← أحدث الأبحاث
🔬 الفيزياء

Effect of Porosity Distribution and Orifice Geometry on Blast- Wave Attenuation In Porous Plate Arrays

تجمع هذه الدراسة بين تجارب أنبوب الصدمة ومحاكاة ديناميكيات السوائل الحسابية لتثبت أن تحسين هندسة الفتحات الداخلية، لا سيما باستخدام الأشكال المتزايدة باستمرار، والترتيب الاستراتيجي لتدرجات المسامية، يعزز بشكل كبير من تخفيف موجة الانفجار في مصفوفات الصفائح المسامية الصلبة بما يتجاوز تأثيرات المسامية وحدها.

المؤلفون الأصليون: Philip Keppel, Helio Matos, Arun Shukla

نُشر 2026-10-26
📖 4 دقيقة قراءة☕ قراءة في استراحة قهوة
CC BY 4.0

المؤلفون الأصليون: Philip Keppel, Helio Matos, Arun Shukla

البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل

عندما يحدث انفجار، فإنه يرسل جداراً من الهواء يندفع نحو الخارج بسرعة هائلة. هذا الجدار، المعروف باسم موجة الانفجار، يحمل ضغطاً هائلاً يمكنه تحطيم المباني وإصابة الناس قبل وصول النار أو الحطام بفترة طويلة. وفي الأماكن الضيقة، مثل الممرات أو الأنفاق، لا يمر هذا الضغط ببساطة عبر المكان؛ بل يرتد عن الجدران والأسقف، ويتراكم ليصبح أكثر تدميراً. ولحماية المنشآت من هذه المطرقة غير المرئية، غالباً ما يلجأ المهندسون إلى الحواجز السلبية—وهي جدران صلبة تحتوي على ثقوب. تعمل هذه الحواجز المسامية عن طريق تفتيت جدار الضغط الواحد الضخم إلى العديد من التفاعلات الأصغر والأضعف. فعندما تصطدم موجة الصدمة بالثقوب، فإنها تنقسم وتلتف وتنعكس، وتفقد طاقتها في هذه العملية. والسؤال الذي طالما طرحه الباحثون هو كيفية تصميم هذه الثقوب لإلحاق أكبر قدر من الضرر بموجة الانفجار. ولعقود من الزمن، انصب التركيز على عدد الثقوب والمسافة بين الألواح، لكن الشكل الفعلي للنفق داخل كل ثقب ظل متجاهلاً إلى حد كبير.

قرر فريق من الباحثين في جامعة رود آيلاند النظر بدقة في تلك القطعة المفقودة: الهندسة الداخلية للثقوب نفسها. أرادوا معرفة ما إذا كان المسار الذي يسلكه الهواء عبر الحاجز يهم بقدر أهمية حجم الفتحة. ولمعرفة ذلك، بنوا أنبوباً طويلاً وضيقاً يمكنه توليد موجة انفجار محكومة، وهو في الأساس غرفة انفجار مصغرة. وضعوا داخل هذا الأنبوب مصفوفات من الألواح الصلبة ذات الثقوب، وقاسوا مقدار الضغط الذي يصل إلى الطرف البعيد. لم يختبروا فقط الألواح ذات الثقوب الأسطوانية المستقيمة، بل صنعوا أيضاً ألواحاً تكون فيها الثقوب مدببة، بحيث تتسع أو تضيق أثناء مرور الهواء من خلالها. كانت بعض الثقوب مشكلة كالقمع الذي يضيق، وبعضها كالقمع الذي يتسع، وبعضها الآخر اتخذ أشكالاً متدرجة معقدة في الداخل. ولرؤية ما يحدث داخل الألواح المعدنية حيث لا تستطيع أعينهم الوصول، استخدموا محاكاة حاسوبية قوية لتصور موجات الهواء والكثافة والضغط غير المرئية وهي تتحرك عبر الحواجز.

أظهرت النتائج أن شكل الثقب عامل حاسم في إيقاف الانفجار. ووجد الباحثون أن مجرد جعل الثقوب أصغر حجماً كان فعالاً؛ حيث قللت المصفوفات ذات الفتحات الأصغر من ذروة الضغط التي تصطدم بالجدار الخلفي بنسبة تقارب 38 بالمائة مقار جدار صلب بدون ثقوب. ومع ذلك، فإن ترتيب تلك الثقوب كان لا يقل أهمية. فعندما اختبروا ألواحاً تحتوي على ثقوب تصغر تدريجياً من مقدمة الحاجز إلى خلفه، كانت ذروة الضغط عند النهاية أقل بكثير مما كانت عليه عندما كانت الثقوب تكبر. وهذا يشاق إلى أن وضع أضيق قيد عند المقدمة، حيث يكون الانفجار في أقوى حالاته، هو الطريقة الأكثر كفاءة لتخفيف حدة الاصطدام الأولي.

لكن الاكتشاف الأكثر إثارة للدهشة جاء من الثقوب المشكلة. فقد وجد الفريق أن تصميماً معيناً، حيث يتسع الثقب باستمرار من المدخل إلى المخرج، قد تفوق على كل التكوينات الأخرى التي اختبروها. هذا الشكل المتسع قلل من ذروة الضغط بنسبة تقارب 48 بالمائة ومن إجمالي قوة الانفجار بأكثر من 21 بالمائة مقارنة بجدار مصمت. وفي المقابل، لم تحقق الثقوب التي تضيق في الداخل أو التي لها درجات معقدة نفس الأداء، رغم أنها امتلكت نفس المساحة المفتوحة. وقد كشفت المحاكاة الحاسوبية عن السبب: فبينما تدخل موجة الصدمة في الثقب المتسع، فإنها تتمدد بسلاسة وتدريجياً، وتفقد طاقتها دون خلق دوامات عنيفة وفوضوية أو انعكاسات حادة يمكن أن تعزز الموجة. أما الأشكال الأخرى فقد تسببت في انضغاط الهواء ثم تمدده فجأة، مما خلق موجات صدمة ثانوية ونفاثات مضطربة حافظت على ارتفاع الضغط.

تؤكد الدراسة أن البنية الداخلية للحاجز المسامي لا تقل أهمية عن انفتاحه الإجمالي. وبينما ركزت التصميمات السابقة على عدد الثقوب، يوضح هذا البحث أن المسار الذي يسلكه الهواء عبر تلك الثقوب هو ما يحدد مقدار الطاقة المفقودة. فالممر الذي يتسع باستمرار يعمل كمكبح لطيف لموجة الصدمة، مما يبطئ سرعتها ويوزع طاقتها بشكل أكثر فعالية من أي شكل آخر تم اختباره. ورغم أن الباحثين أشاروا إلى أن نتائجهم استندت إلى ظروف محددة وأن الانفجارات في العالم الحقيقي يمكن أن تختلف، إلا أن الأدلة تشير بوضوح إلى مبدأ تصميم جديد. فمن خلال تشكيل الأنفاق الداخلية للحاجز لتوجيه الهواء نحو الخارج، يمكن للمهندسين إنشاء دروع أخف وزناً وأكثر فعالية ضد القوة التدميرية لموجات الانفجار.

غارق في أبحاث مجالك؟

تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.

جرّب Digest →

أبحاث مشابهة

عرض الكل في هذا التصنيف 🔬 physics →