فهرست مطالب
فصلنامه مواد پر انرژی
سال هفدهم شماره 1 (پیاپی 53، بهار 1401)
- تاریخ انتشار: 1401/06/20
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 3-19
مقاومت در برابر انفجار یکی از جنبه های مهم طراحی سازه های حیاتی به دلیل وجود گستردگی تهدیدات است. با استفاده فراوان از بتن در توسعه سازه های مقاوم در برابر انفجار، تحقیقات زیادی در خصوص رفتار اجزای بتنی در مقابل بارگذاری های دینامیکی مانند انفجار و ضربه در ادبیات فنی موجود است. این مقاله به بررسی میدانی، آزمایشگاهی و عددی اثر همزمان افزایش چگالی بتن و تقویت با الیاف فولادی دو سر قلاب در برابر بارگذاری انفجار ناشی از ماده منفجره پنتولیت (C-4) می پردازد. در این خصوص، مجموعا تعداد 150 نمونه بتنی مکعبی و استوانهای با ترکیب الیاف فولادی در درصدهای حجمی مختلف (0، 5/0 و 1%) برای ارزیابی مشخصات فیزیکی و مکانیکی بتن های معمولی و سنگین ساخته شد. پس از بررسی طرح های اختلاط بتن معمولی و سنگین در آزمایشگاه، آزمایش میدانی انفجار بهصورت تماس مستقیم ماده منفجره بر روی مجموعهای از 6 بلوک بتنی در ابعاد cm 50×50×10 ساخته شده با طرح های اختلاط بهینه از هر دو نوع بتن انجام گردید. در ادامه، مدلسازی عددی رفتار بتن در مقابل بار انفجار با استفاده از نرم افزار اجزای محدود LS-DYNA جهت صحت سنجی پارامترهای مذکور انجام و خروجی مدلسازی با نتایج آزمایشگاهی و میدانی مقایسه گردید. نتایج بهدست آمده از مدلسازی اجزای محدود حاکی از تطابق قابل قبولی با مشاهدات میدانی و نتایج آزمایشگاهی است.
کلیدواژگان: بتن سنگین، ماده منفجره، بار انفجاری، پنتولیت، الیاف فولادی، LS-DYNA -
صفحات 21-28
در این مطالعه، یک روش اسپکتروفتومتری ساده، معتبر و گزینشپذیر برای تعیین نیتروگلیسیرین در پیشرانههای جامد دوپایه توسعه یافته است. روش بر اساس هیدرولیز نیتروگلسیرین در محیط بازی و در پی آن واکنش رنگی یون نیتریت آزاد شده از هیدرولیز با معرف پارا-نیتروآنیلین در حضور دیفنیلآمین در محیط اسیدی و ایجاد محصول رنگ آزو است. اثر فاکتورهای تاثیر گذار بر فرآیند و جذب محلول بررسی و بهینه گردید. تحت شرایط بهینه در 534= λmax، محدوده خطی تعیین نیتروگلسیرین در گستره µg mL-1 5- 2/0 خطی است و حد تشخیص روش µg mL-1 1/0 است. روش پیشنهادی بهطور موفق برای تعیین نیتروگلسیرین در پیشرانههای جامد دوپایه با بازیابیهای خوب در گستره 102-98% با انحراف استاندارد نسبی (%RSD) 5/2% مورد استفاده قرار گرفت. نتایج بهدست آمده بهطور آماری با نتایج فراهم شده با روش استاندارد نظامی 286 با استفاده از آزمونهای t-test و F-test مورد مقایسه آماری قرار گرفت. تفاوت معنی داری بین مقادیر میانگین و دقت دو روش در سطح اطمینان 95 درصد وجود نداشت. نتایج نشان میدهند که روش پیشنهادی روشی دقیق و قابل اعتماد برای تعیین نیتروگلیسیرین در پیشرانههای دوپایه را ارایه میدهد و میتواند بهعنوان یک روش معمول در آزمایشگاههای کنترل کیفیت نظامی پیشنهاد شود.
