عملیات مشبک کاری با خرج گود شامل ایجاد یک سوراخ در لوله جداری، سیمان پیرامون آن و سازند بهره ده به منظور ایجاد ارتباط بین مخزن و چاه نفت است. عوامل متعددی بر کارآیی و عمق نفوذ مشبک کاری تأثیرگذار است. در این میان نقش تنش سه محوره واقعی زمین، نوع بارگذاری و تعداد گلوله­ ها بر روی کارآیی مشبک کاری به خوبی بررسی نشده است. بنابراین یک دستگاه بزرگ مقیاس جهت مشبک کاری نمونه­ های بلوک تحت شرایط سه محوره واقعی طراحی و ساخته شد. در این مطالعه برای بهینه سازی تعداد آزمایش­ های بزرگ مقیاس، از روش طرح آزمایش تاگوچی بهره مند شده و سهم هر کدام از تنش­ های برجا بر روی عمق نفوذ با استفاده از تحلیل آماری نتایج، معین شد. آزمون­ های این پژوهش، شرایط مشبک کاری در چاه­ های عمودی و افقی در حوزه ­های گسلش به ترتیب امتدادلغز و معکوس را شبیه سازی می­ کند. نتایج نشان داد که عمق نفوذ در شرایط سطحی حداکثر است. تنش موازی با محور شلیک کمترین تأثیر را در کاهش عمق نفوذ دارد. عمق نفوذ گلوله در شرایط دوبعدی متناظر از حالت بارگذاری سه بعدی رایج بیشتر و هر دو آنها عمق نفوذ بیشتری نسبت به حالت بارگذاری سه محوره واقعی بدست می­ دهند. در مشبک کاری با گان، عمق نفوذ گلوله اول از گلوله­ های دوم و سوم با اختلاف زیادی کمتر است. شلیک گلوله باعث ایجاد یک سوراخ مشبک کاری و تعدادی ترک کششی در اطراف آن می­ گردند. الگوی انتشار ترک­ های کششی به نوع بارگذاری بستگی دارد. تعداد ترک­ های کششی ایجاد شده در اطراف سوراخ مشبک کاری در سنگ آهک نسبت به بتن به مراتب بیشتر است. روند کاهش قطر در سوراخ اول نسبت به دوم متفاوت است.

در این مقاله ضمن معرفی خرج گود و توضیح اجمالی روش های تحلیل آن، فرآیندهای انفجار، فروپاشی لاینر و تشکیل جت با استفاده از نرم افزار LSDYNA960 شبیه سازی گردیده است. پس از اطمینان از صحت فرایند شبیه سازی و نتایج حاصل از آن، تاثیر عوامل مختلف بر روی ویژگی های جت خرج گود مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج حاصل از این تحقیق، با کاهش زاویه راس لاینر و افزایش سرعت انفجار خرج، سرعت جت خرج گود افزایش می یابد. همچنین، کاهش ضخامت لاینر در بخش های نزدیک به راس منجر به افزایش سرعت جت می گردد. وجود یک پوسته مناسب در خرج گود نیز موجب افزایش سرعت جت به میزان تقریبی ده درصد خواهد شد. نتایج حاصل از شبیه سازی ها انطباق خوبی را با نتایج تحلیلی و نیز نتایج ارایه شده در یکی از مراجع نشان می دهد.

