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유체 동역학 코드를 이용한 화약의 폭발과정에 대한 수치 모델링
Numerical Modeling of the Detonation of Explosives Using Hydrodynamics Codes 원문보기

화약·발파 = Explosives & blasting, v.34 no.2, 2016년, pp.31 - 38  

박도현 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부) ,  최병희 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부)

초록
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유체 동역학 코드는 고속 충돌을 모델링하는 수치해석 툴로서 재료가 유체처럼 거동한다고 가정하며, 화약을 이용한 암반발파와 같은 충돌 문제를 푸는 데 광범위하게 사용된다. 암반발파를 현실적으로 모사하기 위해서는 화약을 수치해석적으로 모델링할 필요가 있으며, 이를 통해 암반과 화약의 상호작용 문제를 완전 연계된 방식으로 풀 수 있다. 화약을 수치 모델링하기 위해서는 특정 물리적 조건에서 재료의 상태를 나타내는 상태 방정식이 수립되어야 한다. 본 고에서는 발파 과정을 수치 모델링하기 위한 유체 동역학 코드, 화약의 상태 방정식과 관련 매개변수의 결정방법에 대해 소개하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The hydrodynamics code is a numerical tool developed for modeling high velocity impacts where the materials are assumed to behave like fluids. The hydrodynamics code is widely used for solving impact problems, such as rock blasting using explosives. For a realistic simulation of rock blasting, it is...

주제어

#유체 동역학 코드   #상태 방정식   #실린더 팽창 시험   #화약 모델링  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 고에서는 유체 동역학 코드(hydrodynamics code)를 이용한 화약 폭발과정의 수치 모델링 방법 및 화약의 재료거동 모델에 대해 소개하고, 문제점 및 개선사항에 대해 기술하였다.
  • 본 고에서는 화약의 폭발과정을 수치해석적으로 모델링하기 위한 유체 동역학 코드, 화약의 상태 방정식과 관련 매개변수의 산정방법에 대해 소개하였다. 기존에 잘 알려지고 많이 사용되는 TNT, ANFO 등의 화약에 대해서는 재료거동 수치모델에 대한 연구가 활발히 수행되어 왔고, 상태 방정식과 관련된 물성들이 정립된 것으로 파악되었다.

가설 설정

  • 0km/s의 속도로 충돌하는 문제에 적용하면서 개발되었다. 이러한 고속 충돌의 경우에는 재료의 강도를 몇 차수(order) 이상 초과하는 충돌 압력이 작용하기 때문에 재료가 비선형적 거동을 하고 수치 계산은 재료의 강도가 무시된다는 가정, 즉 재료가 유체 동역학적 거동을 보인다는 가정 하에 이루어졌다. 이로 인해 유체 동역학 코드는 재료와 구조물에 작용하는 고속의 큰 집중 하중에 관한 동역학적 문제를 계산하는 컴퓨터 프로그램을 의미하게 되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유체 동역학 코드는 어디에 사용되는가? 유체 동역학 코드는 고속 충돌을 모델링하는 수치해석 툴로서 재료가 유체처럼 거동한다고 가정하며, 화약을 이용한 암반발파와 같은 충돌 문제를 푸는 데 광범위하게 사용된다. 암반발파를 현실적으로 모사하기 위해서는 화약을 수치해석적으로 모델링할 필요가 있으며, 이를 통해 암반과 화약의 상호작용 문제를 완전 연계된 방식으로 풀 수 있다.
재료의 대변형을 야기하는 문제를 분석하는 방법에는 무엇이 있는가? 고속 충돌 및 폭발과 같이 매우 짧은 시간 동안 큰 에너지가 방출되어 재료의 대변형을 야기하는 문제를 분석하는 방법에는 실험적 접근법(experimental approach), 해석적 접근법(analytical approach), 수치해석적 접근법(numerical analysis approach)이 있다(Zukas, 2004). 실험적 접근법은 물체에 발생하는 변형을 관찰하는데 있어서 가장 정확한 방법이지만 극한 상황이 발생하거나 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
재료의 대변형을 야기하는 문제를 분석하는 방법 중 실험적 접근법의 장점 및 단점은? 고속 충돌 및 폭발과 같이 매우 짧은 시간 동안 큰 에너지가 방출되어 재료의 대변형을 야기하는 문제를 분석하는 방법에는 실험적 접근법(experimental approach), 해석적 접근법(analytical approach), 수치해석적 접근법(numerical analysis approach)이 있다(Zukas, 2004). 실험적 접근법은 물체에 발생하는 변형을 관찰하는데 있어서 가장 정확한 방법이지만 극한 상황이 발생하거나 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 해석적 접근법은 충돌 시 물체의 변형이나 응력을 예측하기 위하여 지배 방정식을 단순화한 모델링 이론을 이용하는 것으로서 기하학적 조건이 평판, 구(sphere), 실린더 등과 같이 단순한 형상이거나, 하중이 경계나 초기 조건으로 주어지는 경우에 적합한 방법이다.
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참고문헌 (14)

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  14. Zukas, J.A., 2004, Introduction to hydrocodes, Amsterdam, Elsevier. 

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