مدل‌سازی عددی تأثیر جنس مستهلک‌کننده در کاهش انرژی امواج ضربه‌ای در محیط خاک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد؛ پدافندغیرعامل

2 استادیار؛ مجتمع دانشگاهی پدافندغیرعامل، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

10.22044/tuse.2022.10959.1421

چکیده

سازه‌ها با شکل، جنس یا مصالح مختلف، رفتارهای متفاوتی در برابر امواج ضربه‌ای از خود نشان می‌دهند و درک صحیح عملکرد سازه در برابر این امواج می‌تواند در انتخاب شکل مناسب مصالح، مفید و مؤثر واقع شود. در این مطالعه، بررسی میزان کاهش انرژی امواج مکانیکی ضربه‌ای، بر روی سازه مستهلک کننده با جنس‌های متفاوت و با ضخامت مختلف بررسی شده است. مستهلک کننده‌هایی که امروزه در دنیا مورد توجه قرار گرفته و نتایج مطلوبی داشته‌اند، مدلسازی شده‌اند. خاک مورد استفاده در این مدلسازی، نوع 5 در دسته‌بندی کد TM 5-855-1 ارتش آمریکا ، می‌باشد. مدلسازی با نرم‌افزار آباکوس انجام شده است که نسبت به سایر نرم‌افزارهای اجزاء محدود مشابه، به دلیل داشتن رویه‌های حل صریح و ضمنی، و دارا بودن مدل‌های رفتاری پیشرفته برای مواد مختلف، محبوب است. از نتایج مهم بدست آمده می‌توان به تأثیر مستهلک کننده ژئوفوم در کاهش60 درصدی و ساندویچ پنل آگزتیک در کاهش 50 درصدی انرژی موج منتشر شده در خاک، اشاره نمود. از جنبه‌های نوآورانه این تحقیق می‌توان به بررسی میزان اثر مصالح نوین اشاره کرد. یکی دیگر از جنبه‌های نوآوری نسبت به مطالعات گذشته، بررسی همه این آثار در محیط ترکیبی مانند زمین است که از اجزای مختلف یعنی سنگ و خاک تشکیل شده است. این اجزاء هر کدام به ‌واسطه‌ی پارامترها و خاصیت‌هایی که دارند تأثیر خود را در انتشار امواج مکانیکی گذاشته و باعث ایجاد تفاوت‌ها می‌شوند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical modeling of the effect of different attenuator elements on reducing the energy of shock waves in the soil environment

نویسندگان [English]

  • S. Farajian 1
  • M. Y. Radan Koohpaee 2
  • Seyed A. Hosseini 2
1 Faculty of Passive Defense, Malek Ashtar University of Technology
2 Faculty of Passive Defense, Malek Ashtar University of Technology, Tehran.
چکیده [English]

Structures with different shapes or materials show different behaviors against shock waves, and a correct understanding of the structure's performance against these waves can be useful and effective in choosing the appropriate shape of materials. In this study, the amount of energy reduction of impulsive mechanical waves on the attenuator elements with different materials and different thicknesses has been investigated. Attenuator elements that have been considered in the world today and have shown good results have been modeled. The soil model employed was chosen from the U.S. Army TM 5-855-1 soil classification as Type 5, i.e., highly saturated clay.
With the increasing development of software and hardware facilities in recent decades, the use of finite element software in solving engineering science problems has made significant progress. Like ABAQUS, FLAC and ANSYS software. For example, ABAQUS software compared to other similar finite element software, due to its explicit and implicit solution procedures, has advanced and diverse behavioral models for different materials such as metals, rubber, concrete, soil, stone, fluids and ability to quick development of models with complex geometry. Therefore, in the past few years, this software has attracted the attention of many researchers.
One of the important results in this study is effect of Geofoam in reducing by 60% and Auxetic sandwich panel in reducing by 50% of the emitted wave energy in the soil. One of the innovative aspects of this project is the study of the effect of new materials. Another aspect of innovation compared to previous studies is the study of all these effects is in a composite environment, such as the earth, which is composed of different components such as rock and soil. Each of these components, due to their parameters and properties, have an effect on the propagation of mechanical waves and cause differences.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Attenuator elements
  • Numerical modeling
  • Auxetic sandwich panel
  • Geofoam
  • Explicit solution procedure
  • Abaqus
Bishop, A. W. (1960). The principles of effective stress. Norges Geotekniske Institutt.
Dassault Systèmes Simulia Corp. (2015). ABAQUS:Version 6.14 User's Manual. Providence, RI, USA.
Davies, M. C. (1994). Dynamic Soil-structure Interaction Resulting from Blast Loading. International Conference on Centrifuge Modelling (Centrifuge), (pp. 319-324). Rotterdam, Netherlands: Singapore.
Farajian, S. (2021). Modeling the effect of material and distance of the damper on attenuation of mechanical waves in the ground. Tehran: Malek Ashtar University of technology.
Henrych, J. (1979). The Dynamics of Explosion and its use. Amsterdam: Elsevier Science Publisher.
Horvath, J. (1995). Geofoam geosynthetic. N.Y., U.S.A.: Horvath Engineering, P.C.,.
Hua, Y., Akula, P., & Gu, L. (2014). Experimental and numerical investigation of carbon fiber sandwich panels subjected to blast loading. Composites Part B: Engineering.
Imbalzano, G., Linforth, S., Ngo, T., Lee, P., & Tran, P. (2018). Blast Resistance of Auxetic and Honeycomb Sandwich Panels: Comparisons and Parametric Designs. Composite Structures.
Jamil, A., Guan, Z., Cantwell, W., Zhang, X., Langdon, G., & Wang, Q. (2019). Blast response of aluminium/thermoplastic polyurethane sandwich panels — experimental work and numerical analysis. International Journal of Impact Engineering.
Lan, X., Feng, S., Huang, Q., & Zhou, T. (2019). A comparative study of blast resistance of cylindrical sandwich panels with aluminum foam and auxetic honeycomb cores. Aerospace Science and Technology.
Lesuer, D. (2000). Experimental investigations of material models for Ti- 6 Al-4V titanium and 2024-T3 aluminum. Livermore, CA: Lawrence Livermore National Laboratory.
Najafi, M., Ahmadi, H., & Liaghat, G. (2020). Experimental and Numerical Investigation of Energy Absorption in Auxetic Structures under Quasi-static Loading. MODARES MECHANICAL ENGINEERING.
Punmia, B., & Jain, A. (2005). Soil mechanics and foundations. Firewall Media.
Regulations, O. o. (2016). Chapter Twenty-One National Building Regulations: Passive Defense. Tehran: Ministry of Roads and Urban Development, Road, Housing and Urban Development Research Center.
Xu, J., Liu, J., Gu, W., Liu, X., & Cao, T. (2018). Shock Wave Attenuation Characteristics of Aluminum Foam Sandwich Panels Subjected to Blast Loading. Shock and Vibration.