Вплив запізнення приходу вибухової хвилі на динамічну поведінку захисної споруди
DOI:
https://doi.org/10.32347/2522-4182.17.2025.17-29Ключові слова:
вибухова хвиля, фаза коливань, SDOF-система, рівняння коливань, імпульсАнотація
В статті розглянуто методики розрахунку захисних споруд за дії вибухової хвилі, тиск якої приходить до різних точок в різний час. Розглянуто пофазовий спосіб розрахунку, коли дію серії сил з різним часом приходу розглядають як окремі фази коливань. За початкові умови поточної фази приймаються кінцеві умови (переміщення і швидкості) попередньої фази. Докладно розглянуто систему з однією масою (SDOF-систему), на яку діють сили з різним часом приходу. На кожній фазі спочатку в залежності від правої частини відомого диференціального рівняння знаходять константи частинного і загального рішення диференціального рівняння SDOF-системи. Маючі всі константи, визначають всі значення переміщень на кожній фазі.
Показано, що перевага такого підходу полягає в тому, що незважаючи на будь яку кількість ділянок, на які діють сили в різний час, на кожній фазі вирішується лише одне диференціальне рівняння зі своїми початковими умовами і своїм набором сил. Тому кожний раз знаходяться свої константи з частинного рішення та загального рішень рівняння. Тому кількість ділянок може бути визначена будь якою на думку інженера і якоїсь складності в чисельній реалізації розрахунку система з багатьма розглядуваними силами немає.
Показано, що для одномасової системи різний час приходи динамічної сили не збільшує відгук системи, але така схема використовується, коли багатомасову систему за допомогою модального розкладення розглядають як SDOF-систему для кожної окремої моди з врахуванням різного часу приходу сили, а потім складають відгуки простим підсумовуванням. Показано, чому в лінійних системах підсумовування модальних відгуків в конкретний час коливань є правильним, але просте підсумовування максимальних відгуків не є правильним.
Показано, що пофазовий розгляд коливань системи є правильним, але більш громіздким. Для багатомасових систем за дії імпульсу наведено аналітичну формулу сумарного відгуку на імпульси, які приходять до різних точок в різний час. При цьому розглянуто трикутний імпульс з кінцевим часом дії, а також миттєвий імпульс
Посилання
Azizov T.N., Kochkarev D.V., Galinska T.A. (2025). Buildings and Structures Calculations for Air Shock Wave Effect from Conventional Weapons. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1499(1), 012012.
https://doi.org/10.1088/1755-1315/1499/1/012012
Baker W.E. (1973). Explosions in Air. Univ. of Texas Press, Austin, TX, USA, 268 pp.
Blast effects on buildings. Design of buildings to optimize resistance to blast loading. (1995). International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 32(7), 348–349.
https://doi.org/10.1016/0148-9062(95)92584-5
Clough R.W., Penzien J. (2015). Dynamics of Structures. New Delhi: McGraw-Hill Education, 319.
DBN V.2.2-5:2023. (2023). Tsivilni zakhysni konstruktsii [Civil defense protective structures]. [Сhynnyi vid 1.11.2023], Kyiv: Ministerstvo rozvytku hromad, terytoriy ta infrastruktury Ukrayiny, 122 s. Redaktsiya stanom na 25.12.2024.. [in Ukrainian]
Dennis A.A., Rigby S.E. (2024). The direction-encoded neural network: a machine learning approach to rapidly predict blast loading in obstructed environments. Int. J. Protect. Struct., 15(3), 455–483.
https://doi.org/10.1177/20414196231177364
Task Committee on Blast Resistant Design of the Petrochemical Committee of the Energy Division of the American Society of Civil Engineers. (2010). Design of blast-resistant buildings in petrochemical facilities. pp. 447.
