Sistem integrat pentru interventia rapida la incidente CBRNE


Project Director: Dr. Victor Kuncser
ID-ul Proiectului:
SOL2017-7
Director de Proiect:
Dr. Victor Kuncser
Tipul proiectului:
National
Finantare:
Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamantului Superior si a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii, UEFISCDI
Contractor:

Institutul National pentru Fizica Materialelor, INFIM

Status:
In progress
Obiectivele proiectului:

Oferirea de soluţii sub formă de bun (produs/serviciu/proces de fabricaţie) inovator, ca răspuns la necesitatea identificată în sectorul public (achiziţii publice pentru inovare). Soluţia este dată de către conducatorul consorţiului (organizaţia publică de cercetare) la o problemă ridicată de administraţia publică. Tema se defineşte pe baza unui dialog la nivelul entităţilor publice comanditare. Proiectele se segmentează în faze (explorare, dezvoltare, testare funcţională, fezabilitate, acceptabilitate).
Competițiile organizate în cadrul acestui instrument sunt de tip “top-down” (licitație restrânsă). Acestea se organizează conform HG 1265/2004 pentru aprobarea Normelor metodologice privind contractarea, finanţarea, monitorizarea şi evaluarea programelor, proiectelor de cercetare-dezvoltare şi inovare şi a acţiunilor cuprinse în Planul naţional de cercetare-dezvoltare şi inovare, cu modificările si completările ulterioare, și conform Deciziei ANCSI nr. 9388/2016.

INCDFM -  http://infim.ro/

IFIN-HH - http://www.nipne.ro/

INSEMEX - http://www.insemex.ro/

SC EXATEL SRL - http://www.exatel.ro/

Etapa I

Rezultatele activitatile desfasurate in cadrul acestei etape au constat in:

1. Evaluari si explorari privind transferul de date intre senzorii echipamentelor de detectie monitorizare a evenimentelor CBRNE si aplicatia informatica ce urmeza a fi dezvoltata in cadrul proiectului. A fost proiectata arhitectura transferului de date in care au fost incluse module software cu rol in salvarea, sortarea si managementul datelor. In acest sens, s-au utilizat emulatoare software pentru simularea echipamentelor capabile sa genereze serii de date temporale, cu frecventa presetabilita de catre utilizator

2. Stabilirea solutiei tehnice pentru construirea unui sistem portabil autonom si ROV(Remotely Operated Vehicle), pentru detectie si evaluare evolutie situatiilor de tip CBRNe. Justificarea necesitatii dezvoltarii unui astfel de echipament complex, s-a realizat pornind de la identificarea principalelor amenintari la care acesta trebuie sa raspunda. Acestea pot fi formulate astfel: (i) posibilitatea întrebuinţării de către statele inamice sau a gruparilor teroriste  a armelor CBRNE; (ii) producere a emisiilor radioactive sau de materiale toxice industriale, ca urmare a unor accidente/calamitati.

3. Stabilirea unor modele analitice de determinare a vitezei primare si a modului de fragmentare a fragmentelor rezultate in urma  detonarii diverselor tipuri de explozibili confinati in carcase metalice in functie de viteza undei de soc si de puterea exploziei.

3.1 Pentru viteza initiala a fragmentelor s-a propus utilizarea modelului Gurney (1943) descris de Paul W. Cooper in Explosive Engineering, publicata de editura Wiley-VCH, Inc.  in 1996. Modelul presupune ca energia este preluata atat de carcasa metalica a incarcaturii cat si de gazele rezultate a caror expansiune are o dependenta liniara de viteza. Conform acestui model, viteza initiala a fragmentelor se poate exprima in functie de geometrie, de masa carcasei metalice si de masa si tipul incarcaturii explosive. Astfel, in geometrie cilindrica viteza initiala, V, a fragmentelor poate fi exprimata dupa relatia:

este M masa carcasei metalice,  C este masa incarcaturii explosive si E  este o constanta ce tine de tipul de exploziv utilizat (si implicit de energia de explozie a acestuia).

