اولین تیم تخصصی طراحی سازه در برابر انفجار

تحلیل و طراحی سازه ها تحت بارهای دینامیکی نرخ بالا، بسیار پیچیده، حساس و زمانبر میباشد. ما اولین تیم تخصصی برای آنالیز و طراحی احداثات و سازه ها در برابر برخورد، ضربه و انفجار و بطور کل در برابر بارهای دینامیکی را در ایران تشکیل داده ایم. مهندسان، طراحان و دانشجویان عزیز برای انجام پروژه و یا مشاوره میتوانند از طریق ایمیل با تیم ما در ارتباط باشند. برای اطلاعات بیشتر به قسمتهای "اجرایی" و "دانشجویی" نگاه کنید.

کارهای اجرایی که تا الان انجام داده ایم:

۱- طراحی دیوار حایل در برابر انفجار ۳۰۰ کیلوگرم تی ان تی.

۲- طراحی ساختمان یک طبقه در برابر انفجار و اثر ارتعاش آن بر دستگاهها.

۳- اثر انفجارات حفاری دوردست بر پرده آبند سد.

۴- بررسی نقاط ضعف در پوشش تونل مترو در برابر انفجار

۵- بررسی اثر نفوذ گلوله و راکت در زره های فولادی و استحکامات بتنی

 و .....

کارهای تئوری و دانشجویی که تا الان انجام داده ایم:

۱- طراحی تونل در برابر انفجار کروی.

۲- بررسی انواع موشکها بر تونل.

۳- برآورد منطقه خطر در برابر انفجار.

۴- آنالیز قابهای روزمینی در برابر انفجار.

۵- آنالیز قابها در برابر موجهای دینامیکی و زلزله.

۶- آنالیز ساختمانهای بلندمرتبه تحت بار انفجار

 و .....

دکتر آقاگلی

Mobile: [phone]

Email: [e-mail]

 

بررسی اثر انفجار بر دال بتن آرمه

استفاده از دال بتن آرمه بعنوان یک جسم محافظ در برابر انفجار بخاطر عواملی چون وزن، سختی و هزینه کم آن، بسیار در پروژه ها استفاده می­شود. دال بتن آرمه در دیوارهای حایل، سقف ساختمانها و یا لایه حفاظتی برای سازه های زیرزمینی مورد استفاده می­باشد.

دال دوطرفه بتنی با ابعاد 5*5 متر با ضخامت 0.5 متر و با درصد آرماتور 0.0023 با پوشش بتنی برابر 5 سانتیمتر تحت انفجار 1000 کیلوگرم تی­ان­تی در نرم­افزار انسیس شبیه­سازی شده است. 

از پارامتر damage برای آسیب به بتن استفاده شده است که مقدار 0 به معنی بدون آسیب و مقدار 1 به معنی آسیب کامل به بتن در آن نقطه می­باشد.

شکل 1 مربوط به اثر انفجار بر وجه روبرو می­باشد و همانطور که مشخص است در تکیه­گاه­ها و در یک سوم فاصله از مرکز به سمت تکیه­گاه­ها، آسیب برابر عدد 1 می­باشد. 

 

 

شکل 2 مربوط به اثر انفجار بر وجه پشت می­باشد و همانطور که مشخص است در نقاط زیادی از سطح، آسیب کلی به بتن وارد شده است که البته به خاطر مقاومت کششی پایین بتن دور از انتظار نیست. همچنین نقاط قرمزرنگ که بصورت خطی می­باشند بیانگر از بین رفتن پیوستگی بین بتن و آرماتور می­باشد. 

 

 

تخریب در بتن بصورت ترک در بتن یا پرتاب شدن تکه­هایی از بتن می­باشد که یکی از معایب استفاده از بتن آرمه، پرتاب شدن تکه­های بتن بصورت ترکش می­باشد.

 

کدنویسی مسائل مربوط به انفجار با Matlab

Matlab یک محیط نرم‌افزاری برای انجام محاسبات عددی و یک زبان برنامه‌نویسی نسل چهارم است. واژه متلب هم به معنی محیط محاسبات رقمی و هم به معنی خود زبان برنامه‌نویسی مربوطه‌است که از ترکیب دو واژه MATrix (ماتریس) و LABoratory (آزمایشگاه) ایجاد شده‌است.

