انفجاريدهيشكل فرآينداصول طراحي

: مولفان دكتر كرامت ملك زاده

) دانشگاه صنعتي مالك اشترعضو هيئت علمي(

مهندس سيد علي سادات اشكور )شترمحقق دانشگاه صنعتي مالك ا(

اصول طراحي فرايند شكل دهي انفجاري.......................................................: ...كتاب عنوان دكتر كرامت ملك زاده ـ مهندس سيد علي سادات اشكور................................. :تأليف

انتشارات دانشگاه صنعتي مالك اشتر .........................................................................: ناشر

فريناز عسگري.................................................................................................: طرح روي جلد

رساني مركز آموزشي، پژوهشي و خدمات اطلاع........................... : ..........................چاپ

مطهرمركز فرهنگي ....................................................................: صحافيچاپ وليتوگرافي،

جلد١٠٠٠ : ..................................................................................................................شمارگان

١٣٨۶ زمستان ......................................................................................................:نوبت چاپ

تومان٣٥٠٠.....................................................................................................................: قيمت

:ISBN -62-8452-964 4 ٩٦٤‐٨٤٥٢‐ ٦٢‐٤: شابك

كليه حقوق چاپ براي ناشر محفوظ است .نقل مطالب فقط با ذكر مشخصات كامل كتاب و با اشاره به نام ناشر مجاز است

رساني، تهران، لويزان، دانشگاه صنعتي مالك اشتر، مركز آموزشي، پژوهشي اطلاع: آدرس

٢٢٩٣٢٨٩١: تلفن. انتشارات و مستندسازيمديريت

»هوافضامجتمع دانشگاهي « انتشارات دانشگاه صنعتي مالك اشتر

۱۳۴۷ملك زاده، كرامت ، : سرشناسه .كرامت ملك زاده ، علي سادات اشكور : مولفان /اصول طراحي فرآيند شكل دهي انفجاري : عنوان و پديد آورنده

۱۳۸۶دانشگاه صنعتي مالك اشتر ، : تهران : مشخصات نشر فيپا: وضعيت فهرستنويسي .مصور ، جدول ، نمودار : .ص۱۴۰ت : مشخصات ظاهري

9789648452624: ريال ۳۵۰۰۰ : شابك .Design Principles of explosive forming process: به انگليسي . ع . ص : يادداشت

شكل دهي انفجاري : موضوع .۱۴۰‐۱۳۹.ص : كتابنامه : يادداشت .دانشگاه صنعتي مالك اشتر : شناسه افزوده . ۱۳۵۶سادات اشكور ، علي ، : شناسه افزوده

۳/۶۷: رده بندي ديويي Ts ۲۵۷/ ماده ۷ الف ۶ : رده بندي كنگره ۱۱۳۰۹۵۵:شماره كتابشناسي ملي

أ

فهرست مطالب صفحه............................................................................................................. عنوان

۱..............................................................................................علائم و اختصارات ۳.................................................................................................................مقدمه

۶.........................................................................................................تاريخچه شناسايي عمومي مواد منفجره و مفاهيم اوليه انفجار–فصل اول

۱۰................................................................................................................................... كليات‐١‐١ ۱۰..................................................................................................بندي مواد منفجره طبقه‐١‐٢ ۱۴.......................................................................................... تعاريف عمومي مواد منفجره‐١‐٣ ١٤................................................................................................... تعريف ماده منفجره‐١‐٣‐ ١ ١٤.................................................................................................................تعريف انفجار‐١‐٣‐ ٢ ١٤................................................................................................. انتشار ايده آل انفجار‐١‐٣‐ ٣ ١٨............................................................................................................... سرعت انفجار‐١‐٣‐ ٤ ١٨.................................................................................................................. زمان انفجار‐١‐٣‐ ٥ ١٩............................................................................................................. منطقه واكنش‐١‐٣‐٦ ٢٠........................................................................هاي انفجاري هاي مختلف خرج شكل‐١‐ ٤ ۲۰................................................................................................................. خرج كروي‐ ١‐٤‐ ١ ۲۱...........................................................................................................اي خرج استوانه‐ ١‐٤‐٣ ۲۱.............................................................................................................اي خرج صفحه‐١‐٤‐ ٤ ۲۳........................................................................................................ شيمي مواد منفجره‐١‐ ٥ ٢٤............................................................................................................. ترموشيمي انفجار‐١‐٦ ۲۶....................................................................... حرارت ناشي از انفجار در فشار ثابت‐١‐٦‐١ ۲۷.......................................................................................... حجم گاز حاصل از انفجار‐١‐٦‐٢

ب

۲۸...................................................................................... كار حاصل از انبساط گازها‐١‐٦‐ ٣ ۲۹................................................................................................ پتانسيل ماده منفجره‐١‐٦‐ ٤

آن روابط حاكم بر توليد و انتشار موج انفجار و–فصل دوم ۳۲................................................................................................................................. كليات‐٢‐ ١ ۳۲......................................................................................................................... موج شوك‐٢‐ ٢ ۳۸.......................................................................ي واسطه مختلفها ها در محيط شوك‐٢‐ ٣ ۴۰...............................................................................ر موج در زير آبهاي انتشا تئوري‐٢‐ ٤ Kirk wood-Bathe ...................................................................۴۲ انتشار تئوري‐٢‐۴‐۱ ٤٨...........................................................ماني بر اساس معادلات رPenney تئوري‐٢‐۴‐۲ ٥١.......................وسيله انفجار در زير آب هب فشار، ضربه و انرژي شوك توليد شده ‐٢‐ ٥ ۵۸..........................فجار درون سيال هواوسيله ان ه فشار، ضربه و انرژي توليد شده ب‐٢‐٦ ۶۰....................................................................................................................... قانون تشابه‐٢‐ ٧ ۶۳...............................................................در اثر انفجار در زير آب توليد حباب گازي ‐٢‐ ٨

دهي انفجاري اصول طراحي فرآيند شكل‐فصل سوم ۷۰...................................................................................................................................كليات‐٣‐ ١ ٧٠....................................................................................پذيري آلياژهاي مهندسي شكل‐٣‐ ۲ ۷۲...................................................................دهي انفجاري لات شكهاي عملي سيستم‐٣‐ ٣ ۷۳..............................................................................................در فاصله عمليات استقرار ‐٣‐ ٤ ۷۴..................................................................يزات عمليات استقرار در فاصله تجه‐٣‐٤‐٣‐ ١ ۷۵..............................................................بندي عمليات استقرار در فاصله دسته‐٣‐٤‐٣‐ ٢ ۸۱..................ستم استقرار در فاصلهي در سدهي انفجاري هاي شكل اجزاء قالب‐٣‐٤‐ ٣ ۸۲.................................................................................................. بازيها ستم قالبيس ‐٣‐٤‐ ١ ۹۰............................................................................................. بستهيها ستم قالبيس ‐٣‐٤‐ ۲ ۹۲..........................................................................................ش فرم اوليه قطعه كار پي‐٣‐٤‐ ٤