Pentru o incarcatura cu geometrie sferica, viteza initiala este data de:

Pentru o geometrie de tip sandwich simetrica viteza initiala e data de:

Valoarea constantei E este determinata experimental pentru fiecare tip de explozibil si poate fi exprimata prin relatia:  unde D este viteza de detonatie a explozibilului.

Relatiile de mai sus sunt valabile pentru carcase fabricate din materiale ce au rezistenta mare la alungire, astfel incat procesul detonatiei sa poata actiona asupra fragmentelor formate pe o portiune de expansiune a gazului cat mai mare. Daca metalul din care este confectionata carcasa are o rezistenta mica la alungire, atunci fragmentatia s-ar produce prea repede iar procesul de accelerare ar prelua prea putin din energia gazelor rezultate care s-ar propaga pe langa aceste fragmente. In acest caz viteza fragmentelor calculata cu modelul Gurney are o precizie de aprox. 80%.

Distributia dimensionala a fragmentelor rezultate in urma fragmentarii carcasei metalice se poate estima in cadrul modelului Mott [Mott N. F. Fragmentation of Shell gases, Proc. Royal Soc. A189 300-8, 1947]:

unde N(m) este numarul de fragmente cu masa mai mare decat m,  M0 este masa cilidrului metallic iar MK este un factor de distributie dat de relatia: ,  unde B este o constanta specifica perechii explozibil-metal, t este grosimea carcasei cilindrice iar d este diametrul interior al acesteia.

Relatiile de mai sus fac astfel legatura intre caracteristicile explozibilului utilizat (masa si energie de explozie), caracteristicile carcasei metalice si vitezele initiale ale schijelor. Evident ca functie de vitezele initiale si masele schijelor (distributia dupa mase poate fi de asemenea estimata) va exista o balistica specifica a acestora.

Etapa II

In aceasta etapa, un numar de activitati a fost dedicat  conceperii, proiectarii, realizarii si implemetarii unei masini informatice de evaluare anticipativa  a evenimentelor de tip CBRNE. Masina informatica in sensul descris este conceputa ca o componenta distribuibila fizic in instante de instalare autonome dar interconectabile si monitorizabile in retea locala, oferind servicii experte diverselor compartimente ale unui Centru de operatii in situatii de urgenta (Emergency Operations Center, EOC).

Varietatile de date ce alimenteaza masinile executive ale modelelor CBRNE, ca si datele ce rezulta din evaluarile modelelor decurg din natura amenintarilor avute in vedere (Figura 1). Astfel, se pot distinge:

  • Date radiologice si nucleare;
  • Date chimice;
  • Date comunitare, inclusiv biologice - reflectand vulnerabilitatea comunitatilor la agresiuni CBRNE;
  • Date orbitale - relevante in privinta amenintarilor din spatiul extra-atmpsferic;
  • Date documentare.

CBRNE Software este conceputa ca o platforma desktop de aplicatii, date si documente, dotata cu un server integrat pentru comunicatii Internet. Platforma se realizeaza intr-o structura deschisa, actualizabila, alcatuita din module tematice executabile; utilitati de achizitie, actualizare, editare si pre-procesare a datelor; librarii de date; colectii documentare; si facilitati administrative.

Fig.1 CBRNE Software. In stanga - menu-ul de acces al aplicatiilor

Baza de date suport a aplicatiei web, de tip MySQL, a fost conceputa pentru a permite o dezvoltare pe orizontala (Figura 2), in sensul ca, pentru fiecare echipament adaugat de catre administrator in tabelul “_Equipments”, software-ul de achizitie de date ce urmeaza a fi dezvoltat, specific fiecarui echipament din dotarea beneficiarului, isi creeaza in mod automat propriul tabel in care, ulterior, vor fi stocate valorile masurate: “_Equipment_1”, …, “_Equipment_n”.

Fig. 2 Structura bazei de date suport a aplicatiei web

In aceasta etapa s-au dezvoltat si doua modele: un sistem autonom si un sistem ROV (Remotely Operated Vehicle) ca parte a sistemului integrat dedicat monitorizarii evolutiei situatiilor CBRNE ce va avea la baza utilizarea de echipamente de tip “smart sensors” cu rol de detectare rapida a tipului de amenintare, utilizarea acestuia contribuind la limitarea consecintelor.

