نشریه مهندسی سازه و ساخت

نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 108 نشریه مهندسی سازه و ساخت www.jsce.ir مدلسازی عددی اثر انفجار بر خطوط لوله های مدفون انتقال نفت و گاز در خاکهای مختلف به روش اویلری-الگرانژی محسن پرویز 1 بابک امین نژاد 2* علیرضا فیوض 3 محمد هادی علیزاده الیزئی 4 1- دانشجوی دکتری مهندسی عمران گروه مهندسی عمران واحد رودهن دانشگاه آزاد اسالمی رودهن ایران 2 -استادیار گروه مهندسی عمران واحد رودهن دانشگاه آزاد اسالمی رودهن ایران 3 -استادیار دانشکده مهندسی دانشگاه خلیج فارس بوشهر ایران 4 -استادیار گروه مهندسی عمران واحد رودهن دانشگاه آزاد اسالمی رودهن ایران چکیده در این مقاله به بررسی تنش و فشار تحت انفجار برروی لوله مدفون در خاك با استفاده از نرم افزار اجزا محدود ال اس داینا پرداخته شده است. در این مقاله پنج مدل ماده سیال هوا خاك لوله و تیانتی مورد استفاده قرار گرفته است و روش حل مسئله روش اویلری-الگرانژی میباشد. در ادامه مقایسه ای بین تنش و فشار بدست آمده از سیال ها صورت گرفته و نتایج حاصل از این مقاله نشان میدهد که با کاهش چگالی سیال فشار وارده بر لوله بیشتر شده است و تنش و فشار بیشتری به لوله منتقل میشود و همچنین با افزابش چگالی سیال تنش و فشار کمتری به لوله وارد میشود و همچنین با افزایش چگالی خاك مورد استفاده در مدلسازی در انفجار تنش و فشار بیشتری به لوله انتقال یافت و با کاهش چگالی خاك رفتار خاك مانند یک میراگر عمل میکند و تنش و فشار کمتری به لوله وارد میشود و در نتیجه آسیب کمتری به لوله وارد میشود. حال با شناخت عملکرد نوع خاك در انتقال تنش و فشار در لوله های مدفون تحت انفجار می توان پی برد که در خاکهای با چگالی باال بایستی به دلیل انتقال باالی تنش و فشار از لوله های با مقاومت باال استفاده نمود و در خاکهای با چگالی پایین تر بدلیل عملکرد بهتر و مناسب تر خاك )مانند میراگر( و انتقال تنش و فشار کمتر می توان از لوله های با مقاومت پایین تر استفاده نمود. مقدار فشار ماکزیمم برای سیال های گاز نفت و آب به ترتیب برابر 588/6 976/67 و 580/9 مگاپاسگال بدست آمده است که این نتایج بیانگر این موضوع است که با کاهش چگالی سیال ها فشار افزایش می یابد. فشار وارده از سوی سیال گاز به لوله نسبت به نفت و آب به ترتیب 39/73 و 40/52 درصد بیشتر بدست آمده است. کلمات کلیدی: انفجار لوله مدفون اویلری-الگرانژی تنش فشار ال اس داینا. سابقه مقاله: شناسه دیجیتال: doi: 10.22065/jsce.2017.80123.1114 http://dx.doi.org/10.22065/jsce.2017.80123.1114 دریافت بازنگری پذیرش انتشار آنالین چاپ 1397/03/30 1396/03/25 1396/03/24 1396/03/20 1395/12/21 * نویسنده مسئول: پست الکترونیکی: دکتر بابک امین نژاد babak_aminnejad1983@yahoo.com

Numerical modelling of the explosion effect on buried transporting water, oil and gas pipelines in different soils by ALE Method Mohsen Parviz 1, Babak Aminnejad* 2, Alireza Fiouz 3, Mohammad Hadi Alizadeh Elizei 4 1- PhD Candidate in Structural Engineering, Department of Civil Engineering, Roudehen Branch, Islamic Azad University, Roudehen, Iran 2- Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Roudehen Branch, Islamic Azad University, Roudehen, Iran 3- Assistant Professor, Department of Engineering, Persian Gulf University, Bushehr, Iran 4- Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Roudehen Branch, Islamic Azad University, Roudehen, Iran ABSTRACT The current research is a parametric study of the behaviour of pipes buried in the soil under blast loading. The effects on the physical properties of liquid, air, soil, pipe and TNT were investigated. The arbitrary Lagrangian- Eulerian method was used in LS-DYNA software and the effects were compared. The results show that the pipe experienced increased pressure and stress as the fluid density of the soil decreased. This indicates that an increase in fluid density of the soil decreased the pressure and stress imposed on a pipe and vice versa. The results show that higher density soil caused higher pressure and stress transfer to the pipe. Explosions in lower density soil resulted in less damage to the pipe because the soil acted as a damper under the waves of explosion. Knowing the soil type performance relating to stress and pressure on the buried pipes subject to explosions indicates that pipes with high resistance should be used in soil of high density to resist the transmission of high stress and pressure to the pipes. Pipelines buried in soil with a lower density can use pipes with lower resistance because the soil will act as a damper and transmit less stress and pressure to the pipes. Peak pressures for gas, oil and water have become equal to 976.67, 588.6 and 580.91 MPa, respectively. This indicates that the higher the fluid density is; the less pressure will be imposed on the pipe. Pressure on gas has been increasing than oil and water pipes 39.73 and 40.52 percent respectively. ARTICLE INFO Received: 11/03/2017 Revised: 10/06/2017 Accepted: 14/06/2017 Keywords: Explosion Buried Pipes Lagrangian-Eulerian Stress Pressure LS-Dyna All rights reserved to Iranian Society of Structural Engineering. doi: 10.22065/jsce.2017.80123.1114 *Corresponding author: Dr. Babak Aminnejad. Email address: babak_aminnejad1983@yahoo.com نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 89 108

