Patlayıcı üretim tesislerinin tasarımında analitik yöntemlerin karşılaştırılması

Comparison of the analytical methods in the design of ammunition facilities

PDF İndir

Tez No: 1004313
Yazar: MUSTAFA UYAR
Danışmanlar: PROF. DR. ALİ SARI
Tez Türü: Yüksek Lisans
Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
Yıl: 2026
Dil: Türkçe
Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Patlayıcı üretim tesisleri, patlayıcı üretiminin yapıldığı, depolandığı, nakliye ve taşınma süreçlerinin yaşandığı, patlayıcı madde testlerinin yapıldığı, kullanım süresi dolan patlayıcıların modifikasyonun yapıldığı, patlayıcıların bakım ve denetiminin yapıldığı tesislerdir. Son çeyrek yüzyılda dünya genelinde savaşların ve anlaşmazlıkların artması ülkelerin patlayıcı üretim ve depolama kapasitelerini arttırmaya yol açmıştır. Bu tesislerde savaşlarda ve askeri operasyonlarda kullanılmak üzere patlayıcılar, mühimmatlar, füzeler ve mermiler üretilmekte ve depolanmaktadır. Depolanan ve üretilen bu ürünlerin tesislerdeki yapım, üretim ve depolanma süreçlerinde bazı tehlikeler vardır. Bu tehlikelerin en başında kazara patlamanın meydana gelmesidir. Patlamanın olması durumunda çok kısa süre zarfında ani basınç değimi yaşanmakta ve yüksek basınç değerlerine sahip şok dalgaları oluşmaktadır. Buna ek olarak patlama sonucu oluşan parçacıklar da göz önüne alınması gereken tehlikelerden biridir. Patlayıcı üretim tesislerinde bu tehlikelere karşı en etkili korunma yolu patlayıcı miktarına, patlayıcı türüne ve patlayıcı çevresinde oluşabilecek tehlikelere bağlı belirlenen minimum ayırma mesafeleridir. Bu tez içeriği boyunca patlayıcı üretim tesislerinde meydana gelebilecek kazara patlama sonucu oluşan patlama parametrelerinin belirlenmesi ve belirlenen değerlerin CFD bazlı Prosair programı çıktılarıyla karşılaştırılmasını, DoD 6055-09-M ve AASTP-1 kılavuzlarındaki miktar mesafe ilişkilerinin karşılaştırılmasını ve patlama sonucu oluşan parçacıkların balistik ve kütle dağılım parametrelerinin incelenmesini içermektedir. Karşılaştırma benzerlik ve farklılıklar konusunda tartışılmış farklılıkların neden olduğu üzerine görüşler bildirilmiştir. Ayrıca örnek bir tesis üzerinde miktar mesafe ilişkileri hesaplanıp patlayıcı üretim tesis yerleşimine örnek verilmiştir. Bu tez patlama ve patlayıcı üretim tesisleri konusunda bir sonraki çalışmalar için bir referans noktası olarak hizmet edeceğine inanılmaktadır. Tez 4 ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde patlama ile ilgili genel bilgiler, patlayıcı tesislerinde olası patlama türleri, DoD 6055-09-M ve AASTP-1 kılavuzlarına dayanarak miktar mesafe ilişki tabloları ve mesafe hesaplanmasında kullanılan formüller, parçacık bilgisi ve parçacıkların balistik ve dağılım özellikleri üzerine bilgiler verilmiştir. Birinci bölümde ilk olarak patlayıcı üretim tesisinin bileşenleri incelenir. Donör sistem, alıcı sistem ve koruyucu sistem olarak ayrılan 3 bileşenin özellikler ve birbirleriyle olan ilişikleri üzerinde durulmuştur. Daha sonra UFC 3-340-02 kılavuzu tarafından analizi kolaylaştırma adına oluşturduğu koruma kategorileri kısaca özetlenmiştir. Devamında patlama olayı ve patlama dalgası özellikleri, basınç, impuls, pozitif faz süresi, patlama dalgasının varış süresi