خرج گودها با ایجاد جت بسیار سریع حاصل از متلاشی شدن یک لاینر فلزی در اثر انفجار یک ماده منفجره، موجب انهدام زره می شوند. فرمولاسیون ماده منفجره از پارامترهای مهم و تاثیرگذار در میزان نفوذ یک خرج گود است. مواد منفجره بکار رفته در این مهمات عمدتا دارای سرعت انفجار و چگالی بالایی هستند. در این تحقیق، ترکیباتی بر پایه HTPB و حاوی مقادیر مختلف پودر آلومینیوم (از صفر تا 40 درصد وزنی) در یک خرج گود خاص مورد مطالعه قرار گرفتند. خرج گودهای شارژشده، با فاصله توقف 25 mm بر روی یک هدف استوانه ای از جنس فولاد نرم تست شدند. نتایج نشان داد که بهترین عملکرد مربوط به فرمولاسیون فاقد پودر آلومینیوم است. جت خرج گود حاصل از انفجار این فرمولاسیون در مقایسه با دیگر PBX ها دارای بیشترین عمق و حجم نفوذ می باشد. با افزایش پودر آلومینیوم، میزان نفوذ در هدف به صورت غیرخطی کاهش می یابد. شبیه سازی نفوذ با نرم افزار LS-DYNA و مقایسه آن با مقادیر تجربی نشان داد که با افزایش میزان پودر آلومینیوم، تفاوت نتایج این دو روش بیشتر می شود.

تشکیل جت حاصل از فروپاشی لاینر در سرجنگی های خرج گود تا حد زیادی به مشخصات ماده منفجره شارژ شده در آن بستگی دارد. هدف اصلی در این تحقیق، مقایسه اثرات بکارگیری اکتول و PBXN-110 در عملکرد نوعی سرجنگی خرج گودی خاص بوده است. این مواد در یک پوسته آلومینیمی خرج گود با لاینر مسی 35 درجه و ظرفیت 510 سانتی متر مکعب شارژ شدند. نتایج حاصل از شبیه سازی با نرم افزار LS-Dyna نشان داد که موثرترین فاصله توقف این سرجنگی تحقیقاتی، cm 50 است. بر اساس این شبیه سازی، خرج اکتول نفوذ بیشتری نسبت به PBXN-110 ایجاد می کند. همچنین نتایج تست های تجربی هم نشان داد که عمق نفوذ سرجنگی های حاوی اکتول و PBXN-110 به ترتیب 444 و 324 میلی متر می باشد. سرعت انفجار و دانسیته پایین تر خرج PBXN-110 نسبت به اکتول، موجب عملکرد ضعیف تر آن در سرجنگی نفوذکننده می شود.

اخیرا استفاده از خرج گود های واکنشی با آستری دو جنسی برای افزایش قدرت تخریب به خصوص در محیط های آبی مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش با توجه به شرایط یک نمونه آزمایشی معتبر و موجود در مقالات، تحلیل عددی یک خرج گود واکنشی با آستری مس-آلومینیوم صحت سنجی شده است. در این صحت سنجی برای محاسبه میزان سرعت قطع نفوذ از یک تئوری پیشنهادی برای قطع نفوذ جت دوجنسی استفاده شده است. نتایج به دست آمده از عمق نفوذ در شبیه سازی عددی و تجربی تطابق قابل قبولی دارد. لازم به ذکر است این نتایج با مقادیر به دست آمده از حل تحلیلی نیز مقایسه شده اند. نهایتا پس از آن مقایسه ای میان خرج گود واکنشی دوجنسی و خرج گود تک جنسی با هندسه یکسان صورت گرفته و نشان داده شده است که در اهداف فولادی گسسته لایه ای در محیط آب، میزان مشخصه های تخریب خرج گود با آستری دوجنسی، شامل عمق نفوذ، قطر حفره و مقطع عرضی نفوذ، از نتایج بهتری نسبت به آستری های تک جنسی برخوردار است.

