دانشگاه صنعتی مالک‌اشتر...
شکل ۷‑۳: میدان سرعت و فشار نگاشت شده. ۶۳
شکل ۷‑۴: بازگشت جبهه فشاری از مرز منعکس کننده. ۶۴
شکل ۷‑۵: شرط مرزی خروج جریان. ۶۵
شکل ۷‑۶: شکل مرزی انتقالی ۶۵
شکل ۷‑۷: مکان گرافیکی سنجه ها ۶۶
شکل ۷‑۸: تاریخچه فشار. ۶۷
شکل ۷‑۹: تاریخچه سرعت در سنجه های مختلف. ۶۷
شکل ۷‑۱۰: فشار حداکثر در مرجع ۹ ۶۸
شکل ۷‑۱۱: فضای اویلری انتخابی و ابعاد آن با توجه به اندازه سازه. ۷۰
شکل ۷‑۱۲: مش بندی مورد استفاده در مرجع [۱۳] ۷۱
شکل ۷‑۱۳: فضای گازی ناشی از انفجار تی ان تی پس از نگاشت. ۷۱
شکل ۷‑۱۴: کانتور فشار درست پس از نگاشت. ۷۲
فهرست جدول‌ها
جدول ۳‑۱: مقایسه روش های حل در HYDROCODEهای رایج ۲۲
جدول ۳‑۲: معدلات حالت و و معادلات ساختاری در Autodyn. 28
جدول ۴‑۱: نتایج تست. ۳۵
جدول ۵‑۱: خواص آب مورد استفاده. ۴۰
جدول ۵‑۲: خواص مربوط به معادله حالت تی ان تی ۴۱
جدول ۶‑۱: مکان سنجه ها ۴۹
جدول ۶‑۲: نتایج حداکثر فشار در سنجه ها kPa. 50
جدول ۶‑۳: حداکثر خطا در محاسبه فشار حداکثر (درصد) ۵۰
جدول ۶‑۴: مقایسه مقادیر حداکثر فشار با نتایج فرمول های تجربی ۵۱
جدول ۶‑۵: تغییرات فشار حداکثر با تغییر ویسکوزیته خطی ۵۵
جدول ۶‑۶: تغییرات فشار حداکثر با مقادیر مختلف ویسکوزیته مربعی ۵۶
جدول ۶‑۷: تغییرات فشار حداکثر با تغییرات ویسکوزیته مربعی kPa. 57
جدول ۶‑۸: اثر تغییرات همزمان ویسکوزیته مصنوعی خطی و مربعی kPa. 57
جدول ۷‑۱: مکان سنجه ها (mm) 62
جدول ۷‑۲: مختصات سنجه ها ۶۶
جدول ۷‑۳: مقایسه فشار حداکثر برای سنجه های مختلف kPa. 68
مقدمه
یکی از خواص مهم ترکیبات منفجره گرمای تشکیل این ترکیبات میباشد ولی به دست آوردن گرمای تشکیل همه این ترکیبات در شرایط آزمایشگاهی به دلایل مختلف از جمله خطرات این آزمایشها ونیز ناپایداری بعضی ترکیبات و هزینه بالای آنها ممکن نیست. بنابراین میتوان از روشهای محاسباتی شیمی کوانتوم و نرمافزارهای مناسب استفاده نمود.
فصل اول
مطالعه و بررسی روش های محاسبات کوانتومی ترکیبات پر انرژی
۱- تعریف ماده منفجره
ماده منفجره ترکیبی شیمیایی و یا مخلوطی مکانیکی است که در اثر جرقه، ضربه، حرارت و یا شعله در مدت کوتاهی تجزیه شده و مقدار زیادی گاز و حرارت تولید می کند.
در تعریف دیگر برای مواد منفجره میتوان گفت: یک ماده منفجره به ماده یا مخلوطی از مواد گفته میشود که خودش قادر است :
۱- مقدار گاز تحت فشار بالا تولید کند.
۲- قادر است این گاز را با سرعت زیاد و در شرایط معینی تولید کند که محیط اطراف در معرض یک تنش دینامیکی قرارداده شوند.
حال به تعریف انفجار میپردازیم، انفجار یک واکنش اکسیداسیون و احیای سریع است که فشار و حجم زیادی از گازهای داغ را تولید می کند. واکنش سوختن، مشابه واکنش انفجار میباشد که یک ماده سوختنی با هوا میسوزد و حجم زیادی از گازهای داغ را بوجود میآورد. ولی اختلاف این دو واکنش شیمیایی، در سرعت آزادسازی محصولات احتراق میباشد. واکنشهای انفجار سریعاند، درحالیکه
واکنشهای سوختن کند پیش میروند. قدرت انفجاری یک ماده منفجره به ساختمان ماده منفجره و وجود عوامل ناپایدار بستگی دارد. این گروهها که باعث ایجاد ناپایداری میشوند، عبارتند از گروههای نیترات، دی آزو، نیترو، آزید و پراکسید و
این گروهها در یک ترکیب باعث افزایش سطح انرژی و ایجاد فشارهایی در داخل مولکول میشوند. وقتی فشارهای داخلی در اثر محرکی حتی با انرژی کم افزایش یافت، پایدار ماندن ساختمان مولکول امکان ندارد و منجر به شکستن اکثر پیوندها و جدا شدن ناگهانی اجزا مولکول شده و گرمای زیادی آزاد میشود، یعنی انفجار رخ میدهد. در بعضی از مواد منفجره میزان ناپایداری مواد بهقدری زیاد است که بدون هیچ تحریکی واکنش تجزیه و شکست مولکول انجام میگیرد.۱-۱- طبقه بندی مواد منفجره
تقسیم بندی مواد منفجره دارای تاریخچهای است که در طول زمان تغییرکرده است.
