Bài viết trình bày kết quả xác định giá trị áp lực của sóng xung kích tác dụng lên nóc của công trình bằng cách sử dụng phần mềm Ansys Autodyn 3D, kiểm chứng độ tin cậy của kết quả với công thức thực nghiệm của M.A.Xadovski, tiến hành khảo sát đánh giá ảnh hưởng của các vụ nổ đồng thời tác dụng lên nóc công trình và rút ra một số nhận xét.
KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ÁP LỰC SÓNG NỔ CỦA CÁC VỤ NỔ ĐỒNG THỜI TÁC DỤNG LÊN NĨC CƠNG TRÌNH VALUATION OF THE BLAST WAVE PRESSURE OF THE EXPLOSIONS AT THE SAME TIME, ACTING ON THE ROOF OF THE BUILDING TS NGÔ NGỌC THỦY Học viện Kỹ thuật Quân Email: ngongocthuyv2@gmail.com, 0982 308 023 Tóm tắt: Bài báo trình bày kết xác định giá trị áp lực sóng xung kích tác dụng lên cơng trình cách sử dụng phần mềm Ansys Autodyn 3D, kiểm chứng độ tin cậy kết với công thức thực nghiệm M.A.Xadovski, tiến hành khảo sát đánh giá ảnh hưởng vụ nổ đồng thời tác dụng lên cơng trình rút số nhận xét Keywords: shock waves, in the air, mesh Lagrange, mesh Eurle Đặt vấn đề Thực tế, cơng trình nằm khu vực mục tiêu không chịu tác dụng vụ nổ đơn lẻ mà chịu tác dụng tổ hợp nhiều vụ nổ đồng thời liên tiếp Chính việc nghiên cứu tải Từ khóa: Sóng xung kích, cơng trình, mơi trường khơng khí, Lưới Lagrange, lưới Eurle trọng sóng nổ tác dụng lên cơng trình đặt Abstract: The paper presents the results of determining the pressure value of the shock waves acting on the roof of the building using Ansys Autodyn3D software, verifying the reliability of the results with the experimental formula of MAXadovski, progress Conduct a survey to assess the impact of the explosions at the same time acting on the roof of the building and draw some comments lượng nổ đồng thời tốn có giá trị ý nghĩa có kích thước hữu hạn chịu tác dụng mặt khoa học Các công thức thực nghiệm phục vụ tính tốn giá trị áp lực sóng xung kích tác dụng lên cơng trình Áp lực sóng xung kích, thực nghiệm đo có quy luật chung có dạng hình Pso P P0 P P-so - + - Hình Biểu đồ áp lực sóng xung kích [1], [2] P0 - áp suất khí điều kiện tiêu chuẩn; - thời gian trì pha nén; Pso - áp lực lớn điểm (pha nén); - thời gian trì pha dãn ∆P - siêu áp sóng xung kích điểm (pha nén); P-so - áp lực lớn điểm (pha dãn); ∆P- - siêu áp sóng xung kích điểm (pha dãn); tA - thời điểm bắt đầu nhận giá trị áp lực sóng xung kích; Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2021 + - Công thức thực nghiệm M.A Xadovski để xác định giá trị áp lực sóng xung kích điểm khơng khí sau [1], [2]: P 106 C 430 C 1400C R R R (kPa), (1) R - khoảng cách từ tâm nổ đến vị trí điểm xét; C - trọng lượng thuốc nổ 33 KẾT CẤU - CƠNG NGHỆ XÂY DỰNG Sóng xung kích lan truyền mặt đất gặp hạt chuyển thành lượng áp cơng trình mặt đất tương tác với công lực Từ biên chướng ngại có chênh trình, thể hình Khi sóng xung kích gặp lệch áp suất sóng phản xạ sóng tới cơng trình nổi, cứng, bất động xảy trình hình thành sóng dãn làm giảm áp lực sóng phản phản xạ chảy bao Tại thời điểm sóng xung xạ lên tường trước xuống áp lực chảy bao (Pcb) kích gặp cơng trình có phản