التنبؤ بانحناء حواجز السفينة نتيجة انفجار داخلي

لماذا تهم جدران السفينة عند الانفجارات

عندما ينفجر سلاح مضاد للسفن داخل مركب، غالبًا ما لا يكون الخطر الأكبر ناجمًا عن ثقوب في الهيكل بل عن الطريقة التي تنثني وتهترئ بها الجدران الداخلية، أو الحواجز. هذه الحواجز المعدنية تساعد السفينة على البقاء طافية وتحمي الطاقم والمعدات. إذا تشوّهت بشكل مفرط، فقد يتبع ذلك غمر بالمياه وأضرار متتابعة. تطرح هذه الدراسة سؤالًا عمليًا لمصممي السفن ومهندسي السلامة: هل يمكننا التنبؤ بسرعة وبشكل موثوق بمدى انحناء حاجز السفينة نتيجة انفجار داخلي، دون الاعتماد على محاكيات الحواسيب العملاقة المستهلكة للوقت؟

كيف تتصرف الانفجارات داخل صندوق مغلق

الانفجار في حجرة مغلقة يختلف كثيرًا عن الانفجار في الهواء الطلق. مباشرة بعد التفجير، يندفع موجة صدمة حادة إلى الخارج وتصطدم بالجدران. ثم تنعكس مرارًا وتكرارًا وتتداخل مع نفسها، خصوصًا في الزوايا حيث تلتقي عدة جدران. بعد هذه النبضات السريعة، تستمر الغازات الساخنة المتبقية بالضغط بشكل أبطأ وأكثر انتظامًا على جميع الأسطح، مكونة ما يسميه المهندسون ضغطًا شِبه ثابت. بنى المؤلفون أولًا نموذجًا حاسوبيًا تفصيليًا لكابينة فولاذية مملوءة بالهواء وشحنة صغيرة من تي إن تي في مركزها. وبمقارنة الضغوط المحاكاة على الجدران مع تجارب سابقة، أظهروا أن النموذج يستطيع تكرار توقيت وحجم نبضات الضغط بخطأ أقل من 8 في المئة.

تحويل أنماط التفجير المعقدة إلى قواعد بسيطة

نظرًا لأن الضغط داخل الكابينة غير متجانس إلى حد كبير، حلل الفريق بعد ذلك كيف يتفاوت على حاجز مربع. قسموا الجدار إلى ثلاث مناطق: المنطقة المركزية، والمناطق القريبة من الزوايا ذات الجدارين، والمناطق القريبة من الزوايا ذات الجدران الثلاثة، حيث يميل الضغط إلى التركز. باستخدام العديد من تشغيلات المحاكاة بأحجام كابينة وكتل متفجرات مختلفة، ضَبَطوا صيغًا بسيطة تربط الضغط الأقصى بالمسافة المرمّزة من الشحنة. لجعل المشكلة قابلة للاستخدام في حسابات التصميم، حولوا بعد ذلك تاريخ الضغط المعقد — العديد من النبضات الحادة بالإضافة إلى الدفع الأبطأ الأطول — إلى تحميل مكافئ أبسط يعطي نفس الدفع الكلي، أو «الدفعة»، للصفيحة. تستند هذه الخطوة إلى فكرة أنه بالنسبة للانحناء الدائم الكبير لصفيحة معدنية لينة القابلية، فإن الطاقة الكلية المرسلة تكون أكثر أهمية من أدق تفاصيل شكل الضغط.

متابعة الطاقة من الانفجار إلى الفولاذ المنحني

مع تبسيط التحميل، بنى المؤلفون نموذجًا نظريًا لكيفية تشوّه الحاجز. عالَجوا الجدار كصفيحة فولاذية مربعة مثبتة بحوافها وافترضوا أن الانفجار يمنحها سرعة ابتدائية. بينما تنتفخ الصفيحة إلى الخارج، تتحول طاقة الحركة هذه تدريجيًا إلى استطالة وانحناء دائم للمعدن. باستخدام شكل رياضي مُختار بعناية للاقتراب من الشكل المنتفخ، حسبوا كم من الطاقة يُمتص بالانحناء على طول خطوط «المفصل» بالقرب من الحواف وداخل الصفيحة، وكم يُنفق في استطالة السطح كغشاء. بتطبيق حفظ الطاقة — معادلة طاقة الحركة الناتجة عن الانفجار لمجموع طاقات التشوه هذه — استنتجوا معادلة مضغوطة لأقصى بروز في مركز الصفيحة.

اختبار النموذج

لاختبار ما إذا كانت صيغهم تطابق الواقع، أجرى الباحثون تجاربهم الخاصة بانفجار داخل كابينة واستندوا أيضًا إلى اختبارات مستقلة من مجموعات أخرى. في إعدادهم، رُكِّبت صفائح فولاذية مربعة بسماكات مختلفة مُثبتة بإحكام فوق نهايات صندوق فولاذي ملحوم، وكانت شحنات تي إن تي العارية معلّقة في مركز التجويف. بعد كل تفجير، قيس البروز الدائم في الصفيحة. عبر أربع حالات مختلفة، شملت صفائح بسماكات من 1.8 إلى 4 مليمترات، وأحجام كبائن من 0.5 إلى 0.6 متر، وكتل شحنة 80 و135 غرامًا من تي إن تي، اتفقت التنبؤات لمقدار الانحراف المركزي مع القياسات ضمن نحو 14 في المئة. لم يلتقط النموذج القيم المطلقة فحسب، بل أيضًا كيف يتغير الانحراف مع سمك الصفيحة وحجم الشحنة.

ما يعنيه هذا لسلامة السفن

تُظهر الدراسة أنه من الممكن الانتقال من انفجار داخلي ثلاثي الأبعاد معقد إلى مجموعة بسيطة من المعادلات التي تقدر مقدار انحناء حاجز السفينة الدائم. من خلال الجمع بين محاكيات حاسوبية مُحققة وصيغ ضغط مضغوطة ووصف قائم على الطاقة لانحناء واستطالة الصفيحة، يقدم المؤلفون أداة تنبؤ سريعة ذات دقة كافية لاتخاذ قرارات هندسية. لمصممي السفن وغيرها من المنشآت ذات الحُجرات الداخلية — مثل المركبات المدرعة ومخازن الذخيرة والمنصات البحرية — يوفر هذا النهج وسيلة عملية لتصنيف التخطيطات، واختيار سماكات الصفائح، وتخطيط التعزيزات قبل إجراء محاكاة مفصلة أو تجارب بالحجم الكامل.

الاستشهاد: Chen, Qh., Tao, Yg. & Liang, Zg. Prediction of ship bulkhead deflection under internal explosion. Sci Rep 16, 13465 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43574-w

الكلمات المفتاحية: انفجار داخلي, حاجز سفينة, تحميل تفجيري, تشوه هيكلي, حماية بحرية