In aceasta etapa s-a realizat descrierea componentelor modelelor experimentale de sistem portabil autonom si ROV:  bateria de acumulatori;  blocul electronic de achizitie prelucrare date, protocoale de comunicatie si deasemenea s-a realizat proiectarea circuitului imprimat al modulului electronic si a placii de circuit GNSS precum si necesarul de materiale;

Alte activitati ale acestei etape au vizat elaborarea de scenarii privind distributia spatio-temporala a suprapresiunii din unda de soc in functie de puterea exploziei si configuratia incarcaturii explozive, cat si realizarea de experimente propriu zise in poligonul de la INSEMEX.

Unda de soc ce apare in urma detonatiei unui explozibil conventional poate fi caracterizata in coordonate cantitate explozibil (W) – distanta (R) de urmatorii parametrii masurabili: presiune maxima (suprapresiune) si presiune dinamica, presiune incindenta si reflectata, impuls incident si reflectat, timpul de sosire al frontului de unda, viteza frontului de unda, etc. Coordonatele cantitate explozibil – distanta (WR) sunt legate printr-o relatie, numita si legea de scalare Hopkinson-Cranz :

R1/R2 = (W1/W2)1/3

sau echivalent R =ZxW1/3

unde R este distanta de la locul exploziei si pana in locul in care se masoara parametrul respectiv. Coordonata W  reprezinta cantitatea de echivalent TNT (Tri-Nitro-Toluen)  a explozibilului ce  a fost utilizat in detonatie. Relatia de echivalenta intre un anumit explozibil si referinta TNT este data de:

MTNT=(Edexp/EdTNT) x Mexp

Unda de soc produsa de o explozie poate avea o geometrie sferica daca explozia s-a produs in aer la o distanta considerabila fata de suprafata solului sau daca s-a produs in apa la o anumita adancime minima si o geometrie semisferica daca explozia s-a produs pe suprafata solului sau in imediata vecinatate a acestuia. In cazul undelor de soc cu geometrie semisferica pe langa frontul de unda incident apare si un front de unda reflectat la interfata cu suprafata solului. Reflexia undelor de soc se mai poate produce si la interfata dintre aer si suprafetele rigide exterioare sau interioare ale unor constructii civile (ex. pereti, monumente, ziduri, etc). Parametrii componentei reflectate pot avea valori mai mari decat cei ai componentei incidente, deoarece procesele termodinamice ce au loc la interfata mediilor sunt neliniare. La o anumita distanta de locul exploziei unda de soc are profilul aratat in Fig. 3

Fig. 3 Profilul unei undei de soc

In care Pmax  este valoarea maxima a presiunii (suprapresiunea) care se atinge intr-un timp extrem de scurt dupa care descreste pana cand atinge valoarea P0 de referinta a presiunii atmosferice. Asa cum se poate observa in Fig. 3, pe langa faza pozitiva, profilul undei de soc are si o faza negativa in care valoarea presiunii scade sub cea a presiunii atmosferice pana la o valoare minima, Pmin. Durata fazei pozitive este notata cu tdta  fiind timpul in care frontul undei de soc ajunge in punctul respectiv si care cuprinde si durata procesului de detonatie. Durata fazei negative este notata cu tn.

Intre anii 60 si 80 Charles Kingery si Gerald Bulmash au efectuat o serie de experimente in care au masurat parametri mentionati, utilizand cantitati de la sub 1Kg si pana la 400 tone de TNT. Rezultatele masuratorilor au fost fitate cu functii polinomiale ce au devenit un reper in evaluarea efectelor produse de o unda de soc in raport cu masa de explozibil si distanta la care se face evaluarea. In coordonate (WR), experimentele au fost facute pentru un domeniu de variatie a lui Z cuprins intre 0.05 si 40. Pentru unda de soc cu simetrie sferica parametrii caracteristici se pot determina cu ajutorul expresiei polinomiale:

P0=C0+C1U+C2U2+....CnUn

unde: P este logaritmul in baza 10 al parametrului (ex. Presiune, Impuls), C0,1,2..n sunt constante si: U=K0+ln(K1xZ) cu K0,1 constante.

