3. TERVEZÉS ROBBANÁSTEHERRE
3.3. E LVÉGZETT CFD SZÁMÍTÁSOK
A CFD számítással a kutatásom során többféle problémát is megvizsgáltam, melyek hasznos és értékes információkat szolgáltattak a lökéshullámok visszaverődését és komplex térben való terjedését illetően. Ezek a számítások az időigényességük miatt elsősorban kutatások során ke-rülnek alkalmazásra. Speciális feladatoknál, ha van rá anyagi-, és időkeret, szokták alkalmazni a tervezés során is. A gyakran előforduló tervezési problémáknál parametrizált CFD futtatáso-kat szokás alkalmazni, ezek használatával egyszerűbb képletekben is megfogalmazható a kívánt
eredmény. Bár parametrizált futtatásokat helyhiány miatt nem végeztem, az eredmények így is választ adnak bizonyos kérdésekre, és előremutatnak a problémák további vizsgálatát illetően.
3.3.1. VÉDŐFALLAL KÖRBEVETT ÉPÜLET ROBBANÁSTERHE62
A vizsgálat tárgya, hogy egy általános geometriájú épület homlokzati robbanásterhén (400 kg TNT) mit változtat az épülettől 10 m-re elhelyezett, 3 m magas robbanásvédő fal. Feltételezzük, hogy a fal nem semmisül meg a robbanás hatására. Az 57. ábrán látható a fal nélküli és a fallal körülvett változat esetén a lökéshullám terjedésének egy pillanata. A falon „átbukva” a lökés-hullám továbbra is gömbszerűen igyekszik terjedni, a földet elérve visszaverődik, és így halad tovább az épület felé.
57. ábra - Fal nélküli és fallal védett épület vizsgálata (szerzői ábra) [84]
58. ábra - Fal nélküli és fallal védett elrendezés esetén a fal nyomásgörbéi (szerzői ábra)
A homlokzaton felvett 3 monitorozási pont nyomásgörbéjét vizsgálva kitűnik (58. ábra), hogy a fal az épület alján és közepén közel felére csökkenti a túlnyomást, míg a tetején már kevésbé jelentős a csökkenés. Hasonló módon, az alsó két ponton az impulzus értéke 60%-ra csökken, a felső ponton ez az érték mindössze 80%.
3.3.2. LÖKÉSHULLÁM HOMLOKZATI SZÉTTERJEDÉSÉNEK VIZSGÁLATA63
A homlokzati szétterjedés hatása egy acélszerkezetű, X-rácsozással merevített irodaház keret-állásain lett megvizsgálva. A 8000 kg TNT 45 m-re történő robbanása esetén empirikus, illetve
62 Román Zs., Nagy R.: Áramlástani megközelítés alkalmazása a robbantások elleni védekezésben. [84]
63 A számítás részletesebb leírása megtalálható: Román Zs.: Acélszerkezetű épület pontosított vizsgálata külső robbanásteherre. MSc Diplomamunka [85]
-200,00 0,00 200,00 400,00 600,00
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00
Túlnyomás [kPa]
Idő [ms]
Nincs fal - 1 Nincs fal - 2 Nincs fal - 3 Fal -1 Fal - 2 Fal - 3
CFD teherfelvétel mellett lett elvégezve a számítás. A fő különbség az, hogy míg az empirikus teher a sík hullámok feltételezésének megfelelően egyben nyomja meg az egész homlokzatot, addig az áramlástani vizsgálat figyelembe veszi, hogy a lökéshullám időben szétterjed a hom-lokzaton, nem egyszerre fejti rá ki az erőt (59. ábra).
59. ábra - A szerkezet elmozdulása a CFD terhelés kezdeti és későbbi fázisában (szerzői ábra) [85]
Az 59. ábrán látható, hogy a terhelés elején más rezgésalakot gerjeszt a lökéshullám, mint a végén, amikor már az egész homlokzatot terheli. Ebből következik, hogy nem lehet egyszabad-ságfokú rendszerként pontosan modellezni az épületet. A számítások nem kerülnek részlete-zésre, de az eredmények közlése fontos tanulsággal bír: az empirikus számításban a maximális tetőponti eltolódás 163 mm volt, míg a CFD terhelés esetén mindössze 102 mm. Ez a 40%-os csökkenés egyértelműen mutatja az áramlástani teherfelvétel kifinomultabb jellegét.
