شماره تماس مدرس جهت مشاوره و پشتیبانی آموزشی 09378825252-09155519509

چکیده

ایمنی و هزینه ساخت کشتی ها و زیردریایی ها سالیان زیادی است که مشغله ذهنی طراحان در این زمینه بوده است. انفجار زیر آب (UNDEX) و اثر آن بر سازه های ثابت، غوطه ور و شناور یکی از مسائل مهم و استراتژیک در مهندسی بوده و پایداری و مقاومت در برابر آن از نکات کلیدی در طراحی ناوگان دریایی به شمار می آید. بنابراین همواره بایستی به دنبال ابداع روش هایی به منظور کاهش هزینه های طراحی و تولید کشتی ها و زیردریایی ها در کنار حفظ استحکام مناسب آنها بود. به منظور طراحی بهینه و مناسب بایستی عوامل تخریب و مد های مخرب توسط انجام آزمایش بررسی گردد که متاسفانه علاوه بر صرف هزینه های گزاف دارای مخاطرات خاص خود بوده همچنین محدودیت استفاده از مدل فقط برای یک بار را دارا می باشد. استفاده از روش تحلیل عددی توسط برنامه های کامپیوتری ابزاری برای مطالعه در زمینه انفجارهای زیر آبی میدان دور و میدان نزدیک می باشد که امکان مدل سازی، بررسی رفتار دینامیکی و خرابی بر روی کشتی ها و زیر دریایی ها و عوامل موثر در آنها را فراهم می سازد.مطالعه حاضر به بررسی رفتار دینامیکی غیر خطی سازه استوانه ای فولادی یک زیردریایی با مصالح همگن تحت اثر انفجار زیر آب به روش المان محدود در برنامه ABAQUS تمرکز نموده است. در ابتدای کار صحت سنجی بر روی یک مدل معتبر و بهینه سازی شده انجام یافته است. در ادامه نیز سازه تحت بارگذاری موج ضربه ای و افزودن بار حباب گاز بر آن تحلیل شده همچنین اثر فاصله انفجار و جرم ماده منفجره نیز به عنوان دو پارامتر مهم انفجار بررسی گردیده است. به طور خلاصه طبق نتایج تحقیق در صورت نصف شدن فاصله انفجار، فشار بیشینه بیش از دوبرابر می گردد همچنین با افزایش جرم ماده منفجره در فاصله انفجار ثابت، تغییرات فشار بیشینه نسبت به حالت قبلی کمتر است. همچنین مطابق تحلیل های انجام شده تاثیر کاهش حدفاصل انفجار در مقایسه با افزایش وزن ماده منفجره بیشتر می باشد. در صورت افزودن بار حباب به بار موج ضربه ای، تغییر مکان صلب سازه در جهت انفجار بیشتر شده و تغییر شکل بیشینه در هر دو حالت بارگذاری تفاوت قابل توجهی دارند در حالی که بار حباب تاثیر در تغییر شکل طولی استوانه ندارد. زمان وقوع و اتمام پدیده کاویتاسیون برای هر دو حالت بارگذاری یکسان است. سازه به حد خرابی نرسیده و بیشترین کرنش های پلاستیک در جناحین رخ می دهد.


فهرست مطالب 

فصــل اول :مقدمه | 1 
1-1 کلیات 1 
1-2 اهمیت موضوع 2 
1-2-1 آسیب های وارده ناشی از انفجار 3 
1-2-1-1 آسیب وارده بر ناو USS Tripoli توسط مین ضربتی ( ضربه انفجار) 3 
1-2-1-2 آسیب وارده بر ناو USS Princeton توسط مین شناور عمقی ( موج و حباب انفجار) 4 
1-2-1-3 آسیب وارده بر ناو USS Samuel B.Roberts توسط انفجار مین ضربتی 4 
1-2-1-4 آزمایش نیروی دریایی استرالیا (حباب گاز) 6 
1-3 اهداف مطالعه 7 
1-4 روش انجام مطالعه 8 
1-5 خلاصه فصل 9 

g فصــل دوم :مطالعـات انجـام شده | 10 
2-1 مطالعات عددی 10 
2-2 مطالعات تحلیلی 14 
2-3 مطالعات آزمایشگاهی 15 
2-4 خلاصه فصل 16 