1- مقدمه ایران با دارا بودن منابع غ ین نفت و گاز همیشه خطر ناشی از انفجار بروی خطوط لوله های مدفون را پیش ر یو خود داشته است. حفاری و اکتشافات زمین بوسیله مواد منفجره انفجار مخازن و یا انفجار ه یا تصادفی نیز می توانند سرچشمه اعمال بار انفجار به لوله ها و سازه ه یا مدفون باشند ]1[. با توجه به ماهیت پدیده انفجار مشخص کردن مکان وقوع قطعی آن غیر قابل پیش بینی است لذا تحلیل دقیق پدیده انفجار نیازمند دانش کافی پیرامون مربوط به روابط حاکم بر رفتار سیاالت تراکم پذیر است. مدفون کردن خطوط لوله ه یا مدفون دارای 2 مزیت است: 1 ( از دسترسی مستقیم به خطوط در انفجار ه یا تروریس یت و برخورد مستقیم در انفجار ه یا نظامی در امان می باشد 2 (بحث پدافند غیرعامل و عدم دید مستقیم به خطوط لوله که این موضوع در انفجار ه یا نظامی دارای اهمیت بیشتری است. با توجه به اهمیت لوله ه یا مدفون در زندگی روزمره شهری و تأثیر خرابی آن در اثر زلزله و انفجار توجه بسیاری از پژوهشگران را به لوله ه یا مدفون جلب کرده است. لمپسون روابطی برای فشار ناشی از انفجار یک ماده منفجره در زیر سطح زمین با در نظر گرفتن تأثیر فاصله از مرکز انفجار وزن ماده منفجره خصوصیات خاك و عمق خرج پیشنهاد داد. لمپسون اظهار داشت نسبت قطر چاله انفجار به عمق خرج حساس بوده و حساسیت کمتری به ثابت خاك )K( دارد ]2[. رونانکی در سال 1997 پاسخ رفتارهای لولههای مدفون را تحت بارگذاری استاتیک و لرزهای در محیط سهبعدی بدست آورد. روند به کار رفته در تحقیق مذکور به کارگیری روش اجزای محدود با کمک نرمافزار Sap80 بوده است ]3[. در سال 2007 لوسیونی و آمبروسینی با انجام مدلسازی عددی انفجارهای زیر سطح زمین با مقادیر مختلف TNT به بررسی ابعاد چاله انفجار ناشی از انفجار زیر سطح زمین پرداختند و نمودار فشار بر حسب فاصله مقیاس شده انفجار که از مدلسازی عددی استخراج شده بود را با روابط ارائه شده توسط استاندارد ارتش آمریکا مقایسه کردند که نتایج تطابق قابل قبولی با یکدیگر داشتند ]4[. طراحی لولههای مدفون با تأثیر بارهای انفجاری در سال 2010 توسط اوالریواژ و همکاران بررسی شده است. ایشان با استفاده از روش المان محدود و شبیهسازی با نرم Abaqus لولههای مدفون در خاك و تراشه روباز را بررسی نمودند. در سال 2008 تیان و کاسیدی به ارائه سه مدل پالستیک برای حل عددی اندرکنش خاك و لوله که میتوانند به تنهایی و یا بصورت ترکیبی از یکدیگر مقادیر نیرو-جابهجایی در مقطع خطوط لوله مدفون با قطر کم را به دست آورند پرداختند. مدل اول بر پایه نظریه کرنش سخت شوندگی پالستیک و با فرض پاسخ االستیک کامل طرح شده است. مدل دوم با فرض اجازه رفتار پالستیک در محدوده تسلیم و مدل سوم با فرض سخت شوندگی کینماتیکی طرح شده است. نتایج حاکی از آن بود که مدلسازی به هر سه روش برای لولههای دور از ساحل مدفون شده در خاك ماسهای پاسخهای قابل قبولی را ارائه دادند ]5[. در سال 2007 کوریتزیس برای تحلیل کرنش ایجاد شده در لوله بر اثر انفجار بر روی سطح زمین روشی را ارائه کرده است. در این پژوهش بارگذاری انفجار به صورت بار متمرکز بر سطح زمین به صورت جبهه کروی در نظر گرفته شده است. همچنین لوله به صورت یک پوسته نازك استوانه ای در حالت سهبعدی و بدون در نظر گرفتن اندرکنش خاك-لوله در نظر گرفته شده است. 1-1- انفجار در زیر سطح زمین فشار موج انفجار ناشی از انفجار در زیر سطح زمین به عوامل مختلفی بستگی دارد که عبارتند از: فاصله نقطه مورد نظر از مرکز انفجار )R( وزن ماده منفجره )W( مشخصات خاك )K( و عمق دفن خرج انفجار )H(. آزمایشهایی که عمدتا طی جنگ جهانی دوم انجام شد نشان داده است که برای تیانتی مقدار اضافه فشار آنی در خاك در تراز عمق دفن ماده منفجره از رابطه )1( به دست میآید. P s 1/3 n 1/3 fk( R / W ), S R / W 15 )1( f که رابطه )1( توسط لمپسون پیشنهاد شد که پارامترهای به کار رفته در آن به شرح زیر میباشند ]6[. : ضریبی است که به عمق دفن ماده منفجره )H( مربوط است که از روی منحنی که توسط لمپسون ارائه داده است به دست میآید (k) ثابت خاك است که دیمانسیون آن از جنس مدول االستیسیته میباشد و مقادیر آن برای انواع خاكها در جدول 1 آورده شده است. نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 108 90

جدول 1: مقادير ثابت خاك براي انواع خاكها K(Psi) 750 1500 5000 7500 2000 100000 نوع خاك خاك ماسه خشک خاك ماسه مرطوب خاك رس سیلت دار خاك رس شن دار گل خاك اشباع برای یافتن زمان تداوم فاز مثبت انفجار از رابطه )2( استفاده میشود. 1/5 2/5 0.17W. R t d 1.2 K )2( 2-1- شیوههای محاسبه پارامترهای انفجار در هوا روشهای متعددی برای محاسبه پارامترهای انفجار ارائه شده است. در این بخش به بررسی برخی از این روشها پرداخته میشود. 1-2-1- روابط براد براد روابط زیر را برای محاسبه فشار مبنای انفجار ارائه داد: p so 6.7 1 Z ( p 10 kg 3 so cm 2 ) )3( p so 0.975 1.455 5.85 0.019 (0.1 p 10 kg ) )4( 2 3 so 2 Z Z Z cm که در روابط فوق z فاصله مقیاس شده میباشد. 2-2-1- روابط هنریش روابط براد انطباق خوبی با نتایج تجربی در حوزه میانی و دور دارد در حالیکه روابط هنریش برای حوزه نزدیک انطباق خوبی با نتایج تجربی از خود نشان میدهند. p so 14.072 5.54 0.357 0.00625 Z 2 3 4 Z Z Z (0.05 Z 0.3 ) )5( p so 6.194 0.326 2.132 Z 2 3 Z Z (0.3 Z 1 ) )6( p so 0.662 4.05 3.288 Z 2 3 Z Z (1 Z 10 ) )7( نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 91 108

3-1- قوانین مقیاس در بارگذاری انفجاری مقیاس کردن خصوصیات موج انفجار روشی معمول می باشد و روش های متعددی به منظور تخمین مشخصات موج انفجار پیشنهاد شده است. با استفاده از قوانین مقیاس که برپایه نتایج آزمایشگاهی می باشد می توان خصوصیات موج انفجار حاصل از مقدار و فاصله دلخواه را تخمین زد. اما با فرض گاز کامل و صرف نظر از جاذبه و لزجت این قوانین برای برخی موج های شوك قوی و یا برای فواصل نزدیک به منبع انفجار مناسب نمی باشند. ویژگی های موج انفجاری هم به انرژی آزاد شده از ماده منفجره و هم به محیط انتشار امواج بستگی دارد. این خواص را تحت شرایط کنترل شده در آزمایش ها می توان اندازه گیری نمود و به عنوان مبنا برای بدست آوردن اطالعات در مورد سایر انفجارها با استفاده از قانون مقیاس انفجار استفاده نمود. رایج ترین قانون برای مقیاس بندی موج انفجار قانون Hopkinson می باشد. این قانون بیان می کند دو خرج انفجاری با اندازه متفاوت از یک ماده منفجره زمانی اضافه فشار )ps( مشابه ایجاد می کنند که فاصله مقیاس بندی شده )Z( یکسان د شا ته باشند و البته در مکان و فشار اتمسفری یکسان باشند. یعنی: R 1 1 3 W = R 2 1 W 2 1 3 )8( روش هاپکینز-کرانز و یا روش ریشه سوم میباشدکه در شکل )1( به نمایش درآمده است. این روش اول بار توسط هاپکینز در سال 1915 رابطه سازی شد و بعد از آن بصورت مستقل توسط کرانز در 1926 براساس تشابه مشخصات موج انفجارهایی که در فاصله مقیاس شده یکسان هنگامی که دو خرج انفجاری متفاوت در شرایط اتمسفری مشابه منفجر شدهاند ارائه گردید. بر اساس این نگرش پارامتر بعنوان فاصله مقیاس شده همانند آنچه در رابطه )9( تعریف شده مورد استفاده قرار میگیرد ]6[. Z R 1 )9( E 3 که در رابطه E مقدار کل انرژی آزاد شده از ماده منفجره و R فاصله مرکز انفجار تا نقطه مورد نظر میباشد. کرانز میباشد. شکل 1: مقیاس هاپکینز-کرانز ]6[. در واقع روش مقیاس ساچز در شرایط اتمسفری یکسان بین دادههای آزمایشگاهی و شرایط موجود همان روش مقیاس هاپکینز- 4-1- روش اویلری و الگرانژی با توجه به اینکه روشهای اویلری و الگرانژی خود به تنهایی برای مدلسازی انفجار دارای محدودیتها و ضعفهای زیادی هستند بنابراین برای غلبه بر محدودیتهای روشهای فوق روشی مبتنی بر تلفیق این روشها به نام ALE بنا نهاده شده است. در این روش که خود مبتنی بر یک فرموالسیون مکانیک محیط پیوسته منحصر به فرد است هر وقت تغییر فرم المانهای الگرانژی از حد بیشتر باشد با استفاده نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 108 92

