A study of blast and shock wave phenomena using computational fluid dynamics

Atentados terroristas ao redor do mundo, acidentes envolvendo explosões ou mesmo utilização destas para fins de demolição ou mineração vem fazendo com que o estudo do fenômeno explosão e das ondas de choque ganhe cada vez mais importância. A grande complexidade envolvida na análise deste fenômeno demanda um número crescente de estudos que envolvem pesquisadores das mais diversas áreas como, por exemplo, engenheiros químicos, civis, aeroespaciais etc. As não-linearidades existentes no estudo das explosões e ondas de choque são originadas do grande número de fatores que orientam estes fenômenos, onde boa parte deles varia com o tempo. No âmbito da engenharia civil o evento de uma explosão não programada impõe risco às edificações e aos usuários desta. Devido ao elevado nível de dificuldade de estudo e análise deste fenômeno, faz-se necessária a utilização de recursos e ferramentas computacionais cada vez mais eficientes. Neste trabalho foi realizada uma revisão do fenômeno explosão e ondas de choque, abordando os principais conceitos envolvidos no estudo deste dentro da engenharia civil, além da utilização de uma ferramenta baseada na fluidodinâmica computacional (Autodyn) para a execução de diversas simulações envolvendo fatores importantes no estudo das explosões. Com os resultados obtidos através das simulações foi analisada a acurácia e limitações dos métodos empíricos de predição das pressões da onda de choque em comparação com os numéricos. Também foi feita uma análise de características importantes referentes ao estudo das explosões, como efeitos de canalização e a influência de obstáculos na mitigação das pressões de onda no interior de edificações. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACTTerrorist attacks around the world, accidents involving explosions or use of these for demolition or mining purposes make the explosion phenomenon and the study of shock waves even more important. The great complexity involved in the analysis of this phenomenon requires a growing number of studies involving researchers from various fields, for example, chemical engineers, civil engineers, aerospace engineers etc. The nonlinearities in the study of explosions and shock waves come from the large number of factors that guide this phenomenon, where many of them are time variants. In civil engineering the event of an accidental explosion imposes risks to buildings and their users. The high level of difficulty of the blasts study and analysis demands the use of computational tools and resources to help the development of optimized structures designs. The limitations and accuracy of empirical methods to predict the blast wave pressures were analysed. The results permitted the analysis of important features of blast waves as channelling effects and the influence of rigid obstacles on the blast wave pressure profile