g فصــل سـوم :مفـاهیــم و معـادلات حــاکم | 17 
3-1 مقدمه 17 
3-2 روند وقوع انفجار زیر آب 18 
3-3 خصوصیات دینامیکی آب 20 
3-4 بررسی پدیده انفجار زیر آب 21 
3-5 پدیده های جانبی انفجار زیرآب 22 
3-5-1 جت حباب 22 
3-5-2 جت آب 23 
3-5-3 کاویتاسیون 23 
3-5-4 آثار سطحی 23 
3-6 موج ضربه ای 26 
3-6-1 معادلات حاکم موج انفجار 28 
3-7 حباب گاز 30 
3-7-1 حرکت حباب 30 
3-7-2 محاسبه مدت زمان اولین ضربان حباب و حداکثر شعاع آن 32 
3-7-3 حرکت صعودی حباب در آب 33 
3-7-4 مدل سازی حباب ناشی از انفجار زیر آب 34 
3-7-5 معادلات حباب گاز 34 
3-7-6 مدل Geers – Hunter 35 
3-7-7 رابطه تغییرات شعاع و فشار حباب با استفاده از رابطه Rayleight-Plesset (R-P) 36 
3-7-8 معادله Rayleigh-Plesset 41 
3-8 کاویتاسیون 44 
3-8-1 کاویتاسیون توده ای 44 
3-8-2 روابط حاکم 46 
3-8-3 کاویتاسیون موضعی 51 
3-9 روش های بررسی انفجار زیر آب 52 
3-9-1 بررسی عددی انفجار زیرآب 53 
3-9-2 روش المان محدود برای انتشار امواج ضربه ای در آب 53 
3-9-2-1 مدل اویلری – لاگرانژی CEL 54 
3-9-2-2 مدل اختیاری اویلری- لاگرانژی ALE 54 
3-9-3 روش بی شبکه SPH 54 
3-9-4 هیدروکدهای تجاری در مدل سازی انتشار امواج ضربه ای در محیط آب 55 
3-9-4-1 نرم افزار LSDYNA 55 
3-9-4-2 نرم افزار ABAQUS 56 
3-10 اندرکنش آب و سازه 56 
3-10-1 معادلات مربوط به پاسخ سازه ای 57 
3-10-2 معادلات سطح خیس سازه 57 
3-10-3 معادلات درگیر اندرکنش آب – سازه طبق روش تقریب مجانب دوگانه DAA 58 
3-10-4 روش اندرکنش سطح به سطح 60 
3-10-5 روش تحلیل و حدود همگرایی 61 
3-11 مدل سازی عددی اثر انفجار زیر آب بر سازه های مستغرق 61 
3-11-1 فرمول بندی موج پراکنده 63 
3-11-2 فرمول بندی موج مطلق 64 
3-11-3 روابط حاکم بر فرمول بندی موج مطلق و پراکنده 64 
3-11-4 شرایط جاذب (تابشی) 65 
3-11-5 شبکه بندی و ابعاد المان 66 
3-11-6 معادلات حاکم بر المان پوسته ای S4R 66 
3-12 خلاصه فصل 68 

g فصــل چهارم: شبیه سازی و تحلیل مدل | 69 
4-1 مشخصات مدل 69 
4-1-1 مشخصات فیزیکی 69 
4-1-2 مدل اجزاء محدود سازه 73 
4-1-3 مدل اجزاء محدود سیال 74 
4-1-4 شرایط مرزی 75 
4-1-5 بارگذاری 75 
4-1-5-1 فشار هیدرواستاتیکی 75 
4-1-5-2 بارگذاری انفجاری 76 
4-1-6 واکنش های سازه ای 78 
4-1-6-1 مقایسه تغییر مکان ها 79 
4-1-6-2 مقایسه کرنش پلاستیک معادل 79 
4-1-6-3 بررسی و مقایسه تغییر شکل در سازه 82 
4-1-6-4 حرکت دینامیکی سازه 85 
4-1-6-5 کاویتاسیون موضعی 89 
4-2 تحلیل و بررسی اثر حباب گاز 89 
4-2-1 واکنش های سازه ای 90 
4-2-1-1 مقایسه تغییر مکان ها 90 
4-2-1-2 مقایسه کرنش پلاستیک معادل 92 
4-2-1-3 بررسی سرعت و تغییر شکل در سازه 95 
4-2-1-4 حرکت دینامیکی سازه 101 
4-2-1-5 کاویتاسیون موضعی 102 
4-3 تحلیل و بررسی تغییرات وزن و فاصله 104 
4-3-1 مقایسه تغییر مکان 105 
4-3-2 کانتور تغییر شکل 107 
4-3-3 کانتور کرنش پلاستیک معادل 108 
4-4 خلاصه فصل 109 

g فصــل پنجم: نتیـجه گیـری و پیشنهـادات | 111 
5-1 خلاصه تحقیق 111 
5-2 نتایج 112 
5-3 پیشنهادات 113 

