Аналітичні методи розрахунку конструкцій підземних захисних та фортифікаційних споруд

Анотація

Сучасна інженерна практика проєктування підземних оборонних та фортифікаційних споруд значною мірою базується на емпіричних та напіваналітичних підходах, що описують проникнення снарядів, локальні вибухові ефекти та реакцію конструкційних матеріалів на комбіноване ударне та вибухове навантаження.

Широко розповсюджені методи спираються на спрощених співвідношеннях для оцінки глибини проникнення як функції маси снарядів, швидкості, діаметра та кута удару, а також на коефіцієнтах, що залежать від матеріалу, які чинять опір проникненню. Додаткові моделі враховують утворення вибухових кратерів, ступінь пошкодження в межах бар'єру та мінімальні вимоги до товщини для запобігання відколюванню. Для підземних споруд особливе значення надається підходам, які представляють ґрунт як пружно-пластичне середовище, що дозволяє оцінити затухання вибухової хвилі з глибиною та перетворення ефектів вибуху в еквівалентні навантаження, що діють на заглиблені споруди. Однак ці методи часто фрагментовані, недостатньо уніфіковані та не повністю адаптовані до сучасних загроз, таких як боєприпаси, що доставляються БПЛА, та комбіновані сценарії удару та вибуху.

У статті систематизовано та уточнено ключові аналітичні залежності, що використовуються в сучасній практиці. Розглянуто вдосконалені вирази для глибини проникнення, включаючи фактори, що враховують геометрію снаряда та можливе відхилення траєкторії в межах шарів захисної споруди. У дослідженні сформульовано узгоджену процедуру оцінки локальних пошкоджень від концентрованих вибухів, включаючи глибину утворення кратера, товщину пошкодженої зони та умови для запобігання відколюванню. Крім того, розроблено аналітичний підхід для оцінки передачі тиску через ґрунтову засипку або насипи на основі законів затухання, тривалості навантаження та імпульсних характеристик. На цій основі запропоновано практичну послідовність розрахунків, що дозволяє визначати розрахункові навантаження та вибирати раціональні товщини захисних елементів для підземних споруд за комбінованого впливу удару та вибуху.