ت

۹۴..........................................................................................دهي انفجاري شكل تانك ‐٣‐٤‐ ٥ ۱۰۱................................. قطعات توليدي به كمك عمليات استقرار در فاصلهتنوع ‐٣‐٤‐٦ ۱۰۳.........................................................................................دهي قطعات مسطح شكل‐٣‐٤‐ ٧ ۱۰۵............................................. شكليا جامي يکرودهي و اندازش قطعات شكل‐٣‐٤‐ ٨ ۱۰۷..................................................................دهي و اندازش قطعات سيلندري شكل‐٣‐٤‐ ٩ ١١١....................................................................تلفشكال مخدهي قطعات با ا شكل‐ ٣‐٤‐١٠

۱۱۱.............................................................يدهي انفجار طراحي قالب فرآيند شكل‐٣‐٤‐١١ ١١١............................................................اده منفجره مورد نياز محاسبه مقدار م‐٣‐٤‐١١‐١ ١٢٥....................................... محاسبه و طراحي ابعاد قالب شكل دهي انفجاري‐٣‐٤‐١١‐٢ ١٢٧...................... گيري قطعه كار ده منفجره در شكل تاثير فاصله و موقعيت ما‐٣‐٤‐١٢ ۱۲۹............................................................يکيدروليروه الکتيده ات شکليستم عملي س‐٣‐۵ ۱۳۲.............................................................يسي الکترومغناطيده ات شکليستم عملي س‐۳‐۶

۱۳۹.............................................................................................................................منابع و مراجع

علائم و اختصارات

A مساحت

maحباب گازي مساحت جانب

cالي سرعت صوت در س

Dه انفجاري سرعت حرکت لا

dlي جرئي جابجائ

dsيروپرات آنتيي تغ

dwانجام شدهي کار جزئ

Kثابت ماده منفجره

oKيکار ات لبهيب عملي ضر

Eل ماده منفجرهي پتانس

f روي ن

H يآنتالپ

Iضربه

eMماده منفجرهي وزن مولکول

pnتعداد مولکول گاز

enتعداد مولکول ماده منفجره

P فشار

mPممي فشار ماکز

yPيکي استاتمي فشار تسل

exPيکينامي معادل با فشار ديکيم استاتي فشار تسل

Qاز انفجاري حرارت ناش

٢ علائم و اختصارات

EQل ماده منفجرهي حرارت تشک

PQل ماده منفجرهي حرارت تشک

Vحجم

W کار انجام شده

u ماده منفجرهي داخليانرژ

tزمان

ρي چگال

γژهي وي نسبت حرارت

Ωي جنبشي آنتالپ

τير زماني تاخ

jثابت ماده منفجره

θي ثابت زمان

rεي کرنش شعاع

θεيطي کرنش مح

tεي کرنش ضخامت

εکرنش موثر

αمنفجره در واحد جرم مادهي مقدار انرژ

ηي انفجاريده ح شکليب تصحي ضر

yσمي تنش تسل

tσي تنش طراح

σتنش موثر

مقدمهدهي، اتصال، ساخت و تصحيح ابعادي هاي انفجاري در شكل استفاده از انرژي خرج

. اي يافته است فضا كاربرد گستردهقطعات در صنايع نظامي و هوا

ها به انرژي بالايي سري از روش دهي فلزات، يك هاي معمول شكل در كنار روش

دهي با نرخ هاي شكل ها، روش كه اصطلاحا به اين روش. براي شكل دادن نياز دارند

دهي با نرخ انرژي هاي شكل دهي انفجاري نيز جزو روش شكل. شود انرژي بالا گفته مي

. مين كننده انرژي آن ماده منفجره مي باشدأباشد كه منبع ت مي بالا

دهي با نرخ انرژي بالا داراي فوايدي هستند كه در بعضي موارد هاي شكل روش

تعدادي از اين فوايد . شودها استفاده از اين روشستيبا يفقط م براي توليد يك قطعه

دست ه، كاهش برگشت فنري، بهبود سطح بدرجه بالايي از تكرارپذيري: ازعبارتند

دهي، كاهش قيمت ابزار و انرژي تر شكل هاي دقيق دهي، تلورانس آمده بعد از شكل

دهي انفجاري زمان شكلدر روش .مصرفي، شكل دادن قطعات خيلي بزرگ و پيچيده

قطعه كار بعد از دريافت . استحد چند ميكروثانيه جام واكنش بسيار كوتاه بوده و دران

بين . گيرد الا درحد چند ميلي ثانيه شكل ميانرژي انفجار شتاب گرفته و با سرعت ب

جاد شده در اثر انفجار يا از يك سيال پرشده و موج انفجار يماده انفجارقطعه كار و

اي موارد هم اين سيال وجود ندارد و در پاره. رسد به قطعه كار ميوسط اين سيال ت

صورت تواند به تغيير شكل در فلز مي. استماده منفجره در تماس مستقيم با قطعه كار

تفاوت اين دو حالت اين است كه هنگام . آزاد و يا با استفاده از يك قالب صورت پذيرد

. گيرد خود مي هرا ب بارا شكل آن، قطعه اجاستفاده از قالب

با توجه به . استها پوستهي انفجاريده کلن روش، شي اي از موارد کاربرديکي

آن همواره مورد توجه بوده يده شکل ،ها كاربرد فراواني در صنايع دارند كه پوسته اين

٤ مقدمه

اخت شن،هاي ابعادي گوناگون اشكال مختلف و با دقت ها با كاربرد وسيع پوسته.است

ها پوسته از كاربرد جدا .است ضروري ساخته را ها پوسته دهي هاي مختلف شكل روش

) نظير صنايع موشكي(اي كه در صنايع هوافضا هاي استوانه صنايع غيرنظامي، پوسته در

اي هاي بالا از اهميت ويژه دليل داشتن اشكال نسبتا پيچيده و تلورانسه ب،كاربرد دارند