g مراجع | 115 


فهرست جدول ها 

جدول ‏3 1 – پارامترهای موج انفجار برای مواد منفجره مختلف [9] و [39] 29 
جدول ‏3 2- پارامترها و انرژی حباب گاز [46] 37 
جدول ‏3 3- پارامترهای محاسبه نرخ گرمای ویژه و ثابت آدیاباتیک [43] 38 
جدول ‏3 4- مشخصات مواد منفجره [43] 39 
جدول ‏3 5- پارامترهای ادمیتانس مربوط به شکل هندسی مرز تابشی [8] 66 
جدول ‏4 1- مشخصات فیزیکی مدل [7] 70 
جدول ‏4 2-ابعاد بهینه سازی شده سخت کننده [7] 72 
جدول ‏4 3-فشار انفجار برای فواصل مختلف در جرم ثابت ماده منفجره 78 
جدول ‏4 4- فشار انفجار برای جرم های مختلف ماده منجره در شعاع ثابت 78 
جدول ‏4 5-جزئیات حالت های بارگذاری 105 


فهرست شکل ها 
شکل ‏1 1- پیکربندی سازه ای اتاقک فشار انواع زیردریایی [1] 2 
شکل ‏1 2 – آسیب های وارده بر ناوهای آمریکا از سال 1950 میلادی [2] 3 
شکل ‏1 3- آسیب مین ضربتی بر روی ناو USS Tripoli [3] 4 
شکل ‏1 4- آسیب مین ضربتی بر روی ناو USS Tripoli [4] 5 
شکل ‏1 5- آسیب وارده بر ناو USS Samuel B.Roberts [2] 5 
شکل ‏1 6- آسیب وارده بر کف ناو USS Samuel B.Roberts توسط مین ضربتی [5] 6 
شکل ‏1 7- مقایسه هزینه ماده منفجره در برابر هزینه تعمیر آسیب [2] 6 
شکل ‏1 8- آزمایش انفجار نیروی دریایی استرالیا [2] 7 
شکل ‏3 1- شمای کلی از مسائل انفجار زیر آب [33] 18 
شکل ‏3 2- موج انفجار و حباب گاز ناشی از انفجار زیر آب [34] 19 
شکل ‏3 3-نمایش شماتیک روند وقوع پدیده انفجار زیر آب و حرکت حباب [9] 20 
شکل ‏3 4-موج ضربه ای حاصل از 19پوند ماده منفجره TNTدر عمق 20 فوتی [35] 21 
شکل ‏3 5- نواحی تعریف شده در اطراف منبع انفجار [36] 22 
شکل ‏3 6 – پدیده کاویتاسیون 24 
شکل ‏3 7- توده کاویتاسیون ناشی از انفجار [38] 25 
شکل ‏3 8 – انعکاس موج ضربه ای از سطح آزاد آب [35] 25 
شکل ‏3 9- تشکیل Dome و Slick در اثر رسیدن شوک به سطح آب 25 
شکل ‏3 10- نمایش Plume, Spray Dome, Slick [3] 26 
شکل ‏3 11- توزیع فشار در سه فاصله مختلف از خرج300پوندی TNT پس از انفجار [34] 27 
شکل ‏3 12- منحنی فشار زمان برای دو فاصله متفاوت از خرج 300پوندی TNT [9] 27 
شکل ‏3 13- نوسان حباب های گاز حاصل از انفجار زیر آب [9] 31 
شکل ‏3 14- ترتیب مراحل حرکت یک حباب ناشی از انفجار زیر آب [9] 32 
شکل ‏3 15- تغییر مکان حباب گاز ناشی از انفجار خرج 300 پوندی TNT در عمق 50 فوتی [9] 33 
شکل ‏3 16-منحنی شعاع حباب نسبت به زمان بر اساس رابطه Rayleigh-Plesset برای 60 پوند ماده منفجره HBX-1 در عمق 24 فوت [49] 41 
شکل ‏3 17-منحنی شعاع حباب نسبت به زمان بر اساس رابطه Rayleigh-Plesset برای 120 پوند ماده منفجره HBX-1 در عمق 24 فوت [49] 41 
شکل ‏3 18-نمایش شماتیک حباب کروی در سیال نامحدود [50] 42 
شکل ‏3 19 – نمایش مقطعی از سطح حباب کروی [50] 43 
شکل ‏3 20- نمایش شماتیک پدیده انفجار زیر آب [38] 45 
شکل ‏3 21-پروفیل امواج حادث و انعکاسی [38] 45 
شکل ‏3 22- آثار سطحی توده کاویتاسیون ناشی از انفجارزیر آب (نیروی دریایی آمریکا) 46 
شکل ‏3 23- فواصل R1 و R2 در کاویتاسیون توده ای [52] 47 
شکل ‏3 24- تعیین مرزهای توده کاویتاسیون برای جرم و اعماق مختلفی ماده منفجره TNT 48 
شکل ‏3 25- توده کاویتاسیون رخ داده در اثر انفجار زیر آب [53] 49 
شکل ‏3 26-روند تغییرات توده کاویتاسیون برای سازه کشتی [54] 50 
شکل ‏3 27- صفحه تیلور در معرض موج انفجار [27] 51 
شکل ‏3 28- نمایش شماتیک روش حل نوسانی [16] 59 
شکل ‏3 29-اندرکنش سطح به سطح [8] 60 
شکل ‏3 30- روند محاسباتی مسائل اندرکنش آب-سازه [70] 62 
شکل ‏3 31- مدل بارگذاری موج حادث [8] 63 
شکل ‏3 32- مدل بارگذاری موج حادث [8] 64 
شکل ‏3 33- المان پوسته ای 4 گرهی S4R [8] 67 
شکل ‏4 1- نمودار تنش کرنش واقعی فولاد HY100 [7] 70 
شکل ‏4 2- نحوه قرارگیری اتاقک فشار زیردریایی و ماده منفجره در زیر آب نسبت به یکدیگر 71 
شکل ‏4 3-تغییرات شعاع بیشینه حباب 71 
شکل ‏4 4-موقعیت نقاط مهم انتخابی بر روی سازه (وجه رو به انفجار) 72 
شکل ‏4 5 – مقطع طولی استوانه و موقیت نقاط مهم انتخابی [7] 73 
شکل ‏4 6-مقطع طولی استوانه فلزی و آرایش سخت کننده ها [7] 73 
شکل ‏4 7- برش مقطعی از استوانه و جزئیات سخت کننده ها 74 