Ekström J., Rempling R., Plos M. (2016). Spalling in concrete subjected to shock wave blast. Engineering Structures, 122, 72–82. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.05.002
Fan Y., Chen T., Yang G., Cui X., Lu W., Wang G., Tian B. (2024). Experimental investigation on dynamic response of concrete gravity dam under shock waves and bubble pulsation. Engineering Structures, 318, 118796. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2024.118796
Isaac O.S., Alshammari O.G., Pickering E.G., Clarke S.D., Rigby S.E. (2023). Blast wave interaction with structures—an overview. Int. J. Protect. Struct., 14(4), 584–630.
https://doi.org/10.1177/20414196221118595
Jin R., Gou Y. (2018). Motion response analysis of large-scale structures with small-scale cylinders under wave action. Ocean Engineering, 155, 65–74.
https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2018.02.032
Karlos V., Solomos G. (2013). Calculation of blast loads for application to structural components. JRC Technical Report, EUR 26456 EN, 58 pp.
Kingery C.N., Bulmash G. (1984). Technical report ARBRL-TR-02555: Air blast parameters from TNT spherical air burst and hemispherical burst. AD-B082 713, U.S. Army Ballistic Research Laboratory, Aberdeen Proving Ground, MD, 51 р.
Kochkarev D., Azizov T., Galinska T. (2024). Calculation of Buildings and Structures for Air Blasts Using Explosion Accelerograms. Lecture Notes in Civil Engineering, 604 LNCE, pp. 245–256.
https://doi.org/10.1007/978-3-031-67576-8_22
Kochkarev D., Azizov T., Galinska T. (2024). Calculation of Enclosures of Defence Structures Based on the Quasi static Method. Lecture Notes in Civil Engineering, 469 LNCE, pp. 50–58. https://doi.org/10.1007/978-3-031-55068-3_4
Koliakova V., Dumych A., Sumak A. (2023). Stress-Strain State of Shelter Structures under the Action of Air Shock Wave. Sworld-Us Conference Proceedings, (1) (usc22-01), 49–56. [in Ukrainian]
https://doi.org/10.30888/2709-2267.2024-22-00-020
Kumar V., Kartik K.V., Iqbal M.A. (2020). Experimental and numerical investigation of reinforced concrete slabs under blast loading. Engineering Structures, 206, 110125.
https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.110125
Wang L., Kong D. (2023). Influence of Ground Impedance on Explosive Shock Wave Test Accuracy. International Journal of Impact Engineering, 171, 104395
https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2022.104395
Li Q., Wang Y., Li L., Hao H., Wang R., Li J. (2023). Prediction of BLEVE loads on structures using machine learning and CFD. Process Safety and Environmental Protection, 171, 914–925. https://doi.org/10.1016/j.psep.2023.02.008
Cormie D., Smith P.D., Mays G.C. (2019). Blast Effects on Buildings: Design of Buildings to Optimize Resistance to Blast Loading. 3rd ed., ICE Publishing / Emerald Publishing, 344 .
Moon K. (2011). Structural Design of Double Skin Facades as Damping Devices for Tall Buildings. Procedia Engineering, 14, 1351–1358. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.07.170
Xiao S.Y., et al. (2021). Prediction of warhead explosion location based on explosion shock wave. Military Automation, 40(5), 90–93. https://doi.org/ 10.7690/bgzdh.2021.05.020
U.S. Department of Defense. (2018, change 3 — 24 May 2024). UFC 4-010-01, DoD Minimum Antiterrorism Standards for Buildings. Washington, DC. pdf, 95
U.S. Army Corps of Engineers, Naval Facilities Engineering Command, Air Force Civil Engineer Support Agency. (2014, Change 2 — 01 September 2014). UFC 3-340-02, Structures to Resist the Effects of Accidental Explosions. Washington, DC. pdf, 99.
Karlos V., Solomos G. (2013). Calculation of blast loads for application to structural components. Luxembourg: Publications Office of the European Union, 58 .
https://doi.org/ 10.2788/61866
Vivek P., Sitharam T.G. (2019). Response of Embedded Structures in Granular Material to Air-Blast Wave Loading. In: Granular Materials Under Shock and Blast Loading, 95–109. https://doi.org/10.1007/978-981-15-0438-9_6
Wang Z., Gong X., Xiong J., Yong H. (2014). Studying an engineering model on an air blast wave. Structures Under Shock and Impact XIII, 1, 217–227. https://doi.org/10.2495/susi140191
