... chng n im n so vi cơng trình, thay i kích thc tng chng n có chiu cao tng lên giá tr áp lc sóng n tác ng lên cơng trình gim xung, giá tr áp lc sóng phn x  tng trc