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Tesis:

Estudio de explosivos no convencionales en base a su equivalente TNT, ensayos y simulación numérica

  • Autor: MANCILLA LÓPEZ, Juan Manuel

  • Título: Estudio de explosivos no convencionales en base a su equivalente TNT, ensayos y simulación numérica

  • Fecha: 2021

  • Materia: Sin materia definida

  • Escuela: FACULTAD DE INFORMATICA

  • Departamentos: AEROTECNIA

  • Acceso electrónico: https://oa.upm.es/69164/

  • Director/a 1º: LOPEZ SANCHEZ, Lina María
  • Director/a 2º: CASTEDO RUIZ, Ricardo

  • Resumen: Se ha realizado un número significativo de pruebas de explosivos con el propósito de caracterizar y analizar las propiedades de los artefactos explosivos improvisados (IED) con explosivos no convencionales con la finalidad de conocer los efectos en las personas y/o estructuras. Se han estudiado pequeños artefactos con 1,5 kg de explosivo e iniciados con cordón detonante. Se han ensayado siete mezclas diferentes con dos tipos de nitrato de amonio AN (técnico y fertilizante) en diferentes formas como prills o en polvo. En algunos casos, el nitrato de amonio se ha mezclado con fuel, mientras que en otros se ha mezclado con aluminio. Para cada mezcla se ha calculado y analizado el equivalente de TNT basado en la presión, el impulso, el tiempo de llegada, la duración de la fase positiva y la velocidad del frente de choque. Comparando los datos de las pruebas de campo obtenidos con respecto a la representación de los valores de UFC 3‐340‐02, se puede ver que los parámetros medidos son consistentes. Los artefactos explosivos improvisados con nitrato de amonio fertilizante no detonan con las condiciones de carga actuales, por lo que la onda de choque generada se debe únicamente al cordón detonante. Cuando se utiliza el nitrato de amonio técnico, el ANFO puede detonar parcialmente y generar una onda de choque potencialmente peligrosa. El IED con AN y aluminio produce un equivalente de TNT cercano a uno cuando se usa el AN técnico. Con los datos obtenidos de equivalente de TNT, se han realizado simulaciones con los códigos hidrodinámicos LS‐DYNA y ProsAir. Se han validado tanto la metodología de cálculo de equivalencia TNT como el método del índice de convergencia de la malla (CGI). La investigación muestra cómo el CGI da buenos resultados para ambos programas a pesar de la complejidad del problema físico. Además, el LS‐DYNA produce una mejor correlación con los datos experimentales y los resultados de ProsAir, con todos los valores por debajo del 10% de error. ----------ABSTRACT---------- A significant number of air blast tests have been carried out with the purpose to characterize and analyse the properties of Improvised Explosive Device (IED) with non‐conventional explosives in terms of knowing the effects on people and/or structures. Small devices with 1.5 kg of explosive and initiated with a detonating cord have been studied. Seven different mixtures have been tested with two types of ammonium nitrate AN (technical and fertilizer) in different forms like prills or powder. In some cases, the ammonium nitrate has been mixed with fuel oil while in others, it has been mixed with aluminum. The TNT equivalent based on pressure, impulse, arrival time, positive phase duration and shock front velocity have been calculated and analyzed for each mixture. Comparing the field test data obtained with respect to the representation of the UFC 3‐340‐02 values, it can be seen that the parameters measured are consistent. The IEDs with fertilizer ammonium nitrate do not detonate with the present charge conditions so the shockwave generated is only due to the detonating cord. When using the technical ammonium nitrate, ANFO can partially detonate and generate a potentially dangerous shockwave. Finally, the IED with AN and aluminum produces a TNT equivalent close to one when the technical AN is used. With the obtained TNT equivalent data, simulations have been performed with the LS‐DYNA and ProsAir hydrodynamic codes. Both the TNT equivalence calculation methodology and the grid convergence index (CGI) method have been validated. The research shows how the CGI gives good results for both programs despite the complexity of the physical problem. In addition, the LS‐DYNA produces a better correlation with the experimental data and ProsAir results, with all values below 10% error.