کلیدواژگان: نیتروگلیسیرین، روش اسپکتروفتومتری UV-Vis، پیشرانه های جامد دوپایه -
صفحات 29-40
غیر قطبی بودن و نیز مقاومت الکتریکی ویژه بالا عیوب عمده واکس های پارافینی مورد استفاده در مواد منفجره هستند. در اینجا، به عنوان یک راهکار عملی جهت بهبود خواص واکس پارافین، مالییک انیدرید با پارافین در حضور آغازگرهای رادیکالی واکنش داده شد. انجام واکنش توسط طیفسنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) با شناسایی گروههای کربونیل ایجاد شده در زنجیره آلیفاتیک تایید شد. علاوه بر این، خواص حرارتی واکس اصلاح شده با گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC) و وزن سنجی تجزیه حرارتی (TGA) بررسی شد. درنهایت، بهمنظور تخمین بهبود قطبیت واکس پارافین اصلاح شده یک آزمایش طراحی شد که بر اساس آن HMX پوشش داده شده در یک فرآیند دو مرحلهای تحت آزمونهای گرماسنجی حرارتی روبشی و نیز ریزش از سطح شیبدار قرار گرفت. برای ایجاد لایه دوم از 5/0 درصد گلایسلین بهعنوان حلال فرا زود گداز استفاده شد. بهطور خلاصه، نتایج حاصل نشان داد که پوشش پارافین اصلاح شده بر سطح HMX موجب کاهش 50 درصدی در جذب بار ساکن شده است. به علاوه، بررسی نتایج آزمونها نشان داد که پارافین اصلاح شده در مقایسه با پارافین معمولی از توزیع بهتری بر سطح پوشش برخوردار گردیده است.
کلیدواژگان: پارافین، پیوند زنی مالییک انیدرید، کاهش حساسیت، تخلیه بار ساکن، حلال فرا زود گداز، گلایسلین، HMX -
صفحات 41-53
بررسی تاثیر همزمان زلزله و انفجار بر روی سازهها در سالهای اخیر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. از طرفی اثرات نامنظمی در سازهها منجر به افزایش پیچیدگی در پیشبینی رفتار سازهها میشود. به این ترتیب در این مقاله برای اولین بار به بررسی تاثیر همزمان زلزله و انفجار بر روی سازههای نامنظم پرداخته میشود. برای این منظور یک سازه 8 طبقه سه بعدی بتنی با استفاده از نرمافزار OpenSees مدلسازی و تحلیل میشود. سازه مدلسازی شده در ابتدا بدون میراگر در برابر اثر توامان انفجار با زلزله تحلیل میشود. در این مقاله اثر توامان انفجار با 8 زلزله مختلف و بهصورت جداگانه مورد بررسی قرار گرفته است. سپس در گام بعدی جانمایی میراگرهای TADAS و مشخصات آنها به گونهای طراحی میشود که سطح عملکرد سازه در برابر این نوع از بارگذاری به سطح عملکرد استفادهی بی وقفه (IO) برسد. بر اساس نتایج بهدست آمده از تحلیل استاتیکی غیر خطی دو سازه بدون میراگر و مجهز به میراگر مشخص گردید که استفاده از میراگر در این سازه موجب میشود، ظرفیت سازه تا حدود دو برابر افزایش یابد. همچنین بر اساس تحلیل دینامیکی غیر خطی سازهها میتوان نتیجه گرفت که استفاده از این نوع میراگر، میتواند دریفت و جابهجایی سازه را تا بیش از 60 درصد کاهش دهد. همچنین استفاده از چیدمان درست این دسته از میراگرها در سازههای نامنظم میتواند اثرات نامنظمی را نیز کاهش دهد.
کلیدواژگان: انفجار، زلزله، میراگرهای تسلیمی، سازه های نامنظم، تحلیل غیر خطی -
صفحات 55-62
آمونیوم دی نیترامید (ADN) با موازنه اکسیژن بالا (8/25%) یک ترکیب پر انرژی عاری از فلزات است که در مواد منفجره نظامی و در پیشران های بدون دود و سبز استفاده می شود. محصولات احتراق پیشرانه های جامد مبتنی بر ADN تمیز و بدون دود هستند و گاز هیدروژن کلرید آزاد نمیکند که میتواند جایگزین مناسبی برای اکسید کنندههای مرسوم همچون آمونیوم پرکلرات (AP) و آمونیوم نیترات (AN) باشد. بنابراین، مطالعه تجزیه حرارتی ADN در حضور کاتالیست ها مهم است. در این تحقیق اثر کاتالیستی اکسید روی (ІІ) (ZnO) با مورفولوژی های مختلف شامل: نانو ذرات مزین، ذرات کوچکتر از میکرون، میکرورود، نانومیله بر روی ADN بررسی شد. نمونه ها با دو روش مکانیکی و حلالی اختلاط گردید. درنهایت اثر کاتالیستی اکسید روی (ІІ) (ZnO) بر روی تجزیه حرارتی ADN به روش گرماسنج تفاضلیDSC)) بررسی شد. نتایج نشان میدهد که افزودن مورفولوژی های مختلف ZnO دمای تجزیهADN را بهطور قابل توجهی کاهش می دهد. همچنین ADN در حضور برخی از نمونه ها بهصورت انفجاری در یک مرحله و زمان کوتاه تر تجزیه میشود. بهطور کلی در روش مکانیکی، نمونه های microrods و Sub-Microrod اثر کاتالیستی مطلوب تری دارند.