gibi patlama dalgasının parametreleri, patlamanın ortam basıncını nasıl değiştirdiği üzerinde durulmuş bu parametreler ve basıncın zamana değişimi Şekil 1.2 ile gösterilmiştir. Devamında patlamanın yapılar üzerindeki etkisi ve türleri Şekil 1.3'te görselleştirildiği üzere anlatılmıştır. Patlayıcı tesislerinde meydana gelebilecek patlama türleri olan yüzey patlaması ve kuşatılmış patlamaların detayları verilmiştir. Yüzey patlamaları parametrelerinin pozitif faz ve negatif faz doğrultusunda nasıl hesaplanacağına değinilmiştir. Daha sonra 2.1. bölümde ayrıntılı olarak hesaplanan temsili iglo yapısında kullanılan kuşatılmış patlama konusu üzerinde durarak, kuşatılan patlayıcıların patlaması sonrası yapı içinde oluşan iç şok basıncı, gaz basıncı ve yapının açıklıklarından dışarı yayılan sızıntı basınçları anlatılmıştır. İç şok basıncının hesaplanmasında etkili olan parametrelerin ne olduğu ve hesaplamada bu parametrelerin nasıl kullanıldığı açıklanmıştır. Devamında gaz basıncının etkisi ve yapının içinde gaz basıncı ve impuls değerinin nasıl hesaplanacağı, hesaplanması için hangi parametrelerin gerekli olduğu belirtilmiştir. Devamında sızıntı basınç dalgalarının yayılmasında ve sızıntı basınç parametrelerinin neye göre değiştiği açıklanmıştır. Devamında hesaplanacak parametrelerin karşılaştırılması için CFD bazlı Prosair adlı program hakkında kısa bilgi verilmiş, programın nasıl çalıştığı ve çıktı verisinin ne olduğu açıklanmıştır. Daha sonra patlama sonucu oluşan yüksek hızlı düşük açılı birincil parçacıkların durdurulmasında ve daha az miktarda ayırma mesafesi kullanımına izin veren bunlara ek olarak yakınında basınç değerlerini yaklaşık yarıya düşüren sütrelerin tasarımına ilişkin bilgiler Şekil 1.18 ve Şekil 1.19 ile gösterilmiştir. Devamında, patlayıcı üretim tesislerinde patlayıcıların depolanmasında kullanılan toprak örtülü mühimmat depolarının, iglo da denir, ne olduğu, nasıl sınıflandırıldığı ve tasarımsal açıdan değerlendirilmiştir. Daha sonra patlama tehlikelerini en aza indirmek için kullanılan ayırma mesafelerini DoD 6055-09-M bazlı türleri açıklanmış ve mühimmatların/patlayıcıların baskın özelliklerine göre sınıflandırıldığı tehlike bölümleri ve belirlenen mesafe türlerine göre patlayıcı miktarına bağlı değişen mesafe miktarları tablolar halinde gösterilmiştir. Bu mesafelerin karşılaştırılmasında kullanılacak ASSTP-1 bazlı mesafe türleri ve aynı şekilde mühimmatların/patlayıcıların baskın özelliklerine göre sınıflandırıldığı tehlike bölümlerine göre patlayıcı miktarıyla değişen mesafe değerleri tablolar halinde sunulmuştur. Devamında parçacık etkisi konusuyla UFC 3-340-02 ve AASTP-1 kılavuzu kullanılarak parçacık türleri ve özellikleri, oluşan parçacıkların balistik ve dağılım özellikleri belirlenmeye çalışılmıştır. Yüksek hızda ve yeterli enerjide olan parçacıkların beton levha üzerindeki etkisi penetre miktarı, beton levhayı delip geçme özelliği (Şekil 1.39) ve betonda dökülmeye neden olması durumları incelenmiştir. Bölüm 1.7'de örnek bir patlayıcı üretim tesisinde iglo ve üretim binasındaki patlayıcı miktarı gözetilerek DoD 6055-09-M'e göre mesafe miktarları hesaplanıp tesis üzerinde yerleştirilmesi gösterilmiştir. İkinci bölümde basınç dalgası parametreleri ve örnek tesiste