هاي اي، از روش استوانهيها كه اغلب براي شكل دادن اين پوسته. برخوردار هستند

.شود دهي انفجاري استفاده مي مثل شكلدهي با نرخ انرژي بالا كلش

صورت کامل ه بي انفجاريده ند شکلي فراي شده است تا مبانيدر کتاب حاضر سع

قطعه دهي انفجاري براي توليد يك اولين مرحله طراحي فرايند شكل. ان شوديب

مرحله دوم شناخت انفجار و دانستن . باشد شناخت مواد منفجره و كاربردهايشان مي

ها و روابط حاكم بر انفجار خواهد بود، كه بدون دانستن اين معلومات، طراحي تئوري

دليل پيچيده بودن به. دهي انفجاري غيرممكن خواهد بود درست فرايند شكل

محاسبات فشار ايجاد شده در اثر انفجار يك مقدار مشخصي از ماده منفجره در محيط

. هاي متفاوتي بكار برده شده است اي نظير آب تقريب واسطه

در فصل اول كلياتي در مورد شناخت اوليه مواد منفجره، تركيبات شيميايي و

ها و تعاريف اوليه انفجار آورده شده آنهمراه كاربردهاي صنعتي بهيخصوصيات فيزيك

آن است كه در اين فصل بهچگونگي كاركردن با مواد منفجره موضوع ديگري . است

. پرداخته شده است

هاي واسطه مختلف را فصل دوم روابط اساسي و معادلات حاكم بر انفجار در محيط

. ار آورده شده استهاي مختلف انفج طور خلاصه تئوري هدر اين فصل ب. شود شامل مي

چگونگي بوجود آمدن حباب گاز در اثر انفجار در محيط واسطه آب و نوسانات آن و

. ردي گيمهمچنين پالس اوليه و پالس ثانويه نيز در اين فصل مورد بحث قرار

٥ دهی انفجاری اصول طراحی فرآيند شکل

و دهي انفجاري مورد بحث قرار گرفته هاي مختلف شكل در فصل سوم انواع سيستم

هاي عملي مختلف توضيحات كلي آورده ها با ارائه مثال سيستمدر مورد هر كدام از اين

از مهمترين مطالب اين فصل چگونگي انتخاب ماده منفجره و محاسبه . شده است

دهي انفجاري، قالب، طراحي تانك شكليمقدار شكل و جايگذاري آن، محاسبه ابعاد

در اين . باشد الب ميندي قب كار و آب بندي، تخليه هواي بين قالب و قطعه هنحوه گير

روش قطعات بهدهي فصل با ارائه كارهاي مختلف از توليد كنندگاني كه درگير شكل

به خواننده جهت انتخاب دهي انفجاري هستند سعي شده است تا يك ديد كلي شكل

.داده بشوددهي انفجاري و مواد جانبي آن سيستم شكل

ي مرجعي انفجاريده ند شکليد فراق در مورياند تا با تحق کردهين کتاب سعيمولف

لذا کتاب حاضر . ها قرار دهند ار آنيه کرده و در اختيگران ته ان و صنعتي دانشجويبرا

به جامعه ين کتاب خدمت کوچکيد است ايام. داردي و پژوهشيقاتيشتر جنبه تحقيب

ها و شنهاديا را از پمم که ياز شما خواهشمند. مان باشد يهن اسلامي مي و صنعتيعلم

ل مطالب کتاب خواهد بود محروم ي ما در اصلاح و تکمي خود که راهنمايانتقادها

آدرس بهيکيق پست الکترونيطرشنهاد و انتقاد خود را ازيد هرگونه پيتوان يشما م. دينگردان

com.gmail@malekzadeh.k.www اي ir.ac.mut@kmalekzadeh.www

. دييارسال فرما

دادند، تشکر يارين کتاب يه اي که ما را در تهيم از تمام کسانيدان يان لازم ميدر پا

باشد که ما را با يزانين کار شامل همه عزيا يم اجر معنويدواريام. ميي نمايو قدردان

.ت خود نمودنديش مرهون عناي خويها کها و کم ييراهنما

شکور سيدعلي سادات ‐زاده کرامت ملک

اريخچه تاولين كاربرد صنعتي مواد منفجره همراه با شناسايي باروت بود كه در قرن هفدهم

و در ١نيتروسلولز توسط پلونز. م١٨٣٨در سال . ها استفاده شد براي شكستن سنگ

را پيرو تكميل و ساخته شد و آن٢ م نيتروگليسيرين توسط اسكانيوسابررو١٨٤٦سال

را نقل گليسيرين آن آلفردنوبل براي سهولت حمل و. م١٨٦٧در سال . گليسيرين ناميد

دست ه درصد نيتروگليسيرين ب٧٥ كرد و جسم پلاستيكي شامل ٣جذب دياتوميت

توانست تا سه برابر خود نيتروگليسيرين جذب كند و محصول آن اين ماده مي.آورد

. ناميده شد٤گوهر ديناميت

ساخت كه مخلوطي ٥ ژلاتين انفجاريآلفرد نوبل نوعي ديناميت از. م١٨٧٥سال در

منفجره وز هم از مواد نيتروسلولز بود كه هن%٨ نيتروگليسيرين و%٩٢ژلاتيني شكل از

سديم از مخلوط كردن نيترات .م١٨٧٩دنبال آن درسال هب. رود شمار مي بهقوي صنعتي

زيادي از موادانواع . دست آمد هتر ب منفجره ضعيف اير مواد به ژلاتين انفجاري موادو س

.م١٨٩٥مواد منفجره اكسيژن مايع در سال . اند اين اساس ساخته شدهمنفجره بر

توليد گرديد اما . م١٨٦٧عنوان مواد منفجره در سال ساخته شد و نتيرات آمونيم به

. م١٩٥٥عنوان يك ماده منفجره صنعتي از سال كاربرد مخلوط آن با سوخت مايع به

زدن خها از ي نيتروگليكل به ديناميت از اختلاط دي. م١٩٢٠ درسال .متداول گرديد

و ١٩٦٠ و در دهه ٦اي مواد منفجره ژله١٩٦٠ و ١٩٥٠در دهه . ها جلوگيري شد آن

1- T.J.Plonze 2- Ascanio sobrero 3- Kieselguhr 4- Guhr Dynamite 5- Blasting gelatine 6 - Slurry