از روش اویلری ماده درون سلولها جابجا میشود و مشبندی جدید الگرانژی مطابق با محل جدید ماده مورد بررسی ایجاد میگردد. بدین ترتیب هم میتوان از قابلیت منحصر به فرد روش اویلری در تغییر فرمهای بسیار بزرگ بهره برد و هم مرزهای مواد را با دقت مناسبی پیشبینی کرد. شکل 2: حالت ذرات در مش اویلری-الگرانژی. 2- شبیه سازی عددی در این مقاله به بررسی رفتار لوله فوالدی مدفون در خاك تحت اثر انفجار پرداخته شده است. برای مدلسازی در این مقاله از نرم افزار Ls-Dyna مورد استفاده قرار گرفته است. لوله فوالدی مورد بررسی در این مقاله دارای قطر خارجی 0.4 متر و قطر داخلی 0.36 متر می باشد. ابعاد خاك مدلسازی شده دارای طول 1.8 متر و عرض 0.6 متر و ارتفاع 2 متر می باشد.المان مورد استفاده در مدلسازی solid 164 در نظر گرفته شده است. المان solid 164 المانی هشت گره میباشد که هر کدام از این گرهها دارای نه درجه آزادی میباشند که شامل: شتاب سرعت و جابجایی هر کدام در سه جهت میباشد و بایستی توجه داشت که در مشبندی اشکال منظم میتوان از این المان استفاده کرد. به منظور جلوگیری از تخریب و نابودی المان ها در تغییر شکلهای بزرگ و آنالیز غیرخطی سازه از روش اویلری-الگرانژی استفاده شده است. پنج مدل ماده در مدلسازی مورد استفاده قرار گرفته است که میتوان از آن به هوا سیال خاك لوله و مواد منفجره تیانتی اشاره نمود که ماده منفجره هوا خاك و سیال درون لوله بصورت مقاله اویلری-الگرانژی مشبندی شده و خود لوله فوالدی بصورت الگرانژی مشبندی شده است. سایز تمامی مشبندیها در کل مدلسازی حتی االمکان پنج سانتیمتر در نظر گرفته شده است. شرط مرزی مورد استفاده در این بدین صورت است که حرکت در کف و دو سطح جانبی مدل کامال بسته شده و بدون حرکت میباشد که اصطالحا آنرا non- reflectingمینامند و سطح باالی مدل کامال آزاد و دو سطح دیگر دارای جابجایی انتقالی در حرکت به بیرون و داخل در جهت عمود بر سطح مقید میباشد. )الف( )ب( شکل 3: )الف( مدل المان محدود )ب( معرفی اجزای مدل المان محدود نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 93 108

1-2- مدل ماده برای مدلسازی مورد مطالعه در این شبیه سازی از پنج ماده متفاوت استفاده شده است. این مدل مادهها عبارتند از: مدل ماده خاك مدل ماده سیال )نفت و گاز( مدل ماده لوله فوالدی و بتنی مدل ماده هوا و مدل ماده.TNT مدل مادههای مورد استفاده در این شبیهسازی MAT_SOIL_AND_FOAM برای خاك و همچنین MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN برای تیانتی MAT_NULLبرای هوا GRUNEISEN EQUATION برای سیال و MAT_PLASTIC_KINEMATIC برای لوله فوالدی و برای لوله بتنی HOLMQUIST_JOHNSON در نظر گرفته شده است. 2-2- مدل ماده منفجره )10( در این مقاله مدل ماده منفجره مورد استفاده که در نرمافزار الاسداینا بنام MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN میباشد که دارای یک معادله حالت کلی معروف بنام (JWL) است که معادله فشار آن در نرمافزار الاسداینا بصورت زیر تعریف شده است: که در آن p فشار B A p = A [1 ω R 1 V ] e RV 1 + B [1 ω R 2 V ] e R2V + ωe V R 1 و R 2 ضرائبی هستند که بر حسب نوع مواد منفجره تغییر میکند. V حجم ماده منفجره و E انرژی مشخصه انفجار است. خصوصیات مدلسازی TNT در جدول زیر بصورت خالصه آورده شده است: جدول 2 : مشخصات مدل ماده منفجره ρ(g cm 3 ) V D (m s) P CJ (GPa) A(GPa) B(GPa) 1 /63 6930 21 374 3 / 23 R1 R2 ω V E 0 (J m 3 ) 4 /15 0 / 95 0 / 38 1 6 109 3-2- مدل ماده هوا مدل ماده هوای مورد استفاده در این مقاله نرمافزار ال اس داینا بصورت زیر تعریف شده است: یک معادله حالت کلی بنام NULL MATERIAL میباشد که معادله فشار آن در P = C 0 + C 1 μ + C 2 μ 2 + C 3 μ 3 + (C 4 + C 5 μ + C 6 μ 2 )E 0 )11( میباشند. که در آن P فشار μ برابر رابطه E 0 انرژی مشخصه داخلی بر واحد حجم میباشد. ρ 1 میباشد که ρ چگالی و ρ 0 چگالی مبنا میباشد. C 0 تا C 5 نیز ضرائب ثابت معادله حالت ρ 0 خصوصیات مدلسازی هوا در جدول زیر بصورت خالصه آورده شده است: جدول 3: مشخصات مدل ماده هوا ρ(kg m 3 ) C 0 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 E 0 (J m 3 ) ρ 0 (kg m 3 ) 1 /29 0 0 0 0 0 / 4 0 / 4 2/5 10 5 1 / 0 4-2- مدل ماده لوله فوالدی در این مقاله به بررسی چندین نوع لوله فوالدی با تنش تسلیمهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است مدل ماده لوله فوالدی مورد استفاده در این مقاله بنام PLASTIC KINEMATIC MODEL در نرمافزار انتخاب شده است که خصوصیات مدلسازی لوله X80 در جدول زیر بصورت خالصه آورده شده است: نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 108 94

جدول 4: مشخصات مدل ماده لوله فوالدی ρ(g cm 3 ) E (GPa) v σ y (MPa) E tan (GPa) 7 /850 210 0 / 3 657 13 / 5 تنشهای تسلیم مورد استفاده در سایر لولههای فوالدی که از آن در این مقاله به X80 STEEL و X60 نام برده شده است دارای تنش تسسلیم به ترتیب 480 MPa و 657 MPa و 413 MPa میباشد. 5-2- مدل ماده بتن در این مقاله از مدل ماده جانسون هلکوئست برای مدلسازی لوله بتنی استفاده شده است. مقاومتهای فشاری در نظر گرفته شده برای شبیهسازی لولههای بتنی به ترتیب 51 48 و 156 مگاپاسکال میباشد. پارامترهای استفاده شده برای لولهها در جداول 5 تا 7 آورده شده است: جدول 6: مشخصات مدل ماده لوله ]7[ CON B جدول 5: مشخصات مدل ماده لوله ]7[ CON A مقدار خواص مقدار خواص مقدار خواص مقدار خواص عددی مصالح عددی مصالح عددی مصالح عددی مصالح RO (kg/m 3 ) 2440 UC 0 / 00058 RO (kg/m 3 ) 2330 UC 0 / 00058 G (Pa) 1/ 36E+10 PL (Pa) 1/ 05E+06 G (Pa) 1.36E+10 PL (Pa) 1/ 05E+06 A 0 / 75 0 / 1 UL A 0 / 75 0 / 1 UL B 1 / 95 D1 0 / 03 B 1 / 65 D1 0 / 03 C 0 / 007 D2 1 C 0 / 007 D2 1 N 0 / 76 K1 (Pa) 1/ 74E+10 N 0 / 76 K1 (Pa) 1/ 74E+10 FC (Pa) 4/ 80E+7 K2 (Pa) 3/ 88E+10 FC (Pa) 5/ 10E+07 K2 (Pa) 3/ 88E+10 T (Pa) 4/ 00E+6 K3 (Pa) 2/ 98E+10 T (Pa) 3/ 92E+06 K3 (Pa) 2/ 98E+10 EPSO 0 / 001 Fs 0 / 3 EPSO 0 / 001 Fs 0 / 3 0 / 01 EFMIN PC (Pa) 1/ 36E+07 0 / 01 EFMIN PC (Pa) 1/ 36E+07 SFMAX 11 / 7 SFMAX 11 / 7 جدول 7: مشخصات مدل ماده لوله ]8[ CON C مقدار خواص مقدار خواص عددی مصالح عددی مصالح RO (kg/m 3 ) 2250 UC 0 / 0001 G (Pa) 3/ 32E+10 PL (Pa) 8/ 50E+08 A 0 / 79 UL 0 / 1 B 1 / 6 D1 0 / 05 C 0 / 007 D2 1 N 0 / 61 K1 (Pa) 8/ 50E+09 FC (Pa) 1/ 56E+08 K2 (Pa) 1/ 71E+10 T (Pa) 8/ 40E+06 K3 (Pa) 2/ 08E+10 EPSO 0 / 001 Fs 0 / 3 0 / PC (Pa) 1/ 90E+07 EFMIN 01 SFMAX 12 / 5 نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 95 108

