It is important to protect critical buildings (shopping centres, government buildings and embassies), infrastructure and utilities, train and underground stations against being damaged, destroyed or disrupted by deliberate acts of terrorism, criminal activity and malicious behaviour. Normal regulations and building guidelines do not generally take into account these threats. The introduction of regulations or guidelines should support the resilience of the buildings and infrastructure against explosive incidents. In order to protect the infrastructure, methods are required to quantify the resistance of structural elements against explosive loading and to assess the hazards resulting from failure of an element. The applicable state-of-the-art techniques may be either experimental or numerical methods, or a combination of both. Therefore, the thematic group (TG) on the resistance of structures to explosion effects was formed in order to bring the required expertise together, make it commonly available and to find and define harmonised methods and solutions which can be provided to the decision-makers responsible for critical infrastructure protection. This first report of the TG gives a comprehensive summary of the existing methods which can be used to analyse and test the resistance of glazing and windows under blast-loading conditions. Within this context, the experimental methods of testing using high explosives and testing using blast simulators called shock tubes is presented and explained. In addition, the potential of numerical simulations is highlighted in terms of their applicability to the different glass materials. A short, comprehensive theoretical background is given for each method. Based on this, each method is described with its requirements, realisation and the related measurement techniques. Furthermore, an interpretation of the measurements is highlighted. For the numerical simulations, the basic discretisation and calculations schemes are presented in combination with the available constitutive material descriptions for the different significant materials. Finally the chances for verification and validation of the numerical results are presented. Hence the report builds the basis for an actual evaluation of the different test methods and their applicability to certain problems, and provides helpful information for critical infrastructure stakeholders, owners and operators considering the structural resistance of the infrastructure to the effects of explosion in a comprehensive document.
Aufgrund gestiegener Rechnerleistung finden heutzutage
numerische Strömungssimulationen aus dem
Bereich der CFD (Computational Fluid Dynamics)
immer mehr Eingang in die Sicherheitstechnik.
Bisherige Berechnungsverfahren zur Schwergasausbreitung
basieren zum Teil auf empirischen
Annahmen und sind in ihrem Anwendungsbereich
eingeschränkt. Die zugrunde liegenden Formeln
und Theorien erlauben außerdem meist nur
eindimensionale Aussagen bezüglich der Konzentrationsverteilung
in der Umgebung. Anhand von
Literaturdaten und eigenen Freifeldversuchen zur
Schwergasausbreitung soll die Leistungsfähigkeit
von CFD-Berechnungen hinsichtlich ihres Kosten/
Nutzen-Verhältnisses sowie im Vergleich zu herkömmlichen
Modellen bewertet werden. Während
die eigenen Freifeldversuche hauptsächlich zur
Validierung der numerischen Simulationen dienen,
können anhand der in der Literatur veröffentlichten
Daten Vergleiche mit z. B. der VDI-Richtlinie 3783,
Blatt 2 durchgeführt werden.
Die VDI Richtlinie 3783, Blatt 2 zeigt im Vergleich mit den experimentellen Daten aus den
eigene Versuchsreihen zur Schwergasausbreitung eine gute konservative Abschätzung der
Konzentrationsverteilung. Die Berechnungen für die Ausbreitung dichteneutraler Gase mit
Blatt 1 der Richtlinie lieferten jedoch zu niedrige Konzentrationswerte. Allgemein ist
festzuhalten, dass die Anforderungen an die Datenlage zu den Randbedingungen sehr
niedrig sind ebenso wie der Rechenaufwand.
AUSTAL2000 hat eine wesentlich bessere Übereinstimmung mit dem Messwerten für die
Ausbreitung dichteneutraler Gase gezeigt. Diese Feststellung sollte jedoch noch durch den
Vergleich mit weiteren Messreihen verifiziert werden. AUSTAL2000 hat in Zusammenhang
mit dem diagnostischen Windfeldmodell im Vergleich zu Blatt 1 der VDI Richtlinie 3783 den
Vorteil, dass Gebäude explizit berücksichtigt werden können. Als Partikelmodell ist es
außerdem in der Lage den Nahbereich der Quelle berechnen zu können. Der
Rechenaufwand hierbei ist jedoch deutlich höher als bei der VDI Richtlinie 3783, während
die Anforderungen an die Randbedingungen ähnlich niedrig sind.
CFX hat sich als flexibles Berechnungswerkzeug erwiesen. In allen betrachteten Fällen
konnte für die instationäre Berechnung eine gute Übereinstimmung mit den Messwerten
nachgewiesen werden. Hierbei ist es jedoch erforderlich, eine sehr detaillierte Kenntnis über
die zeitabhängige Entwicklung der Randbedingungen zu haben.
Der Vorteil von CFD-Modellen liegt in der universellen Einsetzbarkeit verglichen mit den
spezialisierten Modellen die auf einen sehr engen Anwendungsbereich beschränkt sind.
Weiterhin liefern CFD-Modelle detaillierte Informationen über die räumlichen Phänomene.
Spätestens bei der Untersuchung der Auswirkungen spezifischer Hindernisse z.B. eines
neuen Gebäudes in einer Industrieanlage auf die Gasausbreitung ist CFD sicherlich die
Methode der Wahl. Der Einsatz von CFD Methoden ist jedoch sehr Zeit- und
Rechenaufwändig.
The effect of the wall thickness variation of blow-moulded bodies made of high-density polyethylene on an internal pressure test after prestoring the packaging with standard liquids was evaluated in experiments and simulations. The objects of the investigation were jerrycans used for the transportation and storage of dangerous goods.
The wall thickness was determined using two alternative methods to the magnetostatic measurement. These alternative methods are used for research purpose to get a volumetric model of the jerrycan wall as a geometric model for the simulation. The comparison of the experiments and the simulations of the internal pressure test were performed using the digital image correlation method. The integral strain and deformation of the whole jerrycan was detected by measuring the total mass of the jerrycan being filled with water during the internal pressure test. This is a suitable alternative to the optical measurements of local deformation by the digital image correlation method. Prestorage at 40°C without the influence of chemicals strengthens the jerrycan, whereas the swelling effect of butyl acetate and hydrocarbon mixture softens the jerrycan. The comparison with the experiment is necessary to verify the accuracy of the simulation. It shows that the deformation can be simulated more precisely by using the actual measured geometry. The weakening of the high-density polyethylene caused by a hydrocarbon mixture can be simulated using the Arrhenius equation. The aim of the simulation was to discover whether it is possible to use specimens to predict the behaviour of a packaging both after the influence of standard liquids.
Zero wear (Null Verschleiß)
(2013)
In this paper, a numerical approach for the computation of dispersion relations for three-dimensional waveguides with arbitrary cross-section is proposed. The formulation is based on the Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM). It is an extension of the approach previously derived for plate structures. It is shown that the wavenumbers of guided waves in a waveguide can be obtained as the eigenvalues of the Z matrix, which is well known in the SBFEM. The Hamiltonian properties of this matrix are utilized to derive an efficient way to compute the group velocities of propagating waves as eigenvalue derivatives. The cross-section of the waveguide is discretized using higher-order spectral elements. It is discussed in detail how symmetry axes can be utilized to reduce computational costs. In order to sort the solutions at different frequencies, a mode-tracking algorithm is proposed, based on the Padé expansion.