investigating the effect of filling material thickness on blast-induced stress wave in plexiglass by numerical analysis

[ ' i n b l a s t i n g o p e r a t i o n s d i f f e r e n t p r o p o r t i o n s o f t h e e n e r g y r e l e a s e d a r e c o n s u m e d i n f r a g m e n t i n g t h e r o c k m a s s ' , ' h e a t i n g u p t h e s u r r o u n d i n g a n d s o m e p o r t i o n o f i t i s u s e d i n p r o p a g a t i n g b l a s t w a v e s ' , ' c a u s i n g v i b r a t i o n o f t h e p a r t i c l e s i n t h e n e a r b y e n v i r o n m e n t . h o w e v e r ' , ' r e f l e c t i o n s ' , ' t r a n s m i s s i o n s a n d a b s o r p t i o n s l e a d t h e a t t e n u a t i o n o f t h e s e w a v e s . t h e i n f l u e n c e o f t h e e x t e n t o f r o c k ' , ' m a s s d i s c o n t i n u i t i e s a n d d i f f e r e n t t h i c k n e s s o f l a y e r s i n f r a g m e n t a t i o n e f f i c i e n c y a n d s t a b i l i t y o f t h e m i n e s t e p s a r e i m p o r t a n t f o r c o n t r o l l i n g t h e g r o u n d v i b r a t i o n s i n t h e v i c i n i t y o f b l a s t h o l e s . h e n c e ' , ' p r e d i c t i n g t h e i n f l u e n c e o f b l a s t ' , ' i n d u c e d w a v e s o n t h e s u r r o u n d i n g s h o u l d b e c a r r i e d o u t p r i o r t o t h e o p e r a t i o n f o r s a f e t y c o n c e r n s . t h e m a i n c r i t e r i o n f o r e v a l u a t i n g t h e d a m a g e c a u s e d b y t h e b l a s t i n g i n c l u d e s t h e p a r t i c l e d i s p l a c e m e n t a n a l y s i s ' , ' p e a k p a r t i c l e v e l o c i t y ' , ' p a r t i c l e a c c e l e r a t i o n ' , ' c h a n g e s i n t h e a p p l i e d s t r e s s w a v e s a n d f r e q u e n c y c o n t e n t s . r e s e a r c h a c t i v i t i e s i n t h i s a r e a c o u l d b e c l a s s i f i e d i n t o t h e f o l l o w i n g s : f i e l d s t u d i e s ' , ' e x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n s ' , ' a n a l y t i c a l a n d n u m e r i c a l m e t h o d s ; t h e f i r s t t w o a r e e x p e n s i v e ' , ' a n d t h e a n a l y t i c a l m e t h o d s a r e o f t e n b a s e d o n t h e u n r e a l i s t i c s i m p l i f i c a t i o n s w i t h r e s p e c t t o t h e r o c k m a s s b e h a v i o r . h o w e v e r ' , ' t h e n u m e r i c a l m e t h o d s b y f a r o f f e r a c o s t e f f e c t i v e ' , ' s p e e d y a n d r e l i a b l e a n a l y s i s . i n t h i s a r t i c l e ' , ' t h e e f f e c t o f f i l l i n g m a t e r i a l t h i c k n e s s o n t h e w a v e p r o p a g a t i o n o f p e t n b l a s t i n g i n a v e r t i c a l d i s c o n t i n u i t y i n p l e x i g l a s s h a s b e e n i n v e s t i g a t e d u s i n g u d e c s i m u l a t i o n . f o r t h i s p u r p o s e ' , ' a u n i f o r m n o r m a l p r e s s u r e d y n a m i c o f 1 1 . 0 g p a w a s a p p l i e d o n a 5 . 0 8 m m d i a m e t e r b l a s t h o l e w a l l . t h i s d y n a m i c p r e s s u r e w a s o b t a i n e d u s i n g a s e m i ' , ' e m p i r i c a l l i u a n d t i d m a n c o r r e l a t i o n . t h e s h o c k w a v e c a u s e d b y t h e b l a s t i n g w a s a s s u m e d t o b e a t r i a n g u l a r p u l s e ' , ' h a v i n g a 0 . 0 5 m s d u r a t i o n . a p o l y m e r i c p l e x i g l a s s ' , ' w i t h d i m e n s i o n s o f 2 3 0 × 1 1 4 . 3 m m w a s u s e d f o r t h i s s t u d y . s u p e r g l u e w a s u s e d a s t h e f i l l i n g m a t e r i a l . h a v i n g c o n s i d e r e d t h e f i x e d g e o m e t r i c a l i n v o l v e d ' , ' t h e i n f l u e n c e o f t h e f i l l i n g m a t e r i a l t h i c k n e s s ( 5 ' , 1 0 , 1 5 , ' 2 0 a n d 2 5 m m ) w e r e i n v e s t i g a t e d i n a c y l i n d r i c a l b l a s t h o l e v e r t i c a l l y d r i l l e d ( w i t h l a r g e l e n g t h t o d i a m e t e r r a t i o a n d c o m p l e t e d e c o u p l i n g ) . p e a k p a r t i c l e h o r i z o n t a l d i s p l a c e m e n t ' , ' p e a k p a r t i c l e v e l o c i t y a n d i n d u c e d s t r e s s e s o n e i t h e r s i d e s o f t h e v e r t i c a l d i s c o n t i n u i t y w e r e m e a s u r e d i n t h e e l a s t i c b e h a v i o u r m o d e o f t h e s u r r o u n d i n g m e d i a . t h e e n e r g y r e f l e c t i o n c o e f f i c i e n t ( e r c ) a n d t h e e n e r g y t r a n s m i s s i o n c o e f f i c i e n t ( e t c ) o b t a i n e d f r o m t h e n u m e r i c a l a n a l y s i s s h o w e d a g o o d a g r e e m e n t w i t h t h o s e o f t h e a n a l y t i c a l o n e s . h o w e v e r ' , ' t h e e t c i n t h e n u m e r i c a l m e t h o d d e c r e a s e d f r o m 2 8 % t o 8 . 7 % w h e n f i l l i n g m a t e r i a l t h i c k n e s s i n c r e a s e d f r o m 5 t o 2 5 m m ' , ' w h i l e t h i s r e m a i n e d c o n s t a n t a t 5 0 % f o r a n a l y t i c a l m e t h o d . a n e x p o n e n t i a l c o r r e l a t i o n h a s b e e n p r o p o s e d s h o w i n g t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e e t c o b t a i n e d f r o m t h e n u m e r i c a l a n d a n a l y t i c a l m e t h o d s ' , ' w i t h a c o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t o f 0 . 9 9 6 2 . i n c r e a s e d f i l l i n g m a t e r i a l t h i c k n e s s l e d t o n o n l i n e a r r e d u c t i o n o f b o t h p p v a n d s t r e s s w a v e ' , ' a n d c o n s i d e r i n g t h e c o n s t a n t r e f l e c t i o n c o e f f i c i e n t ' , ' i t a l s o l e d t o t h e t r a n s m i s s i o n c o e f f i c i e n t b e i n g r e d u c e d e x p o n e n t i a l l y w h i l e e n e r g y a b s o r p t i o n i n c r e a s e d e x p o n e n t i a l l y ' , ' t o o . 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