ارزیابی عددی اثرات حاکم بر انفجار زیر آب در سد‌های بتنی به کمک روش بدون شبکه

صبح خیز فومنی, رامتین; مردوخ پور, علیرضا; خانجانی, همتا

ارزیابی عددی اثرات حاکم بر انفجار زیر آب در سد‌های بتنی به کمک روش بدون شبکه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی دکتری گروه عمران ،دانشکده فنی ، دانشگاه قم، قم ، ایران

² گروه عمران دانکشده فنی دانشگاه آزاد اسلامی واحد لاهیجان ، لاهیجان، ایران

³ گروه عمران دانشگاه آزاد اسلامی واحد لاهیجان ، لاهیجان ، ایران

چکیده

مسأله انفجار از جمله مسائل نوینی است که سبب رویدادهای متفاوت یا وقایع عمدی می‌شود و رفتار اعضای سازه‌ای تحت بارگذاری انفجار، موضوع طرح‌های تحقیقاتی زیادی در سالهای اخیر مطرح بوده است. از آنجایی که انجام آزمایش تجربی بر روی یک سد واقعی امکان‌پذیر نمی‌باشد و عملی معقولی نیست و با توجه به اینکه امروزه حل قابل اعتماد به‌وسیله کامپیوتر و گسترش روش المان محدود امکان مدل‌سازی این مسائل را میسر کرده است، لذا مساله انفجار زیر آب و تاثیر آن بر روی سد بتنی قوسی راه با این روش قابل مدل‌سازی بوده که نتایج قابل اعتمادی به دنبال دارد. بنابراین هدف از مطالعه بررسی روش اجزا محدود برای مدل‌سازی سازه به‌صورت لاگرانژی با روش بدون شبکه (SPH) برای مدل‌سازی سیال می‌باشد سد مورد مطالعه نیز سد قوسی با ارتفاع 73/141 متر و عرض دره 184 متر و زاویه مرکزی 133 درجه و ضخامتی حدود 66/3 متر در تاج که انفجارها از روش SPH انجام گرفته و هنگام انفجار TNT تبدیل به ذرات گردیده و به‌صورت کروی وارد محیط گردیده و موج انفجار را ایجاد می‌کند. پس از انجام صحت‌سنجی و قابلیت اعتماد‌پذیری انجام انفجار به روش SPH، مقدار وزنی TNT نیز برای مقادیر 500 و 1000 کیلوگرم در مخزن و خارج مخزن تحلیل گردید. با انجام پژوهش و مقایسه نتایج مشخص گردید که، تاثیر میزان ماده منفجره بر جابجایی افقی تاج سد چشمگیر بوده و با افزایش وزنی TNT از 100 به 500 و 1000 کیلوگرم به‌ترتیب 20 و 100 درصد افزایش جابجایی مشاهده گردید. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش میزان ماده منفجره میزان انرژی مستهلک شده توسط سیال نیز افزایش می‌یابد. انفجار داخل مخزن به‌دلیل ایجاد موج در سیال و انتشار در جهت فشار هیدرو استاتیک باعث ایجاد فشار مطلق و جابجایی بیشتری میشود.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.20086849.1400.12.4.9.1

عنوان مقاله [English]

The Numerical Evaluation of the Effects of Underwater Explosion in Concrete Dams Using a Network-Less Method

نویسندگان [English]

Ramtin Sobhkhiz Foumani ¹
Alireza Mardookhpour ²
Hamta Khanjani ³

¹ PhD Student of Civil Engineering Department,Engineering Faculty,University of Qom,Qom,Iran

² Civil Engineering Departmnet, Engineering Faculty,Lahijan Branch,Islamic Azad Univerisity,Lahijan,Iran

³ Civil Engineering Department, Lahijan Branch, Islamic Azad University,Lahijan,Iran

چکیده [English]

The issue of explosion is one of the new issues that cause different events or intentional events and the behavior of structural members under the load of explosion has been the subject of many research projects in recent years. Since it is not possible to perform experimental experiments on a real dam and it is not a reasonable practice, and considering that today a reliable solution by computer and the development of finite element method has made it possible to model these problems, so the problem of underwater explosion and Its effect on the arched concrete dam can be modeled with this method, which leads to reliable results. The study also showed an arched dam with a height of 141.73 meters and a width of 184 meters and a central angle of 133 degrees and a thickness of about 3.66 meters in the crown. And creates an explosion wave. After performing the accuracy and reliability of the explosion by SPH method, the weight of TNT was analyzed for 500 and 1000 kg in the tank and outside the tank. The effect of explosive amount on the horizontal displacement of the dam crown is significant and with increasing the weight of TNT From 100 to 500 and 1000 kg, 20 and 100% increase in displacement were observed, respectively. The results also showed that with increasing the amount of explosive, the amount of energy consumed by the fluid also increases. Explosion inside the tank due to creating a wave in the fluid and propagation in the direction of hydrostatic pressure causes absolute pressure and more displacement.

