Slik kan Forsvaret beregne at bunkeren holder

Ladningen går av 3 centimeter fra en armert betongplate. På overflaten ser du ikke det minste spor etter smellet.

Det er først når Henrik Sjøl snur plata at du skjønner hva som er skjedd. Store biter er sprengt bort på baksida. Armeringen er kommet til syne. Trykkbølgen er gått rett gjennom. Hadde dette vært en vegg i et forsvarsanlegg, ville det ikke ha vært mye beskyttelse igjen.

Når FFI-forskeren fortsatt har denne plata liggende på kontoret sitt, snart 33 år etter forsøket, er det fordi den er et godt eksempel på «show, don’t tell».  Når han viser den til besøkende, skjønner de straks poenget.  Slik kan det se ut når en tilsynelatende solid betongkonstruksjon blir angrepet.

Norsk programvare gir svar

Den lille sprengningen er eksempel på hvordan en fysisk test arter seg. I litt større skala er slike tester både tidkrevende og kostbare. Så hvordan kan en på andre og enklere vis finne ut hvor mye et forsvarsanlegg faktisk tåler?

Nå forteller den ferske rapporten fra Henrik Sjøl at slike beregninger trygt kan flyttes inn i datamaskinen. Det norskutviklede programmet Impetus lar forskere og konstruktører se hva som skjer når for eksempel armert betong utsettes for angrep, og det uten å utløse en eneste sprengladning.

Snarvei som fungerer

Forskerne kaller metodikken for numeriske eksperimenter. Det en skal eksperimentere med er i dette tilfellet to ting: Armert betong og fiendtlige sprengladninger. Dette arbeidet er langt fra enkelt. Selv om betong framstår som verdens kjedeligste og mest alminnelige materiale, har det innebygde egenskaper som det er svært komplisert å måle.

Betong er sprøtt. Materialet tåler mye trykk, men lite strekk. For å kompensere for dette legges det inn armering. Det er skjelettet i konstruksjonen. Og her begynner problemene for den som skal regne på styrke og motstandskraft. Skal en tegne inn hvert eneste lille armeringsjern i full 3D, pluss å legge inn alle tykkelser og dimensjoner, tar både oppmåling og beregning svært lang tid.

På dette stadiet kommer Impetus inn i bildet.

Sjøls rapport konkluderer med at programmets metode for å modellere betong og armering gir resultater som er gode nok.

– Vi har satt denne simuleringsmodellen opp mot fysiske eksperimenter i full 3D. Resultatene er sammenlignbare, forteller forskeren.

Dette betyr at Forsvaret på mye kortere tid enn før kan få akseptable svar på hvordan et definert prosjektil vil trenge gjennom en gitt vegg . FFI-forskeren peker på at tidsbesparelsen dette gir bare øker, jo mer komplisert (og armert) bygget er.

Startet i Flekkefjord

Programmet bak simuleringene har sitt utspring i Flekkefjord. Det er blitt et viktig verktøy for både FFI, Forsvarsbygg og ammunisjonsprodusenten Nammo. Selskapet Impetus Afea AS ble startet i 2006 av Arve Grønsund Hanssen og Lars Olovsson. I dag er de en teknologisk tungvekter, med rundt 20 ansatte som utfordrer amerikanske giganter. Fortsatt har de adresse i den lille byen på Sør-Vestlandet.

Gründer og sjef Arve Grønsund Hanssen legger stor vekt på det tette båndet til norske forskningsmiljøer.

– Samarbeidet med FFI har vært helt sentralt for oss, helt fra starten i 2006. De er ekstremt krevende kunder, og det er nettopp det som gjør oss bedre. Når de finner mangler eller trenger nye funksjoner for å løse Forsvarets behov, får vi tilbakemeldinger vi kan agere på umiddelbart, sier Hanssen.

Mens eldre programmer ofte krever ukevis med beregninger på tunge servere, begynte Impetus-gründerne på midten av 2000-tallet å se om de kunne utnytte datakraften i skjermkort, ofte omtalt som GPU-er. Grepet deres gjorde at beregninger som i verste fall krevde måneder med planlegging og forsøk kunne gjøres ferdig i løpet av en arbeidsdag. 

Fysisk testlab

Selv om det viktigste arbeidet gjøres med datakraft, ser Hanssen at en noen ganger må sjekke hva som skjer i den fysiske verden. Derfor har selskapet bygget opp en egen testlab. Her kan materialer tester under ekstreme påvirkninger, som eksplosjoner og terminalballistikk. En betongvegg brukes for å se hvordan ulike ladninger og vinklene de går inn med påvirker materialet. Målet er å ende opp med bedre datamodeller.

Vil demokratisere simulering

For Arve Grønsund Hanssen handler fremtiden om å gjøre avansert teknologi tilgjengelig for flere. Han ser for seg at Impetus skal fortsette å vokse langt utover både Flekkefjord og Norges grenser.

– Vyene våre er å demokratisere denne typen ekstrem-simulering. Vi vil at det skal være like naturlig for en ingeniør å «kræsje» en bil eller teste en betongvegg digitalt, som det er å tegne bygget i 3D. Ved å bruke GPU-teknologi har vi fjernet den største barrieren, nemlig tid, forklarer Hanssen.

Han påpeker at målet er å levere en «digital tvilling» av virkeligheten som er så nøyaktig at antall fysiske tester kan minimeres drastisk.

– Vi jobber hele tiden med å automatisere de mest kompliserte delene av fysikken. FFIs nye rapport viser at vi er på rett vei: Vi leverer verktøy som gir raske og pålitelige svar i en verden som blir stadig mer uforutsigbar.

Smartere beskyttelse

Hvorfor er disse utregningene så viktige? I dagens verden, der presisjonsvåpen kan treffe med kirurgisk nøyaktighet, er det ikke nok å bare bygge tjukke vegger. En må bygge smart. Ved å simulere angrepene digitalt, kan FFI gi råd om nøyaktig hvor mye armering som trengs for å beskytte funksjonene på innsiden, enten det er en hangar for F-35 eller et viktig ammunisjonslager.

Slike beregninger sparer samfunnet for  store summer. I stedet for å bruke millioner på fysiske skyteforsøk eller bygge unødvendig dyre betongmurer «for sikkerhets skyld», kan en nå levere svarene digitalt. Takket være simuleringene i dataprogrammet kan Forsvarets folk være trygge på at veggen holder, lenge før den første betongbilen har ankommet byggeplassen.

Da FFI mobbet guiden

At forsvarssektoren opererer med helt andre krav til styrke enn det sivilbefolkningen er vant til, fikk Henrik Sjøl og kollegene erfare under et besøk ved Øresundbroen mellom Danmark og Sverige. Det skjedde da den ennå var under bygging.

– Guiden vår understreket stolt at betongen deres var supersterk, faktisk «dobbelt så kraftig» som vanlig betong, minnes Sjøl.

For gjestene fra FFI, som daglig regner på betong konstruert for å tåle treff fra dagens prosjektiler og raketter, ble disse tallene i overkant beskjedne.

– Det han sa imponerte ingen av oss. Vi arbeidet med betong som var fire ganger sterkere, og kanskje mer til. Så vi mobbet vel den guiden litt for at han trodde det var en slik ekstrem styrke i Øresund, ler forskeren.