Numerical prognosis of the dynamic response of the steel rectangular slab under the explosive load

• Autorzy: Onopiuk Sławomir , Stolarski Adam , Rekucki Ryszard

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2025.154132

Warianty tytułu

PL

Numeryczna prognoza dynamicznej reakcji stalowej płyty prostokątnej obciążonej wybuchowo

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the methodology for determination the numerical prognosis of the dynamic response of the rectangular steel slab subjected to an explosive load, aimed at thorough preparation of experimental tests. In the presented work, in order to fully describe the parameters of the shock wave impact on the steel slab, an appropriate combination of formulas known in the literature was used. In order to describe the dynamic behavior of the rectangular steel slab, the resources of the ABAQUS computing software were used. The Johnson-Cook constitutive model was used to describe the dynamic behavior of the structural material. An explicit procedure has been used to solve the equations of motion for the slab. The parameters of the shock wave from the explosion of the TNT charge with the assumed mass and the distance of its location from the slab were determined. As a result of the numerical analysis, the results of changes in displacement and acceleration in time were presented, indicating the nature of the very intense and fast-varying dynamic behavior of the slab. Conclusions were also formulated regarding the requirements for the selection of parameters of the sensors recording both the function of real explosion pressure in time and the function of acceleration in time of the slab model during experimental tests.

PL

W artykule przedstawiono metodykę wyznaczania numerycznej prognozy reakcji dynamicznej prostokątnej płyty stalowej poddanej obciążeniu wybuchem, mającą na celu dokładne przygotowanie badań eksperymentalnych. W prezentowanej pracy zastosowano odpowiednią kombinację wzorów znanych z literatury, aby w pełni opisać parametry oddziaływania fali uderzeniowej na płytę stalową. W celu opisania zachowania dynamicznego prostokątnej płyty stalowej wykorzystano zasoby programu obliczeniowego ABAQUS. Do opisu dynamicznego zachowania się materiału konstrukcyjnego zastosowano model konstytutywny Johnsona-Cooka. Zastosowano jawną procedurę rozwiązania równania ruchu płyty. Wyznaczono parametry fali uderzeniowej od wybuchu ładunku trotylu o założonej masie oraz odległości jego położenia od płyty. W wyniku analizy numerycznej przedstawiono wyniki zmian przemieszczeń i przyspieszeń w czasie, wskazując na charakter bardzo intensywnego i szybkozmiennego zachowania dynamicznego płyty. Sformułowano również wnioski dotyczące wymagań dotyczących doboru parametrów czujników rejestrujących zarówno funkcję rzeczywistego ciśnienia wybuchu w czasie, jak i funkcję przyspieszenia w czasie modelu płyty podczas badań eksperymentalnych.

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 71, nr 2
• Strony: 473--489
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Onopiuk Sławomir

• Military University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Geodesy, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4533-1271

autor

Stolarski Adam

• MilitaryUniversity of Technology, Faculty of Civil Engineering and Geodesy, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4754-3067

autor

Rekucki Ryszard

• Military University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Geodesy, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2040-7073

Bibliografia

• [1] Joint Research Centre, Institute for the Protection and Security of the Citizen, V. Karlos, B. Viaccoz, and G. Solomos, Calculation of Blast Loads for Application to Structural Components. Publications Office of the EU, 2013, doi: 10.2788/61866.
• [2] W.A. Trzciński, “A Review of Methods for Calculation of Blast Wave Parameters”, Problems of Mechatronics. Armament, Aviation, Safety Engineering, vol. 7, no. 1, pp. 61-78, 2016, doi: 10.5604/20815891.1195201 (in Polish).
• [3] I. Sochet, D. Gardebas, S. Calderara, Y. Marchal, and B. Longuet, “Blast Wave Parameters for Spherical Explosives Detonation in Free Air”, Open Journal of Safety Science and Technology, vol. 1, no. 2, pp. 31-42, 2011, doi: 10.4236/ojsst.2011.12004.
• [4] J. Siwiński and A. Stolarski, “Analysis of the external explosion action on the building barriers”, Bulletin of Military University of Technology, vol. 64, no. 2, pp. 173-196, 2015, doi: 10.5604/12345865.1157340 (in Polish).
• [5] T. Niezgoda, G. Sławiński, R. Gieleta, and M. Świerczewski, “Protection of military vehicles against mine threats and improvised explosive devices”, Journal of KONBiN, no. 1, pp. 123-134, 2015.
• [6] J. Trajkovski, J. Perenda, and R. Kunc, “Blast response of Light Armoured Vehicles (LAVs) with flat and V-hull floor”, Thin-Walled Structures, vol. 131, pp. 238-244, 2018, doi: 10.1016/j.tws.2018.06.040.
• [7] B.-W. Park and S.-R. Cho, “Simple design formulae for predicting the residual damage of unstiffened and stiffened plates under explosion loadings”, International Journal of Impact Engineering, vol. 32, no. 10, pp. 1721-1736, 2006, doi: 10.1016/j.ijimpeng.2005.01.005.
• [8] C. Zheng, X. Kong, W. Wu, and F. Liu, “The elastic-plastic dynamic response of stiffened plates under confined blast load”, International Journal of Impact Engineering, vol. 95, pp. 141-153, 2016, doi: 10.1016/j.ijimpeng.2016.05.008.
• [9] R. Krzewiński, Dynamics of explosion. Part I: Method of load determining, Part II: Action of explosion in inertial media. Warsaw, Poland: Military University of Technology Publishing, 1982, 1983 (in Polish).
• [10] J.H.S. Lee, Physics of explosion. Montreal: McGill University, 1984.
• [11] S. Cudziło, A. Maranda, J. Nowaczewski, R. Trębiński, and W.A. Trzciński, Military explosives. Publishing House of the Faculty of Metallurgy and Materials Engineering of the Czestochowa University of Technology, 2000 (in Polish).
• [12] ABAQUS Analysis User’s Manual, Version 6.5. Providence, RI, USA: Abaqus Inc., 2004.
• [13] G.R. Johnson and W.H. Cook, “A constitutive model and data for metals subjected to large strain, high strain rates and high temperature”, in Proceedings of the 7th International Symposium on Ballistics, 19-21 April 1983. Hague, Netherlands, 1983, pp. 541-547.
• [14] G.R. Johnson and W.H. Cook, “Fracture Characteristics of Three Metals Subjected to Various Strains, Strain rates, Temperatures and Pressures”, Engineering Fracture Mechanics, vol. 21, no. 1, pp. 31-48, 1985, doi: 10.1016/0013-7944(85)90052-9.
• [15] P. Wriggers, Nonlinear Finite Element Methods. Berlin/Heidelberg, Germany: Springer, 2008.