Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/38857
Title: JWL parameters optimization for isentropic THOR prediction and confined underwater blasting generators experiments
Authors: Ambrósio, Joana Ester Vaz 
Orientador: Campos, José Leandro Simões de Andrade
Keywords: WBWG; explosões experimentais submarinas; emulsão de ANFO; cordão detonante de PETN; programa termoquímico THOR; optimização dos parâmetros JWL EoS; previsões de WBWG pelo Autodyn; WBWG; experimental underwater explosions; ANFO emulsion; PETN detonating cord; thermochemical computer code THOR; optimize JWL EoS parameters; Autodyn predictions of WBWG
Issue Date: 18-Sep-2013
Place of publication or event: Coimbra
Abstract: As operações de detonação submarinas têm sido, durante as últimas décadas, alvo de pesquisa e desenvolvimento das operações de detonação marítimas, incluindo testes de torpedo, bem como, em testes em piscinas para a medição de energia de detonação de explosivos industriais. O estudo dos geradores de demolição por carga submersa (WBWG) tiveram por base nestes conceitos. Com o presente trabalho pretendo apresentar o estudo do comportamento de WBWG, com base em dois tipos de recipientes de plástico com água (25 litros e 1000 litros), contendo no seu interior exactamente no centro um detonador dentro de uma carga explosiva cilíndrica. As cargas explosivas usadas foram uma emulsão de nitrato de amónio com fuel oil (ANFO) e cordão detonante (12 g/m) de pentrite (PETN). Muito resumidamente uma revisão bibliográfica foi realizada. As propriedades de detonação dos explosivos foram previstas utilizando um programa termoquímico, designado por THOR. Para a expansão dos produtos de detonação dos explosivos foi aplicado uma equação de estado JWL. Foi realizado uma revisão aos conceitos fundamentais desta equação e os seus coeficientes foram determinados e optimizados correlacionando as previsões do THOR e a equação de estado (EOS) JWL para a mínima diferença através de uma função quadrática auxiliar. Por forma a calcular os coeficientes de JWL um novo método foi usado. Este baseia-se na evolução das curvas adiabáticas e isentrópicas obtidas pelo THOR, utilizando uma função do Microsoft Excel ® Solver, assumindo algumas suposições para o coeficiente Grüneisen (a partir do exponencial da curva adiabática; do exponencial da curva isentrópica para um volume adimensional limite; do exponencial da curva isentrópica para todos os valores da expansão, e por último; deduzido por Handley, 2011). Os melhores resultados obtidos foram pela utilização do coeficiente Grüneisen do exponencial da curva isentrópica para todos os valores da expansão, onde para a emulsão de ANFO e para PETN. As dimensões e o design da configuração de “WBWG” experimental foram apresentadas, juntamente com a descrição de uma experiência de detonação tipo utilizando 3 g de PETN (detonador No.8 mais 2.4 g de cordão detonante de PETN). Foi realizada uma simulação a 2D e 3D de “WBWG” usando o programa Autodyn para um contentor de metro cúbico cheio de água (1000 litros) para ambos os explosivos. Os resultados obtidos mostram a possibilidade de ter este tipo de cargas explosivas sem a destruição do “WBWG” contentor. Uma vez que, os níveis de pressão na água, perto das paredes plásticas, sob a maior carga admissível, ronda os 6 MPa. Foi sempre possível observar a deformação elástica das paredes do contentor, as reflecções do choque subaquático, alterando a sua forma cúbica original para uma espiral transiente. Adicionalmente os procedimentos executados para o THOR, para o Microsoft Excel ® Solver e para a interface do programa de simulação Autodyn “material input data” foram apresentados.
Underwater blasting operations have been, during last decades, subject of research and development of maritime blasting operations, including torpedo studies. Aquarium tests, for the measurement of blasting energy of industrial explosives, are based in studies of confined underwater blast wave generators (WBWG). The current work present the study of the behavior of WBWG, based in two different water plastic containers (25 litres and 1000 litres), having in the center a detonator inside a cylindrical explosive charge. The explosive charges used were ammonium nitrate with fuel oil (ANFO) emulsion and pentaerythritol tetranitrate (PETN) detonating cords (12 g/m). Summarily the theoretical background was review. The explosives detonation properties were predicted using a thermochemical computer code, named THOR. For the expansion of the detonation products of the explosives was applied JWL EoS. JWL fundamentals were review and his parameters were determined and optimized correlating THOR predictions and JWL EoS to a minimum difference with an auxiliary quadratic function. In order to calculate the JWL coefficients, a new numerical method was used. It was based in the evolution of adiabate and isentrope curves, obtained by THOR code, using a function of the Microsoft Excel ® Solver, assuming a few assumptions for Grüneisen coefficient (from the exponential of the adiabatic curve; from the exponential of the isentrope curve at a limit adimensional volume; from the exponential of the total expansion of isentrope curve and, at last; deducted from Handley, 2011). The best results were obtained using the Grüneisen coefficient from the exponential of the total expansion of isentrope curve, which were for ANFO emulsion and for PETN. The dimensions and design configurations of the experimental WBWG were presented and also a blast type experiment for 3 g of PETN (detonator No. 8 plus 2.4 g charge of PETN detonation cord) was described. Autodyn 2D and 3D simulations of WBWG were performed using a cubic meter water container (1000 litres) for both explosive. The obtained results show the possibility of having these explosive charges without destruction of WBWG containers. Since water pressure levels, close to plastic walls, under maximum admissible charges, are closed to 6 MPa. It was always observed the elastic deformation of containers wall, under the water shock reflections, changing from its original cubic shape to a transient spherical one. Additionally the execution procedures of THOR code, Microsoft Excel ® Solver and the interface of Autodyn simulations material input data was presented.
Description: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.
URI: http://hdl.handle.net/10316/38857
Rights: openAccess
Appears in Collections:UC - Dissertações de Mestrado
FCTUC Eng.Mecânica - Teses de Mestrado

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