üretim binasında meydana gelebilecek bir patlamanın parçacık üretimi ve parçacıkların balistik ve dağılım parametreleri hesaplanmıştır. Basınç dalgası parametreleri için iglo yapısı içerisinde sırasıyla 500, 1000, 2000 ,5000 ve 10000 kg TNT patlaması sonucu oluşan iç şok ve gaz basınç parametrelerinin UFC 3-340-02 kılavuzu bazlı hesaplanması amaçlanmıştır. Öncelikle iglo yapısının yan duvarında (Şekil 2.2) oluşan iç şok basıncın ortalama tepe değeri ve bu basıncın oluşturduğu impuls değerinin ortalama değeri hesaplanmıştır. Hesaplarda kullanılacak parametrelerin UFC 3-340-02'deki limit değerlerin arasında veya dışında kalması birçok parametre için interpolasyon ve ekstrapolasyon yapılmasına neden olmuştur. UFC 3-340-02'deki eğrilerde kullanılan değerlerin dışında olan veriler için excel programı yardımıyla eğri denklemleri oluşturulmuş, ara ve dış değerler için ilgili parametrenin değeri bulunmuştur. Devamında yan duvarda etkili olan gaz basıncı ve gaz basıncının neden olduğu impuls değeri UFC 3-340-02'deki ilgili eğriler ile hesaplanmıştır. Toplam etki için nihai tablolar oluşturulmuş ve Prosair çıktılarıyla karşılaştırılması için zemin hazırlanmıştır. Aynı hesap süreci iglo arka duvarında oluşacak patlama parametrelerinin hesabı için de yaşanmıştır. Aynı işlemler yapıldığı için olabildiğince kısaltılmak istenmiştir. İglonun çatı duvarındaki parametreler için ise yan ve arka duvarlarından biraz daha farklı süreç işlenmiştir. Bir iglo yapısında meydana gelebilecek patlamanın yan, arka ve çatı duvarında nihai oluşacak iç şok ve gaz basıncının etkileri hesaplanmış ve tablolaştırılmıştır. Devamında sızıntı basınçları UFC 3-340-02 kılavuzuna göre hesaplanmış ve elde edilen sonuçlar Prosair programı ile karşılaştırılmak üzere özet şekilde tablolaştırılmıştır. Devamında örnek bir tesiste bulunan üretim binasında meydana gelebilecek bir patlama sonucu birincil parçacıkların kütle ve balistik özellikleri hesaplanmış, potansiyel çarpma ihtimali üzerinde durulmuş ayrıca yapısal enkaz hesaplaması kabaca yapılmıştır. Tezin üçüncü bölümünde önceki bölümde hesaplanan iç şok ve gaz basıncının sonuç parametreleri ile sızıntı basınçlarının sonuçları Prosair programı ile karşılaştırılmış aradaki farklar belirlenmiştir. Prosair programının çıktıları tablolaştırılıp iglo duvarları üzerindeki ortalama basınç ve impuls değerlerinin nasıl hesaplandığı üzerinde durulmuştur. Devamında sütre koruyucu elemanının, DoD 6055-09-M 'de belirttiği ve test sonuçlarına dayandırdığı sütrenin basıncı yarı yarıya düşürdüğü öncül Prosair programıyla test edilmiştir. Daha sonra 1. bölümde hem DoD 6055-09-M hem AASTP-1 kılavuzları baz alınarak çeşitli ayırma mesafelerine göre tablolaştırılmış mesafeler ilk 45000 kg patlayıcı miktarı için belirli ara değerleri boyunca değişimi incelenmiş ve ayırma mesafeleri türleri ve tehlike sınıfları açısından bu iki kılavuzun benzerliği ve farklılığı açısından değerlendirmeler yapılmıştır. Son bölümde üçüncü bölümde karşılaştırılan sonuçlar değerlendirilmiş farklılıklar doğrultusunda yorumlar yapılmıştır. Son olarak gelecekteki çalışmaların bu konuya paralel patlama ile ilişkili durumlara sağlayabileceği katkılar açıklanmış ve eksik görülen kısımlarda öneride bulunularak tez sonlandırılmıştır.