دهی انفجاری اصول طراحی فرايند شکل

٧

قابل ذكر است كه ديناميت مشتق از . تهيه گرديد١ مواد منفجره امولسيون١٩٧٠

. ]١۷[ به معني نيرو مي باشد (Dynamis)كلمه يوناني

آغاز شد كه براي ١٩٨٨ سال دهي قطعات از از مواد منفجره براي شكلاستفاده

به استثناء چند .هاي آهني استفاده گرديد بار از مواد منفجره براي حكاكي شمش اولين

كه صنعت هوا و فضا دهي انفجاري چندان كاربردي نداشت تا اين لكاربرد اندك شك

شكال پيچيده و با تعداد توليد كم احساس ها با ا آمد و نياز به قطعات و پوسته بوجود

پذيري نيز قطعات با مشكل مواجه اغلب اين قطعات بزرگ بوده و از نظر شكل. شد

. بودند

كه نياز به دهي انفجاري اين فرصت را بوجود آورد تا قطعات بدون اين شكل

باشدگذاري روي ماشين ابزار و مجموعه چندين قالب براي توليد مورد نياز سرمايه

دهي انفجاري خيلي براي يك دهه، دانش و كاربرد شكلبنابراين. شکل داده شوند

وسيله هنتايج و تجربيات زيادي در طول جنگ جهاني دوم ب. ]٢[سريع رشد پيدا كرد

تحقيق ) براي توليدات و اهداف نظامي(گروهي كه در مورد اثرات انفجار در زير آب

پس از پايان جنگ جهاني دوم و كاهش فعاليت صنايع . ]١[دست آمد هكردند ب مي

تعداد كمي از البته هنوز هم. هوافضا، كاربرد اين روش تدريجا كاهش پيدا كرد

ساخت منظم عنوان يك پروسه ري بهدهي انفجا ها و موسسات نظامي از شكل یكمپان

ان جنگ زم در باشد دسترس مي كه اكنون در بيشتر اطلاعاتي. كنند استفاده مي

. ]٢[دست آمده است هجهاني دوم ب

تري نسبت به هاي مدرن با پيشرفت علم و داشتن وسايل آزمايشگاهي پيشرفته روش

دهي الكتروهيدروليك را ن شكلتوا ها مي دهي انفجاري بوجود آمدند كه از اين روش شكل

ليد اظ تودهي انفجاري است و از لح اصول كاربردي اين روش مشابه روش شكل. نام برد

1 - Emulsion

تاريخچه

٨

دهي انفجاري ندارد و فقط منبع تامين كننده انرژي آن قطعات هيچ مزيتي نسبت به شكل

دهي هايي نظير شكل دهي انفجاري نسبت به روش مزيت شكل. ]١٠[متفاوت است

. تر آن است الكتروهيدروليك، الكترومغناطيس منبع انرژي ارزان

اي ناشي از انفجار مواد منفجره در هاي توسط بارهاي ضرب تغيير شكل پوسته استوانه

به بعد در كشورهاي اروپايي مورد بررسي قرار گرفته ١٩٧٧محيط واسط آب تقريبا از سال

و ١پدرون هاي انجام گرفته در اين مورد كارهاي كريستوف از جديدترين فعاليت. است

هاي بزرگ و كمانش توان نام برد كه در زمينه تغيير شكل در فرانسه را مي٢كامسبكر الين

. ]١۸[اي در برابر بارهاي انفجاري در زير آب بوده است هاي استوانه پوسته

روش انفجاري در دهه اخير در كشورمان ايران مورد توجه قرار دهي قطعات به كلش

دليل مشكلات تاريخي و سياسي تا اوايل انقلاب اسلامي و حتي در دهه به. گرفته است

در با توسعه صنايع هوافضا. نگرفته است زمينه كار بنياديني صورتاول انقلاب در اين

دهي انفجاري مورد ساخت، شكل مدرنيها تكنولوژيني به ايابي دستايران و لزوم

توجه قرار گرفت و كارها و تحقيقات مفيدي در اين زمينه انجام شده كه اكثرا در

.صنايع نظامي بوده است

1 - Christophe pedron 2 - Alain Combescure

فصل اول

شناسايي عمومي مواد منفجره

و

مفاهيم اوليه انفجار

١٠ شناسائی عمومی مواد منفجره و مفاهيم اوليه انفجار: فصل اول

كليات ‐١‐١

اي از فعل و انفعالات شـيميايي هـستند بندي شده مواد منفجره زير مجموعه طبقه

ايـن نـوع تركيبـات شـيميايي . توانند مقدار خيلي زيادي گرما و گاز توليد كنند كه مي

از فعـل و انفعـالات را كنتـرل كـرده و زياد هستند و اكثرا سعي شـده اسـت كـه ايـن

امروزه تعداد متنوعي از مـواد منفجـره . شان در جهت كارهاي مفيد استفاده شود انرژي

دهـي در شكل. كه قابل كنترل، قابل اطمينان و قابل دستيابي آسان هستند وجود دارد

شـتن انفجاري منبع تامين كننده انرژي مواد منفجره شـيميايي هـستند لـذا بـدون دا

دهي با مـشكل اساسـي مواجـه ينه مواد منفجره انجام پروسه شكلاطلاعات لازم در زم

. شود مي

ايـن اطلاعـات . در اين فصل اطلاعاتي در مورد انواع مواد منفجره ارائه شـده اسـت

انفجار و چگـونگي انتـشار مـوج شـوك حاصـل از ،شامل تعاريف عمومي مواد منفجره

همچنـين مـواد منفجـره از نظـر تركيـب شـيميايي و . باشـد ماده منفجـره مـي انفجار

ارتباط بين خواص فيزيكي موج شوك و نوع . ترموشيمي مورد بررسي قرار گرفته است

را هـا آنماده منفجره از مواردي است كه بررسي انواع مواد منفجره و خصوصيات ويژه

. ده شده استاهتمام ورزي خلاصه به اين امر طور هجا ب اين كه در سازد ضروري مي

طبقه بندي مواد منفجره ‐١‐٢

: كنند بندي مي صورت زير طبقه هطور كلي مواد منفجره را ب هب

ثير حرارت خيلـي سـريع أ موادي خنثي هستند و تحت ت :مواد منفجره مكانيكي

١مـثلا در طريقـه كـاردكس . كننـد تبخير شده و فشار لازم را به ديوار ظـرف وارد مـي

ـ كربن را داخل محـيط بـسته قـرار داده و ظرفي محتوي اكسيد وسـيله گـرم كـردن ه ب 1 - Cardox

دهی انفجاری اصول طراحی فرايند شکل

١١

بب انبـساط گـاز و پـاره شـدن ظـرف كننـد گرمـا س ـ كربن را داغ مي الكتريكي اكسيد

. ]١۷[شود عنوان منبع انرژي براي كار استفاده مي گردد و گاز آزاد شده به مي

يا موادي ٢٣٥انيم اي شامل پلوتونيم، اور مواد منفجره هسته : اي مواد منفجره هسته

فعل و انفعال اتمي تا سطحي بحراني قابل كنترل . ست كه از نظر اتمي فعالند ا ها آنشبيه

٤× ١٠ ١٤ توانند تا اي مي مواد هسته. است و بعد از اين انفجار بسيار مخربي روي خواهد داد

كه يـك TNT كه در صورتي. متر كار به ازاء هر كيلوگرم مواد اوليه توليد كنند ‐كيلوگرم

متر كار بـه ازاء هـر كيلـوگرم ‐ كيلوگرم ٢/١×١٠ ٤تواند ماده منفجره شيميايي است مي

. ]١ و ١۷[توليد نمايد

تندسوز و كندسوز مواد منفجره شيميايي به دو دسته :مواد منفجره شيميايي

٨٠٠٠ تـا ١٥٠٠در موارد منفجره تندسوز سرعت فعل و انفعالات . شوند تقسيم مي

مـواد منفجـره . باشـد اتمسفر مي ٢٥٠٠٠٠ تا ٣٥٠٠ر بر ثانيه و فشار ايجاد شده مت

قبيـل انـدكي تحريـك از اوليه كه با تندسوز: شوند تندسوز به دو بخش تقسيم مي

سوز ثانويه كه براي انفجار نياز به يك مـوج تند. شود مي شعله و ضربه منفجر جرقه،

. انفجاري دارد

٣٥٠٠ چند متر بر ثانيـه و فـشار وارده تـا سرعت انفجار در مواد منفجره كندسوز،

.باشند تركيبات نيترات آمونيم مي شامل اين نوع مواد اغلب . اتمسفر ممكن است برسد

آزاد انـرژي . شـود عنوان خرج پرتابي مصرف مي همواد منفجره كندسوز در امور نظامي ب

. سـت ا هـا آنترموشـيميايي سوز تابع خواص كندسوز و وسيله مواد منفجره تند هشده ب

٢/٤( كـالري حـرارت ١٠٠٠ گـاز و cm3١٠٠٠طور متوسط هر گرم مـواد منفجـره هب

. كند توليد مي) كيلوژول

١٢ شناسائی عمومی مواد منفجره و مفاهيم اوليه انفجار: فصل اول

انواع مواد منفجره از معدودي اجزاء كه همگي شناخته شده هستند و ايمني كار بـا

درخـود نگـه صورت ذخيره ه اين مواد انرژي را ب .شوند تاييد شده است ساخته مي ها آن

سـوز مواد منفجـره كند . باشند و آماده براي اجراي مقاصد نظامي و مهندسي مي داشته

شوند كه منبع انرژي قابل كنترل براي زمان معين نياز باشـد مـثلا درجايي مصرف مي

سـوز درجـايي مواد منفجره تند .ها ها تا چندين ثانيه در راكت انيه در تفنگ ث چند ميلي

اين مـواد بـراي . شار زياد و آزاد شدن سريع انرژي مورد نياز باشد ود كه ف ش مصرف مي