 

 این زبان با توجه به نظرات کاربران دانشگاهی و صنعتی دستخوش بازنگری های زیادی شده و اکنون به زبان استاندارد جهت آموزش های مقدماتی و عالی و ابزار پژوهش و توسعه در صنایع تبدیل شده است.

 مهندسان محترم میتوانند برای برنامه نویسی انواع مسائل، خصوصا مسائل مرتبط با پدیده انفجار با استفاده از نرم افزار Matlab با ما تماس بگیرند (مشاوره رایگان).

چنانچه قصد تجاری سازی برنامه خود را داشته باشید، میتوانیم به‌وسيله ابزار (GUI) Graphical User Interface برنامه موردنظر را در بالاترین سطح و بصورت کاربرپسند ( user friendly ) برای شما آماده نماییم.

تعدادی از برنامه های نوشته شده عبارتند از:

1-    شکست امواج

2-    برنامه postprocessor برای نرم افزار autodyn

3-    تولید مش برای نرم افزار autodyn

4-    تحلیل المان محدود ورق تحت بارهای نقطه ای

5-    تحلیل خرپا

6-     .....

انفجار در زیر آب

همانگونه که سازه­های احداثی بر روی زمین نیازمند طراحی در برابر انفجار می­باشند، سازه­های دریایی نیز از این مسئله مستثنی نیستند. یکی از مهمترین مسائل در طراحی کشتی­ها بررسی انفجار در زیرآب بر آنها می­باشد.

انفجار در زیر آب دارای دو اثر 1) موج ضربه و 2) پالس حباب می­باشد. موج ضربه (shock wave) ناشی از انفجار می­تواند منجر به شکست، تغییر شکل پلاستیک و نفوذ آب به داخل کشتی شود. در تصویر زیر شکست در بدنه کشتی بعلت برخورد با مین آبی نشان داده شده است. همچنین پالس حباب نیز می­تواند باعث از بین رفتن تعادل کشتی و واژگونی کشتی شود.

کشورهای پیشرفته دنیا نظیر آلمان و آمریکا در زمان جنگ جهانی دوم تحقیقات بسیاری بر پدیده انفجار زیر آبی انجام دادند و آزمایشهای خاصی را نیز تدارک دیده­اند. یکی از این آزمایشات Underwater Bulge Explosion می­باشد.

با توجه به این آزمایش، آقای راجندران به بررسی مقدار تغییرشکل و نوع شکست صفحات فولادی تحت انفجار زیر آب پرداخت که منتج به تشکیل روابطی برای مقدار تغییر شکل صفحات شد.

از آنجا که این گروه همواره مشتاق به بررسی انواع پدیده­های انفجار می­باشد، اخیرا شبیه­سازی عددی آزمایش انفجار زیر آبی UBE را در نرم­افزار Autodyn به انجام رسانده است که نتایج حاصله از نرم­افزار انطباق بسیار خوبی با نتایج حاصل از روابط آقای راجندران دارد. در شبیه­سازی نرم­افزاری، هر دو پدیده موج ضربه و پالس حباب بطور کامل قابل تفکیک می­باشد. اگر بخواهیم نتیجه کار را بطور خلاصه بیان کنیم باید گفت؛ در انفجارهای زیرآبی در فواصل نزدیک، موج ضربه غالب می­باشد و در فواصل دور پالس حباب غالب می­باشد.

 

اثرات انفجار در تخریب پل ها

پل ها و تونل ها آسيب‌پذيرترين نقاط شبكه ترابري محسوب مي‌شوند زيرا در يك راه يا راه‌آهن اگر يك پل و یا تونل ويژه تخريب گردد، بازسازي آن براي مدت قابل توجه آن محور راه يا راه‌آهن را غيرقابل استفاده مي‌نمايد. ضربه‌اي كه از اين طريق وارد مي‌شود متناسب با اهميت مسير و ويژه بودن پل یا تونل خواهد بود.