In Fig. 4 este reprezentata familia de curbe pentru mase de explozibil de pana la 2Kg si Z corespunzator pragurilor de declansare a efectelor undei de soc asupra corpului uman.

Fig. 4 Reprezentarea in coordonate WR a curbelor de presiune constanta corespunzatoare pragurilor

de aparitie a efectelor undei de soc cu geometrie sferica asupra corpului uman

Prin simulari numerice, s-a modelat propagarea undei de soc cu geometrie sferica pentru diferite cantitati de TNT. Modelarea s-a facut in simetrie axiala 2D, spatiul concret de simulare fiind un unghi solid cu varful in centrul de detonatie al incarcaturii considerate deasemenea sferice (Fig. 5). La diferite distante fata de centrul incarcaturii explozive s-au plasat in simulare sonde care au inregistrat parametrii de explozie. In Fig. 6a este aratat profilul presiunii undei de soc pentru o incarcatura de 1Kg de TNT la diferite distante fata de centrul exploziei (3, 5 si 7m) si dependenta maximului acesteia in raport cu distanta (Fig. 6b). Aceasta dependenta este comparata cu cea generata de modelul Kingery Bulmash.

Fig. 5 Model geometric pentru simularea numerica a undei de soc sferice generate de o incarcatura exploziva de tip TNT

 

Fig. 6. a) Profilul presiunii undei sferice de soc generate de 1000g TNT_la distantele: 3, 5 si 7 m de centrul de simetrie al detonatiei

Fig. 6. b) Presiune incidenta maxima vs distanta (1000g TNT)

Pentru unda de soc cu geometrie semisferica (Fig 7) parametrii de interes pot fi determinati din expresia polinomiala generalizata:

P=Exp(A+Bln(Z)+C(ln(Z))2+D(ln(Z))3+E(ln(Z))4+F(ln(Z))5+G(ln(Z))6)

unde P este parametrul, iar A, B, C,.. sunt coeficientii polinomului care iau diferite valori in functie de domeniul de variatie al lui Z.

Fig7. Propagarea undei de soc filmata cu camera de mare viteza Phantom la 10000 fps

In Fig. 8 este reprezentata in coordonate WR familia de curbe polinomiale corespunzatoare geometriei semisferice, pentru mase de explozibil de pana la 2Kg si Z corespunzator pragurilor de declansare a efectelor undei de soc asupra corpului uman.

Fig. 8 Reprezentarea in coordonate WR a curbelor de presiune constanta corespunzatoare pragurilor de aparitie a efectelor undei de soc cu geometrie semisferica asupra corpului uman

 

Referinte:

[1] Jinwon Shin, Andrew S. Whittaker, David Cormie, Michael Willford, Design charts and polynomials for air-blast parameters, 3rd International Conference on Protective Structures (ICPS3) Newcastle, Australia, 3-6 February 2015, M.G. Stewart & M.D. Netherton (Eds.)
[2] Jinwon Shin, Andrew S. Whittaker, David Cormie, Will Wilkinson, Numerical modeling of close-in detonations of high explosives, Engineering Structures 81 (2014) 88–97 Michael M. Swisdak, Jr., (Naval Surface Warfare center Indian head Div MD), Defence Technical Information center, 1994
[3] Formulae for ammunition management, in INTERNATIONAL AMMUNITION TECHNICAL GUIDELINE, Second edition, 2015, www.un.org/disarmament/un-saferguard/kingery-bulmash/
[4] Kingery, C. N. and Bulmash, G. (1984) “Airblast parameters from TNT spherical air burst and hemispherical surface burst.” Report ARBRL-TR-02555, US Army Ballastic Research Laboratory, Aberdeen Proving Ground, MD

 

Etapa III: Realizare prototip de sistem integrat inovativ pentru interventie la incidente CBRNE

Obiectivul etapei.

