تکنیک‌های پیش‌گویی انفجار اغلب به روش‌های تعیین بار انفجاری و تعیین پاسخ تقسیم می‌شوند. هر کدام از این دسته بندی‌ها به خودی خود می‌توانند به دو گروه اصلی و تجربی تقسیم شوند. گروه اصلی به کمک قوانین فیزیک شروع به پیشگویی انفجار می‌کنند، این در حال است که گروه تجربی به کمک آزمایشات این هدف را دنبال می‌کنند.
برای انتشار امواج انفجار به صورت واقعی لازم است شرایط اتمسفری، اثرات مرزی، مواد منفجره و پارامترهای زیاد دیگری را در نظر گرفت که این کار دشواری است. همچنین تغییرات فشار انفجار به دلیل تغییر شکل‌های بزرگ سازه و آسیب‌های موضعی، باید در محاسبات لحاظ شود. به دلیل رفتار غیرخطی سازه تحت بار انفجار باید نتایج تحلیل‌های عددی توسط نتایج آزمایشگاهی تایید شوند. بنابراین تحقیقات صورت گرفته در این زمینه به دو دسته تحلیل عددی و کارهای آزمایشگاهی تقسیم می‌شوند. در این فصل ابتدا به پدیده انفجار به همراه روابط ارائه شده برای محاسبه بار انفجاری معرفی می‌شود و پس از آن به رفتار مصالح در نرخ کرنش بار انفجاری اشاره‌ای می‌شود. در انتهای فصل نیز پیشینه تحقیقات عددی و آزمایشگاهی صورت گرفته، ارائه می‌شود.
 

2-2-معرفی انفجار

انفجار، آزاد شدن بسیار سریع انرژی به صورت نور، گرما، صدا و موج ضربه‌ای می‌باشد. موج ضربه ای شامل هوای بسیار متراکمی‌می‌باشد که به صورت شعاعی (کروی) از منبع انفجار به سمت خارج با سرعت مافوق صوت در حرکت است. با گسترش موج ضربه‌ای، مقدار فشار به سرعت کاهش می‌یابد (متناسب با توان سوم فاصله) پس از برخورد به یک سطح، منعکس شده و مقدار آن ممکن است تا سیزده برابر افزایش یابد[5]. مقدار ضریب انعکاس تابع نزدیکی ماده منفجره و زاویه موج برخوردی می‌باشد فشار همچنین با گذشت زمان به سرعت کاسته می‌شود (به صورت نمایی) در بارگذاری انفجاری زمان اعمال بار، بسیار کوتاه می‌باشد و معمولاً بر حسب هزارم ثانیه میلی ثانیه بیان می‌شود. در آخر پدیده انفجار، موج ضربه ای منفی ایجاد می‌شود که مکش ایجاد می‌کند و درجایی که خلأ ایجاد شده باشد، یک باد قوی یا نیروی کششی بر سطوح ساختمان وارد می‌شود. این باد، آثار مخروبه به جا مانده از انفجار را بر می‌چیند و سبب جابجایی آن‌ ها می‌شود. فاز منفی کوچک و تدریجی بوده، به طوری که در طراحی سازه های مقاوم در برابر انفجار در اکثر مواقع از آن صرف نظر می‌گردد. سه اثر اصلی که در آنالیز سازه تحت اثر بار انفجار خیلی مهم هستند، عبارت‌اند است از :

1. کل ضربه

1. فشار حداکثر موج انفجار

2. 

1. پرتاب اجسام (سرعت، جرم، توزیع)

 
دو مورد اول با علم به نوع مواد منفجره و وزن و شکل مواد منفجره و در نهایت فاصله انفجار تا هدف قابل محاسبه‌اند، اما پرتاب اجسام و آوار قابل بدست آوردن نیست و کاملاً طبیعی اتفاق می‌افتد. مورد آخر از آن جهت اهمیت دارد که موجب برخورد با انسان شده و آسیب می‌زند. در ادامه از بررسی گزینه سوم صرف نظر می‌کنیم[6].
 

2-3- بارگذاری انفجاری

اضافه فشار، فشاریست که به علت انفجار به فشار محیط اضافه می‌شود. هنگامی‌که اضافه فشار ناشی از انفجار در حال کاهش به سمت صفر است درست در لحظه‌ای که وارد فاز منفی می‌شود فشار به یکباره کمی‌افزایش می‌یابد، این به دلیل است که موج قوی از سمت انفجار می‌رسد که فشار را افزایش می‌دهد. با برگشت موج ضعیف شده به سمت انفجار از فشار کاسته شده و دوباره به سمت صفر پیش می‌رود، دوباره با رسیدن موج از سمت انفجار به طور ناگهانی فشار کمی‌افزایش می‌یابد ولی این بار کمتر از مرحله قبل. به نمودار تغییرات فشار در این پروسه که ذکر شد نمودار فشار دینامیکی گویند .فشار دینامیکی همواره مثبت باقی می‌ماند، زیرا ماهیت انرژی جنبشی دارد و از توان دوم سرعت باد بدست می‌آید.
شکل 2-1 تغییرات اضافه فشار و فشار دینامیکی در زمان را نشان می‌دهد. نمودار تاریخچه زمانی فشار رسم شده در زیر برای نقاطی که به محل انفجار نزدیک نیستند صادق است. مقادیر نمودار تاریخچه زمانی فشار به اندازه مواد منفجره و موقعیت آن بستگی دارد. برای مثال حداکثر فشار با افزایش فاصله کاهش می‌یابد و زمان فاز مثبت با افزایش فاصله از محل انفجار افزایش می‌یابد. اما ضربه هر دو این موارد برابر است. از همین نتیجه استفاده می‌شود تا قانون مقیاس که توسط هاپکینگسون[8]مطرح شد به وجود آید. این قانون بیان می‌کند که مواد منفجره با وزن‌های متفاوت و فواصل مختلف می‌توانند اثر یکسانی داشته باشند به شرطی که فاصله مقیاس آن‌ ها برابر باشد.
 
