فهرست مطالب

فصلنامه مواد پر انرژی
سال شانزدهم شماره 2 (پیاپی 50، تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/06/20
  • تعداد عناوین: 6
|
  • شهرام قنبری پاکدهی*، حسین سوری، میلاد رحمانی، علیمراد رشیدی صفحات 61-67

    خنک کاری موتور مرحله اول موشک پرتاب ماهواره با استفاده از سوخت کروسینی سبب افزایش برد آن می شود. برای افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی سوخت، یک راه مناسب افزودن نانوذرات به آن است. در سرعت ثابت نانوسوخت در مجاری عبور سوخت از محفظه احتراق، ارزیابی این ضریب منوط به ارزیابی پارامترهای موثر بر آن می باشد. این پارامترها عبارتند از: دانسیته، ظرفیت حرارتی، ضریب هدایت حرارتی و ویسکوزیته نانوسوخت مایع. در این تحقیق، نانوسوخت کروسینی از افزودن نانولوله کربنی با استفاده از عامل فعال سطحی اولییل آمین به سوخت کروسینی تهیه شد. سپس در دمای oC 30، اثر کسر حجمی نانولوله کربنی در محدوده صفر تا 08/0 بر پارامترهای ترموفیزیکی مورد نظر سوخت بررسی شد. عدد مورمتسف، به عنوان شاخص عملکرد حرارتی نانوسوخت مایع، برای سوخت نانوکروسینی نسبت به سوخت پایه کروسینی بیش از یک بدست آمد که حاکی از افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی نانوسوخت کروسینی است.

    کلیدواژگان: نانوسوخت کروسینی، نانولوله کربنی، ضریب انتقال حرارت جابجایی، خواص ترموفیزیکی، عدد مورمتسف
  • رمضانعلی ایزدی فرد*، امیرحسام عبدی پور صفحات 69-79

    در بسیاری از حملات انفجاری، علیرغم تحمیل نشدن آسیب جدی به المان‌های سازه‌ای، عناصر غیرسازه‌ای ازجمله دیوار‌های بنایی  دچار آسیب جدی شده‌اند. همچنین سازه‌ی بسیاری از ساختمان‌های موجود در مراکز نظامی از دیوارهای آجری می‌باشد. لذا بررسی عملکرد این دیوارها در برابر بارگذاری انفجار ضروری است. برخی از تحقیقات صورت گرفته به بررسی آزمایشگاهی این موضوع پرداخته‌اند. ازآنجاکه مطالعات آزمایشگاهی ازلحاظ مسایل امنیتی، ایمنی و هزینه‌ای مشکلاتی به‌ همراه دارد استفاده از شبیه‌سازی عددی به‌عنوان مکمل آن می‌تواند کار آیی زیادی داشته باشد. در این مقاله با استفاده از نرم‌افزار ANSYS AUTODYN شبیه‌سازی عددی دیوار آجری با ملات ماسه و سیمان با نگرش میکروی جزیی تشریح و مراحل شبیه‌سازی با معرفی المان‌ها، مدل‌های ماده و حالت و مقادیر پارامترهای متناظر ارایه‌شده است. با راستی آزمایی نتایج تحلیل عددی با آزمایش‌ها میدانی، نشان داده‌شده است که این روش قادر به برآورد دقیق و سریع رفتار و آسیب دیوارها تحت باره‌ای انفجاری در سناریوهای مختلف تهدید است. همچنین الگوی منحنی‌های هم آسیب برحسب متغیرهای بیش فشار و تکانه ارایه گردید که می‌تواند راهنمای ساخت بهینه دیوارها بر اساس نوع تهدید و هزینه متناسب باشد و نیز استراتژی تقویت دیوارهای موجود را برحسب سناریوهای تهدید محتمل تدوین کرد.

    کلیدواژگان: بارگذاری انفجاری، دیوار بنایی، شبیه سازی عددی، میکرو مدل
  • امیر علی اکبری، سید امیرحسین هاشمی، مسعود ضیائی*، یحیی نصیرا صفحات 81-91