شکل ‏4 8- برش مقطعی از پیکربندی سازه و سیال 74 
شکل ‏4 9- سطوح اندرکنش سازه و سیال 75 
شکل ‏4 10- پروفیل فشار زمان انفجار 77 
شکل ‏4 11- تغییرات فشار انفجار برای فواصل انفجار مختلف در جرم ثابت ماده منفجره(3/18 کیلوگرم) 77 
شکل ‏4 12- تغییرات فشار انفجار برای جرم های مختلف ماده منفجره در فاصله ثابت انفجار (62/7متری) 78 
شکل ‏4 13- تغییر مکان نقاط انتهایی استوانه در جهت انفجار ( مدل مرجع) [7] 80 
شکل ‏4 14- تغییر مکان نقاط انتهایی استوانه در جهت انفجار ( مدل مطالعه) 80 
شکل ‏4 15- تغییر مکان محوری نقاط انتهایی استوانه( مدل مرجع) [7] 81 
شکل ‏4 16- تغییر مکان محوری نقاط انتهایی استوانه(مدل مطالعه) 81 
شکل ‏4 17- روند تغییر شکل کلی سازه در زمان های مختلف ( مدل مرجع) [7] 83 
شکل ‏4 18- روند تغییر شکل کلی سازه در زمان های مختلف ( مدل مطالعه) 84 
شکل ‏4 19-کانتور کرنش پلاستیک معادل در وجه پشت به انفجار (PEEQ) ( مدل مرجع) [7] 85 
شکل ‏4 20-کانتور کرنش پلاستیک معادل در وجه پشت به انفجار (PEEQ) ( مدل مطالعه) 85 
شکل ‏4 21- نمایش منحنی کرنش پلاستیک معادل در نقاط مقطع میانی استوانه (مدل مرجع) [7] 86 
شکل ‏4 22-نمایش منحنی کرنش پلاستیک معادل در نقاط مقطع میانی استوانه ( مدل مطالعه) 86 
شکل ‏4 23- منحنی کرنش پلاستیک معادل مربوط به نقاط مختلف بر روی سازه (مدل مرجع) [7] 87 
شکل ‏4 24- منحنی کرنش پلاستیک معادل مربوط به نقاط مختلف بر روی سازه (مدل مطالعه) 87 
شکل ‏4 25 – منحنی سرعت نقاط انتهایی سازه ، حرکت آکاردیونی (راست: مدل مرجع [7]، چپ: مدل مطالعه) 88 
شکل ‏4 26 – منحنی سرعت نقاط A1,B1,C1، حرکت شلاقی (راست: مدل مرجع [7]، چپ: مدل مطالعه) 88 
شکل ‏4 27 – منحنی سرعت نقاط B2,B4، حرکت تنفسی (راست: مدل مرجع [7]، چپ: مدل مطالعه) 88 
شکل ‏4 28- مقایسه تغییر مکان نقاط انتهایی استوانه در جهت انفجار 91 
شکل ‏4 29-مقایسه تغییر مکان محوری نقاط انتهایی استوانه 91 
شکل ‏4 30- نمای بالا از کانتورکرنش پلاستیک معادل 93 
شکل ‏4 31-کانتور کرنش پلاستیک معادل در وجه رو به انفجار 93 
شکل ‏4 32-کانتور کرنش پلاستیک معادل در وجه پشت به انفجار 93 
شکل ‏4 33-مقایسه منحنی کرنش پلاستیک معادل المان های مختلف وجه رو به انفجار سازه 94 
شکل ‏4 34-مقایسه منحنی کرنش پلاستیک معادل المان های مختلف وجه پشت به انفجار سازه 94 
شکل ‏4 35- تغییر شکل کلی سازه در وجه رو به انفجار (بزرگ نمایی 20 برابر) 95 
شکل ‏4 36- تغییر شکل کلی سازه در وجه رو به انفجار (بزرگ نمایی 20 برابر) 96 
شکل ‏4 37-تغییر شکل کلی سازه در وجه رو به انفجار (بزرگ نمایی 20 برابر) 96 
شکل ‏4 38-تغییر شکل کلی سازه در وجه رو به انفجار (بزرگ نمایی 20 برابر) 97 
شکل ‏4 39- تغییر شکل کلی سازه در وجه رو به انفجار (بزرگ نمایی 20 برابر) 97 
شکل ‏4 40- روند تغییر شکل کلی سازه در وجه پشت به انفجار 98 
شکل ‏4 41-نمای بالا از تغییر شکل سازه 99 
شکل ‏4 42- بردارهای سرعت نقاط مختلف سازه در زمانهای آغازین انفجار 100 
شکل ‏4 43-منحنی سرعت مربوط به نقاط انتهایی سازه (حرکت آکاردیونی) 101 
شکل ‏4 44-منحنی سرعت مربوط به نقطه A1 (حرکت شلاقی) 102 
شکل ‏4 45-منحنی سرعت مربوط به نقطه B1 (حرکت شلاقی) 103 
شکل ‏4 46-منحنی سرعت مربوط به نقطه C1 (حرکت شلاقی) 103 
شکل ‏4 47-منحنی سرعت مربوط به نقاط B2,B4 (حرکت تنفسی) 104 
شکل ‏4 48- تغییر مکان نقاط انتهایی سازه در جهت انفجار برای حالت های بارگذاری مختلف 105 
شکل ‏4 49-تغییرشکل طولی سازه در حالت تغییر شعاع انفجار 106 
شکل ‏4 50-تغییرشکل طولی سازه در حالت افزایش وزن ماده منفجره 106 
شکل ‏4 51- نمای بالا از کانتور تغییر شکل سازه (شعاع دو برابر) 107 
شکل ‏4 52-نمای بالا از کانتور تغییر شکل سازه (نصف شعاع) 107 
شکل ‏4 53-نمای بالا از کانتور تغییر شکل سازه (وزن دو برابر) 107 
شکل ‏4 54- نمای بالا از کانتور تغییر شکل سازه (وزن سه برابر) 108 
شکل ‏4 55-نمای بالا از کرنش پلاستیک معادل سازه (شعاع دوبرابر) 108 
شکل ‏4 56-نمای بالا از کرنش پلاستیک معادل سازه (نصف شعاع) 108 
شکل ‏4 57-نمای بالا از کرنش پلاستیک معادل سازه (وزن دوبرابر) 109 
شکل ‏4 58-نمای بالا از کرنش پلاستیک معادل سازه(وزن سه برابر) 109


