Carichi di esplosione e variabilità su gusci cilindrici sotto diversi orientamenti di carica

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 6719 (2023) Citare questo articolo

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I proiettili cilindrici sono ampiamente utilizzati negli edifici pubblici e nei campi di protezione militare e presentano un alto rischio di attacchi terroristici e attacchi militari, è di grande vantaggio sociale realizzare la progettazione anti-esplosione dei proiettili cilindrici, che deve considerare la forma dell'edificio e la forma delle onde d'urto. In questo articolo, cariche cilindriche in cinque direzioni sono state fatte esplodere sul terreno esterno del guscio cilindrico squamato, sono stati misurati i carichi di esplosione del guscio cilindrico e sono state fotografate le onde d'urto. La variazione del carico di esplosione viene analizzata combinando i risultati del test e della simulazione, la differenza nella sovrappressione di picco delle onde di esplosione sulla faccia terminale tra cinque orientamenti è quasi doppia. I carichi di esplosione nella direzione assiale delle cariche cilindriche hanno un fenomeno di picco secondario, e i carichi di esplosione tra la direzione assiale e la direzione radiale delle cariche cilindriche cambiano bruscamente ad un angolo specifico. I metodi sperimentali e di simulazione forniscono un riferimento per creare un database dei carichi da esplosione di edifici tipici.

Negli ultimi anni si sono verificati frequentemente esplosioni accidentali e attacchi terroristici, con un numero di attacchi terroristici che sale a oltre 10.000 volte l’anno, più della metà dei quali sono attentati (Fig. 1a). I proiettili cilindrici (Fig. 1b,c) sono ampiamente utilizzati nei campi militari e nelle infrastrutture importanti, che sono a maggior rischio di attacchi militari e attacchi terroristici. Migliorare la resistenza alle esplosioni dei proiettili cilindrici presenta un grande vantaggio sociale1,2.

motivazione alla ricerca. (a) Distribuzione globale degli attacchi terroristici3. (b) Hangar mobile. (c) Stadio gonfiabile.

La progettazione anti-esplosione degli edifici dovrebbe innanzitutto ottenere i carichi esplosivi degli edifici, in passato gli studiosi prestavano maggiore attenzione alle cariche sferiche4,5 e ai carichi esplosivi delle piastre piane6,7, le formule empiriche ampiamente utilizzate sono state proposte da Kingery e Bulmash8, che sono stati scritti anche nei manuali di progettazione9 e nei programmi numerici10, tuttavia, queste formule empiriche differiscono significativamente nelle esplosioni in campo vicino, il che viene spesso attribuito alla variabilità delle onde d'urto a causa del meccanismo fisico di questo fenomeno non chiaramente compreso11,12. Tuttavia, il metodo di rappresentazione della distanza in scala nella formula empirica utilizza per impostazione predefinita le onde d'urto come onde sferiche. Per la scena reale degli attacchi con bombe, le onde d'urto nelle esplosioni a campo vicino che rappresentano una grande minaccia per gli edifici sono solitamente non sferiche13, a causa della forma delle cariche, anche le cariche sferiche sono difficili da far esplodere simmetricamente nei test reali14. La variabilità del carico causata dall'ignorare la direzionalità delle onde d'urto non è chiara.

Anche la forma geometrica degli edifici ha un impatto importante sui carichi di esplosione15,16,17,18, non esistono dati di test dettagliati sui carichi di esplosione di proiettili cilindrici19 e i dati di test sulle esplosioni in campo vicino sono molto scarsi, a causa dei misuratori tradizionali non può sopportare una pressione così elevata e una temperatura elevata della fiamma20, ed è anche limitato dal numero di manometri. Pertanto, la complessa propagazione delle onde d'urto è stata registrata mediante tecniche fotografiche ad alta velocità per facilitare l'analisi dei carichi dell'esplosione e l'accuratezza del modello numerico è stata completamente verificata.

In questo articolo è stata considerata anche l'influenza di fattori dettagliati come la forma della carica e la configurazione della detonazione13,21,22,23, e l'oggetto dei carichi esplosivi è stato selezionato come il guscio cilindrico con meno dati di test24. Considerando che la velocità di risposta della struttura dell'edificio è lenta e l'effetto di accoppiamento con l'onda d'urto non è ampio, il modello rigido viene utilizzato per testare i carichi di esplosione25,26,27. Sono state ottenute le immagini statiche che mostrano le onde d'urto in modo intuitivo attraverso l'elaborazione dei pixel28 e i dati di test dettagliati dei carichi di esplosione sul guscio cilindrico. L'influenza dell'orientamento della carica e il processo di formazione delle cariche esplosive sono stati analizzati mediante test e simulazioni.