مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

تحلیل عددی سازه ساندویچی با هسته فلزی مربعی و بتن سبک: رویکردی نوین در مقابله با بارهای انفجاری

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار فنی، گروه مهندسی عمران، دانشگاه فنی حرفه ای، تهران، ایران
2 دانشجوی کارشناسی ارشد موسسه آموزش جهاد دانشگاهی گیلان
10.22065/jsce.2025.560905.3879
چکیده
در این پژوهش، عملکرد یک سازه ساندویچی فلزی نوآورانه با هسته شبکه مربعی فلزی که به‌صورت چینش تناوبی ( چیدمان یکی در میان ) با بتن سبک پر شده است، به‌طور جامع در برابر بارگذاری انفجاری مورد ارزیابی قرار گرفت. برخلاف تحقیقات پیشین که عمدتاً بر سازه‌های کاملاً فلزی متمرکز بودند، این مطالعه استفاده همزمان از فلز و بتن سبک در هسته سازه ساندویچی را مد نظر قرار داده است تا جذب انرژی بهبود یابد و تغییر شکل ناشی از موج انفجار به حداقل برسد. شبیه‌سازی عددی دقیق با استفاده از نرم‌افزار ABAQUS/Explicit نسخه ۲۰۲۴ انجام شد و اثر انفجار TNT با سه جرم مختلف شامل ۱، ۲ و ۳ کیلوگرم به‌طور کامل تحلیل گردید. پارامترهای حیاتی شامل جابجایی صفحات فوقانی و تحتانی، کرنش پلاستیک معادل ((PEEQ و انرژی‌های جذب‌شده شامل انرژی ویسکوز، پلاستیک، مصنوعی و کل استخراج و با نتایج مرجع Derseh و همکاران (۲۰۲۳) مقایسه شدند. نتایج نشان داد که افزودن بتن سبک به‌صورت چینش تناوبی ( چیدمان یکی در میان ) در هسته فلزی موجب کاهش محسوس جابجایی صفحات، کاهش کرنش پلاستیک و توزیع یکنواخت‌تر انرژی در سراسر سازه می‌شود. تحلیل تاریخچه زمانی جابجایی نشان داد که مدل نوآورانه پس از انفجار سریع‌تر به تعادل می‌رسد و دامنه نوسانات آن کاهش یافته است که بیانگر بهبود رفتار دینامیکی و افزایش ظرفیت میرایی سازه است. علاوه بر این، انرژی کل مستهلک‌شده در مدل نوآورانه کمتر از مدل مرجع است، در حالی که توزیع انرژی در کل سازه مؤثرتر انجام می‌شود. این یافته‌ها نشان می‌دهد که هسته متناوب بتن سبک و فلز طراحی مؤثر و نوآورانه‌ای برای افزایش مقاومت سازه‌های ساندویچی در برابر بارهای دینامیکی شدید فراهم می‌کند. همچنین، این سیستم موجب کاهش وزن، کاهش هزینه‌های ساخت و تسهیل اجرای سازه شده و به‌عنوان گزینه‌ای سبک، مقاوم، اقتصادی و کارآمد برای سازه‌های حساس نظامی، صنعتی و شهری مطرح است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Numerical Analysis of a Sandwich Structure with a Metallic Square Core and Lightweight Concrete: A Novel Approach for Blast Resistance

نویسندگان English

komeil momeni 1
Azad Ghavipanjeh 2
1 1. Assistant professor of Civil Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran
2 Master's student at Jihad University of Guilan Education Institute
چکیده English

This study comprehensively investigates the performance of an innovative metallic sandwich structure featuring a square metallic lattice core alternately filled with lightweight concrete under blast loading conditions. Unlike previous research primarily focused on fully metallic hollow frameworks, this work integrates lightweight concrete and steel in the core to enhance energy absorption and reduce deformation caused by blast waves. Detailed numerical simulations were conducted using ABAQUS/Explicit 2024, evaluating the structural response to TNT explosive charges of 1, 2, and 3 kg. Critical parameters including upper and lower face plate displacements, equivalent plastic strain (PEEQ), and absorbed energies such as viscous, plastic, artificial, and total were systematically measured and compared with the reference results reported by Derseh et al. (2023). The results indicate that incorporating lightweight concrete in an alternating configuration significantly reduces plate displacements, lowers equivalent plastic strain, and achieves a more uniform energy distribution across the structure. Time-history displacement analysis demonstrates that the proposed hybrid model stabilizes faster after the blast and exhibits reduced oscillation amplitude, reflecting enhanced dynamic performance and higher damping capacity. Furthermore, the total dissipated energy in the hybrid configuration is lower than that of the fully metallic reference model, while the energy distribution is more effective throughout the structure. These findings demonstrate that an alternating lightweight concrete-metal core represents an effective and innovative approach to improving blast resistance in sandwich structures under extreme dynamic loading. In addition to enhancing safety, this design reduces structural weight, lowers construction costs, and facilitates implementation. Therefore, the proposed system serves as a lightweight, strong, efficient, and economical solution for blast-resistant structures, particularly in military, industrial, and sensitive urban applications. Its practical adaptability, optimized energy absorption, and improved structural resilience make it a highly suitable option for modern engineering designs requiring high performance under severe loading conditions.

کلیدواژه‌ها English

Metallic sandwich structure'؛ '؛ Blast loading'؛ Numerical Modeling'؛ Lightweight Concrete'؛ TNT Energy absorption'؛
'؛ Plastic strain

  • تاریخ دریافت 17 آذر 1404
  • تاریخ بازنگری 28 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 04 دی 1404