    دیوار های قرار گرفته در قاب ها می توانند در بارگذاری انفجار به عنوان سطح بارگیر عمل نموده و میزان بار دینامیکی وارده به اعضای سازه ای را افزایش دهند. بنابراین زمان دوام دیوارها در بار انفجار و نحوه اتصال آنها به اعضای سازه ای می تواند در پاسخ دینامیکی سازه به بار انفجار تاثیر قابل ملاحظه ای داشته باشد. برای بررسی این موضوع از روش اجزای محدود و نرم افزار اباکوس استفاده شده است. در ابتدا برای اطمینان از صحت پیش بینی مدل اجزای محدود، صحت سنجی با مدلسازی یک آزمایش انفجاری بر روی یک ستون جدارفولادی پرشده با بتن انجام شده و انطباق مناسبی مشاهده شده است. در ادامه تاثیر حضور یا عدم حضور دیوار بتنی در قاب و نحوه اتصال دیوار به تیر و ستون با استفاده از تحلیل دینامیکی صریح مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که در نمونه بدون دیوار و نمونه‌ای که دیوار تنها به ستون متصل شده است، بیشترین میزان پلاستیک شدگی در تیر اتفاق افتاده است. در نمونه‌های با اتصال دیوار به ستون، کرنش پلاستیک حداکثر در پای ستون ملاحظه شده است. تاثیر وجود دیوار و مقید بودن آن به تیر یا ستون تاثیر قابل ملاحظه‌ای بر تغییر مکان عمودی وسط دهانه تیر دارد.

    کلیدواژگان: میان قاب، انفجار، قاب فولادی، ستون فولادی پرشده با بتن، اتصالات تیر به ستون، تحلیل دینامیکی صریح، آسیب پذیری
  • علی مینائیان، سعید توانگر روستا*، زینب نورپور صفحات 93-104

    هزینه های فراوان مطالعه تجربی امواج ناشی از انفجار پژوهشگران را به سمت تحلیل عددی آن به کمک دینامیک سیالات محاسباتی سوق داده است. تجربه نشان داده است که تحلیل عددی می تواند تا حد زیادی و با تقریب مناسب رفتار موج انفجار را پیش بینی کند. به منظور افزایش دقت تحلیل عددی پدیده انفجار تاکنون ترفندهای فراوانی مانند نوع مدل توربولانسی و روش اعمال انرژی انفجار مورد بررسی قرار گرفته است. اما یکی از عوامل مهم در افزایش دقت نتایج، معادله حالتی است که رفتار فیزیکی گاز ناشی از انفجار را توصیف می کند. در بیشتر پژوهش های پیشین از معادله گاز ایده آل به عنوان ساده ترین معادله حالت استفاده شده است. در پژوهش حاضر به بررسی اثر استفاده از معادلات حالت گاز حقیقی Jones–Wilkins–Lee (JWL) و Becker–Kistiakowski–Wilson (BKW) در مقایسه با مدل گاز ایده آل بر دقت نتایج تحلیل عددی مساله انفجار در نزدیکی یک دیواره پرداخته شده است. شبیه سازی عددی پدیده انفجار با استفاده از حلگر blastFoam از کد منبع باز openFoam صورت پذیرفته است و نتایج بدست آمده با نتایج پژوهش های قبلی مقایسه شده است. در نهایت ثوابت معادلات حالت گاز حقیقی JWL و BKW با استفاده از داده های تجربی و به کمک حل عددی کالیبره شده است.

    کلیدواژگان: موج بلست، انفجار، معادله حالت گاز حقیقی، کالیبراسیون، حل عددی، BKW، JWL
  • حمید رضا پوراعتدال*، سجاد دمیری، مریم کاظمی صفحات 105-111

    پیرشدگی تسریع یافته یک ماده منفجره صفحه ای حاوی ماده منفجره RDX و بایندر HTPB در دماهای 50، 60 و oC 70 و در زمان های 60، 120 و 180 روز، بررسی شد. برای بررسی پیرشدگی، از روش های آنالیزی دینامیکی مکانیکی (DMA)، سل – ژل و اندازه گیری سختی استفاده شد. متغیرهای مانند ضریب اتلاف در روش دینامیکی مکانیکی، عدد سختی و جزء قابل حل، در نمونه پیرنشده و در نمونه های پیرشده، اندازه گیری شد. داده های حاصل، نشان دهنده پیرشدگی نمونه با گذشت زمان و با افزایش دمای پیرشدگی می باشند. از معادله سینتیکی شبه درجه اول و داده های حاصل از اندازه گیری متغیرها، برای محاسبه ثابت سرعت فرآیند پیرشدگی، استفاده شد. تغییرات ضریب اتلاف در روش DMA، ثابت سرعت 3-10´ 3/2 – 9/0 بر روز،  تغییرات سختی، ثابت سرعت 3-10´ 8/4 – 9/1 بر روز و تغییرات جزء حل شده، ثابت سرعت 3-10´ 5/5 – 5/1 بر روز را در دماهای 50، 60 و oC 70 نشان دادند. معادله آرنیوس برای محاسبه انرژی فعالسازی فرآیند پیرشدگی و ثابت سرعت آن در دمای oC 25 استفاده شد. ثابت های سرعت فرآیند پیرشدگی در دمای معمولی، نشان داد که پس از 3300 روز (تقریبا 9 سال)،  کاهش 50% در خواص مکانیکی ماده منفجره صفحه ای دیده می شود.