Obiectivul acestei etape (etapa III) vizeaza realizarea a 2 softuri specifice privind: (i)  achizitia de date CBRNE de la echipamentele de detectie/senzorii cu amplasament fix sau mobili din dotarea institutiilor beneficiare ale proiectului si respectiv (ii)  Prognoza privind evolutia contaminarii, expunerea, impactul potential si eventualele masuri de reactie necesare, realizarea unor configuratii specifice de senzori CBRNE (fixe si la purtator), definitivarea amenajarii poligonului si continuarea studiilor privind stabilirea metodologiei de determinare a acaracteristicilor exploziei si a efectelor asociate acesteia.

Activitate 3.1 Dezvoltarea aplicatiei informatice pentru monitorizarea in timp real a senzorilor pusi la dispozitie de catre beneficiar si evaluarea si definirea structurii bazei de date support a aplicatiei informatice pentru monitorizarea evenimentelor de tip CBRNE masurate si raportate de catre senzorii integrati in platforma mobile si in locatia fixa.

Activitate 3.2 Integrarea senzorilor mobil/fix in aplicatia informatica de monitorizare in timp real a evenimentelor CBRNE

Aplicatia web “CBRNE Monitor”, versiunea 0.1. beta, conceputa in cadrul Activitatilor 3.1 si 3.2, a fost dezvoltata in Python (limbaj de programare de tip “open source”) utilizand pachetul Flask Framework. Pachetul Flask contine o serie de biblioteci software si un set de instrumente pentru aplicațiile Web Server Gateway Interface (WSGI).

Utilizatorii aplicatiei pot avea urmatoarele roluri, si implicit, beneficiaza de niveluri diferite de acces la facilitatile aplicatiei:

  • ‘0’ – rolul implicit pe care utilizatorul il primese la inregistrare;
  • ‘1’ – nivel “utilizator”: poate introduce date in aplicatie numai de la echipamentele care apartin aceleiasi structuri si poate interoga baza de date pentru generarea hartilor cu eveniment.
  • ‘2’ – nivel “operator”: poate introduce date in aplicatie numai de la echipamentele care apartin tuturor structurilor din judetul din care face parte utilizatorul si poate interoga baza de date, pentru generarea hartilor cu eveniment si a rapoartelor.
  • ‘3’ – nivel “operator IGSU”: beneficiaza de aceleasi drepturi ca utilizatorul cu nivel “operator”, diferenta facand-o faptul ca acest tip de utilizator, in urma interogarii bazei de date, poate vedea rezultatele nefiltrate (rezultatele pot fi generate pentru toate structurile din toate judetele);
  • ‘4’ – nivel “administrator”: beneficiaza de aceleasi drepturi ca utilizatorul cu nivel “operator IGSU”, avand in plus fata de acesta dreptul de a efectua operatiuni de tip CRUD (Create, Read, Update si Delete) asupra modelelor definite in baza de date.

Activitate 3.3 Dezvoltarea aplicatiei informatice pentru prognoza/diagnoza evenimentelor C/R/N/E si dezvoltarea modulului de export al datelor din aplicatia informatica

Activitate 3.4 Dezvoltarea aplicatiei ce pune in practica ERG2016

In cadrul misiunii Proiectului, activitatea prezentata adreseaza obiectivul (iv) al prioiectului – ‘Prognoze automate privind evolutia contaminarii, expunerea, impactul potential si eventualele masuri de reactie necesare’, in intelegerea ca solutia de realizare necesita si contributii semnificative in sensul obiectivelor (i) – (iii), ce privesc modalitati de achizitie, export si afisare a datelor relevante. Intr-un mediu natural si socio-politic in care, la scara globala varietatea, frecventa, severitatea si impredictibilitatea amenintarilor inregistreaza cresteri evidente, orientarea prognostica asumata este apreciata ca un complement indispensabil in indeplinirea informata si eficienta a datoriei de a proteja populatia, infrastructurile, valorile – ca si actorii din teatrele de operatiuni militare.

