Blast response

Blast loading experiments are among the most expensive because of their harsh environment and large number of experts involved in the tests. In some cases a very strict safety requirements and additional governmental permissions are needed, making the numerical approach the only reasonable and valuable tool for examination. Blast response of structures is of great importance in military applications. However civil and governmental structures are becoming more exposed to blast loads, as a result of increased possibility of terrorist attacks especially in the last two decades.  Whatever the structure under investigation, blast loading model should be verified first. In that purpose we performed Arbitrary Lagrange Euler (ALE) simulation investigating the influence of most valuable material and numerical parameters. On the next two videos simulation results of 6 kg of TNT explosion in free air is presented. The influence of mesh density in blast wave development and its loading parameters is clearly visible;



$# LS-DYNA Keyword file created by LS-PrePost 4.0 - 14Apr2013(16:00)
$# Created on Nov-28-2013 (13:49:32)
*KEYWORD
*TITLE
$# title
LS-DYNA keyword deck by LS-PrePost
*CONTROL_ALE
$#     dct      nadv      meth      afac      bfac      cfac      dfac      efac
         3         1         3 -1.000000     0.000     0.000     0.000     0.000
$#   start       end     aafac     vfact      prit       ebc      pref   nsidebc
     0.0001.0000E+20  1.000000 1.0000E-6         0         2 1.0000E+5         0
$#    ncpl      nbkt    imascl    checkr
         1        50         0     0.000
*CONTROL_ENERGY
$#    hgen      rwen    slnten     rylen
         2         2         2         2
*CONTROL_TERMINATION
$#  endtim    endcyc     dtmin    endeng    endmas
 3.0000E-4         0     0.000     0.000     0.000
*CONTROL_TIMESTEP
$#  dtinit    tssfac      isdo    tslimt     dt2ms      lctm     erode     ms1st
     0.000  0.600000         0     0.000     0.000         0         0         0
$#  dt2msf   dt2mslc     imscl    unused    unused     rmscl
     0.000         0         0                         0.000
*DATABASE_ELOUT
$#      dt    binary      lcur     ioopt   option1   option2   option3   option4
 2.0000E-6         0         0         1         0         0         0         0
*DATABASE_GLSTAT
$#      dt    binary      lcur     ioopt
 2.0000E-6         0         0         1
*DATABASE_BINARY_D3PLOT
$#      dt      lcdt      beam     npltc    psetid
     0.000         0         0        60         0
$#   ioopt
         0
*DATABASE_TRACER
$#    time     track         x         y         z      ammg       nid
     0.000         1     0.000  0.400000     0.000         0         0
     0.000         1  0.400000     0.000     0.000         0         0
     0.000         1     0.000  0.300000     0.000         0         0
     0.000         1  0.300000     0.000     0.000         0         0
*BOUNDARY_SPC_SET
$#    nsid       cid      dofx      dofy      dofz     dofrx     dofry     dofrz
         2         0         0         1         0         0         0         0
*PART
$# title
shell_4p
$#     pid     secid       mid     eosid      hgid      grav    adpopt      tmid
         1         5         1         1         1         0         0         0
*SECTION_ALE2D
$#   secid   aleform      aet     elform
         5        11         0        14
*MAT_NULL_TITLE
AIR
$#     mid        ro        pc        mu     terod     cerod        ym        pr
         1  1.290000     0.000     0.000     0.000     0.000     0.000     0.000
*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL_TITLE
Air
$#   eosid        c0        c1        c2        c3        c4        c5        c6
         1 -1.000E-6     0.000     0.000     0.000  0.400000  0.400000     0.000
$#      e0        v0
 2.5000E+5  1.000000
*HOURGLASS_TITLE
za ALE
$#    hgid       ihq        qm       ibq        q1        q2    qb/vdc        qw
         1         1 1.0000E-6         0  1.500000  0.060000  0.100000  0.100000
*PART
$# title
                                                                                
$#     pid     secid       mid     eosid      hgid      grav    adpopt      tmid
         2         2         2         2         1         0         0         0
*SECTION_ALE2D
$#   secid   aleform      aet     elform
         2        11         0        14
*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN
$#     mid        ro         d       pcj      beta         k         g      sigy
         2 1590.0000 6930.00002.1000E+10     0.000     0.000     0.000     0.000
*EOS_JWL
$#   eosid         a         b        r1        r2      omeg        e0        vo
         23.7120E+11 3.2310E+9  4.150000  0.950000  0.300000 7.0000E+9  1.000000
*INITIAL_DETONATION
$#     pid         x         y         z        lt
         2     0.000     0.000     0.000     0.000
*INITIAL_VOLUME_FRACTION_GEOMETRY
$#   fmsid   fmidtyp     bammg    ntrace
         1         0         1         3
$# conttyp   fillopt     fammg        vx        xy        xz    radvel    unused
         6         0         2     0.000     0.000     0.000         0          
$#      xc        yc        zc    radius    unused    unused    unused    unused
     0.000     0.000     0.000  0.096580                                        
*SET_PART_LIST
$#     sid       da1       da2       da3       da4    solver
         1     0.000     0.000     0.000     0.000MECH
$#    pid1      pid2      pid3      pid4      pid5      pid6      pid7      pid8
         1         2         0         0         0         0         0         0
*ALE_REFERENCE_SYSTEM_GROUP
$#     sid     stype    prtype      prid    bctran     bcexp     bcrot    icoord
         1         1         8         0         0         0         0         0
$#      xc        yc        zc    explim      efac    unused    frcpad   iexpnd 
     0.000     0.000     0.000     0.000     0.000               0.000         0
*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP
$#     sid    idtype    gpname
         1         1          
         2         1          
*END