(2-1)
در رابطه (2-1) Z فاصله مقیاس و R فاصله از محل انفجار به متر است. W وزن معادل ماده منفجره به TNT به کیلوگرم می‌باشد. چندین روش برای بیان وزن TNT معادل وجود دارد، ولی ساده‌ترین آن‌ ها به صورت نسبت انرژی ویژه جرمی‌مواد منفجره واقعی به انرژی ویژه جرمی‌TNT می‌باشد. انرژی ویژه جرمی TNT برابر ۶۷۰۰ کیلوژول بر کیلوگرم می‌باشد[7].
شکل 2-1: منحنی اضافه فشار و فشار دینامیکی[8]
جبهه موج در مسیر خود ممکن است به سطحی برخورد کند و موج انفجار بازتاب شود، موج بازتاب شده با سرعت بیشتری نسبت به موج اولیه (موج برخوردی) حرکت می‌کند، این بدان علت است که موج برخوردی پس از اصابت به سطح فشرده تر شده و داغ‌تر می‌شود در نتیجه می‌توان گفت انرژی‌اش بیشتر شده و این انرژی به صورت انرژی جنبشی به محیط باز می‌گردد، در نتیجه موج بازتاب شده سرعت بیشتری نسبت به موج برخوردی داشته باشد[5]. موج بازتاب شده پتانسیل آن را دارد که با موج برخوردی یکی شود و موجی به نام موج ماخ را بسازند. این موج جدید فشار حداکثر بیشتری نسبت به دو موج برخوردی و موج بازتاب شده دارد.شکل 2-2 این فرایند را نشان می‌دهد.
 
شکل 2-2: انفجار در هوای غیر محصور و نحوی تشکیل موج ماخ [9]
 
فشار حداکثر، تابع میزان مواد منفجره و توان سوم فاصله است برای یک خطر انفجاری که بر حسب وزن ماده منفجره و فاصله بیان می‌شود، فشار حداکثر برخوردی و انعکاس یافته موج ضربه‌ای و سایر پارامترها مثل مقدار ضربه برخوردی و انعکاس یافته، سرعت ضربه و زمان رسیدن موج را می‌توان از چارت‌هایی که توسط ارتش آمریکا تهیه شده است استخراج کرد (این نمودارها به نمودار اسپاگتی نیز مرسوم‌اند). شکل 2-3 یک نمونه از این نمودارها را برای انفجار در فضای باز نشان می‌دهد.
 
 
شکل 2-3: پارامترهای انفجار در هوای آزاد در سطح دریا[10]
 
حرکت موج انفجار در محیط سیال یک پروسه غیرخطی است و اندرکنش موج با سازه یک مسئله پیچیده می‌باشد. پس از اصابت موج انفجار به سازه فشار و ضربه وارده تشدید می‌گردد. مقدار تشدید رخ داده وابستگی زیادی به حداکثر اضافه فشار موج انفجار برخوردی و جهت‌گیری سازه در مقابل موج انفجار دارد. Error! Reference source not found. بازتاب موج انفجار برخورد کرده به سازه را نشان می‌دهد. همچنین اثر تسطیح[9] باعث کاهش فشار بازتابی در نواحی گوشه سازه می‌شود. هنگامی که این اثر رخ می‌دهد، فشار بازتابی به دنبال افت و تسکین به سمت گوشه‌ها پیش می‌رود. همان طور که از شکل پیداست فشار در نقطه B به دلیل نزدیک بودن به لبه‌ها سریع‌تر از نقطه A پراکنده می‌شود. زمان لازم برای نقطه مورد نظر تا تحت اثر تسطیح در لبه‌ها پراکنده شود طبق رابطه (2-2) محاسبه می‌گردد[9].
 
(2-2)
 
که در آن t_c ‌زمان بر حسب ثانیه، S_x فاصله از نزدیک‌ترین لبه بر حسب متر وU_s ‌ سرعت موج انفجار بر حسب متر بر ثانیه است.
 
شکل 2-4: بازتاب موج انفجار وارد شده به سازه
 
پارامترهای جبهه موج انفجار از اهمیت ویژه‌ای برخورداراند. رانکین[10]حل تحلیلی این پارامترها‌ را برای توصیف شوک‌ انفجار ابتدا برای گاز ایده‌آل بیان‌کردند. این معادلات برای سرعت جبهه موج انفجار U_s و ماکزیمم فشار دینامیکی q_S به صورت زیر بیان می‌شود[11].
 
[1] -Oklahoma
[2] -Tanzania
[3] -Nairobi
[4] -Fujikura
[5] – Mineta
[6] – Weber fall I-40
[7] – Minnesota
[8] -Hopkingson
[9] -Clearing
[10] -Rankin
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)