فصــل اول :مقدمه

كليات

بيش از دو سوم سطح زمين توسط اقيانوس ها پوشيده شده است. اقيانوس ها فضاهاي سه بعدي هسـتندكه به طور ميانگين عمق 14000 فوتي را دارا بوده و بـه جـز مكـان هـاي سـطحي و كـم عمـق كـه توسـطزيردريايي هاي متداول قابل دسترسي اند، مابقي همچنان ناشناخته باقي مانده است.

ايالات متحده در سال 1953 با خريد Trieste از كشور ايتاليا اولين گام خود را براي پرده برداري از اسرار اقيانوس ها برداشت. زيردريايي مذكور در سال 1960 توانست تا عمق 35800 فوتي كاوش كند و بـه عنـوان نقطه آغازي براي كاوش هاي زير آبي در آمريكا به حساب آيد. اقيانوس ها و درياها به لحاظ نظامي از اهميت خاصي برخوردارند به طوري كه با گذشت زمان، كشورهاي مختلـف اقـدام بـه اسـتفاده از مزيـت هـاي ويـژهاقيانوس ها براي اهداف نظامي و جنگي نموده اند. بنابراين هر كشوري لاجرم بـه پيشـرفت در ايـن زمينـه و بهره گيري از تكنولوژي هاي جديد به منظور فتح اقيانوس ها و مقابله با وقايع غيـر منتظـره در ايـن حيطـهميباشد [1].

