شبیه سازی و تحلیل انفجار زير آب
آنچه لابراتوار تخصصی شبیه سازی مهندسی سیملب انجام میدهد:
انفجار زير اب و اثر آن بر سازه هاي ثابت غوطه ور و شناور اطراف آن يكي از مسائل مهم در مهندسي مي باشد. رفتاري كه سيال از خود ارائه ميدهد اصولا به فاصله سازه از سطح ازاد بستگي دارد. پديده هاي جانبي از انفجار در زير اب شامل جت حباب، جت آب، كاويتاسيون و آثار سطحي ميباشند كه هركدام ازاين عوامل مي تواند مخرب برروي سازه هاي دريايي باشند. وقتي با مسائلي همچون سازه هاي غوطه ور نظير شناورها و سازه هاي دريايي و غيره در امواج ناشي از شوك انفجار و زيرسطح ازاد روبرو هستيم مي توان با استفاده از روش هاي اجزا محدود اويلري، لاگرانژي ، يا روشهاي تركيبي اويلر و لاگرانژي به بيان مدل سيستم درگير پرداخت.
با استفاده از آناليز ديناميكي غير خطي در حوزه زمان و روش آناليز ديناميكي غير خطي صريح و با معرفي شدت ضربه، تاريخچه زماني جابجايي، سرعت و شتاب نسبت به بار ضربه اي ناشي از انفجار، به روي زیر دریاییجهت مشخص كردن بيشترين تغيير شكل، پاسخ هاي قابل اطمينان و دقيق براي طراحي بهينه، طراحي بدنه زیر دریایی، بالا بردن مقاومت در برابر آسيب هاي ناشي از انفجار، كنترل اين نوع از سازه ها، طراحي هاي جديد سكو و همچنين بهبود عملکرد سازه هاي دريايي و قابل استفاده براي صنعت دريايي كشور مي باشد.اما در مورد پالس حباب، محصولات گازي انفجار منبسط مي شوند و آب اطراف محل انفجار را به سمت بيرون مي رانند. شعاع حباب افزايش يافته و به بيش از شعاع تعادل متناظر با فشار هيدروستاتيکي در عمق مورد نظر مي رسد. علت اين موضوع اثر اينرسي آبِ در حال حرکت توسط پالس ايجاد شده است. سپس فشار در حباب کمتر از فشار هيدروستاتيک محل مي شود. اين موقعيت پايدار نبوده و حباب در اثر اضافه فشار هيدروستاتيکي منقبض شده و به اصطلاح فرو مي ريزد و شعاع حباب اين بار به مقداري کوچک تر از حالت تعادل مي رسد و فشار درون آن بيشتر از فشار هيدروستاتيکي مي شود که سبب انبساط دوباره آن مي شود. اين انبساط و انقباض به مرور با اتلاف انرژي همراه مي شود و سبب حرکت حباب به سمت سطح آب مي شود.
ضرورت تحلیل و شبیه سازی عددی
اندركنش آب وسازه تحت اثر بارهاي ضربه اي كه حاوي فركانس هاي نسبتا بالايي مي باشند با روش اجزاي محدود مورد بررسي قرار میگیرد. با توجه به اهميت بارهاي ضربه اي در ايمني سازه هاي مستغرق ضرورت چنين تحقيقي بصورت قابل اعتماد و كاربردي كاملا بديهي مي باشد. از آنجا كه در تحليل هاي عددي ، سازه ها معمولا با اجزاء محدود مدل مي شوند، مدلسازي آب اطراف سازه باروش اجزاي محدود از مهمترين گزينه هاي مطرح در مسايل اندركنشي ضربه اي مي باش. در تحليل اندركنش آب وسازه تحت اثر پديده انفجار زير آب در ميدان هاي متوسط و دور و محدود ، امكان انعكاس مكرر وجود دارد. اثر امواج اين انفجارات بر سازه ها و تاسيسات دريايي و بندري از قبيل كشتي ها، ناوبرها، سكوها وسازه هاي غوطه ور مانند زيردريايي ها، خطوط لوله و تاسيسات نفتي، از اهميت بالايي برخوردار است. اگر چه در عمل اين سازه ها براي بارهاي شديد انفجاري طراحي نمي شوند ولي بررسي رفتار آنها تحت اثر بارها انفجاري مهم مي باشد. در صورت عدم تحليل دقيق، خسارت جبران ناپذيري به منابع نظامي وتاسيسات حياتي كشور وارد مي شود. با توجه به اهميت مساله انفجار ارايه يك روش تحليل مناسب و دقيق براي فهم رفتار فيزيكي پديده ضروري به نظر مي رسد.
انفجار زير آب و اثر آن بر سازه هاي ثابت، غوطه ور و شناور اطراف آن يكي از مسايل مهم و استراتژيك درمهندسي مي باشد. اين مساله يكي از انواع اندركنش آب وسازه بوده و داراي كاربردهاي بسياري در پروژه هاي صنعتي مانند شكل دهي صفحات فلزي، عمليات نظامي، تاسيسات دريايي و بندري از قبيل كشتي ها، ناوبرها، سكوها، همچنين سازه هاي غوطه ور مانند زير دريايي ها، خطوط و لوله و تاسيسات نفتي زير دريا مي باشد. سيال نيز همانند سازه مي تواند دو نوع رفتار خطي و غير خطي از خود نشان دهد. رفتاري كه سيال از خود ارائه مي دهد اصولا به فاصله سازه از سطح آزاد بستگي دارد. اگر سازه به سطح آزاد نزديك باشد پديده كاويتاسيون كه يك پديدخ كاملاً غير خطي است حائزاهميت خواهد بود. در حاليكه در مسايل دور از سطح آزاد كاويتاسيون از اهميت كمتري برخوردار مي باشد.
انفجار، يک واکنش شيميايي در ماده منفجره است که مواد انفجاري را به گاز با دما و فشار بسيار بالا تبديل مي کند و اين فرآيند با نهايت سرعت و ايجاد مقدار زيادي حرارت انجام مي گيرد. دماي ايجاد شده در گازهاي توليدي در حدود 3000° C است. بدين ترتيب هر ماده منفجره اعم از جامد، مايع يا گاز اساساً ترکيبي ناپايدار بوده که با آغاز انفجار، تغييرات شيميايي آن را به محصول پايدارتر تبديل مي کند.
انفجار يک ماده منفجره قوي در زير آب، دو پالس فشاري توليد مي کند: يک موج شوک که با يک پالس حباب که مربوط به انبساط محصولات انفجار است، همراه مي شود. موج شوک و فشار آن با حرکت شعاعي آب به سمت بيرون کاهش مي يابد. سپس جرم متراکم و زياد گاز که بعد از انفجار باقي مانده، شروع به انبساط مي کند و فشار آن کاهش يافته و فشار در آب نيز به سرعت افت مي کند. براي مواد منفجره قوي مانندTNT فشار شوک با يک کاهش نمايي همراه است و مدت زمان آن در بيشتر موارد در حدود چند ميلي ثانيه است. براي نمونه، سرعت اوليه موج شوک نزديک به نقطه انفجار حدود 3000 m/s و فشار در حدود 23000 atm مي باشد. هم سرعت و هم فشار موج شوک به سرعت با فاصله و دور شدن از محل انفجار کاهش مي يابد و در فواصل دور به مقادير آکوستيک مربوط به انتشار صوت در آب مي رسد.