The next step was successful modeling of blast wave interaction with a rigid plate structure using fluid structure interaction (FSI) algorithm;


$# LS-DYNA Keyword file created by LS-PrePost 4.0 - 14Apr2013(16:00)
$# Created on Nov-28-2013 (11:37:21)
*KEYWORD
*TITLE
$# title
LS-DYNA keyword deck by LS-PrePost
*CONTROL_ALE
$#     dct      nadv      meth      afac      bfac      cfac      dfac      efac
         3         1         3 -1.000000     0.000     0.000     0.000     0.000
$#   start       end     aafac     vfact      prit       ebc      pref   nsidebc
     0.0001.0000E+20  1.000000 1.0000E-6         0         2 1.0000E+5         0
$#    ncpl      nbkt    imascl    checkr
         1        50         0     0.000
*CONTROL_ENERGY
$#    hgen      rwen    slnten     rylen
         2         2         2         2
*CONTROL_TERMINATION
$#  endtim    endcyc     dtmin    endeng    endmas
 3.0000E-4         0     0.000     0.000     0.000
*CONTROL_TIMESTEP
$#  dtinit    tssfac      isdo    tslimt     dt2ms      lctm     erode     ms1st
     0.000  0.600000         0     0.000     0.000         0         0         0
$#  dt2msf   dt2mslc     imscl    unused    unused     rmscl
     0.000         0         0                         0.000
*DATABASE_ELOUT
$#      dt    binary      lcur     ioopt   option1   option2   option3   option4
 2.0000E-6         0         0         1         0         0         0         0
*DATABASE_GLSTAT
$#      dt    binary      lcur     ioopt
 2.0000E-6         0         0         1
*DATABASE_TRHIST
$#      dt    binary      lcur     ioopt
 2.0000E-6         0         0         1
*DATABASE_BINARY_D3PLOT
$#      dt      lcdt      beam     npltc    psetid
     0.000         0         0        60         0
$#   ioopt
         0
*DATABASE_BINARY_FSIFOR
$#      dt      lcdt      beam     npltc    psetid
     0.000         0         0      1200         2
*DATABASE_FSI
$#      dt
 2.0000E-6
$#dbsfi_id       sid     stype      swid    convid
         1         2         0         0         0
*DATABASE_FSI
$#      dt
 2.0000E-6
$#dbsfi_id       sid     stype      swid    convid
         2         3         0         0         0
*DATABASE_FSI
$#      dt
 2.0000E-6
$#dbsfi_id       sid     stype      swid    convid
         3         4         0         0         0
*DATABASE_TRACER
$#    time     track         x         y         z      ammg       nid
     0.000         1     0.000  0.400000     0.000         0         0
     0.000         1  0.400000     0.000     0.000         0         0
     0.000         1     0.000  0.300000     0.000         0         0
     0.000         1  0.300000     0.000     0.000         0         0
*BOUNDARY_SPC_SET
$#    nsid       cid      dofx      dofy      dofz     dofrx     dofry     dofrz
         1         0         1         1         1         0         0         0
         2         0         0         1         0         0         0         0
*PART
$# title
shell_4p
$#     pid     secid       mid     eosid      hgid      grav    adpopt      tmid
         1         5         1         1         1         0         0         0
*SECTION_ALE2D
$#   secid   aleform      aet     elform
         5        11         0        14
*MAT_NULL_TITLE
AIR
$#     mid        ro        pc        mu     terod     cerod        ym        pr
         1  1.290000     0.000     0.000     0.000     0.000     0.000     0.000
*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL_TITLE
Air
$#   eosid        c0        c1        c2        c3        c4        c5        c6
         1 -1.000E-6     0.000     0.000     0.000  0.400000  0.400000     0.000
$#      e0        v0
 2.5000E+5  1.000000
*HOURGLASS_TITLE
za ALE
$#    hgid       ihq        qm       ibq        q1        q2    qb/vdc        qw
         1         1 1.0000E-6         0  1.500000  0.060000  0.100000  0.100000
*PART
$# title
                                                                                
$#     pid     secid       mid     eosid      hgid      grav    adpopt      tmid
         2         2         2         2         1         0         0         0
*SECTION_ALE2D
$#   secid   aleform      aet     elform
         2        11         0        14
*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN
$#     mid        ro         d       pcj      beta         k         g      sigy
         2 1590.0000 6930.00002.1000E+10     0.000     0.000     0.000     0.000
*EOS_JWL
$#   eosid         a         b        r1        r2      omeg        e0        vo
         23.7120E+11 3.2310E+9  4.150000  0.950000  0.300000 7.0000E+9  1.000000
*PART
$# title
                                                                                
