Ученые Южно-Уральского госуниверситета запатентовали программу для определения условий зажигания взрывчатых веществ при механической нагрузке. Созданный программный комплекс поможет быстро выявить, при каких условиях может взорваться материал, чтобы усилить контроль за его перемещением.
Ученые исследовали механизмы, потенциально приводящие к детонации взрывчатых веществ при их транспортировке, обращении с ними и хранении на складах. Инициируя физические воздействия (например, удар или трение) искусственно, исследователи ищут способы нейтрализации факторов взрыва высокоэнергетических веществ.
«Мы разработали программный комплекс, чтобы изучить фрикционный механизм образования локальных областей разогрева материала, то есть влияние трения, возникающего на контактной границе железного ударника и энергетического материала, – рассказал старший преподаватель кафедры вычислительной механики ЮУрГУ Евгений Помыкалов. – Именно фрикционный механизм – один из немногих, который может приводить к взрыву при низкоскоростных механических воздействиях. По сути, наш программный комплекс моделирует поведение взрывчатого вещества в результате такого воздействия. Благодаря численному моделированию можно рассчитать локальные точки повышенной температуры, возникающие при проникновении сферического ударника в энергетический материал на скоростях нагружения менее 30 м/с; это как раз те условия, при которых теоретически может произойти инициирование взрыва».
Уникальная математическая модель учитывает силу трения и тепловые потоки, которые распространяются в объемах как энергетического материала, так и железного ударника. После натурных экспериментов ученые смогли рассчитать распределение температуры в тонком контактном слое, что позволило оценить задержку (то есть время) самовоспламенения взрывчатого вещества при трении.
Запатентованная программа протестирована на релизах натурных экспериментов, что подтверждает ее работоспособность и вычислительную точность.
Отличительная особенность программного комплекса, написанного на языке FORTRAN, состоит в том, что используемая математическая модель основана на законах механики сплошной среды, где уравнение движения ударника и уравнение движения энергетического материала решаются совместно.
Система позволяет вычислить термодинамические параметры исследуемого материала, скорость деформации, температуру и др. на контактной границе и даже определить геометрию деформированного энергетического материала в зависимости от условий удара.
Сделав лишь компьютерный расчет можно быстро выявить, при каких условиях может взорваться объект, чтобы усилить контроль за его перемещением. Разработка челябинских ученых применима на предприятиях, которые специализируются на хранениии обращении с различными высокоэнергетическими веществами, а также при их транспортировке.
Екатерина Больных