فهرست مطالب

فصلنامه مواد پر انرژی
سال چهاردهم شماره 4 (پیاپی 44، زمستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/11/23
  • تعداد عناوین: 6
|
  • امیر زمانی، محمدرضا ماهینی، سمیه ملایی* صفحات 173-182

    با توجه به تهدیدهای روز افزون تروریستی و احتمال وقوع انفجار در مجاورت ابنیه صنعتی، برآورد مقاومت انواع سازه ها در مقابل بارهای انفجاری بسیار مهم است. در این پژوهش کاربرد بتن های فوق توانمند الیافی که دارای مقاومت کششی و ظرفیت اتلاف انرژی قابل ملاحظه ای می باشند، در زمینه مقاوم سازی سازه ها در برابر انفجار مورد توجه قرار گرفته است. در این راستا ابتدا ستون های ساخته شده از UHPFRC که در مطالعات گذشته تحت آزمایش انفجار واقعی تست شده، در محیط عددی شبیه سازی شده و پس از انطباق قابل قبول پاسخ های محاسباتی و ثبت شده طی آزمایش انفجار، با بکارگیری روش نوین استفاده از پوشش بتنی فوق توانمند، تقویت ستون های بتنی معمولی با استفاده از پوشش ساخته شده از این مصالح  مورد بررسی عددی قرار گرفته است. نتایج تحلیل های عددی حاکی از آن است که حداکثر جابجایی مدل های مقاوم سازی شده با UHPFRC، به میزان قابل توجهی نسبت به نمونه ی مقاوم نشده کاهش پیدا خواهد کرد به طوری که مثلا به ازای 50 میلی متر ضخامت لایه مقاوم ساز، حدود 63 درصد جابجایی میانی ستون تحت اثر انفجارکمتر شده و از 153 میلی متر به 55 میلی متر رسیده است. همچنین با  ترسیم نمودار فشار - ضربه جهت ارزیابی آسیب وارده به ستون مقاوم سازی شده، مشخص گردید که با استفاده از پوشش UHPFRC، ظرفیت تحمل ستون در برابر انفجارهای حوزه ی نزدیک و دور، با افزایش چشمگیری و در حدود 130 درصد همراه می گردد.

    کلیدواژگان: بتن الیافی فوق توانمند UHPFRC، بار انفجار، ستون بتن مسلح، نمودار فشار- ضربه P-I
  • نورالله مجیدی، حسین عموشاهی* صفحات 183-199

    زلزله و انفجار ازجمله نیروهای دینامیکی مخرب می باشند. این نیروها به دلیل وابسته بودن به زمان و از طرفی ماهیتی ضربه ای، می توانند در سازه خرابی های شدیدی ایجاد نمایند. یکی از مهم ترین پارامترها برای بررسی پایداری سازه ها، مطالعه بر روی مودهای کمانشی آن ها می باشد. بررسی پایداری ارتباطی مستقیم با بار بحرانی ستون ها دارد. در این مقاله برای اولین بار به بررسی اثر هم زمان انفجار و زلزله های حوزه ی دور و نزدیک بر روی پایداری سازه ها پرداخته شده است. هدف از این تحقیق شبیه سازی عددی حالتی است که ارتعاشات ناشی از زلزله موجب انفجار مواد منفجره ی نزدیک سازه می شود. از این رو به بررسی رفتار دینامیکی و کمانشی سازه تحت اثر هم زمان زلزله و انفجار پرداخته شده است. در این نوشتار انفجار در سه مرحله همراه با زلزله به طور هم زمان به سازه وارد می شود. این سه مرحله شامل قبل از شروع زلزله، در زمان وقوع زلزله و بعد از اتمام زلزله می باشد. در این راستا در این مقاله سازه تحت اثر انفجارهای درون سازه ای و برون سازه ای و اثر توامان زلزله قرار می گیرد. در این مقاله نشان داده شده است که بحرانی ترین حالت مربوط به زمانی است که ارتعاشات ناشی از زلزله در زمان جنبش نیرومند آن موجب وقوع انفجار شود. نتایج این مقاله نشان می دهد که تلفیق انفجار و زلزله در حالتی که ماده ی منفجره بیش از 500 کیلوگرم TNT باشد چندان اثرگذار نیست. درواقع زلزله در این حالت تاثیر چندانی بر پاسخ غیرخطی سازه ندارد. در این مقاله نشان داده می شود که اثرات در نظر گرفتن  P-Delta چندان بر روی پاسخ سازه تاثیرگذار نمی باشد. بر اساس نتایج ارایه شده برای انفجارهای مختلف و زلزله های مختلف می توان دریافت که تلفیق انفجار و زلزله بر روی تحلیل های دینامیکی اثر بیشتری دارد.