6-2- مدل ماده خاک مدل ماده خاك مورد استفاده در این مقاله بنام SOIL AND FOAM در نرمافزار انتخاب شده است که توسط کاریج در سال 1972 مطرح گردیده است. الزم بذکر است که دو نوع خاك در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است. خاك نوع اول دارای چگالی برابر = a 2 1225 کیلوگرم بر متر مکعب مدول برشی 1/72 مگاپاسگال و مدول بالک 5.51 مگاپاسگال با ضرائب ثابت تنش 0= 0 a 1 0= a و 0.87 میباشد و خاك نوع دوم مورد بررسی در این مقاله دارای چگالی برابر 1800 کیلوگرم بر متر مکعب مدول برشی 11 مگاپاسگال و مدول بالک 190 مگاپاسگال با ضرائب ثابت تنش Mpa 2 برشی و K مدول بالک و a 0 = 0/33 0 a 1 =0.7Mpa a و و a 1 a 2 7-2- مدل ماده نفت 0/3= 2 a میباشد که در نرمافزار ρ چگالی خاك و G مدول نیز ضرائب ثابت تابع تنش میباشند که بسته به نوع مدل ماده خاك متغییر میباشند ]9[. مدل ماده نفت مورد استفاده در این مقاله بنام NULL MATERIAL در نرمافزار انتخاب شده است که دارای یک معادله حالت کلی معروف بنام GRUNEISEN EQUATION میباشد که معادله فشار آن در نرم افزار ال اس داینا بصورت زیر تعریف شده است: ρ 0 C 2 μ(1 + (1 γ 0 2)μ a μ 2 2) P = (1 (S 1 1)μ S 2 μ 2 (1 + μ) S 3 μ 3 (1 + μ 2 )) 2 + (γ 0 + αμ)e )12( ρ که در آن P فشار μ برابر رابطه 1 میباشد که ρ چگالی و ρ 0 چگالی مبنا میباشد S 1 تا S 3 و γ 0 ρ 0 حالت میباشند.E مقدار ویژه داخلی و C سرعت موج انتشار در نفت میباشد. مشخصات مدل ماده نفت در جدول زیر بصورت خالصه آورده شده است: 8-2- مدل ماده گاز جدول 8 : مشخصات مدل ماده نفت ρ(kg/m 3 ) C (m/s) S1 S2 S3 ɤ0 800 1280/ 61 0 0 0 0/ 3 و αنیز ضرائب ثابت معادله مدل ماده گاز مورد استفاده در این مقاله یک معادله حالت کلی بنام NULL MATERIAL میباشد که معادله فشار آن در نرمافزار ال اس داینا بصورت زیر تعریف شده است: P = C 0 + C 1 μ + C 2 μ 2 + C 3 μ 3 + (C 4 + C 5 μ + C 6 μ 2 )E 0 )13( که در آن P فشار μ برابر رابطه باشند. E 0 انرژی مشخصه داخلی بر واحد حجم میباشد. ρ 1 می باشد که ρ چگالی و ρ 0 چگالی مبنا میباشد. Cتا 0 Cنیز 5 ضرائب ثابت معادله حالت می ρ 0 خصوصیات مدلسازی گاز در جدول زیر بصورت خالصه آورده شده است: جدول 9: مشخصات مدل ماده گاز ρ(kg cm 3 ) C 0 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 E 0 (J m 3 ) 0 /68 0 0 0 0 0 / 4 0 / 4 2/5 10 8 نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 108 96

3- بررسی اثر انفجار بر روی المانهای انتخابی لوله مدفون مطابق با شکل 4 چهار المان انتخابی H17968 و H 17728 H17788 و H17668 در دو خاك مختلف با مشخصات گوناگون تحت انفجار بررسی و آنالیز شده است. شکل 4 موقعیت المانها را بر روی لوله نشان میدهد. المانهای H17968 و H17788 در ناحیه ی با زاویه 0 تا 45 درجه و المانهای و 4/8 و 6/5 و 8 کیلوگرم انجام شده است. H 17728 و H 17668 در ناحیه با درجه 45 تا 90 درجه قرار گرفته است. شبیهسازی برای جرمهای 1/6 و 3/2 شکل 4: نمایی از انتخاب المان لوله فوالدی جهت تحلیل عددی. در ادامه شکل 5 و 6 گامهای پاسخ دینامیکی و کانتور فشار لوله مدفون تحت انفجار که مدلسازی شده است را میتوان مشاهده نمود که این فرایند برای جرم 6/5 کیلوگرم برای 9 میلیثانیه اتفاق افتاده است. شکل 5: شماتیک کلی از کانتور فشار در مدلسازی هندسی تحت انفجار برای 9 میلی ثانیه. شکل 6: کانتور فشار در لوله مدفون تحت انفجار برای 9 میلی ثانیه. نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 97 108

فشار فشار صاحب امتیاز: انجمن مهندسی سازه ایران 1-3- صحت سنجی مدلسازی عددی در مقاله حاضر در ابتدا مقایسهای بین مدلسازی عددی این مقاله با مدلسازی یان در سال 2012 برای صحتسنجی مدل انجام شده است. در شبیه سازی انجام شده در ابتدا 4 المان را بر روی لوله انتخاب کرده و یک چهارم لوله را نسبت به تاج لوله به زوایای 0 22/5 45 و 90 درجه تقسیم بندی شده است و 4 المان مورد نظر را در نواحی مذکور قرار گرفته است بدین ترتیب که اگر تاج لوله در زاویه صفر درجه قرار داشته باشد ماکزیمم فشار رخ داده از لبه 0 تا 45 درجه اتفاق افتاد و در مینیمم فشار در زاویه 45 تا 90 درجه اتفاق افتاده است. به طور کلی هدف از تقسیمبندی لوله از زاویه 0 تا 90 درجه بررسی محل اثر موج انفجار بر روی لوله بوده است. مطابق با شکل موج انفجار برای 9 میلیثانیه بر اساس نمودار فشار بر حسب زمان انجام شده است. با توجه به اینکه نقطه پیک فشار در انفجار بسیار حائز اهمیت میباشد در این مقاله سعی بر این بوده است که نقاط پیک فشار هم از نظر مقدار و هم از نظر زمانی بر روی یکدیگر تطابق مناسبی داشته باشند. پیک فشار شبیه سازی مقاله برابر 580/9 مگاپاسکال شده است و پیک فشار مقاله مربوط به صحتسنجی برابر 535/3 مگاپاسکال میباشد. همانطور که در شکل 7 کامال مشخص است پیک فشار در 0/39 میلیثانیه اتفاق افتاده است که مقدار آن برابر 580/9 مگاپاسکال شده است. میزان اختالف به دست آمده از شبیهسازی انجام شده برای صحتسنجی حدود % 7/85 میباشد. که این میزان خطا بیانگر این موضوع است که نتایج حاصل از مدل سازی عددی بسیار نزدیک به مدل سازی یان در سال 2012 میباشد. ]9[ 700 600 500 400 300 200 100 0-100 -200 Yan et al, 2012 Curent Study 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 زمان )میلی ثانیه( شکل 7: مقایسه منحنی فشار بر حسب زمان مدلسازی عددی مقاله حاضر با مطالعات یان 2012. 700 600 500 400 300 200 100 0-100 H17968 H17788 H17728 H17668-200 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 زمان )میلی ثانیه( شکل 8: منحنی فشار بر حسب زمان برای 4 المان انتخابی لوله مدفون تحت انفجار برای جرم 6/5 کیلوگرم. مقدار فشار بدست آمده از المان مذکور در در شکل 7 نشان داده شده است. همانطور که در شکل 8 مشخص است نمودار در ابتدا بصورت افقی و مستقیم میباشد و شیب آن افزایش مییابد تا در زمان 3/33 میلیثانیه به پیک خود میرسد و در نهایت کاهش مییابد و نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 108 98

