Shock attenuation by porous materials

Abstract

Shock waves from explosions can do great damage to humans, buildings and other structures. Protective measures may therefore be useful to attenuate the effect of the shock waves. Porous materials have traditionally been considered to be good at shock mitigation and could possibly be placed in front of an object that requires protection from shock waves. An initial literature survey of various shock attenuation experiments is carried out, showing apparently contradictory results regarding the mitigation effect of different materials. In order to investigate this, a theoretical and numerical study of the shock wave attenuation phenomenon was performed. The study showed that the experimental design largely determines the results. Porous materials can reduce the shock wave amplitudes, but at the expense of longer wave duration. In some cases, protective materials (in particular porous ones) can actually increase the maximum load on the object that is to be protected. In a given case where something requires protection, expert analysis is necessary to ensure that any mitigation measure does not have the opposite effect.

Sjokkbølger fra eksplosjoner kan gjøre stor skade på både mennesker, bygninger og andre strukturer. Det kan derfor være nyttig med beskyttelsestiltak for å dempe effekten av sjokkbølgene. Porøse materialer har tradisjonelt blitt antatt å være sjokkdempende og kan derfor tenkes plassert foran et objekt som skal beskyttes mot sjokkbølger. I rapporten gjennomføres en litteraturstudie av tidligere eksperimenter med sjokkdempning. Det viser seg at resultatene varierer sterkt og er til dels motstridende når det gjelder effekten av forskjellige dempematerialer. For å undersøke dette nærmere ble det gjennomført en teoretisk og numerisk studie av fenomenet sjokkdempning. Studien viste at designet på det eksperimentelle oppsettet i stor grad avgjør hva slags resultater man oppnår. Porøse materialer kan redusere amplituden på sjokkbølgen, men samtidig får den lengre varighet. Imidlertid kan bruk av beskyttelsesmaterialer (særlig porøse) i enkelte tilfeller faktisk føre til økt belastning på objektet som skal beskyttes. I et konkret tilfelle hvor noe skal beskyttes, trengs det derfor omfattende kompetanse og grundig analyse for å sikre at man ikke gjør vondt verre.