Özet (Çeviri)

Explosives production facilities are where explosives are produced, stored, transported, tested, and where expired explosives are refurbished, and where maintenance and inspection of explosives take place. The increase in wars and conflicts worldwide over the last quarter century has led countries to increase their explosives production and storage capacities. These facilities produce and store explosives, ammunition, missiles, and projectiles for use in wars and military operations. There are certain dangers in the production, manufacturing, and storage processes of these products in these facilities. The most significant of these dangers is accidental explosions. In the event of an explosion, a sudden pressure change occurs in a very short time, and shock waves with high pressure values are generated. In addition, the fragments resulting from the explosion are another danger that must be considered. The most effective way to protect against these dangers in explosives production facilities is through minimum separation distances determined according to the amount of explosive, the type of explosive, and the potential hazards around the explosive. This thesis focuses on determining the explosion parameters resulting from accidental explosions in explosive production facilities and comparing these values with the outputs of the CFD-based Prosair program. It also includes comparing the quantity-distance relationships in the DoD 6055-09-M and AASTP-1 guidelines, and examining the ballistic and mass distribution parameters of the resulting fragments. Similarities and differences are discussed, and opinions are presented regarding the reasons for these differences. Furthermore, quantity-distance relationships are calculated for a sample facility, and an example of an explosive production facility layout is provided. It is believed that this thesis will serve as a reference point for future studies on explosions and explosive production facilities. The thesis consists of four main sections. The first section provides general information about explosions, possible types of explosions in explosives facilities, quantity-distance relationship tables and formulas used in distance calculation based on DoD 6055-09-M and AASTP-1 guidelines, fragment information, and information on the ballistic and distribution characteristics of particles. The first section examines the components of an explosives production facility. The characteristics and interrelationships of the three components – donor system, receiver system, and containment system – are discussed. Then, the protection categories established by UFC 3-340-02 to facilitate analysis are briefly summarized. The thesis then discusses the characteristics of the explosion event and blast wave, including parameters such as pressure, impulse, positive phase duration, and arrival time of the blast wave, and how the explosion changes the ambient pressure. These parameters and the variation of pressure over time are shown in Figure 1.2. The effects and types of explosions on structures are then explained, as visualized in Figure 1.3. Details of surface explosions and confined explosions, which are types of explosions that can occur in explosives facilities, are provided. The calculation of surface explosion parameters in the positive and negative phase is discussed. The thesis then focuses on the confined blast phenomenon used in the representative igloo structure, calculated in detail in section 2.1. It describes the internal shock pressure, gas pressure, and leakage pressures spreading from the structure's openings after the detonation of the confined explosives. The parameters affecting the calculation of internal shock pressure and how these parameters are used in the calculation are explained. Following this, the effect of gas pressure and how to calculate gas pressure and impulse values inside the structure, and the necessary parameters for this calculation, are stated. Furthermore, the propagation of leakage pressure waves and how leakage pressure parameters vary are explained. A brief overview of the CFD-based Prosair program is provided for comparing the parameters to be calculated, explaining how the program works and what its output data is. Then, information regarding the design of barricades that stop high-velocity, low-angle primary fragments resulting from explosions and allow for the use of smaller separation distances, while also reducing nearby pressure values by approximately half, is shown in Figures 1.18 and 1.19. The following section describes classification of earth-covered ammunition depots, also known as igloos, used for storing explosives in explosive production facilities, along with some design information. Then, separation distances used to minimize explosion hazards are explained, based on DoD 6055-09-M, and tables are presented showing the hazard divisions into which ammunition/explosives are classified according to their dominant characteristics, and the varying distance amounts depending on the amount of explosive according to the defined distance types. In comparing these distances, the ASSTP-1 based distance types and distance values related to the amount of explosive, classified according to the hazard divisions where the same munitions/explosives are categorized based on their dominant characteristics, are presented in tables. Subsequently, the topic of fragment impact was addressed using UFC 3-340-02 and AASTP-1 guidelines to determine fragment types and properties, as well as the ballistic and distribution characteristics of the resulting fragments. The effect of high-velocity fragments with sufficient energy on a concrete slab was examined, including penetration amount, ability to pierce the concrete slab (Figure 1.39), and the possibility of causing spalling in the