یکی از اجزای اصلی به کار رفته در خرج گود، آستری می باشد که جنس آن تاثیر بسیار زیادی در عملکرد تشکیل جت و نفوذ دارد. در سال های اخیر پژوهش در زمینه اثر دوجنسی نمودن آستری ها در رفتار خرج گود اهمیت پیدا کرده است. در این مقاله، ابتدا فرآیند تشکیل جت و نفوذ در هدف فولادی، برای یک خرج گود مسی با استفاده از نرم افزار انسیس-اتوداین شبیه سازی عددی شده است. با استفاده از تئوری های پر تعمیم یافته برای تشکیل جت، و تئوری هیدرودینامیک برای نفوذ، حل تحلیلی صورت گرفته و آزمون عملی نیز برای خرج گود مسی انجام شده است. نفوذ حاصل از سه روش عددی، تجربی و تحلیلی تطابق خوبی را نمایش می دهند. سپس فرآیند شبیه سازی عددی فوق که صحت سنجی شده است برای دو خرج گود تک جنسی با آستری های نیکلی و آلومینیومی، و دو خرج گود با آستری دو جنسی مس-نیکل و مس-آلومینیوم ادامه یافته است. سرعت نوک جت، عمق نفوذ و قطر دهانه نفوذ از جمله مواردی هستند که میان آستری های تک جنسی و دوجنسی مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج حاصل از مقایسه بین عملکرد خرج گودهای تک جنسی و دوجنسی، در شکل گیری جت و نفوذ در هدف فولادی نشان می دهد که دوجنسی نمودن آستری ها قطر حفره و عمق نفوذ را به طور هم زمان بهبود می دهد.

خرج گودها، مواد منفجره با قابلیت نفوذ بالا است و برای اهداف نظامی و غیرنظامی استفاده می شود. در کاربردهای غیرنظامی خرج گود در کارهای تخریب، حفاری نفت و معدن استفاده می شود. در کاربردهای نظامی، خرج گودها در برابر انواع مختلف زره و همچنین سازه های امن استفاده می شود. تحلیل مسائل شکل گیری و نفوذ پرتابه های حاصل از خرج گود دارای پیچیدگی های زیادی است که انفجار خرج، انتشار موج شوک درون خرج و اصابت موج به لاینر، تغییر فرم لاینر، شکل گیری پرتابه و در پایان اصابت آن به سطح هدف و نفوذ در آن تا توقف کامل را شامل می شود. با توجه به پیچیدگی رفتار هدف بتنی در هنگام نفوذ جت، به مدل هایی نیاز است که بتواند اثر تغییرشکل های بزرگ، فشار هیدرواستاتیک و نرخ کرنش بالا و گسیختگی را مدلسازی نماید. اگر چه مراجعی در مورد شبیه سازی نفوذ برخی خرج گودها در اهداف فولادی منتشر شده است ولی در خصوص نفوذ خرج گود در اهداف بتنی، مرجع کاملی یافت نشد. هدف اول از این تحقیق ارائه یک روش شبیه سازی عددی مطمئن به وسیله نرم افزارهای موجود بر روی نفوذ خرج گود RPG-7 در اهداف بتنی است. بدین منظور در سه مرحله نتایج شبیه سازی ها با نتایج آزمایشگاهی موجود مورد مقایسه قرار گرفت که شامل تشکیل جت، نفوذ جت در اهداف فولادی و رفتار هدف بتنی در مقابل نفوذ است. هدف دوم پژوهش، تعیین ضخامت ایمن هدف، از جنس بتن معمولی در مقابل نفوذ جت RPG-7 و بررسی رفتار این نوع بتن به لحاظ عمق نفوذ، شعاع حفره و گسیختگی در وجوه جلویی و پشتی هدف است.

هدف از این مقاله شبیه سازی فرایند خرج گود با استفاده از روش حل اویلری می باشد. برای این منظور از تحلیل اجزای محدود جهت شبیه سازی فرایند خرج گود استفاده شده است. در این شبیه سازی کل مدل از نوع المان های اویلری در نظر گرفته شده است. پارامتر نرخ کرنش و اثرات دمایی که تحت تغییر شکل های بسیار شدید ایجاد می-شود، در این شبیه سازی لحاظ شده است. برای صحت سنجی روش حل المان محدود، نتایج شبیه سازی با نتایج بدست آمده در تست های آزمایشگاهی و مدل تحلیلی جت بیرخوف مقایسه شده است. مقایسه عمق نفوذ جت در فرایند شبیه سازی با نمونه مشابه آزمایشگاهی به خوبی گواه بر صحت نتایج تحلیل اجزای محدود بوده است. همچنین مقایسه پارامترهایی نظیر سرعت فروپاشی لاینر، توزیع سرعت در طول جت و نیز هندسه جت شکل گرفته نشان داده است که نتایج شبیه سازی به خوبی با نتایج مدل جت بیرخوف همخوانی داشته است. لازم به ذکر است که در این شبیه سازی از نرم افزار المان محدود آباکوس جهت تحلیل فرایند خرج گود بهره گرفته شده است.

