Tính công sự chịu tác dụng của bom JDAM theo phương thức bắn diện

1

Bộ giáo dục và đào tạo Bộ quốc phòng
Học viện kỹ thuật quân sự






Bùi Chí Thành

tính công sự
chịu tác dụng của bom jdam
theo phơng thức bắn diện


Chuyên nghành : Xây dựng công trình đặc biệt
M số : 62 58 50 05





Tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật








Hà nội - 2009


2

Công trình đợc hoàn thành tại:
học viện kỹ thuật quân sự



Ngời hớng dẫn khoa học:
1. PGS .TS Nguyễn Quốc Bảo
2. GS.TSKH Nguyễn Văn Hợi


Phản biện 1: GS.TSKH Nguyễn Đông Anh
Viện Cơ học Việt Nam
Phản biện 2: GS.TS Nguyễn Văn Lệ
Trờng Đại học Thuỷ lợi
Phản biện 3: PGS.TS Lê Ngọc Thạch

Trờng Đại học Xây dựng




Luận án sẽ đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nớc
Họp tại: Học viện Kỹ thuật Quân sự
Vào hồi: 8 giờ 30 ngày 19 tháng 5 năm 2009






Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Th viện Quốc gia Việt Nam.
- Th viện Học viện Kỹ thuật Quân sự.



1
Mở đầu
Công sự thuộc loại công trình phục vụ chiến đấu đợc thiết kế để
chịu đợc tác dụng của bom đạn. Việc không ngừng bổ sung, hoàn thiện
mô hình, phơng pháp cũng nh các tiêu chuẩn tính toán đối với loại tải
trọng này phục vụ cho thiết kế và đánh giá trạng thái kỹ thuật của chúng
phù hợp với sự thay đổi không ngừng của vũ khí theo thời gian là nhiệm vụ
thờng xuyên trong lĩnh vực xây dựng công trình quốc phòng. Trong thời
đại hiện nay, với sự tiến bộ nhanh chóng về khoa học kỹ thuật và công
nghệ, các cuộc chiến tranh diễn ra trên thế giới đã bớc sang giai đoạn phát

triển của chiến tranh công nghệ cao (CNC), gắn liền với nó là phơng thức
hỏa lực mới, một trong số đó là phơng thức bắn diện - phơng thức cơ bản
đợc quân đội của nhiều nớc chú trọng sử dụng[5].
Phơng thức hỏa lực này, trớc đây, đợc áp dụng chủ yếu cho pháo
binh, sau đó cũng đợc không quân sử dụng nh các vụ ném bom rải thảm
bằng pháo đài bay B-52, B-1, FB-111 của Mỹ hay B-2 của Anh v.v Tuy
nhiên, các loại bom đạn đợc sử dụng trớc đây là loại bom đạn chuyển
động đến mục tiêu (trong đó có công trình) theo quán tính. Ngày nay,
trong chiến tranh CNC, các loại bom đợc không quân sử dụng nh
JDAM, JSOW, TASSAM là bom hớng đến các tọa độ của mục tiêu theo
điều khiển GPS (Global Positioning Sytem) đã đợc lập trình sẵn. Khác với
các phơng thức hỏa lực sử dụng các loại bom đạn quán tính trớc đây, các
phơng thức hỏa lực mới trong chiến tranh CNC với việc sử dụng bom đạn
có điều khiển khi tấn công vào các mục tiêu đợc thực hiện phơng thức
bắn diện. Với phơng thức bắn diện, các công trình nằm trong vùng bị tấn
công phải chịu tác dụng của tổ hợp nhiều vụ nổ liên tiếp, có điểm rơi ngẫu
nhiên phân bố trên diện rộng, tác động của chúng vào công trình từ nhiều
hớng và không đồng thời. Với tính chất tác dụng của các loại bom đạn có
điều khiển nói trên, phơng pháp tính toán và thiết kế truyền thống đối với
công sự theo lợng nổ đơn, có điểm nổ xác định, kết cấu đợc tính theo mô
hình phẳng không còn phù hợp nữa.
Để nhận đợc kết quả sát với thực tế đối với loại vũ khí và phơng
thức bắn nói trên, công trình cần phải đợc tính toán theo tổ hợp tải trọng
gây ra do bom đạn nổ đồng thời hoặc liên tiếp với các điểm rơi và nổ của
chúng phân bố trên diện rộng, cũng nh đợc tính toán theo mô hình kết
cấu không gian. Cho đến nay, phơng pháp tính toán công sự với các đặc
điểm của tải trọng và kết cấu nói trên còn ít đợc nghiên cứu. Vì vậy, vấn
đề nghiên cứu mô hình và phơng pháp tính toán công sự chịu tác dụng của
các loại bom đạn có điều khiển trong chiến tranh CNC thực hiện theo
phơng thức bắn diện nh kiểu bom JDAM đã trở nên cấp bách, có ý nghĩa

khoa học và thực tiễn lớn.