و 9 ماکریمم تنش اصلی )مگتپاسکال( ماکریمم تنش اصلی )مگتپاسکال( صاحب امتیاز: انجمن مهندسی سازه ایران پس از طی گذشت 2 میلی ثانیه تا 4 میلیثانیه کمکم دمپ میشود تا به صفر نزدیک میشود. علت این رفتار جهت بارگذاری انفجار است که در جهت مخالف فشار سیال لوله وارد میشود که این امر منجر به دمپ فشار ناشی از موج انفجار میشود. همانطور که مشخص است تقریبا 4 المان انتخابی بروی لوله در یک زمان یکسان به نقطه پیک خود رسیده است. بنابراین میتوان گفت که فشار ناشی از سیال به پایداری لوله کمک میکند. به طور کلی اگر فشار منفی باشد بصورت کششی و اگر فشار مثبت باشد نمودار به صورت فشاری نشان داده شده است. 2-3- عملکرد لوله فلزی مدفون در خاک تحت انفجار برای سیال نفت شکلهای 9 و 10 مربوط به مقدار تنشهای اصلی به دست آمده مربوط به لولههای فوالدی که در بخشهای قبل به آن اشاره شده است را نشان میدهد..]10 [ 350 300 X42 250 X60 200 STEEL 150 X80 100 1 2 3 4 5 6 شکل 9: مقدار تنش وارده به لوله فلزی در خاک نوع اول تحت انفجار. مقدار ماکزیمم تنش وارده به 4 نوع لوله مذکور و در دو نوع خاك I و II و برای جرمهای 1/6 و 3/2 و 4/8 کیلوگرم بررسی شده است. شکل 9 مقدار ماکزیمم تنش وارد به لوله مدفون در خاك I برای 4 نوع لوله فوالدی X60 X80 Steel و X42 را نشان می دهد. 1300 1100 900 700 X42 X60 STEEL X80 500 1 2 3 4 5 6 شکل 10: مقدار تنش وارده به لوله فلزی در خاک نوع دوم تحت انفجار شکل )10( نیز مقدار تنشهای اصلی و حداکثر را برای جرمهای 3/2 و 4/8. 1/6 کیلوگرم برای 4 نوع لوله فوالدی بکار برده شده در مدلسازی را برای خاك نوع II نشان میدهد. الزم به ذکر است که تنش تسلیم لولههای مصرفی در مدل سازی لولههای فوالدی Steel X60 X80 و X42 به ترتیب 657 و 290 413 480 مگاپاسکال میباشد. شکلهای 9 و 10 نشان میدهد که با 3 برابر شدن مقدار تیانتی نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 99 108

صاحب امتیاز : انجمن مهندسی سازه ایران مقدار تنشها برای لولههای X80 و X60 و X42 و 2/49 Steel و 2/51 و 2/31 و 2/5 برابر برای خاك نوع اول و 24/17 %30/81 %26/3 % و % 38/92 برای خاك نوع II افزایش یافته است. 100 90 X42 70 X60 60 STEEL 50 X80 40 فشار (مگاپاسکال( 80 30 9 7 8 5 6 جرم (کیلوگرم) 3 4 شکل :11 مقدار فشار وارده به لوله فلزی در خاک نوع اول تحت انفجار. 2500 X42 1500 X60 1000 STEEL X80 فشار (مگاپاسکال) 2000 500 8 7 6 5 4 3 جرم (کیلوگرم) شکل :12 مقدار فشار وارده به لوله فلزی در خاک نوع دوم تحت انفجار. شکل 11 و 12 مقدار ماکزیمم فشار وارده بر لوله مدفون برای 2 نوع خاك برای جرمهای 3/2 و 4/8 و 6/5 و 8 کیلوگرم را نشان میدهد. شکلهای 11 و 12 به ترتیب نشان میدهد که با 2/5 برابر کردن جرم تیانتی مقدار فشار برای لولههای مدفون X60 X80 و X42 و Steel حدود % 54/63 و %39/8 و %39/04 و % 39/8 برای خاك نوع اول افزایش داشته و برای خاك نوع دوم 2/68 و 3/92 و 2/94 و 3/58 برابر افزایش یافته است. به طور کلی همه نمودارها بیانگر این موضوع هستند که فشار سیال میتواند به پایداری لوله تحت امواج انفجار کمک کند. در ادامه به بررسی تاثیر خاك ها در میزان تنش و فشار وارده به لولههای بتنی پرداخته شده است. -3-3 بررسی اثر نوع خاک در لوله های بتنی تحت امواج انفجار جداول 11 تا 16 مربوط به تاثیر خاكهای مورد بررسی برای جرمهای 6/5 3/2 و 8 کیلوگرم میباشد که برای 3 نوع لوله بتنی CONB CONA و CONC مورد بررسی قرار گرفته است. جداول 10 تا 15 میزان اختالف تنش و فشار ایجاد شده بین خاك نوع اول و دوم را نشان میدهد. این جداول در حقیقت بیانگر تاثیر جنس خاك را تحت انفجار نشان میدهد که میزان اختالف و اثر خاكها را در قالب تنش و فشار در جداول زیر ارائه شده است. 100 نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 108