منظوراز تخریب پل ها، ایجاد شکاف هایی بوسیله حمله  به مولفه های کلیدی پل ها می باشد. این شکاف ها می­توانند به حد کافی بزرگ باشند تا تعمیر را غیر اقتصادی کنند و چنانچه در مقاطع حساس مانند جنگ­ها باشد، می­تواند حتی ساخت پل را غیراقتصادی سازد و روند جنگ را بکلی تغیر دهد.

خسارت های وارد بر پل به دو دسته کلی خسارت بر پایه­ها(ستونها) و خسارت بر عرشه تقسیم بندی می­شود. خسارت وارده بر پایه پل به مراتب فاجعه بارتر از خسارت بر عرشه پل می­باشد. ولی معمولا عرشه پلها بیشتر مورد هدف قرار میگیرد.

خسارت نیز به دو بخش تقسیم بندی میشود؛ 1- ناشی از نفوذ گلوله 2- ناشی از انفجار

 

اثر انفجار بر روی عرشه صندوقه ای پل

 

 

 

  اثر انفجار بر روی تیر شکسته شده عرشه

Blast Simulator

نفوذ گلوله (Long Rod) در زره

در پروژه ای به بررسی اثر گلوله با شکل و سرعت و جنسهای مختلف بر زره با جنس و شکل و ضخامت مختلف پرداخته ایم که در زیر توضیحات کلی و نتایج برای یک نمونه آورده شده است.

فرضيات مسئله:

سرعت گلوله 1400 متر بر ثانيه، طول گلوله 100 ميليمتر، قطر گلوله 10 ميليمتر، جنس گلوله از تنگستن، جنس ماده هدف (زره): فولاد به ضخامت 10 سانتیمتر. پارامترهاي مربوط به مواد بر اساس مقالات موجود و بر مبناي مصارف نظامي استخراج شده است.

مدل سازي نهايي با 200000 المان براي ماده هدف و با 9500 المان براي گلوله انجام شده است، که در حدود 20 ساعت، زمان لازم براي تحليل آن بوسيله کامپيوتري با مشخصات cpu=Core2Duo 2.2  و ram=3GB بوده است که زمان بسيار زيادي مي­باشد.

پس از تحليل معلوم شده است که در زماني برابر T = 1.803E-01 ميلي ثانيه گلوله ماده هدف را سوراخ کرده و از سمت ديگر آن بيرون آمده است.

از جمله مهمترين نتايج مربوط به وضعيت ماده، براي گلوله و زره مي­باشد که براي ساخت گلوله با نفوذ بيشتر و زره با استحکام بهتر کاربرد دارد. همانطور که مشاهده مي­شود نوک گلوله در حالت گسيختگي قرار دارد که منطبق با آزمايشات مي­باشد و ماده هدف نيز به حالت پلاستيک رسيده است که براي يک زره خطر آفرين مي­باشد.

 

شعاع ناحيه پلاستيک در حدود 80 ميليمتر مي­باشد. همچنين پديده کاسه­اي شدن زره در برابر نفوذ گلوله که از اين مرحله خطر براي افراد پشت زره شروع مي­شود نيز بطور کامل قابل مشاهده است. از آنجا که گلوله از زره رد شده است بايد درصد خطرآفريني آن براي ساکنين برآورد شود.

مقایسه بین مدلسازی و آیین نامه

يکي از دوستان براي بررسي اثر انفجار بر ديوار حائل، مقاله اي را در اين زمينه براي صحت سنجي نتايج آن براي من فرستاد. در نگاه اول گرافها، خوب و عالي بود. چون کار آکادميک و دانشگاهي بود مي­بايست دقت زيادي ميکردم. پس از چک کردن ۲ نقطه با UFC به اختلاف عددي زيادي بين اين­دو رسيدم. سپس برآن شدم تا مسئله مورد نظر را در حالت FreeField با نرم­افزار AutoDyn شبيه سازي کنم. پس از آناليز مدل که در حدود نيم­ساعت به طول انجاميد، سپس نمواردهاي حاصل از شبيه­سازي خودم، آيين­نامه UFC و مقاله گفته شده را براي مقايسه در يگ شکل کشيدم. همانطور که ميبينيد گراف حاصل از شبيه­سازي من، نسبت به مقاله گفته شده بسيار به واقعيت نزديکتر است.