    کلیدواژگان: انفجار، زلزله، پایداری، تحلیل غیرخطی، تحلیل دینامیکی
  • محمد نادری، علی اکبر جمالی*، عباس کبریت چی، محمدرضا وجدی صفحات 201-209

    امروزه سامانه های با پیشرانه جامد به علت ساختار ساده و قابلیت اطمینان بالا به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از الزامات در این سامانه ها استحکام کششی و چسبندگی بالای لاینر به منظور حفظ یکپارچگی و خنثی کردن تنش های وارده به موتور است. در این پژوهش اثر افزایش نسبت عامل پخت (NCO/OH) در بازه ی 4/1-9/0=R بر استحکام کششی لاینر بر پایه HTPB و نیز چسیندگی لاینر به پیشرانه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد افزایش میزان ایزوسیانات با افزایش درصد شبکه ای شدن، استحکام کششی را افزایش داده و ازدیاد طول در نقطه ی شکست را کاهش می دهد. همچنین با افزایش گروه های NCO توانایی لاینر برای ایجاد پیوند های یورتانی در سطح مشترک با پیشرانه افزایش می یابد و از این طریق استحکام چسیندگی افزایش می یابد. در نهایت با درنظر گرفتن الزامات طراحی، فرآیند پذیری و نیز هزینه و ایمنی نسبت پخت بهینه انتخاب گردید.

    کلیدواژگان: استحکام کششی، استحکام چسبندگی، نسبت عامل پخت، پیوندهای یورتانی، فرآیندپذیری
  • محمدعلی حسن زاده*، محمود حبیبیان صفحات 211-216

    آمونیوم پر کلرات که یکی از اکسیدکننده اصلی در بسیاری از پیشرانه های جامد به شمار می رود. این نوع بلور به صورت عمده از طریق بلورسازی تولید می شود. در این تحقیق هیدرودینامیک جریان در بلورساز DTB [1] با استفاده از نرم افزار Ansys Fluent به منظور بدست آوردن دیدی جامع از الگوی جریان بلورساز که تاثیر به سزایی بر روی توزیع اندازه ذرات بلور دارد، بررسی شده است. مشخصات هیدرودینامیک در بخش های مختلف بلورساز بررسی شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان داد که در فضای داخلی لوله مکش، جریان بالارونده بوده و بیشترین تلاطم و سرعت محوری جهت رساندن خوراک تازه به سطح جوشش وجود دارد. بیشترین هسته زایی در منطقه جوشش به دلیل فوق اشباعیت بالا و تنش برشی جریان اتفاق می افتد. هسته های تشکیل شده در منطقه عرضی بین لوله مکش و بفل در حضور جریان یکنواخت پایین رونده و سرعت کمتر نسبت به داخل لوله مکش، رشد می کنند. در منطقه دسته بندی (منطقه عرضی بین بفل و دیواره بلورساز)، جریان بسیار آهسته و عاری از هرگونه تلاطم به سمت بالا بوده و درنتیجه بهترین منطقه جهت دسته بندی ذرات به شمار رفته و ذرات درشت تر به دلیل نیروی گرانش در این منطقه جداسازی می شوند.

    کلیدواژگان: بلور آمونیموم پرکلارت، دینامیک سیالات محاسباتی- بلورساز (DTB) - هیدرودینامیک، هسته زایی، رشد هسته
  • سعید اسمعلی پوراندرابی، حسین سوری*، پیمان تقوی ایشکوه صفحات 217-226

    آغازش تراک توسط شاک موضوعی مهم در ارزیابی ایمنی مواد منفجره و طراحی زنجیره آتش و تجهیزات انفجاری است. مطالعات تجربی در این زمینه بسیار مشکل و پرهزینه بوده و به تجهیزات پیشرفته نیازمند است؛ ازاین رو، شبیه سازی ابزاری مفید و مناسب برای مطالعه این پدیده می باشد. هدف این مقاله، توسعه یک کد کامپیوتری برای شبیه سازی یک بعدی آغازش مستقیم مواد پرانرژی است. برای این منظور هیدروکد متن باز Fortran SIN به عنوان مبنا قرارگرفته و مدل سوزش I&G به آن اضافه شده است. با استفاده از کد توسعه یافته، آغازش ماده منفجره Comp-B با شاک های پالسی بادوام شبیه سازی شده است. مطابقت خوبی بین نتایج به دست آمده با نتایج سایر مراجع مشاهده شد؛ به عنوان مثال در شبیه سازی آغازش Comp-B با شاک 78/3 گیگا پاسکال، فاصله پیمایش تا دتونیشن 8/14 میلی متر به دست آمد که در مقایسه با نتایج تجربی مراجع معتبر، 7/5 درصد اختلاف دارد.