3.3.3. KUMULATÍV HATÁS VIZSGÁLATA64
A CFD számítás egyik előnye, hogy a töltet alakjának a hatása is modellezhető. Az oklahomai robbantásnál a merénylő olyan alakban helyezte el a hordókat a raktérben, hogy azok kumulatív hatást okozzanak (61. ábra). Ennek megvizsgálására három, azonos W tömegű modell lett meg-vizsgálva: az első esetben tökéletes gömbtöltetként, a másodikban geometriailag szabályos ku-mulatív töltetként (60. ábra), a harmadikban a merénylő által alkalmazott, elkülönített hordós elrendezésként volt felvéve a robbanóanyag.
Detonációs pontként első esetben a töltet közepe, a másik két esetben a töltetek hátsó-középső pontja lett megadva. A számítások a JWL állapotegyenletet használva, Autodyn-ben történtek.
60. ábra – Szimmetrikus kumulatív töltet detonációjának CFD modellezése (szerzői ábra) [86]
64 A számítás részletesebb leírása megtalálható: Román Zs., Nagy R.: Cumulative effect of shaped, vehicle born improvised explosive charges. [86]
A két kumulatív töltetet a gömbtöltettel összehasonlítva azt kapjuk, hogy a szimmetrikus töl-tetnél az impulzus 3-10-szeres növekedést mutat, míg a rendezetlen töltöl-tetnél maximum 3-szo-rosa a számított érték a gömbtöltethez képest (61. ábra). A vizsgálat alapján a VBIED-be rendezetlenül pakolt töltetek nem képesek jelentős kumulatív hatás létrehozására még ak-kor sem, ha alakilag megközelítik a kumulatív geometriát. A kumulatív hatás létrejöttéhez tö-kéletes geometria szükséges, különben az egymással szemben haladó lökéshullámok nem fel-erősítik, hanem kioltják vagy gyengítik egymást.
61. ábra – VBIED-be szerelt „kumulatív” töltet, és a kiértékelési pontokon mért túlnyomás és impulzus növekedése a gömbtöltethez képest (szerzői ábra) [86]
3.3.4. AZ ABLAKOK HATÁSA AZ UTCÁN TERJEDŐ LÖKÉSHULLÁMRA65
A lökéshullámot az utca két oldalán lévő épületek falai az egyirányú terjedéshez hasonló visel-kedésre kényszerítik. Az épületek magasságát is figyelembe véve a lökéshullám energiája így kettő irányba összpontosul. A számítás során az került megvizsgálásra, hogy az utca szélessé-gének és a házak magasságának függvényében hogyan nő a túlnyomás a szabad légterű, fél-gömbszerű robbanáshoz képest. A 62/a. ábra mutatja a 10 kg-os töltettől 17 m-re lévő vizsgált pont esetében az impulzus növelő tényezőjét az utca szélességének és magasságának függvé-nyében. A legmagasabb érték 4.5-re adódott.
Az épületek homlokzatának egy részét fedő nyílászárók a terhelés hatására betörnek, és a lö-késhullám bekerül az épületbe, ezáltal csökken az utcán haladó hullámfront ereje. A számítás során a Magyarországon átlagos belvárosi ablakméretek és távolságok lettek feltételezve. A
65 A számítás részletesebb leírása megtalálható: Nagy R., Román Zs.: Channelling and attenuating effects of blast parameters in urban street geometry with glazing [87]
ANFO hordók
detonációs pont nyomásmérő
pontok
számítások azt mutatják, hogy a lökéshullám csökkentő tényezője független az ablakok mére-tétől. A robbanástól 15 m távolságban a túlnyomás 15%, míg az impulzus 25% csökkenést mutat az ablak nélküli utca modell eredményeihez képest (62/b. ábra).
62. ábra – a, impulzus növelő tényezője az utcageometria figyelembe vételével (W=10 kg, R=17 m) b, impulzus csökkentő tényezője az utcageometria és az ablakok figyelembe vételével (szerzői ábrák)