حصل علماء في جامعة جنوب الأورال الحكومية على براءة اختراع لبرنامج يُستخدم لتحديد ظروف اشتعال المتفجرات تحت تأثير الإجهاد الميكانيكي. يُساعد هذا البرنامج المُطور على تحديد الظروف التي قد تنفجر فيها المادة بسرعة، مما يُحسّن التحكم في حركتها.
درس العلماء الآليات التي قد تؤدي إلى انفجار المتفجرات أثناء النقل والمناولة والتخزين في المستودعات. ومن خلال إحداث قوى فيزيائية اصطناعية (مثل الصدم أو الاحتكاك)، يسعى الباحثون إلى إيجاد طرق لتحييد العوامل المُسببة للانفجارات في المواد عالية الطاقة.
«يقول يفغيني بوميكالوف، المحاضر الأول في قسم الميكانيكا الحاسوبية بجامعة جنوب الأورال الحكومية: لقد طورنا برنامجًا لدراسة آلية الاحتكاك في تكوين مناطق تسخين موضعية للمادة، أي تأثير الاحتكاك الحاصل عند السطح الفاصل بين مطرقة حديدية ومادة عالية الطاقة. تُعد آلية الاحتكاك من الآليات القليلة التي قد تؤدي إلى انفجار تحت تأثير إجهاد ميكانيكي منخفض السرعة. باختصار، يُحاكي برنامجنا سلوك المتفجرات تحت تأثير مثل هذا الصدم. تتيح لنا النمذجة العددية حساب النقاط الموضعية ذات درجة الحرارة المرتفعة التي تنشأ عندما يخترق جسم كروي مادة نشطة بسرعات تحميل أقل من 30 م/ث؛ وهذه هي تحديداً الظروف التي يمكن في ظلها نظرياً بدء انفجار».
يأخذ نموذج رياضي فريد في الحسبان قوة الاحتكاك وتدفقات الحرارة التي تنتشر عبر كلٍّ من المادة المتفجرة والمطرقة الحديدية. بعد إجراء تجارب واسعة النطاق، تمكّن العلماء من حساب توزيع درجة الحرارة في طبقة تلامس رقيقة، مما سمح لهم بتقدير زمن التأخير (أي الوقت) اللازم لاشتعال المادة المتفجرة ذاتيًا بفعل الاحتكاك.
تم اختبار البرنامج الحاصل على براءة اختراع باستخدام تجارب واسعة النطاق، مما أكد فعاليته ودقته الحسابية.
من السمات المميزة لحزمة البرامج، المكتوبة بلغة فورتران / FORTRAN ، أن النموذج الرياضي المستخدم فيها يستند إلى قوانين ميكانيكا الأوساط المتصلة، حيث يتم حل معادلة حركة المطرقة ومعادلة حركة المادة المتفجرة في آنٍ واحد.
يتيح النظام حساب المعاملات الديناميكية الحرارية للمادة قيد الدراسة، بما في ذلك معدل الإجهاد ودرجة الحرارة وغيرها من المعاملات عند سطح التلامس، بل وتحديد هندسة المادة المتفجرة المشوهة تبعًا لظروف الاصطدام.
بمجرد إجراء حسابات حاسوبية، يُمكن تحديد الظروف التي قد ينفجر فيها جسم ما بسرعة، مما يُعزز التحكم في حركته. يُمكن تطبيق هذا التطوير الذي ابتكره علماء تشيليابينسك في المنشآت المتخصصة في تخزين ومعالجة ونقل مختلف المواد عالية الطاقة.