بررسی میزان عمق نفوذ ناشی از ضربه برخورد پرتابه (GBU39) بر شیلتر محافظ بتنی
محورهای موضوعی : آنالیز سازه - زلزلهعلی اصغر ابوطالبی 1 , علیرضا فیوض 2 * , رضا اسماعیل آبادی 3
1 - دانشجوی دکتری، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد رودهن
2 - هیات علمی دانشگاه خلیج فارس
3 - استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد رودهن، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
کلید واژه: ضربه, نفوذ, شیلترهای محافظ بتنی, ACE, LS-DYNA,
چکیده مقاله :
بررسی مقاومت اهداف بتنی در برابر نفوذکننده‌ها از اهمیت بسزایی برخوردار است. در این تحقیق به بررسی میزان عمق نفوذ ناشی از ضربه برخورد پرتابه (GBU39) بر شیلتر محافظ بتنی پرداخته شده است. جهت شبیه‌سازی از نرم‌افزار LS-DYNA استفاده شده است. جهت تعیین میزان عمق نفوذ روابط آزمایشگاه تحقیقات بالستیک (BRL)، گروه مهندسی ارتش امریکا (ACE) و رابطه ویفن مورداستفاده قرار گرفته و نتایج حاصل از شبیه‌سازی نیز با روابط فوق مقایسه و موردبررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد از لحاظ دقت و تشابه به نتایج به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی به ترتیب می‌توان به رابطه گروه مهندسی ارتش امریکا (ACE)، آزمایشگاه تحقیقات بالستیک (BRL) و رابطه ویفن اشاره نمود. به‌عبارت‌دیگر بررسی انجام‌گرفته بیشترین تشابه و دقت بالاتر نسبت به سایر روابط، در رابطه گروه مهندسی ارتش امریکا (ACE) مشاهده شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی پرتابه در شیلتر محافظ بتنی نشان می‌دهد که مقدار انرژی جنبشی نیز با افزایش 10%، 15%، 20% و 25% سرعت پرتابه به ترتیب 17%، 21%، 40% و 46% افزایش داشته است و همچنین با افزایش حداکثر 25% سرعت برخورد پرتابه به شیلتر محافظ بتنی مقدار عمق نفوذ تا 35% افزایش‌یافته است.
The resistance of concrete targets against penetrators is of great importance. This study investigates the penetration depth caused by the impact of a GBU 39 projectile on a protective concrete shelter. Numerical simulations were performed using the LS DYNA software. To estimate the penetration depth, empirical equations from the Ballistic Research Laboratory (BRL), the U.S. Army Corps of Engineers (ACE), and the Young–Wiffen relation were employed. The simulation results were compared with these equations. The findings indicate that, in terms of accuracy and similarity to the simulation results, the equations can be ranked as follows: the ACE equation, the BRL equation, and the Wiffen relation. In other words, the ACE equation showed the highest accuracy and the greatest similarity to the simulation outcomes. The simulation of the projectile impacting the protective concrete shelter also revealed that with projectile velocity increased by 10%, 15%, 20%, and 25%, the kinetic energy rose by 17%, 21%, 40%, and 46%, respectively, while the penetration depth increased by up to 35% at a maximum velocity increase of 25%.
[1] Forrestal MJ, Cargile JD, Tzou RD. Penetration of concrete targets [technical report]. Albuquerque (NM): Sandia National Laboratories; 1993 Aug 1. Report No.: SAND93 2148.
https://doi.org/10.2172/10188235
[2] Hanchak SJ, Forrestal MJ, Young ER, Ehrgott JQ. Perforation of concrete slabs with 48 MPa (7 ksi) and 140 MPa (20 ksi) unconfined compressive strengths. Int J Impact Eng. 1992 Jan 1; 12 (1): 1 7.
https://doi.org/10.1016/0734-743X(92)90043-Q
[3] Hansson H, Skoglund P. Simulation of concrete penetration in 2D and 3D with the RHT material model [technical report]. Stockholm (Sweden): Swedish Defence Research Agency (FOI); 2002 Nov. Report No.: FOI R 0530 SE.
https://www.foi.se/rest-api/report/FOI-R–0530–SE
[4] Teng TL, Chu YA, Chang FA, Chin HS. Numerical analysis of oblique impact on reinforced concrete. Cem Concr Compos. 2005 Apr 1; 27 (4): 481 92.
