شبیه‌سازی عددی پروفیل تغییرشکل ورق مثلثی تحت انفجار مخلوط گازی

نوع مقاله : مکانیک ضربه

نویسندگان

1 دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 نویسنده مسئول: دانشیار،دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان ،رشت، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ایوان‌کی، ایوان‌کی، ایران

چکیده

یک مطالعه عددی پیشرفته حاوی تعامل سیال و جامد بر اساس روش مرز غوطه­ور برای بررسی تأثیر فشار پیش­انفجار و بازه زمانی تغییرشکل پلاستیک ورق­های مثلثی نازک تحت انفجار گازی انجام می­شود. سایر اهداف شبیه­سازی عددی مانند محاسبه تغییرشکل و کانتور تنش ماده در نرخ کرنش زیاد بر اساس مدل مادی جانسون-کوک وابسته به نرخ کرنش به دست می­آیند. شبیه­سازی بر اساس مدل­سازی انفجار با سینتیک واکنش شیمیایی و بهره بردن از حلگر CESE برای گسترش انفجار انجام می‌شود. روش مرز غوطه­ور برای شبیه­سازی حرکت سطح میانی بین گاز منفجرشده و ورق تغییرشکل یافته از محاسبه پخش­شدگی فشار سیال بر سطح ورق استفاده می­کند. ابزار عددی با بهره بردن از معادلات اویلری واکنش چند جزئی و معادله لاگرانژی ورق، پخش­شدگی فشار و پارامترهای انفجار گازی را به تغییرشکل ماکروسکوپیک ورق مرتبط می­کند. روش عددی به‌عنوان یک ابزار مناسب در محاسبه پروفیل تغییرشکل ورق مثلثی مبین کاهش تغییرشکل با اندازه کوچک­تر سطح بدون پوشش ورق است.

تازه های تحقیق

  • استفاده از روش اویلری برای سیال و فرمول­بندی لاگرانژی برای جامد
  • تعامل کوپل­شده بین امواج انفجار و سطح ورق
  • افزایش تغییرشکل با مقدار پیش­فشار بیشتر و مکان نقطه اشتعال نزدیک‌تر