کلیدواژه‌ها [English]

Numerical Simulation
Explosion
SPH Concrete Dam
Abaqus

مراجع

[1] J. Moradloo “Analysis of Dynamic Nonlinear Behavior of Arched Concrete Dams in the Range of Large Displacement” Tarbiat Modares University PhD Thesis, 2006 (in persian).##

[2] H. Mirza Bozorg “Non-linear seismic analysis of three-dimensional concrete dams with consideration of the interaction effect of the dam” Sharif University of Technology Ph.D.2003 (in persian).##

[3] H.Valaei “ Study of effective parameters in nonlinear dynamic behavior of submerged steel chamber under underwater explosion’’ Master Thesis, Zanjan University, 2014 (in persian).##

[4] B.L. Wahalathantri, D.P. Thambiratnam, T.H.T. Chan and S. Fawzia and A. April ‘‘Material Model for Flexural Crack Simulation in Reinforced Concrete Elements Using ABAQUS’’; Procceding of the International Conference on Engineering, pp 260-264.2011##

[5] F. E. Zhu, W. E Zhu, D. Fei, J.L. Yan, X.S. Xu, X. Chen and J. J Zhuo ‘‘Modelling and Analysis of Arch Dam Withstand Underwater Explosion’’; Journal of Applied and Computational Mechanic, vol 48, 2013.##

[6] S.H. Zhang, G. A Wang, C.H Wang, B.O. Pang and C.H Du ‘‘Numerical Simulation of Failure
Modes of Concrete Gravity Dams Subjected to Underwater Explosion’’; Journal of Engineering Failure Analysis, vol 36, pp 49-64 .2013.##

[7] G. Wang and S. Zhang ‘‘Damage Prediction of Concrete Gravity Dams Subjected to
Underwater ExplosionShock Loading’’Journal of Enginnering Failure Analysis, vol 39,
pp 72-91.2014.##

[8] V. Razavi Tusi, M. Moghadam, M. Shahrbanouzadeh “Dynamic analysis of reinforced concrete water tanks under explosion with regard to water-structure interaction” Scientific Journal of Passive Defense.2021(in persian).##

[9] M. Alem Bagheri, M. Seyed Kazemi “Numerical modeling of weighted concrete dams using Abaqus software” Simaye Danesh Publications, First Edition, 2013(in persian).##

[10] Sh. Imamzadeh, M.T. Ahmadi “Study of the propagation of underwater explosion shock waves by finite element method” Journal of Marine Engineering, vol 3, pp 13-26 .2006 (in persian).##

[11] A. Saedi Darian, A.Jalili, Sina “ Impact and Explosion Engineering with a Comprehensive Guide to Autodyn Software” Darian Publications, First Edition, 2012
(in persian).##

[12] P. Kmiecik, M. Kamiński ‘‘Modeling of Reinforced Concrete Structures and Composite Structures with Concrete Strength Degradation Taken Into Consideration’’ Journal of Archives of Civil and Mechanical Engineering, vol 11, pp 623-636. 2011.##

[13] H. Tan, A.K Chopra “ Dam-foundation rock interaction effects in earthquake response of arch dams” Journal of Strucural Enginnering, vol 122, pp 528-538.1996.##

[14] S.M Seyedpoor, J. Salajegheh, E. Salajegheh, S. Gholizadeh “Optimal design of arch dams subjected to earthquake loading by a combination of simultaneous perturbation stochastic approximation and particle swarm algorithms” Journal of Applied Soft Computing, vol 11, pp.39-48. 2011.##

[15] A. Kaveh, A.V.R Mahdavi “Optimal design of arch dams for frequency limitations using charged system search and particle swarm optimization” International Journal of Optimization in Civil Engineering, vol 4, pp.455-543.2011.##

[16] S. Talatahari,M.T Aalami, R. Parsiavash, 2016. “Optimum design of double curvature arch dams using a quick hybrid charged system search Algorithm” Journal of Iran University of Science & Technology, vol 6, pp.227-243.2016.##