بشر از زمان هاي بسيار دور علاقه مند به نفوذ و كاوش در اعماق آب با اهداف نظـامي، علمـي، صـنعتي وتفريحي بوده است. لذا در راستاي همين اهداف اقدام به طراحي و ساخت تجهيزات و وسـيله هـاي زيـر آبـيمانند زيردريايي و شناور نموده است. دسته اول زيردريايي ها Submarine ناميده شده و در ابعاد بزرگ، خود بسنده، داراي خدمه و مناسب براي اهداف نظامي مي باشند. دسته دوم زيردريايي هايي در ابعاد كوچكتر بـانام Submersible شناخته شده و مناسب براي كاوش در زير آب مي باشند.

اهميت موضوع

بخش مهم يك زيردريايي اتاقك فشار آن مي باشد كه به طور متداول يك چهارم يا نصف وزن كلي سـازه آن را تشكيل مي دهد. پيكربندي هاي مختلفي از اتاقك فشار براي زيردريايي ها طراحي مي شوند كه نمونـههايي از آنها در شكل 1-1 نشان داده شده است. اغلب سازه هاي مذكور متشكل از اشكال هندسي كره، كـرههاي متصل به هم و استوانه همراه با سخت كننـده و بـا دو انتهـاي نيمـه كـروي مـي باشـند. انتخـاب نـوعپيكربنـدي اتاقـك فشـار بـه عوامـل زيـادي از جملـه كـارايي سـازه اي، طراحـي داخلـي و خـارجي، فـرمهيدروديناميكي، پيچيدگي و هزينه ساخت و راحتي اجراي جزئيات سازه اي بستگي دارد.

 


شكل 1-1 – پيكربندي سازه اي اتاقك فشار انواع زيردريايي [1]

از لحاظ سازه اي، شكل هندسي غالب براي اتاقك فشار به صورت استوانه اي با دو انتهاي نيمـه كـروي ومجهز به سخت كننده مي باشد. اين نوع سازه از آرايش داخلي منظم، فرم هيدروديناميكي عالي، سبك وزن و هزينه ساخت و توليد كمتري برخوردار مي باشد. بـا توجـه بـه مقـدار نسـبت شـناوري بـه عمـق حركـتزيردريايي، هرچقدر زيردريايي سبك تر باشد مي توان تجهيزات ايمني و افـراد بيشـتري در داخـل آن جـايداد. تاكنون كشورهاي زيادي به منظور تجهيز نيروي دريايي و دفاع از سـرزمين خـود هزينـه بسـياري را در زمينه ساخت و توسعه زيرديايي ها صرف كرده اند.

1- 2-1 آسيب هاي وارده ناشي از انفجار

ناوگان دريايي در معرض تهديدات متعددي قرار دارند. دامنه احتمالات برخورد انواع مختلـف سـلاح هـا وآسيب ها بر روي سازه ها وسيع مي باشد. شكل 1-2 انواع آسيب هاي وارده از سلاح هاي مخرب گوناگون بر روي ناوهاي آمريكايي را نمايش مي دهد. مشاهده مي گردد كه اكثر آسيب هـاي وارده از طـرف مـين هـاي دريايي بوده است. در ادامه برخي از آسيب هاي وارده توسط انفجار زير آب بر روي سازه هاي دريايي بررسـيمي شود.


شكل 1-2 – آسيب هاي وارده بر ناوهاي آمريكا از سال 1950 ميلادي [2]

1- 2-1-1 آسيب وارده بر ناو USS Tripoli توسط مين ضربتي ( ضربه انفجار)

ناو USS Tripoli مخصوص انتقال هليكوپتر بود كه در جنگ خليج فارس سال 1990 مـيلادي اسـتفادهشده بود. آسيب وارده بر اين ناو در اثر اصابت مين ضربتي كشور عـراق مـدل 1908 بـود كـه در شـكل 1-3 نمايش داده شده است. وسعت آسيب وارده به صورت حفـره اي بـه انـدازه 20 الـي 30 فـوت بـر روي بدنـهخارجي سازه و همچنين مقداري آسيب داخلي بود. علت تخريب بدنه جانبي كشـتي، خسـتگي مـواد در اثـردماي فوق العاده زياد واكنش شيميايي انفجار و ضربه ناشي از موج انفجار بود. اما هيچ گونه اثـر ناشـي از بـارحباب بر روي كشتي مشاهده نشده است.