در متن مقاله هم چندين مورد اشکالات اساسي در فرضيات انفجار و بکارگيري نرم­ افزار AutoDyn مشاهده شد.

نکته مهم: فرض اينکه مقاله در يک ژورنال معتبر چاپ شده دليل بر صحت کليه محتوايش نيست.

در شکل­هاي زير پخش امواج انفجار در هوا و گراف مقايسه­اي را مي­بينيد.

فایل ویدیویی مربوط به انفجار (Surface Burst) گفته شده را نیز میتوانید از اینجا دانلود فرمایید.

 

 

 

 

 

 

 

طریقه نصب Ansys 14.5

بسیاری از دوستان طریقه نصب Ansys 14.5 را درخواست کرده بودند. امروز ۵ ساعت وقت گذاشتم و از تمامی مراحل نصب، عکس گرفتم و بصورت فایل PDF برای دانلود در وبلاگ گذاشتم.

حجم فایل ۳.۵ مگابایت هست و میتوانید از هرکدام از لینکهای زیر برای دانلود استفاده کنید. امیدوارم که مفید باشد.

احتمال دارد بخاطر وصل شدن به اینترنت لایسنس برنامه از بین برود در این صورت، صرفا مراحل مربوط به ایجاد لایسنس و نصب آن که در فایل زیر گفته شده است را انجام دهید. 

اگر مشکلی داشتید میتوانید ایمیل بزنید یا در کامنتها بیان کنید.

 

 

لینک دانلود ۱

 لینک دانلود 2

اختلاف نتایج در دو نرم افزار

در پروژه­ کاری اخیر که مربوط به طراحی پی تحت بار سیکلیک برای یک ماشین بود، به خاطر حساسیت کار، مسئله را با دو نرم ­افزار autodyn و plaxis شبیه سازی کردیم.

به خاطر بارعلمی این مسئله، آن را برای استفاده دانشجویان و مهندسان عزیز در وبلاگ قرار دادم. در زیر توضیحات کلی در مورد مسئله و دو نرم­ افزار آورده شده است:

کل زمان تحلیل 4/0 ثانیه می­باشد.

بار هارمونیک می­باشد.

روش حل autodyn بر اساس explicit و روش حل plaxis بر اساس implicit می­باشد.

مشهای autodyn براساس چهاروجهی ساختار یافته و مشهای plaxis بر اساس مثلث­های دلونی درنظر گرفته شد.

زمان حل با autodyn برابر 5 ساعت و زمان حل با plaxis برابر 10 دقیقه بدست آمد.

در 2 شکل پایین مدل آماده برای تحلیل در دو نرم افزار autodyn و plaxis مشاهده میشود.

در شکلهای 3و4  نمودار جابجایی-زمان برای نقطه­ای در فاصله 8 متری از پی آورده شده است.

اختلاف بین نمودارها در حدود 15% می­باشد.

 

 

 

له کردن قوطی

شاید خیلی اتفاق افتاده باشد که بخواهید قوطی نوشابه را با فشار آوردن بوسیله کف دست، از بالا له کنید.

برای انجام راحت­تر اینکار احتیاج به یک گودی اولیه در دیواره قوطی داریم تا پس از اعمال فشار، براساس پدیده کمانش له شود.

برای بررسی قابلیت برنامه Ansys این پروسه بدون ایجاد هیچگونه تغییرشکل اولیه، مدل شده است.

فرض شده است که قوطی 10 سانتی به اندازه 5 سانتی متر تغییر شکل یابد.

اگر تاکنون تغییرشکل قوطی را ندیده اید میتوانید با دانلود کلیپ از لینک زیر آن را ببینید.

 

دریافت کلیپ

 

 

بررسی معیار شکل پذیری

همانطور که در پست مربوط به مدلسازی انفجار آمده است، تحلیل سازه ها تحت اثر انفجار به دو صورت Couple ( نرم افزارهایی چون autodyn ) و Decouple ( نرم افزارهای تحلیل سازه مانند SAP2000 ) صورت می گیرد. در پست های قبل به چندین پروژه انجام شده بصورت پیوسته پرداخته شده است، اکنون به پروژه ای که بصورت غیرپیوسته انجام شده می پردازیم.