Adoptand ipoteza de lucru conform careia orice eveniment CBRNE ce poate fi imaginat cu un grad acceptabil de plauzibilitate tehnico-stiintifica trebuie tratat ca o posibilitate reala, ce merita un loc pe agendele institutiilor abilitate in administrarea situatiilor de urgenta activitatea a fost consacrata conceperii, proiectarii, realizarii si implemetarii unei masini informatice de evaluare anticipativa, prognostica a evenimentelor CBRNE, cuprinzand functiuni de diagnoza a efectelor si recomandare consecutiva a masurilor de raspuns pentru o varietate deschisa si scalabila de scenarii de eveniment. Instrumentul este conceput ca o platforma software distribuibila fizic in instante de instalare autonome, dar interconectabile si administrabile in retea locala si cu deschidere input/output pe Internet, oferind servicii experte diverselor compartimente ale unui Centru de operatii in situatii de urgenta.

Instalata pe calculatoare de clasa PC sub un sistem de operare de larga utilizare, platforma integreaza (a) instrumente analitice de elaborare a scenariilor de eveniment; de urmarire a fenomenologiei acestora in desfasurarea proceselor implicate; de evaluare a situatiilor create; de calcul al expunerii persoanelor, mediului si proprietatii de diferite tipuri, al efectelor nocive si pagubelor potentiale; (b) bibliotecile de date si informatie specializata necesare; (c) interfetele de operare a modulelor executabile; si (d) interfetele de comunicare.

Pentru indeplinirea corespunzatoare a misiunii de anticipare si pregatire in timp aproape real (near-real time) pentru interventie in situatii de urgenta, platforma a fost proiectata si realizata spre a indeplini urmatoarele conditii:

Sa se constitue intr-o trusa de instrumente minimalista, capabila insa de o acoperire cuprinzatoare a nevoilor unei analize extinse pe un segment cat mai larg din spectrul problematicii CBRNE.

Sa adopte o arhitectura deschisa spre actualizare, capabila sa acomodeze noi varietati de evenimente CBRNE, pe masura intrarii in atentie a acestora.

Sa prezinte o functionalitate clar orientata spre anticipare, oferind prognoze de situatie în mod '24/7' pe diferite durate relevante.

Sa poata adresa, practic, orice locatie de eveniment de pe Glob, asigurand generarea expeditiva de harti din resurse digitale (DEM) asimilate si date GIS rezidente, eliminand nevoia stocarii masive si, inerent, incomplete, de material cartografic ante-preparat.

Sa poata procura si actualiza in timp real prognozele meteorologice necesare modelelor fizice, chimice, biologice, matematice, ale fenomenelor implicate in evenimente, ori de cate ori vremea constituie un factor influent in determinarea impactului negativ al evenimentelor.

Sa poata acomoda si evalua rapid scenarii de eveniment alternative ('what if' scenarios), edificatoare pentru decidenti in elaborarea, punerea in opera si monitorizarea executiei planurilor de actiune.

Sa asigure robustete operationala, prin (i) asigurarea unei suficiente redundante in obtinerea de input de insemnatate vitala in conducerea analizelor (de exemplu – prognoze meteorologice de la cel putin doi furnizori): si (ii) capacitatea de a opera atat in conditii de disponibilitate Internet, cat si in absenta accesului la retele, prin simulari ale seturilor de date de intrare si constituirea unei cazuistici de scenarii.

Sa dispuna de o consistenta baza de resurse rezidente asigurand independenta in functionare si siguranta disponibilitatii serviciilor, incluzand harti digitale de elevatie (DEM); date GIS, generice si actualizabile; librarii de date fizico-chimice; date de reglementare; si cunostinte de specialitate minimal-necesare.

Sa ofere o interfata-utilizator prietenoasa (user-friendly), inteligibila si flexibila, cu toate elementele de input si rezultatele intermediare ale fazelor executiei secvential acumulate, permanent 'la vedere'.

Sa creeze automat documente de raportare (Situation Reports) inteligibile pentru nivelele de decizie si direct utilizabile in conducerea operatiilor de teren.

Sa sprijine utilizatorii printr-o 'biblioteca virtuala', conceputa ca o selectie actualizabila de documentatie multimedia, rezidenta si online

Sa prezinte o evidenta si efectiva dimensiune educationala, functionand ca instrument operativ in crize reale (‘no-drill situations’), cat si ca mediu interactiv de formare si antrenament (‘drill situations’) al personalului din administrarea situatiilor de urgenta.