 


شكل 1-3 – آسيب مين ضربتي بر روي ناو USS Tripoli [٣]

1- 2-1-2 آسيب وارده بر ناو USS Princeton توسط مين شناور عمقي ( موج و حباب انفجار)

در تاريخ 18 فوريه سال 1991 ساعت 7:16 ناو پرينستون توسط يك مين آكوستيك MRP ساخت ايتاليا واقع در عمق 16 فوتي دريا، مورد اصابت قرار گرفت. حباب گاز حاصل از انفجار در زير كشتي گسترش يافته و پاشنه ناو را به بالاتر از سطح آب بلند كرد. ارتعاش حباب باعث لرزش كشتي شده و حجم زيادي از انـرژيتوسط موج به سازه وارد گرديد. امواج ضربه اي از پاشنه تا سينه كشتي را به ارتعاش در آوره و باعث حركـتشلاقي آن حول محور طولي آن شدند.

آسيب وارده بر ناو پرينستون تفاوت زيادي با ناو تريپولي دارد. بار ديناميكي حاصل از ارتعـاش حبـاب بـرميزان آسيب افزوده است. تركيب بار ارتعاش حباب و بار موج انفجار، صدمه قابل توجهي را بر روي سازه وارد كرد (شكل 1-4).

1- 2-1-3 آسيب وارده بر ناو USS Samuel B.Roberts توسط انفجار مين ضربتي

در 14 آوريل سال 1988 ناو دريايي USS Samuel B.Roberts آمريكا در خليج فارس مورد اصابت مـينقرار گرفت. ماده منفجره مين به مقدار 250 پوند TNT بود كه كشتي را 10فوت به سمت بالا برد و حفره اي به قطر 9 فوت در سمت راست ناو ايجاد كرد. توربين هاي گاز در اثر انفجار در هم كوبيـده شـدند. همچنـينانفجار باعث پرتاب جعبه دنده 40 تني شده و نيروي محركه ناو را از كار انداخت. در شكل 1-5 و شـكل 1-6 آسيب هاي وارده را نمايش مي دهند. آسيب وارده بر روي اين ناو را مي توان تركيب دو مورد قبلـي دانسـتيعني مجموع آثار انفجار، حباب و گسيختگي موجب تخريب ناو گشته اند.

 



شكل 1-4 – آسيب مين ضربتي بر روي ناو USS Tripoli [۴]

 



[2] USS Samuel B.Roberts شكل 1-5 – آسيب وارده بر ناو


 

شكل 1-6- آسيب وارده بر كف ناو USS Samuel B.Roberts توسط مين ضربتي [5]

در شكل 1-7 هزينه ساخت مين و تعمير آثار مخرب آن بر روي كشتي با يكديگر مقايسه شده اند. واضـحاست كه هزينه ماده منفجره در برابر هزينه تعمير ناشي از تخريب بسيار كم تر مي باشد.

 


 

شكل 1-7 – مقايسه هزينه ماده منفجره در برابر هزينه تعمير آسيب [2]

1- 2-1-4 آزمايش نيروي دريايي استراليا (حباب گاز)

نيروي دريايي استراليا آزمايش انفجار زير آب را بر روي يكي از كشتي هاي خود انجام داد. آزمايش مـوردنظر به وسيله پرتاب يك اژدر MK 46 و انفجار آن در زير كشتي انجام شد. شكل 1-8 مراحـل انفجـار مـادهمنفجره و تخريب كشتي را نمايش مي دهد. همانطور كه مشاهده مي شود ابتدا كشتي به بالاتر از سطح آب خيز برداشته و پس از سقوط از وسط نصف مي شود. موج ضربه اي و حباب حاصـل از انفجـار هـر دو باعـثآسيب وارده گرديده اند.


 

شكل 1-8 – آزمايش انفجار نيروي دريايي استراليا [2]

اهداف مطالعه

يكي از دغدغه هاي مهم طراحان زيردريايي كاستن وزن آن به منظور افزايش بار مفيد (تجهيزات و افـراد)به همراه حفظ پايداري و مقاومت آن در برابر بارهايي نظير فشار هيدرواستاتيك، بار انفجار و بارهاي محيطي مي باشد. بنابراين بهبود و پيشرفت در زمينه مصالح و طراحي سازه زيردريايي از مهم ترين عوامـل بـه شـمارمي آيد.