با توجه به هزینه نسبتا زیاد عملیات آزمایش و بررسی کارایی مجموعه خرج های گودی مخروطی به ازای شرایط مختلف هندسی، از گذشته فعالیت های بسیاری برای مدل سازی عددی این مساله انجام شده که به ایجاد کدهای محاسباتی و نیز تحلیلهای اجزای محدود منتهی شده است. استفاده از نرم افزارهای اجزای محدود در مرحله طراحی مقدماتی، با توجه به صرف زمان زیاد برای تحلیل های غیرخطی در این دست مسایل؛ مقرون به صرفه نیست و بهترین انتخاب در این مرحله، استفاده از کدهای نیمه تحلیلی است. البته پس از تکمیل طرح اولیه و در مرحله طراحی نهایی، استفاده ازتحلیل های اجزای محدود توصیه می شود. یکی از مهمترین پارامترها در طراحی خرج گود، تعیین زمان گسست جت حاصل است، چرا که میزان نفوذ جت در هدف به شدت به آن وابسته است و روابط نفوذ جت خرج های گود نیز عموما به دو مرحله قبل و بعد از زمان گسست تقسیم می شوند. لذا وجود توان محاسبه این پارامتر در کدهای تحلیلی خرج گود جهت استفاده در فاز طراحی اولیه ضروری می باشد. در تحقیق حاضر، فرایند انفجار خرج گود و فروریزش آستری مخروطی از جنس مس و نفوذ آن در هدف فولادی، با استفاده از کد محاسباتی نیمه تحلیلی که بر اساس و با استفاده از فرضیات کد معروف BASC و افزودن توان محاسبه زمان گسست جت از روابط مختلف مستخرج از منابع نیمه تجربی ایجاد شده، تحلیل گردیده است. نتایج این تحلیل با نتایج حاصل از آزمایش و نیز تحلیل های اجزای محدود که توسط نگارنده انجام گردیده، مقایسه شده که تخمین مناسبی از عمق نفوذ، زمان گسست و سرعت جت برای موارد بررسی شده نشان می دهد.

نفوذگرهای چاه نفت، ابزارهای انفجاری هستند که در صنعت حفاری چاه های نفت و گاز و با هدف دستیابی به مخازن اطراف چاه و افزایش بازده آن مورد استفاده قرار می-گیرند. کارایی این نفوذگرها با عمق نفوذی که ایجاد می کنند مورد سنجش قرار می گیرد، به همین دلیل پارامتر عمق به عنوان پارامتر اصلی باید مورد بررسی قرارگیرد. در این مقاله، گزارش کاملی از شبیه سازی عددی و بهینه سازی عملکرد این ابزارها که در حقیقت، خرج گودهایی با ابعاد کوچک هستند ارائه شده است. به این منظور، از روش های حل اویلرین چندماده ای و لاگرانژی، به ترتیب برای شبیه سازی فرآیند شکل گیری جت نفوذگر و نفوذ آن در صخره های زیرزمینی استفاده شده است. برای حل مشکل تغییر شکل زیاد المان ها در روش لاگرانژی، از معیار فرسایش المان ها استفاده شد. همچنین بدلیل اینکه نتایج هر دو فرآیند شکل گیری جت و نفوذ به شدت تحت تاثیر چگالی مش بندی قرار دارد، حساسیت به مش بندی در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفت. مدل سازی عددی پایه، با استفاده از نتایج معتبر سایر مراجع درستی آزمایی و اعتبارسنجی شده و پس از آن، هندسه جدیدی برای خرج انفجاری پیشنهاد شده است که مشکل ناهمگنی توزیع سرعت در قسمت دنباله جت را رفع کرده و به دنبال آن، طول موثر جت در نفوذ را افزایش می دهد.