کلیدواژگان: آمونیوم دی نیترآمید، تجزیه حرارتی، گرماسنجی روبشی تفاضلی، اکسید روی (ІІ) -
صفحات 63-69
فرآیند عملیات حرارتی بهعنوان یکی از مقرون به صرفهترین راهها برای توسعه فولادهای با استحکام بالا شناخته میشود. فولاد کم آلیاژ AISI4140 همچنین به دلیل کاربردهای گسترده آن در صنایع خودروسازی و هوافضا مشهور هستند. بنابراین ترکیبی از روش عملیات حرارتی و استفاده از این نوع فولاد میتواند فرآیندی اقتصادی و کاربردی برای صنایع مختلف باشد. در نتیجه، در مطالعه حاضر، تاثیر چرخههای مختلف عملیات حرارتی بر تنش تسلیم و استحکام کششی نهایی و همچنین درصد ازدیاد طول فولاد کم آلیاژ AISI 4140 انجام شد. تمام نمونهها در دمای 880 درجه سلسیوس به مدت 30 دقیقه برای رسیدن به آستنیت تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند و سپس در یک محیط گازوییل کوینچ شدند. برای ادامه، با انجام چرخههای عملیات حرارتی در شرایط مختلف برای هر نمونه، فازهای مارتنزیت تمپر شده، مارتنزیت تمپر شده-فریت و بینیت تشکیل شد. با انجام آزمون کشش و سختی سنجی بر روی هر یک از نمونهها، خواص مکانیکی آنها مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین برای بررسی خواص بالستیکی هر یک از نمونهها، از پرتابه 62/7 میلیمتری اسلحه ژ3 استفاده شد.
کلیدواژگان: عملیات حرارتی، فولاد دو فازی، چقرمگی، آزمایش بالستیک
-
Pages 3-19
Resistance to explosive loads is one of the most important aspects of the design of critical structures due to the wide range of threats. With the widespread use of concrete in the development of explosion-resistant structures, there is much research on the response of concrete components against dynamic loads such as explosion and impact in the technical literature. This paper experimentally and numerically investigates the simultaneous effect of increasing the density of concrete and reinforcing it with hooked-end steel fibers against blast caused by the high explosive pentolite mixture (C-4). In this regard, a total of 150 cubic and cylindrical concrete specimens containing steel fibers in different volume fractions (0, 0.5, and 1%) were made to evaluate the physical and mechanical properties of normal-weight (NW) and heavyweight (HW) concrete. After examining the NW and HW concrete mix designs in the laboratory, blast field tests were conducted by directly attaching the explosive on a set of six concrete blocks with dimensions of 50×50×10 cm fabricated with optimal mix designs of both concrete types. Subsequently, numerical modeling of the concrete behavior against blast load was performed using LS-DYNA finite element software to validate the examined parameters, and then the modeling output was compared with laboratory and field results. The results obtained from the finite element modeling indicate an acceptable agreement with field observations and laboratory results
Keywords: Heavyweight Concrete, Explosive, Blast Load, Pentolite, Steel Fiber, LS-DYNA -
Pages 21-28
In this work, a simple and selective method for the determination of nitroglycerine (NG) in double base solid (DB propellants) has been developed and validated. The proposed method is based on alkaline hydrolysis of NG and followed by colored reaction of released nitrite ion with p-nitroaniline in the presence of diphenylamine in acidic media, producing azo dye. The effect of important parameters on the solution absorbance was investigated and optimized. Under optimal conditions, at λmax= 534 nm, the linear range of determination of nitroglycerine was 0.2-5.0 µg mL-1 with detection limits of 0.1 µg mL-1. The proposed method was successfully applied to the determination of nitroglycerine in DB propellants with good recoveries ranged from 98-105 % and RSD less than 2.5 %. the results were statistically compared with those obtained by the by military standard 286 method using t- and F-tests. There was no significant difference between the mean values and the precisions of the two methods at the 95% confidence level. The results showed that the proposed method offers an accuracy and reliable approach for the determination of nitroglycerine in DB propellants, and can be suggested as a routine method in military quality control laboratories.