    کلیدواژگان: آغازش با شاک (SDT)، شبیه سازی، کد Fortran SIN، مدل سوزش، IG، Comp-B
  • مهدی تحریری نوری*، محمدرضا حیدری، علیرضا پور امیر صفحات 227-236

    این مقاله به طراحی و تحلیل انژکتور مناسب برای یک سامانه LITVC  پرداخته است. هدف از بکارگیری سیستم LITVC در سامانه های پروازی، کنترل و انحراف بردار تراست به روش پاشش ثانویه سیال می باشد. بدین منظور، پس از مطالعه و دسته بندی انواع انژکتورها بر اساس ساختمان هندسی و شرایط عملکردی، نوع  انژکتور گریز از مرکز تک پایه، به دلایل یکنواختی پاشش، قابلیت انتقال دبی های بالاتر و ابعاد هندسی نسبتا کوچکتر، مبنای طراحی قرارگرفت. در این فرآیند ضمن تعریف سه گروه پارامتر هندسی بدون بعد، طراحی بر مبنای محاسبات روابط مهندسی و حل عددی در نرم افزار فلوینت صورت پذیرفت. در این مرحله انژکتوری که مناسب ترین سرعت خروجی و کمترین میزان افت فشار را داشت، به عنوان محصول نهایی طراحی برگزیده شد. در نهایت با مطالعه 3 نوع چیدمان مختلف انژکتور و محاسبه میزان انحراف بردار تراست هر چیدمان، ضمن  اعتبارسنجی با  نتایج تحقیقات پیشین، بهترین کمربند پاشش شناسایی گردیده است.

    کلیدواژگان: طراحی انژکتور، مشخصات هندسی، پارامتر بدون بعد، کنترل بردار تراست، پاشش ثانویه سیال، کمربند پاشش
|
  • A. Zamani, M. R. Mahini, S. Mollaei* Pages 173-182

    Regarding the increase of terrorist threats and the possibility of blast events in the vicinity of industrial and residential buildings, the assessment of the resistance of all kinds of structures against the blast loads is very important. Concrete materials are more liable to threats than other kinds of structures Because of low ductility. One of the solutions is to use some kinds of engineered cementitious composites and fiber reinforced concretes. In this study, usage and employment of ultra-high performance fiber reinforced concretes (UHPFRC’s) that have high tensile strength and a considerable capacity of energy dissipation regarding the strengthening of the structures against the blast loading has been taken into consideration. In this regard, by choosing the material model based on the plasticity and damage for materials of ultra-high performance fiber reinforced concretes; first of all, the models of the columns made of UHPFRC during the field blast test done by other researchers’ studies, is simulated in a numerical manner and after ensuring the acceptable accordance of computational responses with recorded data during the blast test, using the modern method of jacketing with cover of ultra-high performance fiber reinforced concrete, the strengthening of the normal RC columns by using those jackets made of UHPFRC has been studied numerically. The results of numerical analyses show that the maximum displacement of models strengthened by UHPFRC will decrease considerably in proportion to unstrengthened models. For example, for 50 mm thick UHPFRC jacket, maximum mid-span displacement decreases about 63% (from 153 mm to 55 mm). Also, after generating the pressure-impulse (P-I) diagram, in order to assess the damage to the strengthened columns, it was made clear that by using the UHPFRC cover, the bearing capacity of the column against the blast load in the near and far field area, will increase considerably.

    Keywords: Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC), Blast Load, RC Column, Pressure-Impulse (PI) Diagram
  • N. Majidi, H. Amoushahi* Pages 183-199

    Earthquake and explosion are destructive dynamic forces. These forces can cause severe damage to the structure due to the time-dependent nature of the impact. One of the most important parameters for checking the stability of structures is the study of their buckling modes. The stability check has a direct relationship with the critical load of the columns. In this paper, the effects of simultaneous explosions and nearearthquake earthquakes on the stability of structures are investigated. The purpose of this research is to numerically simulate the state that earthquake-induced vibrations cause explosives to explode near structures. Therefore, the dynamic and buckling behavior of structures under the effects of earthquake and explosion have been investigated. In this article, the explosion enters the structure in three phases with the earthquake simultaneously. These three stages include before the earthquake, at the time of the earthquake and after the earthquake. In this regard, in this paper, structures are affected by internal and external structural explosions and the simultaneous effects of earthquakes. This article has shown that the most critical situation is when the vibrations caused by an earthquake trigger an explosion during its strong movement. The results of this paper show that the combination of explosion and earthquake is not very effective if the explosive is more than 500 kg TNT. In fact, earthquakes in this case have little effect on the nonlinear response of the structure. In this paper, it is shown that the effects of P-Delta consideration do not have much effect on the structure response. Based on the results provided for different explosions and earthquakes, it can be seen that the combination of explosion and earthquake has a greater effect on dynamic analysis.