آنهایی که در حوضه ی انفجار فعالیت دارند با دستورالعمل هایی چون UFC3-340-02,TM5-1300,ASCE,… آشنایی دارند و چنانچه با دقت این دستورالعمل ها را بررسی کرده باشند خواهند دید که معیار طراحی شکل پذیری می باشد، بنابراین تحلیل غیر خطی اجتناب ناپذیر می باشد. از طرفی در این دستورالعمل ها اعضاء تیر و ستون بصورت منفرد مورد بررسی و آنالیز قرار گرفته است. گراف های زیر ناشی از تحلیل در نرم افزار SAP2000 نشان دهنده این حقیقت است که دستورالعمل های فوق شکل پذیری هایی به مراتب بزرگتر از آنچه در تحلیل قاب بدست آمده است، پیشنهاد می کنند.

 

اعداد داخل پرانتز، ابعاد مقطع و درصد آرماتور  میباشد.

برخورد هواپیما به دیوار بتنی

پس از حوادث 11 سپتامبر توجه ویژه ای به برخورد هواپیماها بر برجها و ساختمانهای بلندمرتبه صورت گرفته است و موضوع تحقیق بسیاری از محققین شده است. در مقاله ای، برخورد هواپیمای بویینگ 747 با سرعت 300 (کیلومتربرساعت) به دیوار بتنی مسلح و غیرمسلح بوسیله نرم افزار AutoDyn-3D بصورت ۳بعدی شبیه سازی شده است.

ضخامتهای 1 ،2 و 3 متر از دیوار، بصورت مسلح و غیرمسلح شبیه سازی شده که در تصاویر زیر دیوار مسلح با ضخامت 2 متر آورده شده است. حدود 1ماه زمان محاسباتی برای این تحلیل بوده است و مهمترین نتیجه آن کم اثرتر بودن آرماتور در مقابل ضخامت دیوار میباشد.

 

دانلود نرم افزار Ansys 14.5

نرم افزار AutoDyn و LS-DYNA که در شبیه سازی انفجار و بارهای دینامیکی بر سازه های مدفون و سطحی بسیار پرکاربرد هستند از زیرمجموعه های نرم افزار Ansys Workbench میباشند.

معمولا پروژه های غیرخطی دینامیکی زمان محاسباتی زیادی نیاز دارند و زمان محاسبه به سخت افزار کامپیوتر، ورژن ویندوز و نرم افزار وابسته میباشد. من به شخصه از ورژن ۶۴ بیتی ویندوز و نرم افزار برای انجام پروژه هایم استفاده میکنم. تجربه برایمان ثابت کرده است AutoDyn به RAMبیشتری نیاز دارد تا CPU.

ورژن ۶۴ بیتی نرم افزار Ansys 14.5 از لینکهای زیر قابل دانلود میباشد. طریقه نصب هم مثل ورژنهای قبلی Ansys میباشد. 

پارت 1 با حجم 500 مگابایت

پارت 2 با حجم 500 مگابایت

پارت 3 با حجم 500 مگابایت

پارت 4 با حجم 500 مگابایت

پارت 5 با حجم 500 مگابایت

پارت 6 با حجم 500 مگابایت

پارت 7 با حجم 500 مگابایت

پارت 8 با حجم 500 مگابایت

پارت 9 با حجم 500 مگابایت

پارت 10 با حجم 500 مگابایت

پارت 11 با حجم 500 مگابایت

پارت 12 با حجم 500 مگابایت

پارت 13 با حجم 500 مگابایت

پارت 14 با حجم 278 مگابایت

پسورد فایل فشرده: soft98.ir ( پسورد را تایپ کنید )

منبع فایل فشرده: http://soft98.ir

برخورد و نفوذ

اولین مساله در طراحی سازه های زیر زمینی و به خصوص سطحی مساله برخورد و نفوذ است. ساده ترین حالت برخورد و نفوذ، گلوله تفنگهای تک زمانه می باشد که فقط با نفوذ سبب خسارت می شوند.

در زیر دو کلیپ مربوط به موشکهای نفوذی آورده شده است تا به قدرت این نوع موشکها پی برده شود. کلیپ اول مربوط به تخریب آشیانه هواپیما میباشد و کلیپ دوم بصورت آزمایش قدرت نفوذ میباشد.

