مکانیک انفجار و شبیه سازی عددی

مکانیک انفجار و شبیه سازی عددی

شاید در حوزه مهندسی مکانیک، محورهای مهمی به صورت مباحث کلاسیک در مقطع کارشناسی و تحصیلات تکمیلی مدنظر قرار گرفته است که میتوان از محورهای علمی همچون مکانیک سیالات، مکانیک مواد، مکانیک شکست، مکانیک ضربه و … نام برد؛

 ولیکن از مبحث بسیار مهم مکانیک انفجار تغافل شده است. لذا ورود به حوزه مکانیک انفجار از هر دو منظر دانش و فناوری به دلیل ضرورت نیازهای علمی کشور امری اجتناب ناپذیر بوده، از این رو الزام توجه به ابن مبحث علمی در دانشگاه ها اهمیت خاصی پیدا می نماید.

البته انفجار در حوزه کاربرد، استفاده های بسیار گسترده ای دارد که می توان از شکل دهی فلزات، شکل پذیری کلیه سازه ها، ایجاد نیروی تخریب بسیار بالا و چگونگی کنترل این نیرو به وسیله جاذب های انرژی نام برد. تمامی این مباحث در سیطره کلید واژه علمی، ” بارگذاری با نرخ کرنش بسیار بالا ” قابل تقسیم بندی است.

متن بالا بخشی بود از مقدمه کتاب مکانیک انفجار اثر دکتر جمال زمانی عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی. توصیه میکنم دوستان علاقه مند به مبحث انفجار حتما این کتاب را مطالعه کنند.

برای شروع و ورود به بحث انفجار بایستی با این کلید واژها جستجوی خود را آغاز کنید:

Blast, Explosion, Detonation

محققین بسیاری تلاش کرده اند تا روابط جامع و کاملی در محیط‌های مختلف برای محاسبه پارامترهای متفاوت ناشی از انفجار مانند فشار تولید شده ارائه دهند. نظر به اینکه مطالعات آزمایشگاهی و بزرگ مقیاس در زمینه انفجار با هزینه‌های فراوان و عوارض زیست محیطی گوناگون همراه است، تست‌ها و آزمایشات به صورت بسیار محدود انجام می شود و عمدتا تاثیر انفجار به صورت عددی مورد بررسی قرار می گیرد.

 شبیه سازی انفجار با نرم افزار LS-DYNA

یکی از هیدروکدهای معروف, نرم افزار LS-Dyna می باشد که قابلیتهای بسیار بالایی در حل مسائل دینامیکی غیر خطی دارد. توان بالای این کد در تحلیل مسائل دتونیشن (Detonation), انتشار امواج شوک, شکل دهی فلزات با تغییر شکلهای زیاد با داشتن تقریبا ۲۰۰ نوع مدل ماده و ۱۳ نوع معادله حالت و انواع روشهای تماس سطوح (contact), این کد را به یکی از قویترین نرم افزارهای مهندسی تبدیل کرده است که می تواند در بسیاری از مسائل انفجار مورد استفاده قرار گیرد.

قابل ذکر است علیرغم این قابلیتها, این نرم افزار همچون سایر نرم افزارهای مهندسی به تنهایی نمی تواند شناخت دقیقی از پدیده های فیزیکی بدهد. انتخاب نوع مدل ماده و معادله حالت مناسب , داشتن اطلاعات مربوط به خواص مواد و پارامترهای مورد نیاز در مدل ماده و معادله حالت, شرایط اولیه و مرزی, تعریف مناسب سطوح تماس و … ایجاب میکند که این روشهای عددی در کنار نتایج تجربی مورد استفاده قرار گیرد.

نوع روش حل نیز تاثیر بسزایی در نتایج حاصله دارد. روشهای حل لاگرانژی, اویلری, کوپل لاگرانژی- اویلری, MMALE, SMALE و SPH را می توان بکار برد که هر کدام دارای مزایا و معایبی هستند. برای انتخاب روش حل مناسب بایستی با توجه به نوع مساله روش مناسب را انتخاب نمود. تحلیلهای عددی کمک مهمی در انجام تستهای مفید کرده و نتایج تستهای تجربی نیز داده های صحیح تری برای شبیه سازی عددی میدهد و با جلو رفتن هر دو روش در کنار هم میتوان به شناخت خوبی از پدیده رسید.

یکی دیگر از هیدروکدهای قدرتمند در حل مسائل دینامیکی غیر خطی, نرم افزار AUTODYN می باشد. با استفاده از این نرم افزار می توان انواع مسائل انفجار را شبیه سازی نموده و نتایج با دقت قابل قبولی از آن گرفت. در این نرم افزار نیز از انواع روشهای حل لاگرانژی, اویلری, کوپل لاگرانژی- اویلری, MMALE ,SMALE و SPH می توان استفاده کرد.