كـاري و بريدن فلزات، تخريب بناهـا، معـدن كارهاي مهندسي نظير شكل دادن فلزات،

ي را يبنـدي فـوق، مـواد منفجـره شـيميا علاوه بر طبقه . ]١ و ١٦[رود كار مي هغيره ب

مخلوط ( و گاز) يتروگليسيرينن( ، مايع (TNT, RDX,..…)صورت جامد هتوان ب مي

. ]١۸[بندي نمود تقسيم) علاوه استيلن هاكسيژن ب

: كنند كه عبارتند از لحاظ كاربرد به دو دسته تقسيم ميمواد منفجره را از

مواد منفجره تجاري – ١

مواد منفجره نظامي – ٢

TNT , PETNها و مواد منفجره نظامي مثل مواد منفجره تجاري مثل ديناميت

, RDX عناصـر اطلاعاتي راجـع بـه مـواد منفجـره )١‐١(در جدول . باشند مي …و ،

آورده شـده هـا آن شان و همچنـين تركيبـات يها، خواص و كاربرد ها آنتشكيل دهنده

. ]١۸[ است

دهی انفجاری اصول طراحی فرايند شکل

١٣

.]١٧[ مشخصات فيزيكي و كاربردي بعضي از مواد منفجره‐١‐١جدول

ميماکز م

فشارKsi(

MPa)

مدت دوام ينچاش

استفاده شده

يانرژft.lb/lb

(KJ/Kg)

سرعت انفجار fps(m/s)

شکل ماده منفجره

قدرت 0/0 ينسب

TNT مواد منفجره

3400 (23443)

Very good No. 6 425000

(1270) 27500 (8380)

Pressed granuless 170

CYelotrimethylene

trinitramine (RDX)

2400 (16548) Moderate J-2 262000

(780) 23000 (7010) Cast 100 Trinitrotoluene

(TNT)

3200 (22064) Excellent No. 6 435000

(1300) 27200 (8290)

Pressed granuless 170

Pentaerythrital tetranitrate (PETN)

2800 (19306) Good No. 8 317000

(950) 25000 (7620) Cast 140 Pentalite

(50/50)

000 Excellent Special 000 25700 (7835)

Pressed granuless 129 Tetryl

000 Good No. 6 000 26400 (8045)

Hand-shaped putty

115 Composion c-3

970 (6688) Fair No. 8 202000

(605) 15500 (4725)

Catridge granules 94

40 0/0 straight

dynamite

000 Fair No. 6 220000 (660)

17400 (5305)

Catridge granules 103

50 0/0 straight ditching dynamite

620 (4275) Fair No. 6 24000

(715) 12500 (3810)

Catridge granules 109 60 0/0 extra

dynamite

2600 (17927) Fair J-2 408000

(1220) 26200 (7985)

Catridge plastic 99 Blasting

gelatin

000 Fair No. 8 000 4600 (1400)

Catridge granules …

Bituminous coal D permissible

explosive

000 Excellent No. 6 000 20800 (6340)

Plastic or cotton cord … Primacod. 40

g/ft

000 Excellent Special 000 24000 (7315)

Metal-coated cord …

Mld detonating cord. 10g PETN/ft

000 Very good No. 8 000 23700

(7225) Cut to shape … Detasheet

000 Fair-good No. 6 000 7000

(2135) Catridge granules 90 Cyadyn 3

000 Excellent (unimixed components)

Special 000 11500 (3505)

Sturry (two parts) 20 IRECO DBA

– HV&

١٤ شناسائی عمومی مواد منفجره و مفاهيم اوليه انفجار: فصل اول

تعاريف عمومي مواد منفجره ‐١‐٣

مـاده منفجـره تركيـب شـيميايي يـا مخلـوط :تعريف مواد منفجره ‐١‐٣‐١

مكانيكي است كه در اثر جرقه، ضربه، حرارت و يا شعله در مدت كوتاهي تجزيه شده و

. ]١۷[مقدار بسيار زيادي گاز و حرارت توليد مي كند

منفجره را كه منجر به تجزيه يا سوختن سريع مواد:تعريف انفجار‐١‐٣‐٢

].١[ انفجار گويند،سريع گاز و حرارت مي گردد بسيار شدن آزاد

واضـح اسـت کـه در . سوزند يم طور كلي مواد سوختني هر يك با سرعت معيني هب

سرعت سـوختن . سوزد تر از نفت مي باروت سريع وتر از چوب عي نفت سر يط عاد يشرا

يطي فراهم شـود چنانچه شرا. استcm/s١ باروت در شرايط معمولي و در هواي آزاد

٨٥٠٠ m/s تـا ١٥٠٠ m/s كه ماده سوختي با سرعتي بيشتر از مقادير معمولي مـثلا

.]١۷[توان انفجار ناميد بسوزد در اين صورت پديده اخير را مي

: فراهم گرددريزط يشراكه هر ماده سوختني قابل انفجار است در صورتي

. اكسيژن به حد كافي موجود باشد– ۱ . تركيب سريع اكسيژن با ماده مورد نظر فراهم گردد امكان ‐ ۲

: كنند انفجار را به دو دسته تقسيم مي

آل انفجار ايده–۱ آل انفجار غير ايده–۲

آل انفجـاري كـه ايـده . نهايت باشـد آل است كه سرعت واكنش آن بي انفجاري ايده

].١[آل گويند نباشد را غير ايده

رجاآل انف انتشار ايده‐١‐٣‐٣

سـادگي حركـت مـوج نشان داده شده است كـه بـه ) ١‐١(آل در شكل فجار ايده ان

طرف راست جبهـه انفجـار، شـرايط عـادي . دهد را نشان مي Dثابت انفجار با سرعت

دهی انفجاری اصول طراحی فرايند شکل

١٥

اگر فرض . استToو درجه حرارت ρoدهد كه داراي چگالي ماده منفجره را نشان مي

طور كامـل واكـنش داده و فـضا بـا ه ب هشود كه در طرف چپ جبهه انفجار ماده منفجر

پر شده باشد، در اين صـورت تـراكم گـاز P و فشار Tگازهايي با درجه حرارت بالاي

گردد و باعث بوجود آمدن يك جريان گـاز ايجاد ميρ0 نسبت به ρزياد شده و چگالي

اغ آل هـيچ انتـشار جـانبي از گـاز د در حالت ايده , گردد طرف راست مي ه ب uبا سرعت

وسيله قوانين تئوري هيدروديناميك قابل توجيـه اسـت و هتمام پروسه ب .ممكن نيست

براي اين منظور فقط لازم است تا از قوانين بقاي جـرم، انـرژي و مقـدار حركـت آنـي

تا يك رابطه قابل قبولي با توجه به سرعت صوت در گازهاي توليد شده، گردداستفاده

. شودار سرعت ذرات و سرعت انفجار برقر

.]۱[ آل پارامترهاي انفجار ايده ‐ ١‐١شكل

١٦ شناسائی عمومی مواد منفجره و مفاهيم اوليه انفجار: فصل اول

٨٠٠٠ ft/sكند كه محدوده آن از سرعت انفجار با توجه به نوع ماده منفجره تغيير مي

RDX براي مواد منفجره نظير ft/s٢٦٠٠٠براي يك ماده منفجره نظير نيتريت آمونيم تا

. است

بـستگي بـه چگـالي حجمـي مـواد TNTاد منفجره نظيـر سرعت در يك دانه مو

چگـالي يـك .چگالي حجمي بيشترين تاثير را روي سـرعت انفجـار دارد . منفجره دارد

يـك تقريـب .. كنـد تغييـر مـي =ρ ۶/۱ تا = ۱ρoاي از ماده منفجره در يك محدوده

: ر استصورت زي هب خوب براي رابطه بين سرعت انفجار و چگالي اوليه ماده منفجره

)١‐ ١( D=A. ρo سـرعت حركـت D ثابت است كه بستگي به نوع ماده منفجـره دارد و Aدر اينجا