جدول 10: اختالف فشار خاک نوع اول ودوم برای CON,A Fc= 48 MPA اختالف )%( فشار خاك 2 )مگاپاسکال( فشار خاك 1 )مگاپاسکال( جرم (کیلوگرم) 3 /2 13 / 17 25 / 5 48 / 35 6 /5 13 / 6 56 / 15 75 / 78 8 13 / 26 63 / 66 79 / 17 جدول 11: اختالف تنش خاک نوع اول ودوم برای CON,A Fc= 48 MPA تنش خاك 2 )مگاپاسکال( تنش خاك 1 )مگاپاسکال( اختالف )%( جداول 10 و 11 اختالف فشار و تنش برای خاكهای نوع اول و دوم را برای CONA نشان میدهد که این مقدار فشار و تنش برای جرم 3/2 به ترتیب برای خاك نوع اول 29/13 37/17 مگاپاسکال و برای خاك نوع دوم 52/7 25/5 مگاپاسکال بدست آمده است که اختالف فشار و تنش بدست آمده بین خاك نوع اول و دوم برابر با % 48/35 و %44/26 بدست آمده است.این مقدار فشار و تنش برای جرم 6/5 کیلوگرم برای خاك نوع اول 39/13 26/6 مگاپاسکال و برای خاك نوع دوم 55/56 73/15 مگاپاسکال بدست آمده است که اختالف فشار و تنش ایجاد شده برای جرم 6/5 برابر با % 75/78 و %29/55 بدست آمد. همچنین مقدار فشار و تنش برای جرم 8 کیلوگرم برای خاك نوع اول 51/13 85/26 مگاپاسکال و برای خاك نوع دوم 55/63 17/66 مگاپاسکال بدست آمده که در نهایت اختالف فشار و تنش خاکهای نوع اول و دوم برابر با % 79/17 و %6/02 بدست آمد. جدول 12: اختالف فشار خاک نوع اول ودوم برای CON,B Fc= 51 MPA جرم (کیلوگرم) 3 /2 29 / 37 52 / 7 44 / 26 6 /5 39 / 26 55 / 73 29 / 55 8 51 / 85 55 / 17 6 / 02 اختالف )%( فشار خاك 2 )مگاپاسکال( فشار خاك 1 )مگاپاسکال( جدول 13 : اختالف تنش خاک نوع اول ودوم برای CON,B Fc= 51 MPA 3 /2 10 / 88 13 / 6 20 6 /5 12 / 26 54 / 16 77 / 36 8 12 / 84 61 / 5 79 / 12 اختالف )%( تنش خاك 2 )مگاپاسکال( تنش خاك 1 )مگاپاسکال( جداول 12 و 13 اختالف فشار و تنش برای خاكهای نوع اول و دوم را برای CONB نشان میدهد که این مقدار فشار و تنش برای جرم 3/2 به ترتیب برای خاك نوع اول 29/10 21/88 مگاپاسکال و برای خاك نوع دوم 59/10 13/60 مگاپاسکال بدست آمده است که مقدار فشار و تنش بدست آمده بین خاك نوع اول و دوم برابر با % 20 و %50/57 بدست آمده است. این مقدار فشار و تنش برای جرم 6/5 کیلوگرم برای خاك نوع اول 39/12 60/26 مگاپاسکال و برای خاك نوع دوم 57/54 63/16 مگاپاسکال بدست آمده است که اختالف فشار و تنش ایجاد شده برای جرم 6/5 برابر با % 77/36 و %31/28 بدست آمد. همچنین مقدار فشار و تنش برای جرم 8 کیلوگرم برای خاك نوع اول 48/12 50/84 مگاپاسکال و برای خاك نوع دوم 57/61 98/50 مگاپاسکال بدست آمده که در نهایت اختالف فشار و تنش خاكهای نوع اول و دوم برابر با % 79/12 و %16/35 بدست آمد. 3 /2 29 / 21 59 / 10 50 / 57 6 /5 39 / 6 57 / 63 31 / 28 8 48 / 5 57 / 98 16 / 35 نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 101 108

فشار خاک نوع دوم فشار خاک نوع اول صاحب امتیاز: انجمن مهندسی سازه ایران جدول 14: اختالف فشار خاک نوع اول ودوم برای CON,C Fc= 156 MPA اختالف )%( فشار خاك 2 )مگاپاسکال( فشار خاك 1 )مگاپاسکال( 3 /2 20 / 88 132 / 18 84 / 20 6 /5 24 / 1 159 / 37 84 / 87 8 24 / 97 182 / 1 86 / 28 جدول 15: اختالف تنش خاک نوع اول ودوم برای CON,C Fc= 156 MPA جداول 14 و 15 اختالف فشار و تنش برای خاكهای نوع اول و دوم را برای CONC نشان میدهد که این مقدار فشار برای جرم 3/2 به ترتیب برای خاك نوع اول 46/65 20/88 مگاپاسکال و برای خاك نوع دوم 140/56 132/18 مگاپاسکال بدست آمده است که اختالف فشار بدست آمده بین خاك نوع اول و دوم برابر با % 84/20 و %66/81 بدست آمده است. این مقدار برای جرم 6/5 کیلوگرم برای خاك نوع اول 61/72 24/1 مگاپاسکال و برای خاك نوع دوم 155/96 159/37 مگاپاسکال بدست آمده است که اختالف فشار ایجاد شده برای جرم 6/5 برابر با % 84/87 و %60/42 بدست آمد. همچنین این مقدار برای جرم 8 کیلوگرم برای خاك نوع اول 83/06 24/97 مگاپاسکال و برای خاك نوع دوم 165/71 182/10 مگاپاسکال بدست آمده که در نهایت اختالف فشار خاكهای نوع اول و دوم برابر با % 86/28 و %49/87 بدست آمد. بطور خالصه مطابق با جداول 10 تا 15 نتایج حاصل از تاثیر 2 نوع خاك مورد بررسی بدین ترتیب است که برای CONA برای جرمهای 3/2 و 6/5 و 8 کیلوگرم مقدار فشار به ترتیب % 48/35 75/78 % و % 79/17 و مقدار تنش بدست آمده به ترتیب % 44/26 29/55 % و % 6/02 میباشد. مقدار فشار برای CONB به ترتیب % 20 77/36 % و % 79/12 و مقدار تنش به ترتیب % 50/57 31/28 % 16/35 بدست آمد. همچنین مقدار فشار برای CONC به ترتیب 84/2. % 84/87. % و % 86/28 و مقدار تنش به ترتیب % 66/81 60/42 % %49/87 بدست آمد. در ادامه نمونه ای از نمودارهای مربوط تاثیر پوشش خاك در مقدارهای تنش و فشار برای لوله های بتنی مذکور نشان داده شده است. اختالف )%( تنش خاك 2 )مگاپاسکال( تنش خاك 1 )مگاپاسکال( 3 /2 46 / 65 140 / 56 66 / 81 6 /5 61 / 72 155 / 96 60 / 42 8 83 / 06 165 / 71 49 / 87 180 150 120 90 60 30 0 3 4 5 6 7 8 9 CONC CONB CONA شکل 13- مقدار فشار وارده به لوله بتنی در خاک نوع اول تحت انفجار شکل 14- مقدار فشار وارده به لوله بتنی در خاک نوع دوم تحت انفجار 35 25 15 5 3 4 5 6 7 8 CONC CONB CONA نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 108 102

تنش خاک نوع دوم تنش خاک نوع اول صاحب امتیاز: انجمن مهندسی سازه ایران 185 155 125 95 65 CONA CONB CONC 90 75 60 45 30 15 CONC CONB CONA 0 3 4 5 6 7 8 9 35 2.50 4.50 6.50 8.50 شکل 15- مقدار تنش وارده به لوله بتنی در خاک نوع اول تحت انفجار شکل 16- مقدار تنش وارده به لوله بتنی در خاک نوع دوم تحت انفجار نتایج و اشکال فوق در حقیقت بیانگر این موضوع است که میزان تغییرات فشار و تنش وارده به لوله بسیار حساس نسبت به مدول بالک و مدول برشی و چگالی خاك هستند یا به عبارت دیگر نتایج حاصل از جدول 10 تا 15 و نمودارهای فوق بیانگر این موضوع است که هرچه خاك چگالی بیشتر داشته باشد به لوله فشار بیشتری انتقال مییابد و هرچه خاك دارای چگالی کمتر باشد عملکرد خاك در برابر لوله تحت انفجار مانند یک میراگر میباشد که در هنگام انتشار امواج انفجار بخش زیادی از تنش و فشار وارده به لوله را می گیرد و مانند یک تا دمپر عمل میکند. شکل های 13 تا 16 مربوط به مقدار حداکثر تنشهای اصلی و فشار لوله بتنی برای جرمهای 3/2 و 6/5 و 8 کیلوگرم میباشد که به بعضی از نتایج کمی نمودارهای فوق اشاره شده است. در بررسی گلوبال برای لولههای بتنی Con C Con B Con A در خاك اول مشاهده شد که با افزایش 2/5 برابری جرم تیانتی سطح فشار به ترتیب به میزان %0/67 15/26 %و % 16/40 افزایش یافت. در بررسی گلوبال برای لولههای بتنی Con C Con B Con A در خاك اول مشاهده شد که با افزایش 2/5 برابری جرم تیانتی سطح تنش به ترتیب به میزان %43 39/80 %و % 44 افزایش یافت. 4-2- مقایسه ای بین سیال نفت و آب شکل 17 مقایسهای بین سیال نفت و آب را نشان میدهد. یک فشار برای سیالها تقریبا در یک بازه زمانی یکسان اتفاق افتاده است. شکل فوق نشان میدهد که با کاهش چگالی سیال فشار وارده به لوله افزایش یافته است و بالعکس. پیک فشار برای نفت و آب به ترتیب 588/9 و 580/91 مگاپاسکال بدست آمده است. بطور کلی با افزایش چگالی سیال فشار کمتری به لوله وارد شد که این نتیجه تاثیر بسیار زیاد جنس سیال در لوله را در هنگام انفجار نشان میدهد. نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 103 108