    Keywords: Blast, Explosion, Earthquake, Stability, Nonlinear Analysis, Dynamic Analysis
  • M. Naderi, A. A. Jamali, A. Kebritchi*, M. R. Vajdi Pages 201-209

    Nowadays solid rocket motors (SRMs) are widely used because of simple structure and reliability. One of the requirements in SRMs is high tensile and bonding strength of liner for integrity of grain structure and neutralizes stresses applying to motor. In this research, effect of curing agent ratio (NCO/OH) in the range of (R=0.9-1.4) on tensile strength of liner and bonding strength of liner-propellant was investigated. Results showed, increase in isocyanate which grows crosslinking, increase the tensile strength and decrease elongation at break. In addition, with increase of NCO content, the ability urethane linkage formation in liner - propellant interface grows, therefore bonding strength increases. Finally, with considering of design requirements, processability, costs and safety the optimized NCO/OH ratio was selected.

    Keywords: Tensile Strength, Bonding Strength, Curing Agent Ratio, Urethane Linkage, Process Ability
  • M. A. Hasanzadeh*, M. Habibian Pages 211-216

    The ammonium perchlorate (AP) is one of the useful oxidizer for making solid fuels, which is mainly produced by crystallization. In this study, the hydrodynamics of DTB crystallizer was simulated using Ansys Fluent in order to achieve a good understanding of flow pattern inside crystallizer which affects the CSD of AP. The hydrodynamic characteristics of crystallizer were studied for different sections of the crystallizer. The results showed that the upward flow inside the tube pushes the fresh feed to the boiling zone. Nucleation occurs in the boiling zone due to high saturation and shear stress of stream. The formed nuclei grow in the cross-section region between the tube and baffle in the presence of uniform downstream flow. In the classification region, the upward flow is uniform and slow enough to classify the crystals. Hence, this region is the best area to classify particles separated by the gravitational force.

    Keywords: Ammonium Perchlorate, Computational Fluid Dynamics, DTB Crystallizer, Hydrodynamics, Nucleation, Crystal Growth
  • S. Esmali Pourandarabi, H. Soury*, P. Taghavi Eishkooh Pages 217-226

    Detonation initiation by shock is an important issue in the explosive safety assessment , design of the explosive train and explosive devices. Experimental studies in this area are very difficult, expensive, and require advanced equipment. Therefore, simulation is a useful and suitable way for studying this phenomenon. The purpose of this article is to develop a one-dimensional computer code for simulation of the direct initiation of energetic materials. The Fortran SIN hydrocode, was used for this purpose and the I&G burn model was added to this code. The developed code was used to simulate the direct initiation of the Comp-B by sustained shock pulses. A good agreement was observed between the present simulation results and the results of other references. For example, in the simulation of the initiation of Comp-B by 3.78 GPa shock, the run distance to detonation was 14.8mm, which the difference between this value and the reported experimental data is 5.7%.

    Keywords: Shock Initiation, Simulation, Fortran-SIN, Reactive Burn Model, I&G, Comp-B
  • M. Tahriri Noori, M. R. Heidari*, A. R. Pooramir Pages 227-236

    This paper focuses on the design and analysis of an injector suitable for a liquid injection thrust vector control (LITVC) system. The LITVC system is used in flight systems to control and divert the thrust vector using the secondary fluid spraying method. For this purpose, various types of injectors were studied and categorized based on the geometry and operating conditions. The centrifugal single-base injector was selected as the design basis due to its uniform spraying, the ability to transfer higher flow rates, and relatively smaller geometric dimensions. In this process, in addition to defining three groups of non-dimensional geometric parameters, design was made based on engineering calculations and numerical solutions in FLUENT. The injector with proper outlet speed and the lowest pressure drop was selected as the final product of the design. Then, three different types of configurations were studied and the amount of thrust vector deflection created by each configuration was calculated. Findings were validated using the results reported by the previous researches, and finally, the best spray belt was introduced.

    Keywords: Injector Design, Geometrical Parameters, Numerical Simulation of Flow, Liquid Injection Thrust VectorControl, Injection Belt