. باشد لايه انفجار مي

: صورت زير بيان شده است هسرعت انفجار است و ب حساس به كاملاPفشار

P=D2. ρo .(ρ - ρo)/ ρ )١‐٢(

صـورت بـه اين دو معادله، معادلات تجربي هستند كه در ابتدا بايد سرعت انفجار را

. آورددست بهيك تابعي از چگالي حجمي ماده منفجره

u آيد ميدست به نيز از رابطه زير:

u = D. (ρ – ρ o) / ρ )١‐٣(

خارج از اين نقطه با طرف بهموج انفجاري . شود انفجار از يك نقطه شروع مي عموما

براي يك . دهد كند و يك جبهه كروي انفجار را تشكيل مي يك نرخ ثابتي پيشروي مي

طرف بهموج . نشان داده شده است ) ١‐٢ (نهايت انتشار موج در شكل محيط واسطه بي

شـود و از شـعاع انحنـاء جبهـه كاسـته خارج از اين نقطه انتشار يافته و گـسترده مـي

تـوان بنابراين براي فواصل زيـاد از نقطـه شـروع انفجـار جبهـه مـوج را مـي ،گردد مي

.]١ [) ١‐٣شكل (نظر گرفت صورت يك صفحه در به

دهی انفجاری اصول طراحی فرايند شکل

١٧

].١[ انتشار جبهه انفجار از يك نقطه‐١‐٢ل شك

كه انفجار از يك(ي ا نها انتشار جبهه انفجار در طول يك خرج استو‐١‐٣شكل

].١[ )رود و به سمت انتهاي ديگر پيش مي نقطه شروع

١٨ شناسائی عمومی مواد منفجره و مفاهيم اوليه انفجار: فصل اول

سرعت انفجار‐١‐٣‐٤

فجـره يـا بـه سرعت انفجار همان سرعت تجزيه شدن يا سـرعت سـوختن مـاده من

اگـر سـرعت . عبارت ديگر سرعت حركت موج انفجار در سراسـر مـاده منفجـره اسـت

اگـر سـرعت آن را انفجار گوينـد و سوختن ماده منفجره بيش از سرعت صوت باشد آن

.]١۷[ نامند يم ١كمتر از سرعت صوت باشد اين پديده را سوزش

:]٦و١۷[عواملي كه بر سرعت انفجار تاثير دارند عبارتند از

ميزان آزاد شدن انرژي ‐١

چگالي ماده منفجره ‐٢

ابعاد ذرات ماده منفجره ‐٣

نوع چاشني ‐٤

ابعاد خرج انفجاري ‐٥

زمان انفجار‐١‐٣‐٥

فرايند انفجار نيز و براي انجام هر فرايند شيميايي زمان محدود و معيني لازم است

زمـان انفجـاري كـه در . يك واكنش شيميايي است و از ايـن قاعـده مـستثني نيـست

آل داراي زمان توان گفت كه انفجار ايده محدود انجام شود را انفجار واقعي گويند و مي

آل فورا بنابراين انرژي ناشي از انفجار ايده . نهايت در واكنش است يعني سرعت بي صفر،

].١[كند بالايي توليد مي و فشار بسيار شود آزاد مي

هـاي مـاده منفجـره اسـت و هرچـه ويژگياصولا زمان واكنش بسيار كوتاه يكي از

از نظر فيزيكي امكـان . تر خواهد بود تري صورت بگيرد انفجار قوي انفجار در زمان كوتاه

هاي شيميائي براي كامل شدن نيـاز بـه ندارد زمان انفجار صفر باشد زيرا كليه واكنش

برهم منطبق نيست بنابراين مرز بين ناحيه واكنش يافته و مواد اوليه كاملا. زمان دارند 1 -Deflagration