کلیدواژه‌ها


Smiley face

[1] Li J, Ren H, Ning J. Numerical application of additive Runge-Kutta methods on detonation interaction with pipe bends. International Journal of Hydrogen Energy. 2013;38(21):9016-27.##
[2] Lepikhin P, Romashchenko V, Beiner O. A numerical study of 3D dynamics and strength of metal-composite cylinders under internal explosion loading. Strength of Materials. 2017;49(6):796-808.##
[3] Malekan M, Khosravi A, Cimini Jr CA. Deformation and fracture of cylindrical tubes under detonation loading: A review of numerical and experimental analyses. International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2019;173:114-32.##
[4] Mirzaei M, Najafi M, Niasari H. Experimental and numerical analysis of dynamic rupture of steel pipes under internal high-speed moving pressures. International Journal of Impact Engineering. 2015;85:27-36.##
[5] Veisi B, Narooei K, Zamani J. Numerical investigation of circular plates deformation under air blast wave. Iranian Journal of Materials Forming. 2016;3(1):12-26.##
[6] Amini M, Amirkhizi A, Nemat-Nasser S. Numerical modeling of response of monolithic and bilayer plates to impulsive loads. International Journal of Impact Engineering. 2010;37(1):90-102.##
[7] Costin NS. Numerical simulation of detonation of an explosive atmosphere of liquefied petroleum gas in a confined space. Defence Technology. 2014;10(3):294-7.##
[8] Debnath P, Pandey K. Numerical analysis of detonation combustion wave in pulse detonation combustor with modified ejector with gaseous and liquid fuel mixture. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2020:1-12.##
[9] Wu C, Lukaszewicz M, Schebella K, Antanovskii L. Experimental and numerical investigation of confined explosion in a blast chamber. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2013;26(4):737-50.##
[10] Sugiyama Y, Homae T, Matsumura T, Wakabayashi K. Numerical study on the mitigation effect of glass particles filling a partially confined space on a blast wave. International Journal of Multiphase Flow. 2021;136:103546.##
[11] Yao S, Zhang D, Lu Z, Lin Y, Lu F. Experimental and numerical investigation on the dynamic response of steel chamber under internal blast. Engineering Structures. 2018;168:877-88.##
[12] Yan C, Wang Z, Liu K, Zuo Q, Zhen Y, Zhang S. Numerical simulation of size effects of gas explosions in spherical vessels. Simulation. 2017;93(8):695-705.##
[13] Xu H, Ni X, Su X, Xiao B, Luo Y, Zhang F, et al. Experimental and numerical investigation on effects of pre-ignition positions on knock intensity of hydrogen fuel. International Journal of Hydrogen Energy. 2021;46(52):26631-45.##
[14] Yuen SCK, Nurick G. Experimental and numerical studies on the response of quadrangular stiffened plates. Part I: subjected to uniform blast load. International Journal of Impact Engineering. 2005;31(1):55-83.##
[15] Mehreganian N, Louca L, Langdon G, Curry R, Abdul-Karim N. The response of mild steel and armour steel plates to localised air-blast loading-comparison of numerical modelling techniques. International Journal of Impact Engineering. 2018;115:81-93.##
[16] Chafi MS, Karami G, Ziejewski M. Numerical analysis of blast-induced wave propagation using FSI and ALEmulti-material formulations. International Journal of Impact Engineering. 2009;36(10-11):1269-75.##
[17] Im K, Cook Jr G, Zhang Z-C. FSI Based on CESE Compressible Flow Solver with Detailed Finite Rate Chemistry.##
[18] Kim D-h, Yoh JJ. Predictive model of onset of pipe failure due to a detonation of hydrogen–air and hydrocarbon–air mixtures. international journal of hydrogen energy. 2009;34(3):1613-9.##
[19] Safari K, Zamani J, Khalili S, Jalili S. Experimental, theoretical, and numerical studies on the response of square plates subjected to blast loading. The Journal of Strain Analysis for Engineering Design. 2011;46(8):805-16.##
[20] Salvadore F, Bernardini M, Botti M. GPU accelerated flow solver for direct numerical simulation of turbulent flows. Journal of Computational Physics. 2013;235:129-42.##
[21] Samiee A, Amirkhizi AV, Nemat-Nasser S. Numerical study of the effect of polyurea on the performance of steel plates under blast loads. Mechanics of Materials. 2013;64:1-10.##
[22] Yaşar M, Demirci HI, Kadi I. Detonation forming of aluminium cylindrical cups experimental and theoretical modelling. Materials & design. 2006;27(5):397-404.##
[23] Xue Y, Chen G, Zhang Q, Xie M, Ma J. Simulation of the dynamic response of an urban utility tunnel under a natural gas explosion. Tunnelling and Underground Space Technology. 2021;108:103713.##
[24] Rokhy H, Soury H. Fluid structure interaction with a finite rate chemistry model for simulation of gaseous detonation metal-forming. International Journal of Hydrogen Energy. 2019;44(41):23289-302.##
[25] Gwak M-c, Lee Y, Kim K-h, Yoh JJ. Deformable wall effects on the detonation of combustible gas mixture in a thin-walled tube. International Journal of Hydrogen Energy. 2015;40(7):3006-14.##
[26] Aune V, Valsamos G, Casadei F, Langseth M, Børvik T. Fluid-structure interaction effects during the dynamic response of clamped thin steel plates exposed to blast loading. International Journal of Mechanical Sciences. 2021;195:106263.##
[27] Rokhy H, Mostofi TM. 3D numerical simulation of the gas detonation forming of aluminum tubes considering fluid-structure interaction and chemical kinetic model. Thin-Walled Structures. 2021;161:107469.##
[28] Im K, Cook Jr G, Jhang Z, Lee S, editors. FSI detailed chemistry and their applications in LS-DYNA CESE compressible solver. 11th European LS-DYNA® user conference; Salzburg, Austria; 2015.##
[29] Zhang Z-c, Cook Jr G, Im K-s. Overview of the CESE Compressible Fluid and FSI Solvers.##
[30] Evans JS, Schexnayder Jr CJ. Influence of chemical kinetics and unmixedness on burning in supersonic hydrogen flames. AIAA journal. 1980;18(2):188-93.##
[31] Gato C. Detonation-driven fracture in thin shell structures: Numerical studies. Applied Mathematical Modelling. 2010;34(12):3741-53.##
[32] Heidari A, Wen JX. Numerical simulation of flame acceleration and deflagration to detonation transition in hydrogen-air mixture. International Journal of Hydrogen Energy. 2014;39(36):21317-27.##
[33] Khaleghi M, Aghazadeh BS, Bisadi H. Efficient oxyhydrogen mixture determination in gas Detonation forming. Int J Mech Mechatron Eng. 2013;7:1748-54.##
[34] Niasari H, Liaghat G. Numerical investigation of dynamic crack growth in steel pipes under internal detonation loading. Modares Mechanical Engineering. 2017;17(9):214-24.##