بررسی رفتار مخازن فولادی استوانه ای روزمینی تحت تحریک انفجار سطحی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

2 گروه مهندسی عمران، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران

چکیده

در مقاله حاضر، رفتار مخازن بزرگ فولادی روزمینی، استوانه ای شکل و با سقف ثابت مخروطی در برابر نیروهای حاصل از انفجار مورد بررسی قرار گرفته است. برای نیل به این هدف ابتدا مخازن مورد بررسی توسط نرم افزار اینترگراف تنک طراحی گردیده و سپس با مدل کردن مخازن توسط نرم افزار آباکوس تنش های ایجاد شده در اثر نیروهای حاصل از انفجار مورد مطالعه قرار گرفته است. مخازن بصورت سه بعدی مدل شده و ابعاد مخازن و درصد آب ذخیره شده در مخازن بصورت متغیر لحاظ شده است. در این مقاله مخازن با نسبت های ارتفاع به قطر 75/0 و 1 مورد مطالعه قرار گرفته و فرض شده که مخازن مورد بررسی بر روی بستر صلب قرار دارند. مخازن حاوی آب تحت بار انفجار قرار گرفته که به روش اویلرین-لاگرانژین به کمک نرم افزار آباکوس شبیه سازی گردیده است. در این مطالعه، بارگذاری انفجاری مخازن سقف ثابت گنبدی دارای تکیه گاه و خود ایستا با درنظرگرفتن بار انفجاری به مقدار 2000 کیلوگرم ماده منفجره تی ان تی در فاصله 10 متری از مخازن درنظر قرار گرفته شده است. برای نمایش میزان تنش و جابجایی در ارتفاعهای مختلف روی مخازن چهار نقطه مرجع انتخاب گردید. نتایج بدست آمده نشان دهنده وضعیت بحرانی در نقطه مرجع سه (مربوط به بخش فضای خالی مخزن) است. در نقطه مرجع شماره سه مقدار تنش بیشتر از سایر نقاط می باشد و به همین سبب این ناحیه برای مخازنی که در معرض نیروی حاصل از موج انفجار قرار می گیرند، بحرانی می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of the behavior of cylindrical steel tanks under surface blast loads

نویسندگان [English]

  • Seyed Sina Kourehli 1
  • Mohammad Bagher Hamidi Khasraghi 2
1 Department of Civil Engineering, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran
2 Department of Civil Engineering, Tabriz branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Studies of blast load and its effects on tanks is of particular importance. Blast on liquid storage structures possible to large due to the water crisis and disaster risk human health and the environment due to the spread of chemical substances and a fire hazard will result. Hence, understanding the dynamic behaviors of liquid storage structures under blast loading through numerical simulations is of utmost importance. In the present study, three dimensional (3D) finite element (FE) simulations of a steel water storage tank for different tank aspect ratios, percentages of water stored in the tank, tank wall thicknesses, boundary conditions at the bottom of the tank and magnitudes of blast loading have been performed using the FE software, Abaqus. Also check the behavior of structures resistant to the destructive effects of Blast waves, because of its importance in the design of sustainable structures against blast loading, has long been of interest to researchers. In this study, the numerical simulation of blast wave combined approach coupled as Euler - Lagrangian (CEL) and the ConWep has been paid. In this study, the explosive loading of domed fixed roof tanks with support and self-standing, considering the explosive load of 2000 kg of TNT explosive at a distance of 10 meters from the tanks is considered. To show the amount of stress at different heights on the tanks, four reference points were selected. The results show the critical situation at the reference point number three (corresponding to the empty space section of the tank). At reference point number three, the amount of stress is higher than at other points, and therefore this area is critical.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Steel storage tanks
  • Blast
  • Domed fixed roof tanks
  • Abaqus software
  • Conwep
[1] Moghadam, M., Razavitosee, S., & Sharbanozadeh, M. (2022). Dynamic Analysis of Reinforced Concrete Water Tanks under Blast Considering Fluid-Structure Interaction. Scientia Iranica, DOI: 10.24200/sci.2022.57932.5478.
[2] Jin, H., Calabrese, A., & Liu, Y. (2021). Effects of different damping baffle configurations on the dynamic response of a liquid tank under seismic excitation. Engineering Structures, 229, 111652.
[3] Wang, Y., & Liew, J. R. (2015). Blast performance of water tank with energy absorbing support. Thin-Walled Structures, 96, 1-10.
[4] Wang, Y., & Zhou, H. (2015). Numerical study of water tank under blast loading. Thin-Walled Structures, 90, 42-48.
[5] Lai, E., Zhao, J., Li, X., Hu, K., & Chen, G. (2021). Dynamic responses and damage of storage tanks under the coupling effect of blast wave and fragment impact. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 73, 104617.
[6] Astaneh-Asl, A., Heydari, C., & Zhao, Q. (2003, October). Analysis of car-bomb effects on buildings using MSC-dytran software and protective measures. In Proc. of the MSC Software Virtual Product Development Conf (pp. 13-15).
[7] Luccioni, B. M., & Luege, M. (2006). Concrete pavement slab under blast loads. International journal of impact engineering, 32(8), 1248-1266.
[8] Mirzaei, M., Malekan, M., & Sheibani, E. (2013). Failure analysis and finite element simulation of deformation and fracture of an exploded CNG fuel tank. Engineering Failure Analysis, 30, 91-98.
[9] Khalilpour, S., Fayyaz, M., Khosravi, F. (2018). Numerical Analysis of High Explosive Explosion on Horizontal, Vertical and Spherical Pressure Vessels. Journal of Structural and Construction Engineering, 5(2), 60-75. doi: 10.22065/jsce.2017.77655.1088.
[10] Mittal, V., Chakraborty, T., & Matsagar, V. (2014). Dynamic analysis of liquid storage tank under blast using coupled Euler–Lagrange formulation. Thin-Walled Structures, 84, 91-111.
[11] Jiang, Y., Zhang, B., Wang, L., Wei, J., & Wang, W. (2021). Dynamic response of polyurea coated thin steel storage tank to long duration blast loadings. Thin-Walled Structures, 163, 107747.
[12] Lu, S., Wang, W., Chen, W., Ma, J., Shi, Y., & Xu, C. (2019). Behaviors of Thin-Walled Cylindrical Shell Storage Tank under Blast Impacts. Shock and vibration, 2019.
[13] API Standard 650, 12th ED (US) March 2013, Welded Tanks for Oil Storage.
[14] U.S. Army, Fundamental of protective design for conventional weapons, US Department of the Army, Washington DC, 1986. Technical Manual TM 5-855-1.
[15] De Silva, C. W. (2007). Vibration monitoring, testing, and instrumentation. CRC Press.
[16] Abaqus, V. (2017). 6.14 Documentation. Dassault Systemes Simulia Corporation, 651(6.2).
[17] Jafarian, F. (2019). Determination of Johnson-Cook equation constants for simulation of machining process using the optimization algorithm. Journal of Modeling in Engineering, 17(57), 315-325. doi: 10.22075/jme.2019.16596.1647.
[18] Nam, H. S., Kim, J. S., Han, J. J., Kim, J. W., & Kim, Y. J. (2015, February). Ductile fracture simulation for A106 Gr. B carbon steel under high strain rate loading condition. In Recent Advances in Structural Integrity Analysis-Proceedings of the International Congress (APCF/SIF-2014):(APCFS/SIF 2014) (p. 37). Woodhead Publishing.
[19] Johnson, G. R., & Cook, W. H. (1985). Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures. Engineering fracture mechanics, 21(1), 31-48.