دهی انفجاری اصول طراحی فرايند شکل

١٩

اي با ضخامت محدود بين اين دو مرز وجود دارد كه اين ناحيه را ناحيه واكنش و ناحيه

صـفر ) ١‐٢شـكل (آل ضخامت ناحيه واكـنش در انفجـار ايـده ). ١‐٤شكل (نامند مي

تـر باشـد ضـخامت ايـن ناحيـه كمتـر آل نزديـك حالـت ايـده بـه است و هرچه انفجار

] .١و٢[است

.]۱[آل ناحيه واكنش در انفجار غير ايده‐١‐٤شكل

منطقه واكنش ‐١‐٣‐٦

آل مرز بين منطقـه واكـنش در قسمت تعريف انفجار ذكر گرديد كه در حالت غير ايده

به ايـن منطقـه، . اي با ضخامت مشخص است ناحيه صورت بهيافته و منطقه واكنش نيافته

داراي زمان واكنش كوتاه RDX و TNTاي نظير مواد منفجره .]١[منطقه واكنش گويند

. باشـد در جهت شـعاعي مـي ٢‐mm٣ ها آن است و طول منطقه واكنش ١‐µS٢حدود

.] ١۷[ است mm٤/٠نيتروگليسرين واكنش بسيار سريعي دارد و منطقه واكنش آن فقط

فـشار، چگـالي و اضح است با فرض واكنش سريع، احتمال توزيع درجـه حـرارت، و

].١[ يكنواخت وجود ندارد صورت به ماده منفجره درجه تجزيه

٢٠ شناسائی عمومی مواد منفجره و مفاهيم اوليه انفجار: فصل اول

هاي انفجاري هاي مختلف خرج شكل‐١‐٤

خرج كروي‐١‐٤‐١

در حالـت انفجـار خـرج . باشـد ها مـي ترين شكل خرج هندسه خرج كروي، از ساده

روي شود و هندسه ك ـ صورت شعاعي گسترده مي ه ب ١موج شوك ) ١‐٥(روي شكل ــــك

].١[دهد به جبهه شوك مي

دو خرج با مقادير مختلف توليد شده لهيوس بههاي شوك كروي كه جبهه‐١‐٥شكل

.]۱[وسط خرج شكل مخروطي خواهد داشت است

با طول محدود يا خرج ريسماني٢ خرج خطي‐١‐٤‐٢

شروع شده Oار ابتدا از نقطه انفج. نشان داده شده است) ١‐٦(اين نوع خرج در شكل

بعد از كامل شدن انفجار موج، خرج شوك شكل . رود پيش ميLو در طول خرج به سمت

1-Shock Wave 2-Linear Explosive Material

دهی انفجاری اصول طراحی فرايند شکل

٢١

خرج به شكل كروي پيش ي كه در انتها نشان داده شده در اين تصوير را خواهد داشت،

قسمت ها نسبت به هاي مختلف خرج يكسان نيست و در كنارهجا فشار در خواهد رفت و

].١[كند آزمايشات نيز اين مطلب را تأييد مي. خيلي بيشتر استييتهاان

.[L] ۱۷ جبهه موج شوك اطراف يك خرج خطي بطول‐١‐٦شكل

ي ا نها خرج استو‐١‐٤‐٣

مطالعـات . يـت اسـت طول خرج نسبت به قطر خـرج بـي نها ، يا خرج استوانه در

ها مشخص كرده است كه شكل كلي موج شـوك نوع خرج زمان اين ‐هاي فشار منحني

].١[هاي خطي با طول محدود است شبيه خرج

اي خرج صفحه‐١‐٤‐٤

هـا عمومـا ايـن خـرج . دهنـد هـاي نـازك، شـكل مـي ورق صـورت بهها را اين خرج

روي هـم چيـده ١هاي اي، سيلندر توخالي، پليت صفحه صورت بهپذير هستند و انعطاف

مـوج شـوك اطـراف يـك .شوند دهي مي شكل ،)كمان(يي به شكل آرك ها شده و خم

مـوج شـوك بـالا و پـايين . خواهـد بـود ) ١‐٧( شكل رتوص بهاي مسطح، خرج صفحه

. مسطح استصورت بهصفحه

1-Plate

٢٢ شناسائی عمومی مواد منفجره و مفاهيم اوليه انفجار: فصل اول

دهـد، را نشان مـي ای استوانهنيز دو خرج به شكل سيلندر توخالي و ) ١‐٨(شكل

شار ايجـاد شـده، توسـط خـرج بـا شـكل مساوي از مركز دو خرج، ف ـ Rدر يك فاصله

هاي ويـژه بنابراين با انتخاب شكل . اي بيشتر است قابل ملاحظه طور بهسيلندر توخالي

تـوان از يـك مقـدار ثابـت مـواد از خرج با توجه به شرايط عملكرد ماده منفجـره مـي

.]٢[ آورد دست بهمنفجره انرژي بيشتري در كار

.]۲[اي مسطح موج شوك اطراف يك خرج صفحه‐١‐٧شكل

.]۲[ يك مقدار ثابت مواد منفجره با دو توزيع فشار مختلف‐١‐٨شكل

دهی انفجاری اصول طراحی فرايند شکل

٢٣

توان ساخت تا شكل موج هاي انفجاري مي شماري از خرج هاي بي شكل

در كل . خرج به شكل نهايي قطعه كار وابسته است شكل. آيددست بهدلخواه

شوند همين چند مورد اد منفجره كه بيشتر استفاده ميهاي عمومي مو شكل

].١[ باشد يم

شيمي مواد منفجره‐١‐٥

:]٦[شوند ي زير تقسيم ميها گروهاز نظر تركيب شيميايي مواد منفجره به

تركيبات معدني ‐١

تركيبات آلي شامل نيترو، نيتريك نيترامين و مشتقات فلزي ‐٢

د اكسيد كننده كه هر يك بـه تنهـايي و موا ) ها سوخت(مخلوط مواد سوختني ‐٣

.ماده منفجره نيستند

ي ها گروهبيشترين . ها در اين تركيبات وجود دارند مي مشخصي از اتها گروه

.آورده شده است) ١‐ ٩(شيميائي در شكل

اصلي تشكيل دهنده شود كه ازت يكي از عناصر ها مشخص مي از اين فرمول

. باشند اي هم وجود دارد كه فاقد ازت مي اگرچه مواد منفجره. مواد منفجره است

براي . ي مواد منفجره داراي هيدروژن و ازت هستنديت شيميابيشتر تركيبا

ي ها گروهداشتن يك ماده منفجره بايد يك يا چند اتم هيدروژن ماده اوليه را با

. شود به اين ترتيب انواع مواد منفجره ساخته مي.شيميايي فوق جايگزين گردد

فرمول شيميايي و موارد استعمال برخي مواد علامت، اسم،) ١‐ ٢(ل در جدو

.منفجره آمده است

٢٤ شناسائی عمومی مواد منفجره و مفاهيم اوليه انفجار: فصل اول

ي شيميائي كه در تركيبات مواد منفجره بيشترين ها گروه تعدادي از ‐١‐٩شكل

.]۶[كاربرد را دارند

ترموشيمي انفجار‐١‐٦

ـانرژي آزاد شده . شود در ترموشيمي از تغييرات انرژي داخلي صحبت مي لهيوس ـ هبشـكل هشود و ب انرژي حرارتي آشكار مي صورت به) انرژي پتانسيل ماده منفجره (انفجار

.شود انرژي مكانيكي آزاد مي در هر سيستم منفرد كه انرژي جذب و دفع نشود مقـدار براساس قانون بقاي انرژي ،

: ديگر بارتع بهماند اما ممكن است انرژي آن به اشكال مختلف درآيد مي انرژي ثابت انرژي پتانسيل+ انرژي جنبشي = مقدار ثابت )١‐ ٤(