Sa realizeze, atat la interfata utilizator cat si in documentele de raportare, un echilibru bine conceput intre limbile de lucru romana si engleza, care sa asigure buna comunicare si interoperabilitatea cu partenerii strategici si de alianta ai Romaniei, ca si cu organizatiile internationale relevante.

Activitate 3.5 Studii privind configurarea modelului experimental pentru sistemul autonom si ROV.

Studiile au avut ca scop alegerea celor mai potrivite componente, ca performante si dimensiuni, data fiind necesitatea amplasarii lor in sistemul portabil.

Activitatea 3.6. Securizarea poligonului in vederea desfasurarii testelor balistice

Pentru securizarea poligonului in vederea realizarii testelor balistice prevazute in proiect, SC EXATEL SRL, partener P3 la proiectul cu denumirea Sistem integrat pentru interventie rapida la incidente CBRNe, a achizitionat si instalat materialul cu denumirea „retea tip fagure tridimensionala realizata din polietilena de inalta densitate.

Activitatatile 3.7. si 3.8 Realizare si testare in laboratoare autorizate a modelului experimental sistem autonom si ROV

Realizarea si testarea modelului experimental a presupus parcurgerea mai multor etape, astfel:

  • Realizarea software de test pentru modulul de comunicatie rucsac si calculator central.
  • Realizarea si testarea modulului electronic de achizitie si prelucrare date
  • Realizarea si testarea modulului de alimentare cu energie
  • Realizarea si testarea modulului de comunicatie
  • Realizarea structurii mecanice
  • Montarea elementelor componente ale sistemului autonom pe structura mecanica
  • Realizarea sofware pentru modulul electronic de achizitie, prelucrare si comunicatie
  • Realizarea software pentru calculatorul central
  • Testarea sistemului in cadrul Exatel
  • Testarea in laboratoare autorizate

Activitatea 3.9 - Evaluarea distantelor de penetrare a schijelor si a efectului distructiv al undei de soc.

In simularile numerice au fost exemplificate modele de impact ale fragmentelor metalice cu tinte metalice predefinite (AL, Otel). In acest mod pot fi simulate o multitudine de cazuri in care pot fi analizate diferite materiale implicate in procesele de impact si diferite geometrii ale sistemelor fragment-tinta (forme specifice ale fragmentelor sau tintelor si diferite unghiuri incidente de impact). Aceste modelari numerice sunt utile in analizele balistice ale traiectoriilor schijelor sau proiectilelor ce pot fi generate in urma unui eveniment de tip CBRNE.

Activ. 3.10 Teste balistice aditionale privind efectele exploziilor asupra structurilor de beton si optimizarea celor din urma in vederea realizarii unei securizari adecvate a poligonului. In aceasta activitate au fost evaluate efectele impactului direct al undelor de soc asupra unor structuri de beton construite in poligonul M.A.I in acest scop. In figura de mai jos este prezentata schita unei structuri de beton construita in scopul determinarii experimentale a suprapresiunii undei de soc generata de o cantitate de explozibil plasata in interiorul aceste structuri.

Schita unei structuri de beton construita in poligon in scopul evaluarii efectelor undei de soc asupra acesteia.

Schita unei structuri de beton construita in poligon in scopul evaluarii efectelor undei de soc asupra acesteia.

Activ. 3.11 - Efectuarea de explozii in regim controlat in vedera investigarii efectelor acestora asupra diverselor materiale. In cadrul acestetei activitati au fost studiate efectele distructive ale unor posibile dispozitive detonante artizanale cu carcasa metalica, cu potential de utilizare in evenimente de tip CBRNE. Pentru acest scop, au fost proiectate si realizate experimente bazate pe detonatii ale unor incarcaturi explozive (RIOMAX, RIOSEIS, SEMPTEX, C4) incastrate in tevi metalice cu sectiune circulara. Au fost alese pentru experimente tevi laminate si sudate construite din oteluri obisnuite (ex. OL37), utilizate in instalatii de apa si gaze. Tot in aceasta etapa, au fost realizate experimente ce au implicat detonatii libere in vecinatatea solului pentru care s-a masurat presiunea undei de soc cu ajutorul unor senzori de presiune dedicati, plasati la diferite distante fata de incarcatura detonanta. O parte din experimente a fost realizata la institutia partenera INSEMEX -  Petrosani, iar o alta parte a fost realizata in poligonul M.A.I construit in cadrul acestui proiect. In paralel au fost realizate simulari numerice utilizand software dedicat atat pentru detonatiile produse in tevi metalice, cat si pentru detonatiile libere. Simularile au permis o extrapolare a cantitatii de explozibil si a materialelor folosite in experimentele reale.

