Cargas de explosão e variabilidade em cascas cilíndricas sob diferentes orientações de carga

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 6719 (2023) Citar este artigo

289 acessos

1 Altmétrica

Detalhes das métricas

As conchas cilíndricas são amplamente utilizadas em prédios públicos e campos de proteção militar, e apresentam alto risco de ataques terroristas e militares, é de grande benefício social realizar o projeto anti-explosão de conchas cilíndricas, que precisa considerar a forma de construção e a forma das ondas de explosão. Neste artigo, cargas cilíndricas em cinco direções foram detonadas no solo externo da casca cilíndrica escamada, as cargas de explosão da casca cilíndrica foram medidas e as ondas de explosão foram fotografadas. A variação da carga de explosão é analisada combinando os resultados de teste e simulação, a diferença no pico de sobrepressão das ondas de explosão na face final entre cinco orientações é quase o dobro. As cargas de explosão na direção axial de cargas cilíndricas têm um fenômeno de pico secundário, e as cargas de explosão entre a direção axial e a direção radial de cargas cilíndricas mudam abruptamente em um ângulo específico. Os métodos experimentais e de simulação fornecem uma referência para estabelecer um banco de dados de carga de explosão de edifícios típicos.

Explosões acidentais e ataques terroristas ocorreram com frequência nos últimos anos, com o número de ataques terroristas subindo para mais de 10.000 vezes por ano, mais da metade dos quais são bombas (Fig. 1a). Os projéteis cilíndricos (Fig. 1b,c) são amplamente utilizados em campos militares e importantes infraestruturas, que correm maior risco de ataques militares e terroristas, tem grande benefício social para melhorar a resistência à explosão de projéteis cilíndricos1,2.

motivação da pesquisa. (a) Distribuição global de ataques terroristas3. (b) Hangar móvel. (c) Estádio inflável.

O projeto anti-explosão de edifícios deve primeiro obter cargas de explosão de edifícios, no passado, os estudiosos prestam mais atenção às cargas esféricas4,5 e às cargas de explosão de placas planas6,7, as fórmulas empíricas amplamente utilizadas foram propostas por Kingery e Bulmash8, que também foram escritos em manuais de projeto9 e programas numéricos10, no entanto, essas fórmulas empíricas diferem significativamente nas explosões de campo próximo, o que é frequentemente atribuído à variabilidade das ondas de explosão devido ao mecanismo físico para esse fenômeno não ser claramente compreendido11,12. No entanto, o método de representação da distância em escala na fórmula empírica padroniza as ondas de explosão como ondas esféricas. Para a cena real de ataques a bomba, as ondas de explosão em explosões de campo próximo que representam uma grande ameaça aos edifícios geralmente não são esféricas devido ao formato das cargas, mesmo cargas esféricas são difíceis de detonar simetricamente em testes reais14. A variabilidade de carga causada por ignorar a direcionalidade das ondas explosivas não é clara.

A forma geométrica dos edifícios também tem um impacto importante nas cargas de explosão15,16,17,18, não há dados de teste detalhados sobre cargas de explosão de cascas cilíndricas19 e os dados de teste em explosões de campo próximo são muito escassos, devido aos medidores tradicionais não pode suportar uma pressão tão grande e alta temperatura da chama20, e também limitada pelo número de medidores. Portanto, a complexa propagação das ondas explosivas foi registrada por técnicas fotográficas de alta velocidade para facilitar a análise das cargas explosivas, e a precisão do modelo numérico é totalmente verificada.

Neste artigo, também foi considerada a influência de fatores detalhados, como formato da carga e configuração da detonação13,21,22,23, e o objeto das cargas de explosão foi selecionado como a casca cilíndrica com menos dados de teste24. Considerando que a velocidade de resposta da estrutura do edifício é lenta e o efeito de acoplamento com a onda de choque não é grande, o modelo rígido é usado para testar cargas de explosão25,26,27. As imagens estáticas mostrando as ondas de explosão intuitivamente por meio do processamento de pixels28 e dados de teste detalhados de cargas de explosão no invólucro cilíndrico foram obtidos. A influência da orientação da carga e o processo de formação das cargas de explosão foram analisados ​​por meio de testes e simulações.