concrete. At the end of the section, considering the amount of explosives in an igloo and a production building at a sample explosives manufacturing facility, distance calculations were made according to DoD 6055-09-M, and their settlings on the facility was demonstrated. In the second part, pressure wave parameters and the fragment generation, ballistic and distributon parameters of fragments from a possible explosion in the production building of the sample facility were calculated. This study aims to calculate the internal shock and gas pressure parameters resulting from the explosion of 500, 1000, 2000, 5000, and 10000 kg of TNT within an igloo structure, respectively, based on the UFC 3-340-02 guideline. First, the internal shock pressure value on the side wall of the igloo structure (Figure 2.2) and the average peak values of the impulse values generated by this pressure were calculated. The parameters used in the calculation, the effect of the parameter ratios on the explosion parameters, and the relevant curves in UFC 3-340-02 to be used were determined. The parameters falling within or outside the limit values in UFC 3-340-02 necessitated interpolation and extrapolation for many parameters. For data outside the values used in the curves of UFC 3-340-02, curve equations were created using Excel, and the value of the relevant parameter was determined for intermediate and external values. Subsequently, the gas pressure acting on the side wall and the impulse value caused by the gas pressure were calculated using the relevant curves in UFC 3-340-02. Final tables were created for the total effect, and a basis was prepared for comparison with Prosair outputs. The same calculation process was followed for calculating the explosion parameters that would occur in the rear wall of the igloo. Since the same procedures were performed, it was desired to shorten the process as much as possible. For the parameters in the roof wall of the igloo, a slightly different process was applied than for the side and rear walls. The effects of the final internal shock and gas pressure on the side, rear, and roof walls of an igloo structure have been calculated and tabulated. Subsequently, the mass distribution and ballistic properties of primary particles resulting from an explosion in a production building at a sample facility were calculated, the potential impact probability was considered, and a rough estimate of structural debris was also made. In the third section of the thesis, the internal shock and gas pressure parameters calculated in the previous section, along with the leakage pressure results, were compared using the Prosair program, and the differences were determined. The outputs of the Prosair program were tabulated, and the calculation of the average pressure and impulse values on the igloo walls was discussed. Furthermore, the accuracy of the barricade element, which reduces the pressure by half as stated in DoD 6055-09-M and based on test results, was tested using the Prosair program. Then, based on both DoD 6055-09-M and AASTP-1 guidelines from the first section, the variation of separation distances tabulated according to various distances for the first 45,000 kg of explosives over specific intermediate values was examined, and evaluations were made regarding the similarities and differences between these two guidelines in terms of separation distance types and hazard classes. The final section evaluates the results compared in the third section and provides interpretations based on the differences. Finally, the potential contributions of future studies to this topic and related explosion-related situations are explained, and suggestions are made for areas deemed lacking, thus concluding the thesis.

Benzer Tezler

Tez No
610813
Yangın riski taşıyan açık alanlar için CBS tabanlı, bulut altyapılı, yüksek hassasiyetli, nanofotonik erken yangın tespit sistemi tasarımı ve uygulaması
Design and implementation of a GIS based, cloud substructured, high sensitive, nanophotonic early fire detection system for fire risk areas
YÜCEL GÜLLÜCE
Doktora
Türkçe
2019
Bilim ve Teknoloji İstanbul Teknik Üniversitesi
Bilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAHMİ NURHAN ÇELİK
Tez No
676899
Betonarme perdenin patlama etkilerine karşı lineer olmayan düzlem dışı davranışı
Out of plane nonlineer behavior of reinforced concrete shear wall
ŞENER KÖLEMENOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
İnşaat Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KUTLU DARILMAZ
Tez No
996544
Lityum iyon pil üretim tesislerinde yangın algılama ikaz ve yangın söndürme sistemlerinin incelenmesi
Investigation of fire detection, alarm and fire suppression systems in lithium-ion battery production facilities
KAYHAN KARAİSMAİL
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Mühendislik Bilimleri Sakarya Üniversitesi
Yangın ve Yangın Güvenliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN SERHAD SOYHAN
Tez No
671691
Su altı patlama yüküne maruz silindirik kompozit sandviç kabukların dinamik analizi
Dynamic analysis of cylindrical composite sandwich shells subjected to underwater blast load
MUSTAFA TAŞKIN
Doktora
Türkçe
2021
Gemi Mühendisliği Yıldız Teknik Üniversitesi
Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR DEMİR
Tez No
470990
Patlayıcı madde üretim tesislerinde çalışanların, çalışma ortam faktörlerine bağlı solunum sistemi etkilenmelerinin iş sağlığı yönüyle incelenmesi
Investigation of the effects of respiratory system related to workplace factors on the health of employees working in explosive materials production facilities
TOLGA ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Çalışma Ekonomisi ve Endüstri İlişkileri İstanbul Gedik Üniversitesi
İş Sağlığı ve Güvenliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SAVAŞ KANBUR

Geri Dön