Keywords: Nitroglycerine, UV-Vis Spectrophotometric Technique, Double Base Solid Propellants -
Pages 29-40
Being non-polar and considerably high electrical resistivity are significant drawbacks of the crystalline paraffin wax used for desensitizing energetic materials. Herein, as a practical approach to improve the wax properties, maleic-anhydride was reacted with paraffin wax in the presence of a free-radical initiator. Then, the reaction success was approved by employing Attenuated Total Reflection-Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) to spot carboxyl groups onto the aliphatic backbone. In addition, the thermal properties of the modified wax were investigated using differential-scanning-calorimetry and thermogravimetry analysis (DSC-TGA). Finally, to estimate the improvement in the wax polarity, an experiment was designed in which HMX coated via a two-step procedure was conducted for DSC and tribocharing tests. The second layer utilized 0.5 w% glyceline as a deep eutectic solvent (DES). In brief, our observation exhibited that the modified wax caused a 50% decrease in charge accumulation compared to the unmodified paraffin. In addition, our experimental outcomes .showed that the modified paraffin exhibited a better distribution over the substrate surface than the unmodified one.
Keywords: Paraffin, Maleic Anhydride Grafting, Desensitization, Electrostatic Discharge, Deep Eutectic Solvent, Glyceline, HMX -
Pages 41-53
The study of the simultaneous impact of earthquakes and explosions on structures has been considered by researchers in recent years. On the other hand, irregular effects in structures lead to increased complexity in predicting the behavior of structures. Thus, in this article, for the first time, the simultaneous impact of earthquakes and explosions on irregular structures is investigated. For this purpose, an 8-story three-dimensional concrete structure is modeled and analyzed using OpenSees software. The modeled structure is first analyzed without dampers against the combined effects of an explosion with an earthquake. In this paper, the combined effect of explosions with 8 different earthquakes has been investigated separately. Then, in the next step, the placement of TADAS dampers and their specifications are designed in such a way that the performance level of the structure against this type of loading reaches the level of Immediate occupancy (IO) performance. Based on the results obtained from nonlinear static analysis of two structures without dampers and equipped with dampers, it was found that the use of dampers in this structure causes the capacity of the structure to increase by about two times. Also, based on nonlinear dynamic analysis of structures, it can be concluded that the use of this type of damper can reduce the drift and displacement of the structure by more than 60%. Also, using the correct arrangement of these dampers in irregular structures can reduce irregular effects.
Keywords: Nonlinear analysis -
Pages 55-62
Ammonium dinitramide (ADN) with a positive oxygen balance (25.8%) is a metal free- energetic compound, which is used in military explosives and smokeless or green solid propellants. Combustion products of solid propellants based on ADN are clean and smokeless and they do not release hydrogen chloride gas, which can be an excellent alternative compound as an oxidizer in the solid propellant formulation. Therefore, it is essential to study the thermal decomposition of ADN in the presence of catalysts. In this study, the catalytic effect of zinc oxide (ZnO) with different morphologies including decorated-nanoparticles, sub-microrods, microrods, and nanorods on ADN, was investigated. Samples were mixed by both physical and solvent methods. Finally, the catalytic effect of ZnO with different morphologies was investigated on the thermal decomposition of ADN by differential scanning calorimetry (DSC). Results showed that adding ZnO reduces the decomposition temperature of ADN. Also, ADN decomposes explosively in one step and in a shorter time in the presence of some morphologies of ZnO. In general, in the mechanical method, Microrods and Sub-Microrods samples have more desirable catalytic effects.
Keywords: Ammonium Dinitramide, Thermal Decomposition, Differential Scanning Calorimetry (DSC), Zinc () Oxide (ZnO) -
Pages 63-69
The heat treatment process was known as one of the most economical routes for development of the high strength steels. Low alloy AISI4140 steel was also famous for its widespread applications in the automotive and aerospace industries. Thus, a combination of heat treatment procedure and using this type of steel could be the economical and applicable process for various industries. As a result, in the current study, the effect of different heat treatment cycles on the yield and ultimate tensile strength and also elongation per cent of the low alloy AISI 4140 was conducted. All of the samples were heat-treated at 880 ˚C for 30 min to achieve Austenite and then quenched in a diesel fuel environment. To continue, by performing the heat treatment cycles at different conditions for each sample, the martensite, martensite-ferrite, and bainite phases were formed.By performing tensile and hardness tests on each of the samples, the mechanical properties, and with the penetration of 7.62 mm projectile of G3 gun, the ballistic properties of the samples were evaluated.
Keywords: Heat Treatment, Dual-Phase Steel, Toughness, Ballistic Testing