فشار تنش اصلی صاحب امتیاز: انجمن مهندسی سازه ایران 700 600 500 400 300 200 100 0-100 -200 oil water 0 2 4 6 8 10 زمان )میلی ثانیه( شکل 17: مقایسه فشار وارده به لوله مدفون حاوی سیال نفت و آب تحت انفجار بطور کلی شکل 17 مقایسهای بین فشار وارده به لوله مدفون حاوی سیال نفت و آب صورت گرفته است. همانطور که مشخص است پیک فشار برای هر دو سیال تقریبا در زمان 3.33 میلیثانیه اتفاق افتاده است. همانطور که مشخص است و نمودارها نشان میدهد با کاهش چگالی سیال فشار وارده بر لوله بیشتر شده است بدین ترتیب که پیک فشار برای آب با چگالی 1000 kg/m 3 برابر با 580.91 مگاپاسگال شده است و پیک فشار برای نفت با چگالی 800 kg/m 3 برابر با 588.6 مگاپاسگال بدست آمده است که بیانگر این مطلب است که هرچه چگالی سیال بیشتر باشد فشار کمتری به لوله وارد میشود و هرچه چگالی سیال کمتر باشد فشار بیشتری به لوله منتقل میشود که شکل 17 این موضوع را تایید میکند. نمودارها نشان میدهد با کاهش چگالی سیال فشار وارده بر لوله بیشتر شده است و فشار بیشتری به لوله منتقل میشود و همچنین با افزایش چگالی سیال فشار کمتری به لوله وارد میشود. 5-3- عملکرد لوله فلزی مدفون در خاک تحت انفجار برای سیال گاز شکلهای 18 و 19 مربوط به مقدار تنشهای اصلی به دست آمده مربوط به لولههای فوالدی که در بخش های قبل به آن اشاره شده است را نشان میدهد. 500 450 400 350 300 250 X42 X60 STEEL 200 3 4 5 6 7 8 9 شکل 18: مقدار تنش وارده به لوله فلزی در خاک نوع اول تحت انفجار مقدار ماکزیمم تنش وارده به 3 نوع لوله مذکور و در دو نوع خاك I و II و برای جرم های 3/2 و 4/8 و 6/5 و 8 کیلوگرم بررسی شده است. شکل 18 مقدار ماکزیمم تنش دار به لوله مدفون در خاك I برای سه نوع لوله فوالدی X60 Steel و X42 را نشان می دهد. نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 108 104

تنش اصلی فشار ماکزیمم فشار ماکزیمم صاحب امتیاز: انجمن مهندسی سازه ایران 1700 1500 1300 1100 900 700 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 x42 x60 steel شکل 19: مقدار تنش وارده به لوله فلزی در خاک نوع دوم تحت انفجار شکل 19 نیز مقدار تنشهای اصلی و حداکثر را برای جرمهای 3/2 و 6/5. 4/8 کیلوگرم برای 3 نوع لوله فوالدی بکار برده شده در مدلسازی را برای خاك نوع II نشان میدهد. الزم به ذکر است که تنش تسلیم لولههای مصرفی در مدل سازی لولههای فوالدی Steel X60 و X42 به ترتیب 657 و 413 290 مگاپاسکال میباشد. شکل 19 نشان میدهد که با 2 برابر شدن مقدار تیانتی مقدار تنشها برای لولههای X60 و X42 و Steel 1/79 و 1/32 و 1/80 برابر برای خاك نوع اول و %37/93 43/97 %و % 27/58 برای خاك نوع II افزایش یافته است. 95 85 75 65 55 45 3 4 5 6 7 8 9 X42 X60 STEEL X80 شکل 20: مقدار فشار وارده به لوله فلزی در خاک نوع اول تحت انفجار 3000 2500 2000 1500 1000 500 3 4 5 6 7 8 شکل 21: مقدار فشار وارده به لوله فلزی در خاک نوع دوم تحت انفجار X42 X60 STEEL X80 نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 105 108

شکل 20 و 21 مقدار ماکزیمم فشار وارده بر لوله مدفون برای 2 نوع خاك برای جرمهای 3/2 و 6/5 و 8 کیلوگرم را نشان میدهد. شکلهای 20 و 21 به ترتیب نشان میدهد که با 2/5 برابر کردن جرم تیانتی مقدار فشار برای لولههای مدفون X60 X80 و X42 و Steel حدود % 43/29 %43/22 41/8 % و % 43/2 برای خاك نوع اول افزایش داشته و برای خاك نوع دوم 2/64 و 3/90 و 2/94 و 3/54 برابر افزایش یافته است. به طور کلی همه نمودارها بیانگر این موضوع هستند که فشار سیال میتواند به پایداری لوله تحت امواج انفجار کمک کند. 6-3- مقایسه فشار سیال های نفت آب و گاز تحت امواج انفجار شکل 22 مقایسهای بین فشار وارده به لوله مدفون حاوی سیالهای نفت و آب و گاز میباشد که همانطور که مشخص است پیک فشار برای هر سه سیال تقریبا در یک بازه ی زمانی و حدود 3/33 میلیثانیه اتفاق افتاده است. 1200 1000 800 600 400 200 0-200 -400 0 2 4 6 8 10 Oil Water Gas شکل 22: مقایسه فشار وارده به لوله مدفون حاوی سیال نفت و آب و گاز تحت انفجار برای جرم 6/5 کیلوگرم مقدار فشار ماکزیمم برای گاز نفت و آب به ترتیب برابر 588/6 976/67 و 580/9 مگاپاسگال بدست آمده است که این نتایج بیانگر این موضوع است که با کاهش چگالی سیالها با افزایش فشار به لوله مواجه شد که این افزایش بدین شرح است که فشار وارده از سوی سیال گاز به لوله نسبت به نفت و آب به ترتیب 39/73 و 40/52 درصد بیشتر بوده است که شکل 22 این نتایج را تایید میکند. 7-3- بررسی اثر نوع خاک در لوله های مدفون تحت امواج انفجار جداول 16 تا 19 مربوط به تاثیر خاكهای مورد بررسی برای جرمهای 6/5 3/2 و 8 کیلوگرم میباشد که برای 4 نوع لوله فوالدی Steel X60 X42 و X80 مورد بررسی قرار گرفته است. جداول 16 تا 19 میزان اختالف تنش و فشار ایجاد شده بین خاك نوع اول و دوم را نشان میدهد. این جداول در حقیقت بیانگر تاثیر جنس خاك را تحت انفجار نشان میدهد که میزان اختالف و اثر خاكها را در قالب تنش و فشار در جداول زیر ارائه شده است. جدول 16: اختالف فشار خاک نوع اول ودوم برای X42 اختالف )%( فشار خاك 2 )مگاپاسکال( فشار خاك 1 )مگاپاسکال( 3 /2 52 / 20 819 / 87 93 / 63 6 /5 78 / 35 1399 / 6 94 / 40 8 89 / 74 2414 / 4 96 / 28 جدول 16 اختالف فشار برای خاكهای نوع اول و دوم را برای X42 نشان میدهد که این اختالف فشار برای جرم 6/5 3/2 و 8 کیلوگرم به ترتیب %93/63 %94/40 و % 96/28 بدست آمده است. نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 108 106