$#     pid     secid       mid     eosid      hgid      grav    adpopt      tmid
         3         6         3         0         0         0         0         0
*SECTION_BEAM
$#   secid    elform      shrf   qr/irid       cst     scoor       nsm
         6         8  1.000000         2         0     0.000     0.000
$#     ts1       ts2       tt1       tt2
  2.655936  2.655936  2.655936  2.655936
*MAT_ELASTIC
$#     mid        ro         e        pr        da        db  not used
         3 7850.00002.0400E+11  0.300000     0.000     0.000         0
*PART
$# title
                                                                                
$#     pid     secid       mid     eosid      hgid      grav    adpopt      tmid
         4         6         3         0         0         0         0         0
*PART
$# title
                                                                                
$#     pid     secid       mid     eosid      hgid      grav    adpopt      tmid
         5         6         3         0         0         0         0         0
*INITIAL_DETONATION
$#     pid         x         y         z        lt
         2     0.000     0.000     0.000     0.000
*INITIAL_VOLUME_FRACTION_GEOMETRY
$#   fmsid   fmidtyp     bammg    ntrace
         1         0         1         3
$# conttyp   fillopt     fammg        vx        xy        xz    radvel    unused
         6         0         2     0.000     0.000     0.000         0          
$#      xc        yc        zc    radius    unused    unused    unused    unused
     0.000     0.000     0.000  0.096580                                        
*SET_PART_LIST_TITLE
master
$#     sid       da1       da2       da3       da4    solver
         1     0.000     0.000     0.000     0.000MECH
$#    pid1      pid2      pid3      pid4      pid5      pid6      pid7      pid8
         1         2         0         0         0         0         0         0
*SET_PART_LIST_TITLE
slave
$#     sid       da1       da2       da3       da4    solver
         2     0.000     0.000     0.000     0.000MECH
$#    pid1      pid2      pid3      pid4      pid5      pid6      pid7      pid8
         3         0         0         0         0         0         0         0
*SET_PART_LIST_TITLE
slave 2
$#     sid       da1       da2       da3       da4    solver
         3     0.000     0.000     0.000     0.000MECH
$#    pid1      pid2      pid3      pid4      pid5      pid6      pid7      pid8
         4         0         0         0         0         0         0         0
*SET_PART_LIST_TITLE
slave 3
$#     sid       da1       da2       da3       da4    solver
         4     0.000     0.000     0.000     0.000MECH
$#    pid1      pid2      pid3      pid4      pid5      pid6      pid7      pid8
         5         0         0         0         0         0         0         0
*ALE_REFERENCE_SYSTEM_GROUP
$#     sid     stype    prtype      prid    bctran     bcexp     bcrot    icoord
         1         1         8         0         0         0         0         0
$#      xc        yc        zc    explim      efac    unused    frcpad   iexpnd 
     0.000     0.000     0.000     0.000     0.000               0.000         0
*ALE_MULTI-MATERIAL_GROUP
$#     sid    idtype    gpname
         1         1          
         2         1          
*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID
$#   slave    master     sstyp     mstyp     nquad     ctype     direc     mcoup
         2         1         0         0         4         4         1         0
$#   start       end      pfac      fric    frcmin      norm   normtyp      damp
     0.0001.0000E+10  0.100000     0.000  0.500000         0         0     0.000
$#      cq      hmin      hmax     ileak     pleak   lcidpor     nvent  blockage
     0.000     0.000     0.000         0  0.010000         0         0         0
*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID
$#   slave    master     sstyp     mstyp     nquad     ctype     direc     mcoup
         3         1         0         0         4         4         1         0
$#   start       end      pfac      fric    frcmin      norm   normtyp      damp
     0.0001.0000E+10  0.100000     0.000  0.500000         0         0     0.000
$#      cq      hmin      hmax     ileak     pleak   lcidpor     nvent  blockage
     0.000     0.000     0.000         0  0.010000         0         0         0
*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID
$#   slave    master     sstyp     mstyp     nquad     ctype     direc     mcoup
         4         1         0         0         4         4         1         0
$#   start       end      pfac      fric    frcmin      norm   normtyp      damp
     0.0001.0000E+10  0.100000     0.000  0.500000         0         0     0.000
$#      cq      hmin      hmax     ileak     pleak   lcidpor     nvent  blockage
     0.000     0.000     0.000         0  0.010000         0         0         0
$
*END



The incident as well as reflected simulation results were compared with experimental results available in the US Army design manual  Unified Facilities Criteria UFC 3-340-02 (previusly known as TM5-1300) and very good agreement was achieved. Additionally a real experiment available in literature was numerically simulated and the results were compared successfully;


 



After the number of successful validations we were finally able to analyze the response of mine blast loaded Light Amour Vehicle (LAV) chassis;




At the end please share this page.

No comments:

Post a Comment