xạ áp lực phản Đối với tường bên nóc, sóng lướt qua, xạ (Pfx) tác dụng lên tường trước (hình 2a) Sự khơng xảy tượng phản xạ, áp lực phản xạ hạt khơng khí chuyển động tác dụng lên tường bên áp lực sóng sóng bị giữ lại mặt chướng ngại, động tới (hình 2b) H Pfx P P P P Pcb Pcb P Pcb L B Pfx P P P P Pcb P Pcb P P P a) b) c) a Bắt đầu tương tác; b Sóng xung kích chảy bao cơng trình; c Cơng trình dìm sóng xung kích Hình Tương tác sóng xung kích với chướng ngại - Lựa chọn thông số vật liệu, kết cấu, môi trường Áp lực tác dụng lên [1], [2]: ∆P2 = ∆P (kPa), (2) Tiến hành khảo sát tốn có lượng nổ đặt Nhận xét: Đối với toán chịu tác dụng tổ hợp nhiều vụ nổ đồng thời, chưa có cơng thức thực nghiệm đề cập đến Vì việc sử dụng phần mềm chuyên dụng để tính tốn tham số sóng xung kích lượng nổ đồng thời cho phép mở thêm hướng nghiên cứu ứng dụng vấn đề tính tốn tốn liên quan đến cơng trình chịu tác dụng tải trọng sóng nổ gây mặt đất cách cơng trình 15m Lượng nổ: CTNT = 428 Xác định giá trị áp lực sóng nổ tác dụng lên cơng trình phần mềm Ansys Autodyn 3D khí lý tưởng [3], [4], [5] - Các giả thiết mô tải trọng nổ + Tác nhân gây nổ tạo sóng nổ có dạng sóng cầu; + Không xét đến tác động mảnh vỡ sinh tác nhân gây nổ mục tiêu 34 kg; Đặt mặt đất Môi trường: Không khí vơ hạn - Lựa chọn vật liệu Vật liệu khơng khí, thuốc nổ TNT lựa chọn thư viện phần mềm Việc lựa chọn vật liệu đồng thời với việc chọn kiểu phương trình trạng thái sử dụng cho loại vật liệu Đối với mơi trường khơng khí: sử dụng phương trình trạng thái P= (-1)..e (5) đó: P - áp suất khí (Pa); - số khí lý tưởng; - mật độ khí (kg/m ); e - nội riêng khí (J/kg K) Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2021 KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Bảng Các hệ số phương trình trạng thái khí lý tưởng Mật độ khí (g/cm ) Hằng số khí lý tưởng Nhiệt độ ( K) 0.001225 1.4 288.200012 Nội riêng khí (J/kg K) 717.599976 Đối với sản phẩm nổ: sử dụng phương trình trạng thái sản phẩm nổ Jones-Wilkens-Lee (viết tắt JWL) để tính giá trị áp lực sản phẩm nổ, phương trình bán thực nghiệm [3], [4], [5]: R1V R2V E e e p A1 B1 V R1V R2V (6) đó: số A, B, R1, R2, chất nổ TNT trình bày (bảng 2); thuốc nổ TNT (ρ =1630 kg/m ); E - p - áp lực tạo khối thuốc nổ (kPa); V= Áp suất nổ P CJ = 2,1e7 (kPa); Tốc độ nổ: v CJ = 1/ρ thể tích riêng; ρ - mật độ khối 3 lượng đơn vị thể tích (E = 6,0e6 KJ/m ); 6930 (m/s) Bảng Các hệ số phương trình trạng thái JWL TNT A (kPa) 3,7377e8 Hệ số phương trình trạng thái JWL B (kPa) C (kPa) R1 3,7471e6 2,1e7 4,15 Với kích thước cơng trình LxBxH = 5x5x5 (m), cơng trình làm bê tông 35MPA chiều dầy d = 0,6 m Coi cơng trình cứng bất động R2 0,9 0,35 huy tối đa ưu điểm hai loại lưới Lagrange lưới Euler - Đặt điều kiện đầu, điều kiện biên - Lựa chọn mơ hình hình học + Tiến hành giải tốn theo mơ hình 3D; + Mơ hình đặt tồn mơi trường khơng khí vơ hạn Khi ta tính giá trị áp lực sóng xung kích khoảng cách R so với tâm khối thuốc nổ TNT + Điều kiện đầu tốn không bị ảnh hưởng yếu tố khác tới q trình kích nổ nổ hồn tồn, xem thuốc nổ kích nổ từ tâm tốc độ nổ ổn định; + Điều kiện biên không phản xạ, coi lớp khơng khí bao quanh vơ tận - Lựa chọn dạng lưới phần tử hữu hạn Do biến dạng phần tử toán - Đặt bước thời gian, chu kỳ giải toán tương đối lớn nên ta chọn lưới Lagrange – Euler - Giải tốn: Trình tự bước giải tốn nêu (ALE) cho tốn Mục đích lưới ALE phát hình Hình Các bước giải tốn Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2021 35 KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG lực điểm đo (điểm cơng trình) - Xử lý kết quả: Xuất kết tính tốn cần thiết, tiến hành so sánh, rút kết luận Tiến hành khảo sát tính tốn áp lực sóng nổ một, hai ba lượng nổ, nổ đồng thời tác dụng lên Ví dụ tính tốn cơng trình Giá trị áp lực sóng xung kích tác Bài tốn nghiên cứu q trình lan truyền sóng dụng lên cơng trình tính theo cơng thức thực xung kích nổ khối thuốc TNT hình cầu với nghiệm (1) điểm đo phải cộng với giá trị áp đương lượng thuốc nổ (CTNT = 428kg) nổ mặt đất tác động lên cơng trình đặt mơi trường suất khí để so sánh với giá trị áp lực khơng khí vơ hạn khoảng cách R =15m so với tâm sóng xung kích đo phần mềm Ansys đáy cơng trình Với kích thước cơng trình Autodyn 3D Áp suất khí điều kiện tiêu LxBxH = 5x5x5 (m), công trình làm bê tơng chuẩn P0 = 101,325 kPa Các kết thể 35MPA chiều dầy d = 0,6 m Vị trí xác định giá trị áp bảng Bảng Bảng so sánh giá trị áp lực Số lượng lượng nổ Giá trị áp lực (kPa) Vị trí điểm đo Xadovxki Ansys 401,12 436,84 lượng nổ R=15,81m lượng nổ R=15,81m 905,25 lượng nổ R=15,81m 1883,31 Chênh lệch (%) 8,18% Bảng Bảng so sánh giá trị áp lực SXK nổ đồng thời lượng nổ Áp lực điểm đo (kPa) Cơng thức Vị trí điểm đo Ansys R=15,81m lượng nổ (1) lượng nổ (2) lượng nổ (3) 436,84 905,25 1883,31 So sánh giá trị áp lực lớn theo số lượng nổ Ansys Autodyn 3D Điểm đo (2) so với (1) lần (3) so với (1) lần R=15,81m 2,072 4,311 Nhận xét: hướng, tác dụng lên công đồng thời không Cho đến nay, hầu hết phương pháp tính đồng thời Do đó, tiêu chuẩn thiết kế cơng tốn cơng chịu tác dụng bom đạn chịu tác dụng vụ nổ đơn khơng cịn phù tính với vụ nổ, có vị trí cho trước Đối với bom hợp Ngồi ra, kích thước cơng có tính đạn thực phương thức bắn diện có điều khiển khơng gian rõ rệt, cịn vị trí nổ bom, đạn bất loạt bắn gồm nhiều có điểm rơi ngẫu kỳ, nên thành phần tải trọng sóng nổ chịu nhiên miền bắn, nổ đồng thời nổ ảnh hưởng mạnh kết hợp sóng liên tiếp Với đặc điểm nói trên, tải trọng sóng xung kích vụ nổ đồng thời tác dụng lên nổ tác dụng lên cơng loại tải trọng phức tạp, công Trên bảng thể rõ giá trị áp lực sóng gồm nhiều tải trọng sóng thành phần, đến từ nhiều xung kích nổ đồng thời hai ba vụ nổ 36 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2021 KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG a) Nổ lượng nổ Hình Sơ đồ bố trí lượng nổ tác dụng lên cơng trình Hình Biểu đồ giá trị áp lực điểm nổ lượng nổ b) Nổ đồng thời hai lượng nổ Hình Sơ đồ bố trí hai lượng nổ đồng thời tác dụng lên cơng trình Hình Biểu đồ giá trị áp lực điểm nổ hai lượng nổ đồng thời c) Nổ đồng thời ba lượng nổ Hình Sơ đồ bố trí ba lượng nổ đồng thời tác dụng lên cơng trình Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2021 Hình Biểu đồ giá trị áp lực điểm nổ ba lượng nổ đồng thời 37 KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Qua biểu đồ hình 5, hình 7, hình lấy đến sở dự báo tính tốn lựa chọn phương án nổ cho thời điểm t=30ms, ta thấy mặt định tính biểu đồ phù hợp trước tiến hành thí nghiệm nổ áp lực sóng xung kích hồn tồn phù hợp với quy trường luật sóng xung kích pha nén hình TÀI LIỆU THAM KHẢO Khi công chịu tác dụng hai vụ nổ đồng thời, lượng nổ bố trí hình 6, áp tập 1, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội lực sóng nổ tác dụng lên cơng tăng lên gấp 2,072 lần so với lượng nổ đơn Hà Nội thời, lượng nổ bố trí hình 8, áp 4,311 lần so với lượng nổ đơn AUTODYN help (2009), ANSYS WORKBENCH 14,5 B, M, Dobratz; P, C, Crawford (1985), "LLNL Kết luận Explosives cụ hỗ trợ cho việc xác định giá trị áp lực sóng nổ thực hành tính tốn cơng trình chịu tác dụng nổ bom đạn, giải tốn mơ nổ đồng thời nổ liên tiếp để làm 38 Properties of Chemical Retrieved 31 August 2018 mềm Ansys Autodyn 3D xác định giá trị áp lực tác dụng lên cơng Bổ sung thêm công Handbook: Explosives and Explosive Simulants", Ucrl-52997, Bài báo tiến hành nghiên cứu sử dụng phần sóng xung kích nổ đồng thời hai ba vụ nổ Nguyễn Trí Tá, Đặng Văn Đích, Vũ Đình Lợi (2008), Giáo trình cơng tập 1, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Khi công chịu tác dụng ba vụ nổ đồng lực sóng nổ tác dụng lên cơng tăng lên gấp Đặng Văn Đích, Vũ Đình Lợi (1995), Giáo trình cơng Баум ,А,, иОрленко Л, П, (2002),изика взрывка tom1, Москва Ngày nhận bài: 29/01/2021 Ngày nhận sửa: 09/3/2021 Ngày nhận sửa lần cuối: 10/3/2021 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2021 KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Valuation of the blast wave pressure of the explosions at the same time, acting on the roof of the building TS.Ngo Ngoc Thuy* * Military Technical Academy email: ngongocthuyv2@gmail.com – 0982 308 023 TĨM TẮT: Bài báo trình bày kết xác định giá trị áp lực sóng xung kích tác dụng lên cơng trình cách sử dụng phần mềm Ansys Autodyn3D, kiểm chứng độ tin cậy kết với công thức thực nghiệm M.A.Xadovski, tiến hành khảo sát đánh giá ảnh hưởng vụ nổ đồng thời tác dụng lên cơng trình rút số nhận xét Từ khóa: Sóng xung kích, cơng trình, mơi trường khơng khí, Lưới Lagrange, lưới Eurle Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2021 39 ... tính tốn áp lực sóng nổ một, hai ba lượng nổ, nổ đồng thời tác dụng lên Ví dụ tính tốn cơng trình Giá trị áp lực sóng xung kích tác Bài tốn nghiên cứu q trình lan truyền sóng dụng lên cơng trình. .. a) Nổ lượng nổ Hình Sơ đồ bố trí lượng nổ tác dụng lên cơng trình Hình Biểu đồ giá trị áp lực điểm nổ lượng nổ b) Nổ đồng thời hai lượng nổ Hình Sơ đồ bố trí hai lượng nổ đồng thời tác dụng lên. .. thời tác dụng lên cơng trình Hình Biểu đồ giá trị áp lực điểm nổ hai lượng nổ đồng thời c) Nổ đồng thời ba lượng nổ Hình Sơ đồ bố trí ba lượng nổ đồng thời tác dụng lên cơng trình Tạp chí KHCN Xây