    کلیدواژگان: ماده منفجره صفحه ای، آنالیز دینامیکی مکانیکی، سل - ژل، پیرشدگی، RDX، HTPB
  • احمد ملائی*، مهدی اشرفی، غلامرضا ملک پوری، نواب فتحی صفحات 113-120

    ویسکوزیته یکی از پارامترهای مهم در فرایند تولید پیشرانه‌های جامد مرکب است. پیشرانه‌هایی با ویسکوزیته پایان اختلاط پایین و عمر کاربری بالا شرایط مناسب‌تری در فرایند ریخته‌گری دارند. عوامل مختلفی بر رفتار ریولوژیکی پیشرانه‌ها موثر هستند. در برخی موارد ممکن است از افزودنی‌های بهبود دهنده ریولوژی استفاده شود. در این تحقیق اثر افزایش مالییک انیدرید (MA)، در محدوده‌ی 013/0 تا 029/0 درصد وزنی، به عنوان افزایش دهنده‌ی عمر کاربری بر خواص ریولوژیکی یک نمونه پیشرانه جامد مرکب بر پایه بایندر HTPB/DDI با 88 درصد بار جامد بررسی شد. نتایج نشان داد که ویسکوزیته پایان اختلاط فرمولاسیون حاوی 025/0 درصد وزنی MA نسبت به سایر نمونه‌ها کمتر است و با افزایش یا کاهش MA نسبت به این غلظت، ویسکوزیته‌ی پایان اختلاط افزایش می‌یابد. ویسکوزیته نمونه‌ها در اثر تنش برشی ناشی از حرکت دورانی اسپیندل ویسکومتر تا زمان مشخصی (Tr) کاهش یافته و پس از آن با پیشرفت واکنش پخت در سیستم بایندر روند صعودی خواهد داشت. علاوه بر این با افزایش مقدار MA، ویسکوزیته در زمان نسبتا طولانی‌تری به مرحله‌ی افزایشی می‌رسد.

    کلیدواژگان: پیشرانه جامد مرکب، ریولوژی، ویسکوزیته، عمر کاربری، مالییک انیدرید
|
  • Shahram Ghanbari *, Hossein Souri, Milad Rahmani, Alimorad Rashidi Pages 61-67

    The engine cooling in first stage of satellite carrier rocket via kerosene fuel leads to increase the missile range. For increasing the heat transfer coefficient of the fuel, addition of nanoparticle is a preferred method. At constant velocity of nanofuel through the fuel flow passage in combustion chamber, evaluation of the coefficient depends on assessment of the effective parameters. These parameters are: density, specific heat capacity, thermal conductivity and viscosity of the nanofuel. In this article, the kerosene nanofuel was prepared by addition of carbon nanotube with surfactant oleyl amine to the kerosene fuel. Then, effect of volume fraction of carbon nanotube on the thermophysical properties of the fuel was studied in the range of 0 to 0.08 at 30 oC. Mouromtseff number (as a thermal performance index of a liquid fuel) was obtained more than 1 for the kerosene nanofuel with respect to base fuel, indicating the increasing the heat transfer coefficient for the kerosene nanofuel.

    Keywords: Kerosene nanofuel, Carbon nanotube, Convectional heat transfer coefficient, Thermophysical properties, Mouromtseff number
  • R.A. IZADIFARD *, A.H. ABDIPOUR Pages 69-79

    In numerous explosive attacks, non-structural elements, including masonry walls, are severely damaged, although no serious damage is inflicted on structural elements. Besides, the structure of most buildings in military centers are made of masonry walls. Therefore, it is necessary to study the behavior of these walls subjected to blast load. In this regard, some research has focused on experimental studies. Because these experimental studies include difficulties in terms of security, safety and cost, using numerical studies as a complement can be very effective. In this paper, numerical simulation of masonry walls with mortar is described with a partial micro approach, using ANSYS AUTODYN software, and element characteristics, material models, equations of state and values of corresponding parameters are introduced step by step. By verifying the numerical analysis results with experimental data, it has been shown that this method is able to estimate the behavior and damage of masonry walls under blast loading, accurately and quickly. Moreover, the co-damage curves in terms of overpressure and impulse parameters is presented, which can be a helpful guide to the optimal design of walls based on different threat scenarios and cost. Finally, this model can be used to develop a corresponding retrofitting strategy for the existing walls in terms of possible threat scenarios.