https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2004.07.004
[5] Huang F, Wu H, Jin Q, Zhang Q. A numerical simulation on the perforation of reinforced concrete targets. Int J Impact Eng. 2005 Dec 1; 32 (1 4): 173 87.
https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2005.04.016
[6] Tham CY. Numerical and empirical approach in predicting the penetration of a concrete target by an ogive nosed projectile. Finite Elem Anal Des. 2006 Oct 1; 42 (14 15): 1258 68.
https://doi.org/10.1016/j.finel.2006.03.008
[7] Tai YS, Tang CC. Numerical simulation: The dynamic behavior of reinforced concrete plates under normal impact. Theor Appl Fract Mech. 2006 Apr 1; 45 (2): 117 27. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2006.01.004
[8] Polanco Loria M, Hopperstad OS, Børvik T, Berstad T. Numerical predictions of ballistic limits for concrete slabs using a modified version of the HJC concrete model. Int J Impact Eng. 2008 May 1; 35 (5): 290 303. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2007.01.004
[9] Sakakibara T, Tsuda T, Ohtagaki R. SPH simulations of high velocity impacts on concrete plate. In: 7th European LS DYNA Conference; 2009 May 14 15; Salzburg, Austria. Würselen (Germany): DYNAmore GmbH; 2009.
https://www.dynamore.de/de/download/papers/07th-european-conf/Session_A1/A1_1.pdf
[10] لطیفی م. بررسی و تحلیل نفوذ پرتابه‌های صلب در یک هدف بتنی پوشش‌دار [پایان‌نامه کارشناسی رشد]. تهران: دانشگاه امام حسین(ع)؛ 1386.https://ganj.irandoc.ac.ir
[11] Sohel KM, Liew JR. Behavior of steel–concrete–steel sandwich slabs subject to impact load. J Constr Steel Res. 2014 Sep 1;100:163 75.
https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2014.04.015
[12] Oucif C, Rama JK, Ram KS, Abed F. Damage modeling of ballistic penetration and impact behavior of concrete panel under low and high velocities. Def Technol. 2021 Feb 1; 17 (1): 202 11.
https://doi.org/10.1016/j.dt.2020.01.017
[13] Chen X, Shi D, Guo S. Experimental study on damage evaluation, pore structure and impact tensile behavior of 10 year old concrete cores after exposure to high temperatures. Int J Concr Struct Mater. 2020 Dec;14:1 7. https://doi.org/10.1186/s40069-020-00438-3
[14] Du G, Li Z, Song G. A PVDF-based sensor for internal stress monitoring of a concrete-filled steel tubular (CFST) column subject to impact loads. Sensors. 2018 May 23; 18 (6): 1682.
https://doi.org/10.3390/s18061682
[15] Epasto G, Proverbio E, Venturi V. Evaluation of fire damaged concrete using impact echo method. Mater Struct. 2010 Jan; 43: 235 45.
https://doi.org/10.1617/s11527-009-9484-1
[16] Hansson H. Warhead penetration in concrete protective structures [dissertation]. Stockholm: KTH Royal Institute of Technology; 2006.
https://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-4020
[17] Murthy AR, Palani GS, Iyer NR. Impact analysis of concrete structural components. Def Sci J. 2010 May 1; 60 (3): 307 19. https://doi.org/10.14429/dsj.60.361
[18] Zhang K, Lu F, Peng Y, Li X. Study on dynamic response of gravity dam under air blast load based on similarity law. Eng Fail Anal. 2022 Aug 1; 138: 106225. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2022.106225
[19] Mendomo Meye S, Li G, Shen Z, Zhang J, Emani GF, Edem Setordjie V. Dynamic
response and failure mechanism of concrete arch dams under extreme loadings: a solid foundation for real-world actions to reduce dam collapse losses during wartime or terrorist attacks. Water. 2022 May 21; 14 (10): 1648. https://doi.org/10.3390/w14101648
[20] Serrano Perez JC, Vaidya UK, Uddin N. Low velocity impact response of autoclaved aerated concrete/CFRP sandwich plates. Compos Struct. 2007 Oct 1; 80 (4): 621 30. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2006.05.029
[21] United States Army. Fundamentals of protective design for conventional weapons. Technical manual TM 5 855. Washington, DC: Department of the Army; 1986 Nov. https://apps.dtic.mil/sti/pdfs/ADA337984.pdf