جدول 17: اختالف فشار خاک نوع اول ودوم برای X60 اختالف )%( فشار خاك 2 )مگاپاسکال( فشار خاك 1 )مگاپاسکال( 3 /2 52 / 20 607 / 45 91 / 40 6 /5 78 / 3 1312 / 58 94 / 03 8 91 / 94 2373 / 62 96 / 12 جدول 17 اختالف فشار برای خاكهای نوع اول و دوم را برای X60 نشان میدهد که این اختالف فشار برای جرم 6/5 3/2 و 8 کیلوگرم به ترتیب %91/40 94/03 %و % 96/12 بدست آمده است. جدول 18: اختالف فشار خاک نوع اول ودوم برای Steel اختالف )%( فشار خاك 2 )مگاپاسکال( فشار خاك 1 )مگاپاسکال( 3 /2 52 / 20 563 / 15 90 / 73 6 /5 78 / 3 1250 / 6 93 / 73 8 92 / 06 1998 / 7 95 / 3 جدول 18 اختالف فشار برای خاكهای نوع اول و دوم را برای Steel کیلوگرم به ترتیب %90/73 93/73 %و 95/30 % بدست آمده است. نشان میدهد که این اختالف فشار برای جرم 6/5 3/2 و 8 جدول 19: اختالف فشار خاک نوع اول ودوم برای X80 اختالف )%( فشار خاك 2 )مگاپاسکال( فشار خاك 1 )مگاپاسکال( 3 /2 52 / 20 699 / 23 92 / 5 6 /5 78 / 3 1575 / 48 95 / 03 8 92 / 06 1847 / 62 95 / 01 جدول 19 اختالف فشار برای خاكهای نوع اول و دوم را برای X80 نشان میدهد که این اختالف فشار برای جرم 6/5 3/2 و 8 کیلوگرم به ترتیب %92/50 95/03 % و 95/01 % بدست آمده است. جداول 16 تا 19 در حقیقت بیانگر تاثیر جنس خاك را تحت انفجار نشان می دهد که همانطور در بخشهای پیش مشاهده شد با افزایش چگالی خاك مورد استفاده در مدلسازی در انفجار تنش و فشار بیشتری به لوله انتقال یافت و با کاهش چگالی خاك رفتار خاك نرم و مانند یک میراگر عمل میکند و تنش و فشار کمتری به لوله وارد میشود و در نتیجه آسیب کمتری به لوله وارد میشود و با افزایش چگالی خاك رفتار خاك ترد و سختتر و فشار بیشتری به لوله وارد میشود و در نتیجه آسیب بیشتری به لوله وارد میشود که جداول 16 تا 19 این موضوع را تایید میکند. 4- نتیجهگیری نتایج حاصل از نتایج نمودارها و جداول مربوط به سیال نفت و گاز به شرح زیر میباشد: نتایج حاصل از تاثیر دو نوع خاك مورد بررسی در بخش بررسی سیال نفت در حقیقت بیانگر این موضوع است که هرچه خاك چگالی بیشتر داشته باشد به لوله فشار بیشتری انتقال مییابد و هرچه خاك دارای چگالی کمتر باشد عملکرد خاك در برابر لوله تحت انفجار مانند یک میراگر میباشد که در هنگام انتشار امواج انفجار بخش زیادی از تنش و فشار وارده به لوله را میگیرد و مانند یک تا دمپر عمل میکند. نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 107 108

حال با شناخت عملکرد نوع خاك در انتقال تنش و فشار در لوله های مدفون تحت انفجار میتوان پی برد که با توجه به اینکه لوله گذاری خطوط انتقال مدفون به ویژه نفت در پروژه های مهم و با هزینه های بسیار باال طبقه بندی م شود لذا با بررسی در این مقاله میتوان پی برد که در خاکهای با چگالی باال بایستی به دلیل انتقال باالی تنش و فشار از لولههای با مقاومت باال استفاده نمود و در خاكهای با چگالی پایینتر بدلیل عملکرد بهتر و مناسبتر خاك )مانند میراگر( و انتقال تنش و فشار کمتر میتوان از لولههای با مقاومت پایینتر استفاده نمود که این امر یکی از موارد بسیار حایز اهمیت میباشد که میتواند در قیمت اجرای پروژههای خطوط انتقال نفت تاثیرگذار باشد. در نمودار مقایسهای فشار بین سیال نفت و آب رفتار فشار لوله در ابتدا به صورت مستقیم بوده و در ادامه به سرعت افزایش یافته تا به نقطه پیک فشار خود رسیدهاند و با یک شیب مالیم کاهش و در نهایت دمپ شدهاند که همانطور که قبال گفته شد دلیل این رفتار به علت جهت بارگذاری انفجار است که در جهت مخالف فشار سیال به لوله وارد می شود که این امر موجب کاهش فشار وارده به لوله میشود تا اینکه بعد از مدتی مقدار فشار به صفر نزدیک میشود. به طور کلی فشار سیال درون لوله به پایداری لوله کمک زیادی میکند. با افزایش چگالی سیال فشار کمتری به لوله وارد میشود و بالعکس و با کاهش چگالی سیال فشار بیشتری به لوله وارد میشود که موجب رساندن آسیب بیشتر به لوله میشود. نتایج نشان می دهد که با افزایش 1/23 برابری چگالی سیال تقریبا 1/3 درصد فشار وارده به لوله کاهش یافت و این کاهش بیانگر آسیب کمتر به لوله میباشد. مقدار فشار ماکزیمم برای گاز نفت و آب به ترتیب برابر 588/6 976/67 و 580/9 مگاپاسگال بدست آمده است که این نتایج بیانگر این موضوع است که با کاهش چگالی سیال ها با افزایش فشار به لوله مواجه شده است که این افزایش بدین شرح است که فشار وارده از سوی سیال گاز به لوله نسبت به نفت و آب به ترتیب 39/73 و 40/52 درصد بیشتر بدست آمده است. سپاسگزاری مراجع نویسندگان این مقاله از دانشکده مهندسی عمران دانشگاه آزاد اسالمی واحد رودهن کمال سپاسگزاری را دارند. [1]. Yang, Zh. (1997). Finite element simulation of response of buried shelters to blast loadings. Finite Elements in Analysis and Design, 113-132 [2]. Lampson, C.W.(1946). Effects of impact and explosion, Explosions in Earth, NRDC Washington USA, Vol.1, No. 2, AD 221-586. [3]. Reanking, W.J.M. (1870). On the thermodynamic theory of Waves of finite longitudinal disturbance, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Vol. 160, pp. 277-288. [4]. Luccioni, B. Ambrosini, D. (2007). Effect of buried explosions, Mecanica computational, 26: p.2656-2673. [5]. Tian, Y. Cassidy, M.J. (2008). Modeling of pipe soil interaction and its application in numerical simulation", International Journal of Geomechanics 8(4): P. 213-229. [6]. Lampson. C.W. (1946). Effects of impact and explosions, Explosions in Earth", NRDC Washington, USA, Vol, 1, Chapter 3. [7]. Tham, C. (2006). Numerical and empirical approach in predicting the penetration of a concrete target by an ogive-nosed projectile. Finite Elements in Analysis and Design, Vol. 42, No. 14, pp. 1258-1268, DOI: 10.1016/j.finel.2006.06.011. [8].Wu, C., Oehlers, D., Rebentrost, M., Leach, J., and Whittaker, A. (2009). Blast testing of ultra-high performance fibre and FRP-retrofitted concrete slabs. Engineering Structures, Vol. 31, No. 9, pp. 2060-2069, DOI: 10.1016/j.engstruct.2009.03.020. [9]. Yan, S. and Xu, Y. R., Chang, H. Y. (2012). Numerical Simulation of Dynamic Response of Buried Pipeline by Ground Explosion. Earth and Space, pp. 1159 1166. [10]. Parviz M, Aminnejad, B. Fiouz, A.R. (2017). Numerical Simulation of Dynamic Response of Water in Buried Pipeline under Explosion. KSCE Journal of Civil Engineering. doi: 10.1007/s12205-017-0889-y. نشریه مهندسی سازه و ساخت دوره 5 شماره 1 سال 1397 صفحه 88 تا 108 108