    Keywords: masonry wall, blast load, numerical simulation, micro model
  • Amir AliAkbari, Seyed Amir Hosein Hashemi, Masoud Ziaei *, Yahya Nasira Pages 81-91

    The walls placed in structural frames can act as a loading surface against the explosion load and significantly increase the dynamic load applied to the structural members. Therefore, the durability of the walls against the blast load and how they are connected to the structural members may have a significant effect on the dynamic response of the structures to the blast load. To investigate this subject, finite element method and Abaqus software are used. Initially, to ensure the accuracy of the predictions of finite element model, verification is performed by modeling an explosive experiment on a concrete-filled steel tube column and a good agreement is observed. Then, the effect of the presence or absence of a concrete wall in the frame and how it is connected to the beam and column is investigated using dynamic explicit analysis. The results of the study showed that in the case of no wall and in the case where the wall is attached to the column only, the highest amount of plasticity has occurred in the beam. In specimens with wall-to-column connection, the maximum plastic strain is observed at the base of the column. The existence of infill wall and the attachment to a beam or column has a significant effect on the vertical displacement of the beam.

    Keywords: Infill wall, Blast, Steel frame, Concrete filled steel tube column, beam-column connection, explicit dynamic analysis, Vulnerability
  • Ali Minaeian, Saeed Tavangar Roosta *, Zeinab Noorpoor Pages 93-104

    The high-expensive empirical analysis of blast waves motivates the researchers to investigate the explosion using numerical simulations. The literature shows that the computational fluid dynamics predicts the blast wave behavior accurately. Meanwhile, many methods such as the turbulence method, and the method of applying the explosion energy to the equations were presented to increase the accuracy of the numerical analysis. However, one of the most important factors in the results’ accuracy is the equation of state that describes the physical behavior of the explosion productions. The ideal-gas equation of state as the simplest equation of state was used in most of the previous researches. In this research the effect of using JWL and BKW, the real gas equations of state, on the results’ accuracy in comparison with the ideal-gas equation of state is investigated. To do this investigation, the problem of explosion close to a canopy is simulated. The numerical simulation of explosion phenomenon is done using the blastfoam solver of the openFoam open source code, and the results are compared with the previous studies. Finally, the constants of the BKW and JWL equations of state are calibrated using the empirical data.

    Keywords: blast waves, explosion, real gas equation of State, Calibration, Numerical Simulation, BKW, JWL
  • Hamid Reza Pouretedal *, Sajjad Damiri, Maryam Kazemi Pages 105-111

    Aging of a sheet explosive contain RDX explosive and HTPB binder is studied at temperatures of 50, 60 and 70 oC in times 60, 120 and 180 days. Dynamic-mechanical analysis (DMA), sol – gel analysis (SGA) and hardness measurements methods are used in this research.  The changes of tan_delta in DMA, hardness amounts and soluble fraction in SGA are measured for unaged and aged samples. The obtained results showed the samples are aged with increasing of temperature and time of aging process. The pseudo-first order kinetic equation and obtained data are used for calculation of kinetic rate constants of measured properties changes. The changes in tan_delta in DMA, hardness amounts and soluble fraction in SGA indicated kinetic rate constants, respectively, 0.9-2.3´10-3, 1.9-4.8´10-3 and 1.5-5.5´10-3 per day at temperatures of 50, 60 and 70 oC. The Arrhenius equation is used for calculation of activation energy of each changes and calculation of kinetic rate constants at temperature 25 oC. Kinetic rate constant at room temperature showed a reduction 50% in measured properties of the product after 3300 days (~9 years).

    Keywords: Sheet explosive, Kinetic, Aging, RDX, HTPB
  • Ahmad Mollaei *, Mahdi Ashrafi, Gholamreza Malakpouri, Navvab Fathi Pages 113-120

    Viscosity is one of the important parameters in design and production of composite solid propellants. Propellants with low end of mix (EoM) viscosity and longer pot-life have suitable condition for casting process. Several factors control the rheology behavior of propellants. In some cases, it may be necessary to apply some additives in order to optimize the rheology of the formulation. In this research, the effect of adding 0.013 to 0.029% by weight of maleic anhydride (MA), as a pot-life extender, was investigated on rheological properties of a HTPB/DDI based composite solid propellant containing 88% solid loading. Results showed that the formulation containing 0.025% by weight of MA compared to other samples showed lower EoM viscosity. EoM viscosity enhanced by either increase or decrease in MA concentration related to this formulation. The viscosity of samples decreased due to shear stress and rotational motion of the viscometer spindle until a specific time and then will increase by progress in cure reaction in binder system. Furthermore, viscosity reached to ascendant step in relatively longer time by adding MA concentration. Furthermore, having increased amount of MA, the viscosity increases over a relatively longer period of time.

    Keywords: Composite Solid Propellant, Rheology, Viscosity, Pot-life, Maleic Anhydride