لینک دانلود:                                تخریب آشیانه هواپیما

 

لینک دانلود:                                آزمایش قدرت نفوذ

نرم افزار Ansys AutoDyn

Ansys AutoDyn یک برنامه حل صریح برای مدل­سازی دینامیکی غیرخطی جامدات، مایعات، گازها و اندرکنش میانشان می­باشد که زیرمجموعه­ای از Ansys Workbench می­باشد. از نقاط قوت این برنامه داشتن حالت گرافیکی می­باشد که کاربر می­تواند به راحتی مراحل مدل­سازی و روند حل را ببیند. همچنین این برنامه دارای مصالح کتابخانه­ای می­باشد که بسیاری از مواد و معادله حالت، مدل مقاومتی و مدل شکست را در بر دارد.

این برنامه روش­های مختلفی نیز برای حل مسائل دارد دو نمونه مهم برای حل محیط­های پیوسته حالت لاگرانژین و اویلرین می­باشد. البته روش­های پیشرفته­تری مثل ALE و SPH نیز وجود دارد که با توجه به نوع مسئله می­تواند به کار گرفته شود.

                            محیط نرم افزار AutoDyn و مدلسازی اثر انفجار بر تونل

مدلسازی انفجار

بطور کل انفجار به دو صورت Couple و Decouple مدل میشود.

در مدل Couple مرحله انفجار، انتشار و اثر آن بر سازه بطور کامل در یک نرم افزار و در یک مرحله انجام میگیرد.

در مدل Decouple هر یک از مراحل بالا بطور مجزا و یا دوبه دو در یک نرم افزار انجام میگیرد.

نرم افزارهایی که بتوانند حالت Couple را مدل کنند بسیار کم میباشند و میتوان گفت به AUTODYN و LS-DYNA محدود میشوند.

ولی از همه نرام افزارها میتوان برای حالت Decouple استفاده کنند.

سازه های مدفون و انفجار

آنالیز انفجار –  مقاومت در طراحی سازه­ها برای به حداقل رساندن اثرات حمله موشکی بسیار مهم است. برای نمونه، تنش­های سیاسی ایالات متحده و کره شمالی در زمینه منابع هسته­ای باعث شده تا فرودگاه­ها و شهرهای زیرزمینی در اعماق غیرقابل تصور در کوه­های کره شمالی ایجاد گردد. در کشورهایی نظیر ایران نیز تهدیدات متقابل نظامی و نیز تهدیدات و درگیری­های نظامی با ایالات متحده همواره ساخت پناهگاه­های محفوظ در برابر انواع جنگ­افزارها بخصوص موشک­های کروز که از دقت بی­نظیری برخوردارند مورد تحقیق بوده است.

آیین نامه ها و استانداردهای حاکم بر ساخت و یا شیوه های طراحی سازه های مقاوم در برابر انفجار بسیار نادر میباشند که بخاطر طبقه­بندی­های امنیتی تکنولوژی­های نظامی، مثل روش­های طراحی و تکنیک­های ساخت پیشرفته برای محافظت اماکن نظامی می­باشد.

از آنجا که مهندسان غیر نظامی دسترسی به آزمایشات صحرایی انفجار و  آیین نامه های حاکم بر آن ندارند، بوسیله راه حلهای دستی و در سطح بالاتر با نرم افزارهای شبیه ساز را تنها راه برای درک پاسخ سازه میدانند.

 

انفجار به عنوان یک پارامتر طراحی

به خاطر یک سری وقایع تروریستی در جهان، تحلیل انفجار- مقاومت سازه­ها به موضوعی پرکار تبدیل شده است. وقایعی مثل انفجار بمب در مرکز تجارت جهانی در نیویورک در فوریه سال 1993، ساختمان فدرال آلفرد پی.مورا در شهر اکلهاما در آوریل سال 1995، ساختمان مراکز مالی لندن در سال 1994 و وقایع اخیر همچون هتلی در جاکارتا و ترکیه باعث نگرانی­های شدیدی شده که چطور اجزای سازه­ها و ساکنین­شان از خطرات انفجار بمب و دیگر صدمات فیزیکی مستقیم محافظت شوند.