مدل‌سازي رفتار ديناميكي مخازن هوايي ذخيره سيال تحت بار انفجاري

Dynamic Behavior Simulation of Elevated Liquid Storage Tanks under Blast Loading

در پژوهش حاضر به بررسي پاسخ و رفتار ديناميكي مخازن هوايي نگه‌دارنده سيال تحت بار انفجار پرداخته شده است . بدين منظور مخزن هوايي فولادي تحت بار انفجاري با در نظر گرفتن اندركنش جداره مخزن و سيال داخل مخزن با استفاده از فرمول‌بندي كوپل اولر- لاگرانژي كه مزيت در نظر گرفتن معادلات اساسي مكانيك سازه و مكانيك سيالات را به ‌صورت كوپل دارد مدل گرديده است.مدل المان محدود سه بعدي مخزن هوايي توسط نرم‌افزار ABAQUS تهيه گرديده است. مخزن تحت بار انفجار آزاد در هوا به ميزان 80 كيلوگرم TNT در يك فاصله ثابت 5 متري از جداره مخزن مدل گرديده و تحليل پارامتريك پاسخ سازه در مقابل پارامترهاي تاثيرگذار در رفتار سازه مانند نسبت ارتفاع به شعاع مخزن، ارتفاع آب داخل مخزن و ضخامت جداره مخزن صورت گرفته است. تنش حلقوي ماكزيمم و تنش برشي در جداره مخزن و جابه‌جايي و برش پايه و لنگر واژگوني مخزن مورد مطالعه و بررسي قرار گرفته است. نتايج به دست آمده نشان‌دهنده تاثير قابل‌توجه آب داخل مخزن بر پاسخ ديناميكي سازه مخزن است به طوري كه تنش‌ها و كرنش با كاهش ميزان آب داخل مخزن و كاهش ضخامت جداره مخزن، افزايش مي‌يابند و جابه‌جايي، برش پايه و لنگر واژگوني با افزايش ارتفاع آب داخل مخزن كاهش مي‌يابند.

In the present study, dynamic behavior of elevated liquid storage tank subjected to blast loading is investigated through a three dimensional (3D) finite element (FE) model of a steel water storage elevated tank with applying different tank aspect ratios, percentages of water stored in the tank and different tank wall thickness using the FE software ABAQUS. The coupled Euler–Lagrange (CEL) formulation in ABAQUS has been adopted herein which has the advantage of considering the coupling of structural mechanics and fluid mechanics fundamental equations. The maximum hoop stress, shear stress and plastic strain in the tank wall and displacement, base shear and moment in the whole model have been studied under a free air blast arising from an 80 kg TNT for 5 m standoff point distance. The maximum hoop stress and shear stress in the tank wall and displacement, base shear and overturning moment of elevated tank have been studied. It is observed that stresses and strain increase with decreasing percentages of water stored in the tank and decreasing wall thickness. Displacement, base shear and moment decrease with increasing of percentages of water stored in the tank.