۱-۱-۱- طبقه بندی مواد منفجره بر اساس نوع ترکیب شیمیایی
در اولین تقسیم بندی که صورت گرفته مواد منفجره را در ۶ گروه جای دادند که این ۶ گروه عبارتند از:
۱- ترکیبات نیترو
۲- استرهای نیتریک
۳- نیترو آمینها
۴- مشتقات اسیدکلریک و پرکلریک
۵- آزیدها
۶- پراکسیدها و ازوئیدها و غیره
نقص تقسیم بندی فوق در دسته ششم است که انواعی از مواد نامعلوم را شامل میشود. بعدها این تقسیم بندی تکمیل شد و سعی کردند مواد منفجره را با توجه به عوامل شیمیایی و گروههای عاملی تقسیم بندی کنند.
۱-۱-۲- طبقه بندی بر اساس گروه عاملی
در این تقسیم بندی این مواد به ۸ گروه تقسیم بندی شده اند، وجود یک یا چند گروه عاملی می تواند باعث شناخت یک ماده منفجره شود.
۱- ترکیبات نیترو و نیتراتهای معدنی دارای عوامل :
۲- فولیمناتهای دارای عامل :
۳- آزیدهای آلی و معدنی دارای عوامل :
۴- مشتقات هالوژنه ازت دارای عوامل : ( هالوژن )
مطلب دیگر :
۶ – پراکسیدها و ازوئیدهای دارای عوامل :
۷- استیلن و استیلدهای دارای عوامل :
۸- ترکیبات آلی فلزی دارای عوامل :
۱-۱-۳- تقسیم بندی کاربردی مواد منفجره
نوع دیگر تقسیم بندی که مورد استفاده قرار میگیرد، تقسیم بندی کاربردی مواد منفجره است.
اولین دسته، مواد منفجرهای هستند که دارای بالاترین سرعت واکنش انفجاری می باشند. ۹۱۰۰-۲۰۰۰ و دومین دسته، مواد محترقه شامل فرمهای پرتاب و پیروتکنیکها هستند که در مرتبه دوم سرعت سوختن قرار دارند و با سرعتی نسبتاً پایین میسوزند و بر حسب بیان می شوند.
۱-۲- طبقه بندی کلی مواد منفجره
اگرچه تعداد زیادی مواد منفجره پلیمری جدید نیز تولید شده است، اما همهی آنها به طور کلی به یکی از سه دسته زیر تعلق دارند.
۱- مواد منفجره سوزشی یا پیشرانهها
۲- مواد منفجره آغازگر ( اولیه )
۳- مواد منفجره قوی ( اصلی یا ثانویه )
۱-۳- ترکیبات نیتروآروماتیک
دربین مواد منفجره ما توجه خود را به ترکیبات نیترو معطوف ساختهایم.
در بین ترکیبات نیترو آلیفاتیک، نیترومتان تنها مادهایست که به عنوان یک ماده منفجره شناخته شده است. تترانیترومتان ماده منفجره نیست ولی می تواند یک ماده منفجره تشکیل دهد، زمانیکه با مواد قابلاحتراق مخلوط شود.
مشتقات نیترو ترکیبات آرومات به عنوان ماده منفجره، بسیار پراهمیت هستند. بطور معمول اینطور مطرح میشود که تنها آن دسته از ترکیبات نیترویی دارای خاصیت انفجاری هستند که حداقل دو گروه نیترو به یک حلقه بنزن متصل باشد اما برس کلوت[۱] متوجه شد که حتی حضور یک گروه نیترو در حلقه بنزن برای افزایش سهولت تجزیه گرمایی ترکیب آروماتیک کافیست، که این مسئله بعدها توسط دانشمندان دیگر نیز تایید شد.
به هرحال در بین ترکیبات نیتروآروماتیک تنها آنهایی که دارای ۳ یا تعداد بیشتری گروه نیترو روی یک حلقه بنزن هستند (ودر بعضی موارد آنهایی که دارای ۲ گروه نیترو هستند ) بهطور مشخص دارای خواص مواد منفجره هستند. این ترکیبات، بسیار وسیع بوده و در حوزه مواد منفجره جز مواد منفجره ثانویه دستهبندی میشوند.
به منظور بررسی خواص آنها به عنوان یک ماده منفجره به دست آوردن گرمای تشکیل آنها ضروری است. برای به دست آوردن گرمای تشکیل آنها از روش تجربی و روشهای تئوری استفاده میشود. در روش تجربی میتوان از یک کالریمتر آدیاباتیک برای به دست آوردن گرمای تشکیل آنها استفاده کرد. ولی ترکیباتی هستند که سنتز آنها سخت بوده و یا بسیار ناپایدارند بنابراین ازروشهای تئوری برای محاسبه گرمای تشکیل مواد پرانرژی استفاده میشود.
روشهای زیادی برای مطالعه گرمای تشکیل و یا مطالعه هندسه مولکولی آنها انتخاب شده است، ولی در بین آنها روشهای آغازین و نیمهتجربی بیشتر رایج است. روش آغازین، تنها برای مولکولهای با اندازه کوچک یا متوسط به کار میرود و به کار بردن آن برای مولکولهای بزرگ نیاز به محاسبه زیاد دارد. بنابراین میتوان از روشهای نیمهتجربی برای محاسبه گرمای تشکیل آنها استفاده نمود که به طور اختصاصی، برای بهدستآوردن گرمای تشکیل طراحی شده اند.