دهی انفجاری اصول طراحی فرايند شکل

٢٥

.]۶[ برخي از مشخصات مواد منفجره‐١‐٢جدول

مورد مصرف علامت اختصاري اسم و فرمول شيميايي

اكسيد كننده NH4NO3 AN نيترات امونيم

يهخرج مايع ثانو C3H5(NO3)3 NG نيتروگليسرين

عنوان تقويت كننده هخرج قوي ب C5H8N4O12 PETN پنتا ارتريتول تترانيترات

سيكلو تري متيلن تري

نيترامينC3H6N6O6 RDX بوستر

بوستر C7H5N5O8 Tetryl تري نيتروفنيل متيل نيترامين

منفجره قوي ثانويه C6H6N4O7 AP پيكرات امونيم

خرج مايع ثانويه CH3NO2 NM نيترومتال

خرج اوليه … Hg(CNO)3 فلو مينات جيوه

خرج قوي ثانويه C6H3N3O7 PA اسيد پيكريك

خرج اوليه ... C2H8N10O تترازن

خرج ثانويه C12H14H6O22 NC نيتروسلولز

خرج ثانويه ... CHN3O6 تري نيترومتان

خرج مايع CH4O8 TNM تترانيترومتان

خرج اوليه ... PbN6 ازتورسرب

خرج اوليه C6H3N3O9Pb TNRS رباستيفنات س

خرج قوي ثانويه C7H5N3O6 TNT تري نيتروتلوين٥و٣و٢

. مواد منفجره ممكن است در هواي آزاد و يا در يك محيط مسدود منفجـر گـردد

مقدار انرژي آزاد شده كه همان انرژي پتانسيل ماده منفجره است يكي در هر دو حالت

از انبساط گازهاي حاصل از انفجار كه بخشي از انـرژي است در هواي آزاد انرژي ناشي

گردد امـا در يـك هواي اطراف محل انفجار مي جا كردن هماده منفجره است صرف جاب

.گردد مفيد آزاد ميصورت بهمحيط بسته تمام انرژي

٢٦ شناسائی عمومی مواد منفجره و مفاهيم اوليه انفجار: فصل اول

حرارت ناشي از انفجار در فشار ثابت ‐١‐٦‐١

جا كردن هابجكار انجام شده صرف گيرد تنها وقتي در فشار ثابت انفجار صورت مي

:در چنين وضعيتي طبق قانون اول ترموديناميك. شود هواي اطراف محل انفجار مي

Q = – ∆ (u + P.V) )١‐٥(

Vار و فـش P انرژي داخلـي مـاده منفجـره، u حرارت ناشي از انفجار، Qدر اينجا

.استحجم

لذا.شود نشان داده ميHصورت كه بهاست همان آنتالپي u + P.Vمجموعه

Q = -∆H يعني حرارت آزاد شده معادل تغييرات آنتالپي است و براساس رابطه زير

:شود حساب مي

Q = Qp )حرارت تشكيل محصولات انفجار( – QE )حرارت تشكيل ماده منفجره( ) ١‐٦(

اگر . مقدار حرارت جذب يا توليد شده در يك واكنش شيميائي است شكيل،حرارت ت

. گرمازا گويند راحرارت جذب شود واكنش را گرماگير و اگر حرارت توليد شود واكنش

. آورده شده استKcal/Moleبرحسب ) ١‐٣(حرارت تشكيل برخي از اجسام در جدول

.]۷[ فشار جوو+ C 25˚حرارت تشكيل برخي مواد در ‐١‐٣جدول

وزن مولكولي اسم و فرمول شيميايي حرارت تشكيل

Kcal/moleبر حسب

NH4NO3 80 87.2 نيترات آمونيم

CO 26.4 28 اكسيد كربن

Hg(CNO)2 284.6 64.5 فولمينات جيوه

Pb N6 -112 291.3 ازتور سرب

TNT 227 CH3C6H2(NO2)3 16.5

دهی انفجاری اصول طراحی فرايند شکل

٢٧

لري مقدار حرارتي است كه درجه حرارت يـك گـرم آب را كا لازم به ذکر است که، كالري را يـك ١٠٠٠ ژول و ١٨٤/٤يك كالري معادل . برساند C٥/١٥˚ به C٥/١٤˚از

.]١۷[نامند كيلو كالري مي

حجم گاز حاصل از انفجار‐١‐٦‐٢

و از همـين انبـساط گازهـا بـراي گـاز هـستند صـورت بـه اكثر محصولات انفجـار

مطالعـه حجـم . شـود استفاده مي… ها در معادن و خردكردن سنگ دهي فلزات، شكل

دهد كه تغييرات حجم ماده منفجره بـه چـه ميـزان گازهاي حاصل از انفجار نشان مي

.]٢[ برابر است ١٠٠٠ اين تغيير حجم حدود .باشد پس از انفجار مي

: براي مثال در انفجار نيتروگليسرين داريم

C3H5 (NO3)3 3CO2 + 25 H٢O +

23 N2 +

41 O2

مولكـول گـرم ٣ شود كه از انفجار يك مولكول گرم نيتروگليسرين، ملاحظه مي

٢CO ، مولكول گرم اكـسيژن ٢٥/٠ مولكول گرم ازت و ٥/١ مولكول گرم آب و ٥/٢

كه حجم هر مولكول طبـق قـانون آواگـادرو ،شود مولكول گاز توليد مي ٧/٢٥جمعا

لذا كل حجم گاز حاصـله ، ليتر است ٤/٢٢و فشار جو برابر ) حرارت(در صفر درجه

:شـود بـا از انفجار يك مولكول گرم نيتروگليـسرين در شـرايط متعـارف برابـر مـي

.٤/١٦٢ = ×٤/٢٢ ٢٥/٧ ليتر

سـرد شـوند و نظـر بـه + C٢٥˚اما چون فرض بر اين است كه محصولات انفجار تا

نيکلـو هر درجه ييش دما ي افزا يلوساك حجم گازها به ازاء گكه طبق قانون اين2731

:شود با شود حجم گاز حاصل از انفجار يك مولكول گرم نيتروگليسرين برابر مي اضافه مي .٤/١٦٢) ١+ ۲۵÷۲۷۳ = (٣/١٧٧ليتر

٢٨ شناسائی عمومی مواد منفجره و مفاهيم اوليه انفجار: فصل اول

است و حجم يك مولكول گرم ٦/١ نيتروگليسرين كه چگالي با درنظر گرفتن اين

گردد كـه حجـم ايـن مقـدار مـاده منفجـره از ملاحظه مي ،شود ليتر مي ١٤٢/٠آن

وقتي كه ماده منفجره در يك فضاي محـدودي .رسد ليتر مي ٣/١٧٧ ليتر به ١٤٢/٠

ارد گيرد ازدياد حجم حاصل از انفجار فشار زيادي را به ديواره اطراف خـود و قرار مي

.]۱۷[كند مي

حجم گاز حاصل از انفجار برحسب مولكول گاز توليد شده در يـك كيلـوگرم مـاده

:آورند ميدست بهمنفجره را با فرمول زير

×١٠٠٠ np) = حجم گاز )/(ne×Me) )١‐٧(

هـاي مـاده اد مولكـول تعد neهاي گاز توليد شده، تعداد مولكول nPدر اين فرمول

ــره و ــت Meمنفج ــره اس ــاده منفج ــول م ــورد ]. ٧[ وزن مولك ــب در م ــدين ترتي ب

:نيتروگليسرين حجم گاز حاصل از انفجار يك كيلوگرم ماده منفجره برابر است با

( ١٠٠٠×٢٥/٧ )/ ( ٢٢٧×١ )= ٩/٣١ مولكول گاز

كارحاصل از انبساط گازها‐١‐٦‐٣

حجـم آن چنـدين شود يعنـي عمـلا به گاز مي ماده منفجره در اثر انفجار تبديل

نظـر از انـرژي حرارتـي حاصـل از انفجـار، انبـساط گـاز موجـب صرف. شود برابر مي

انبساط گاز تا زمـاني و شود جايي هوا گشته و در حقيقت مقداري كار انجام مي هجاب

ت از رابطه مقدار كار انجام شده در اين حال. ادامه دارد كه فشار گاز به فشار جو برسد

:آيد ميدست بهزير

dw = f.dl )١‐٨(

.جايي جزئي است ه جابdl نيرو و f كار جزئي انجام شده، dwدر اينجا

دهی انفجاری اصول طراحی فرايند شکل

٢٩

:توان گفت مساحت جانبي ماده منفجره باشد ميA فشار و Pاگر

F = P.A )١‐٩(

dw = P.A.dl )۱۰‐١(

:توان نوشت تغيير حجم جزئي است پس رابطه فوق را بدين صورت ميA.dlاما

dw = P.dV )۱۱‐١(

W = ∫2

1

.V

V

dVP = P.(V2 – V1) )١‐١٢(

فشار كه همان فشار هواست، P كار انجام شده در اثر انبساط گاز، Wدر اين رابطه

٢V ١ حجم گازهاي حاصل از انفجار وV علت كوچك ه حجم ماده منفجره مصرفي كه ب

.]٧[كنند نظر مي از آن صرف٢V مقابل بودن در

W = P.V2 )۱۳‐١(

پتانسيل ماده منفجره‐١‐٦‐٤

ست از مجموع انرژي حرارتي و كار حاصل از انبساط گازها اپتانسيل ماده منفجره عبارت

E = Q + W )١‐١٤(

E ،پتانسيل ماده منفجره Q انرژي حرارتي در فشار ثابت به كيلو كالري و W كار

.]٧[باشد حاصل از انبساط گازها به كيلوكالري مي

٣٠ شناسائی عمومی مواد منفجره و مفاهيم اوليه انفجار: فصل اول