Act 3.12 - Investigari morfo-structurale si compozitionale complexe asupra schijelor si probelor de mediu rezultate in urma exploziilor in regim controlat . Aceasta activitate a implicat efectuarea de analize morfo-structurale si compozitionale asupra fragmentelor ce au rezultat in urma detonatiilor controlate. In acest sens au fost efectuate masuratori de difractie de raze X pentru investigarea structurala a schijelor, utilizand difractometrul Bruker D8 Advance si masuratori magnetometrice cu ajutorul sistemului magnetometric MPMS (SQUID) pentru a evidentia modificari ale proprietatilor magnetice. Difractogramele obtinute pentru o proba martor si doua probe supuse exploziiilor (schije) au aratat diferente de textura in material, in cazul schijelor aparand pick-uri suplimentare la unghiuri cuprinse intre 60-70o si 80-85o. Aceste modificari sunt puse pe seama rearanjarii grauntilor de material in urma stresului mecanic si temperaturii la care materialul a fost supus in timpul detonatiei. De mentionat ca prin laminarea materialul din care sunt facute tevile capata un aranjment al grauntilor dupa directia de laminare.

Rezultatele analizei Rietveld ale difractogramelor efectuate cu programul Maud au aratat diferente in ceea ce priveste valoarea constantei de retea, dimensiunii de cristalit si a microstrain-ului intre proba martor si schije, conform tabelului de mai jos

Ciclurile de histerezis obtinute prin masuratori magnetometrice au evidentiat diferente in ceea ce priveste valoarea magnetizarii de saturatie si a campului coercitiv intre proba martor si schije. Diferentele dintre parametrii observati in ciclurile de histerezis pot fi puse pe seama reorientarii grauntilor de metal in urma presiunilor si temperaturilor la care a fost supuse schijele.

Relativ la morfologia suprafetei schijelor, s-au facut investigatii optice la un microscop cu putere de marire mare (1000x).

 

LIVRABILE

In cadrul activitatilor 3.1 si 3.2 a fost realizata aplicatia informatica pentru monitorizarea in timp real a senzorilor pusi la dispozitie de beneficiar, incluzand integrarea senzorilor de la o locatie specificata, sub forma de proof of concept (1 soft complex). In cadrul activitatilor 3.3. si 3.4. a fost realizata aplicatia informatica pentru prognoza/diagnoza evenimentelor C/R/N/E si s-a dezvoltat  aplicatia ce pune in practica ERG2016 (1 soft complex). In cadrul activitatii 3.5 a fost configurat modelul experimental pentru sistemul autonom si ROV (2 configuratii). Configuratiile au fost implementate in practica in cadrul activitatilor 3.7. si 3.8 prin realizarea si testarea in laboratoare autorizate a modelului experimental sistem autonom si ROV (5 produse). In paralel s-a continuat  amenajarea si securizarea poligonului prin activitatea A.3.6. A fost dezvoltata metodologia de determinare a caracteristicilor si efectelor exploziilor (in locatii specifice) prin desfasurarea activitatilor A.3.9-A.3.12.

 

National Institute of Materials Physics

Atomistilor Str., No. 405A
PO Box MG 7, 077125, Magurele, Romania

Telephone:

+40-(0)21-3690185, +40-(0)21-2418100

Fax:

+40-(0)21-3690177


PROJECTS/ PROIECTE NATIONALE


Back to top

Copyright © 2020 National Institute of Materials Physics. All Rights Reserved