زماني كه ماده منفجره در زير آب منفجر مي شود، بر اثر آزاد شدن آني انرژي شيميايي منجـر بـه توليـدهواي بسيار فشرده مي گردد كه در نتيجه فشار هيدرو استاتيك را به طور قابل تـوجهي افـزايش مـي دهـد.بنابراين انفجار منجر به توليد امواج انفجاري و حباب هاي گاز مي شود. از اين رو چون فشـار در انفجـار زيـرآب بيشتر از انفجار در هوا بوده و امواج و زمان عمل انفجـار زيـر آب كوتـاه تـر از انفجـار هـوايي مـي باشـد،بنابراين تحليل انفجارهاي زير آبي پيچيده و مشكل مي باشند.

بررسي و شناخت زيردريايي بهينه سازي شده هنگام مواجهه با انفجار زيـر آب بـه منظـور تعيـين اثـراتمخرب انواع مواد منفجره بر روي زير دريايي و حفظ پايداري آن در نبردهاي دريايي اهميت بسزايي دارد. در ساليان گذشته بررسي واكنش سازه هاي زيردريايي در برابر انفجار زير آب توسط آزمايش هاي فيزيكي انجام مي شد. آزمايش فيزيكي زيردريايي ملزم به صرف هزينه هاي گزاف اقتصادي بوده و خطـرات جـانبي خـاصخود را دارا مي باشد. هزينه هاي بسيار و خطرات آزمايش هاي عملي باعث شد تا محققين به فكر ابداع روش هاي عددي به منظور شبيه سازي و تحليل سازه زيردريايي ها در برابر انفجار باشند. روش هاي محاسـباتي وعددي چنانچه به درستي و به طور دقيق صحت سنجي شده باشند مي توانند به جاي آزمايش عملي به كـارگرفته شده و اطلاعات دقيق و گسترده اي را ارائه دهند. در سال هاي اخيـر روش هـاي عـددي توانسـته بـهخوبي رفتار سازه و اندركنش آب و سازه را شبيه سازي كرده و پاسخ دقيقي را ارائه دهد.

در مطالعه حاضر ابتدا يك استوانه فولادي با دو انتهاي نيمه كروي و سخت كننده هاي حلقـويT شـكل به عنوان اتاقك فشار يك زيردريايي انتخاب شده كه قبلا همين استوانه به صورت انتهاي غير كروي (مسطح) و بدون سخت كننده و از جنس آلومينيوم توسط Fox [6] آزمايش و بررسي شده است. در سال 2009 آقاي Jen [7] انتهاي استوانه را نيمه كروي كرده و با روش بهينه يابي توانست ضـخامت پوسـته را كـاهش داده وسخت كننده هاي حلقوي را به استوانه اضافه نمايد. وي همچنين جـنس اسـتوانه را از آلومينيـوم بـه فـولادتغيير داد.

از جمله اهداف اين مطالعه، بررسي پارامترهاي موثر بر رفتار ديناميكي غير خطي استوانه مذكور مي باشد كه تاكنون بررسي نشده است. وزن ماده منفجره و فاصله آن از نقطه مرجع(اصابت) از پارامترهاي مهم خرابي بر روي سازه مي باشند كه با تغيير آنها مي توان فاصله ايمن حركت زير دريايي را تخمين زد.

در بررسي توسط Jen [7] تنها اثر موج ضربه اي ناشي از انفجار مطالعه شده و رفتار سيال خطـي در نظـرگرفته شده بود. بر اين اساس در مطالعه حاضر علاوه بر موج ضربه اي، بار حباب انفجار نيز بـه شـبيه سـازي افزوده شده است.

تاثير فاصله و وزن ماده منفجره در قالب نمودارهايي بررسي شده و نتايج تحليل و شبيه سازي بـراي حـدفاصل و وزن ماده منفجره در حالت هاي بارگذاري مختلفمختلف آورده شده است. همچنين در يـك مرحلـه،بارگذاري منفرد موج ضربه اي و در مرحله بعدي بارگذاري توأم موج ضـربه اي و حبـاب گـاز بـر روي سـازهاعمال گرديده و تحليل و بررسي شده است. نتايج اين مطالعه منجر به شناخت خرابي ها و نقاط آسيب پـذيرسازه زيردريايي مي شود كه طبيعتا در طراحي و ساخت سازه اتاقك فشار زير دريايي ها تاثير بسزايي خواهد داشت.

————————————————————————————————————————————–

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

پایان نامه های موجود در سایت فقط در صورت دریافت پکیج طلایی آباکوس قابل دریافت است.
برای دریافت این پایان نامه و تمامی پایان نامه های سایت، پکیج طلایی آباکوس را خریداری بفرمایید. پس از خریداری پکیج طلایی لینک دانلود پایان نامه ها فعال خواهد شد.
شماره های تماس :
05142241253
09120821418

دریافت پکیج طلایی

————————————————————————————————————————————–