2
Với các lý do trên, vấn đề " Tính toán công sự chịu tác dụng của
bom JDAM theo phơng thức bắn diện" đợc chọn làm đề tài nghiên
cứu của luận án.
Cấu trúc của luận án gồm phần mở đầu, năm chơng và phần kết
luận, cuối cùng là tài liệu tham khảo và phụ lục. Phần mở đầu nêu tính cấp
thiết của đề tài và cấu trúc của luận án. Chơng 1 tổng quan về chơng
trình bom JDAM và phơng thức hỏa lực bắn diện trong chiến tranh công
nghệ cao, các dạng tải trọng nổ của bom đạn tác dụng lên công sự và các
công thức tính toán, các phơng pháp tính toán kết cấu công sự chịu tải
trọng sóng nổ của bom đạn. Từ tổng quan xác định mục tiêu, nội dung,
phạm vi và phơng pháp nghiên cứu của luận án. Chơng 2 giành cho việc
xây dựng thuật toán và chơng trình tính toán động lực học công sự bằng
phơng pháp phần tử hữu hạn, chịu tải trọng động dạng tổng quát, theo mô
hình kết cấu không gian có tính đến sự làm việc đồng thời của kết cấu và môi
trờng. Trong chơng này phần tính tải trọng đợc thiết kế dới dạng mở và
sẽ đợc nghiên cứu trong chơng 3 và 4 tiếp theo. Chơng 3 trình bầy nội
dung xây dựng thuật toán và chơng trình mô phỏng ta các im ri
ngẫu nhiên ca bom JDAM theo phơng thức bắn diện và xác định miền
điểm rơi tính toán của chúng. Chơng 4 giành cho việc xây dựng thuật toán
và chơng trình tính toán véc tơ tải trọng của sóng nổ tác dụng lên các bề
mặt công trình và véc tơ tải trọng quy nút theo bớc thời gian tích phân
trên các PTHH của hệ công sự - môi trờng, gây ra do nổ của các quả bom
nằm trong miền điểm rơi tính toán đã đợc xác định trong chơng 3, có kể
đến hiện tợng phản xạ và chảy bao sóng tới Đồng thời trình bày nội
dung và kết quả nghiên cứu thực nghiệm tại hiện trờng để xác định tải
sóng nổ tác dụng lên công sự gây bởi nhiều vụ nổ liên tiếp, bố trí theo sơ

đồ diện để kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết. Chơng 5 trình bầy
kết quả của việc sử dụng chơng trình chính đã xây dựng ở chơng 2 kết
nối với các chơng trình con đã lập đợc ở các chơng 3 và 4 tạo thành bộ
chơng trình liên thông trong tính toán kết cấu công sự chịu tác dụng của
tải trọng sóng nổ bom JDAM theo phơng thức bắn diện. Đồng thời tiến
hành nghiên cứu bằng số về ảnh hởng của các tham số tải trọng nói trên
(nh tọa độ nổ của bom, độ trễ thời gian phát nổ) đến trạng thái chịu lực
của kết cấu công sự và đa ra một số kiến nghị về việc áp dụng các kết quả
nghiên cứu của luận án trong tính toán và thiết kế công sự. Phần kết luận
chung nêu các kết quả chính và mới đã đạt đợc của luận án và những vấn
đề còn tồn tại cần tiếp tục nghiên cứu. Phần Phụ lục giới thiệu một phần
mã nguồn chơng trình tính.
Nội dung cơ bản của luận án đợc công bố trong công trình 1, 2, 3, 4,
5, 6, 7 của tác giả.


3
Chơng 1. Tổng quan
Trong chơng 1 tổng quan về chơng trình bom JDAM và phơng
thức hỏa lực bắn diện trong chiến tranh công nghệ cao , các dạng tải trọng
nổ của bom đạn tác dụng lên công sự và các công thức tính toán, các
phơng pháp tính toán kết cấu công sự chịu tải trọng sóng nổ của bom đạn.






Hình 1.3. Sử dụng bom JDAM không kích mục tiêu diện
Từ tổng quan đã rút ra các kết luận:

1. Tính toán kết cấu công sự chịu tác dụng của tải trọng bom đạn
truyền thống là vấn đề đã đợc quan tâm từ lâu trong tính toán thiết kế và
xây dựng các công trình bảo đảm chiến đấu cho quân đội. Ngày nay, do sự
phát triển nhanh của chiến tranh CNC nên các loại vũ khí và phơng thức
hỏa lực bắn vào mục tiêu, trong đó có hệ thống công trình, cũng đã thay
đổi. Vì vậy, việc nghiên cứu các mô hình và phơng pháp tính toán tải
trọng sóng nổ và kết cấu công sự phù hợp với loại vũ khí và phơng thức
bắn tơng ứng, nh loại bom kiểu JDAM thực hiện theo phơng thức bắn
diện, đã trở nên cấp thiết, có ý nghĩa lớn về thực tiễn và khoa học.
2. Cho đến nay, hầu hết các phơng pháp tính toán công sự chịu tác
dụng của bom đạn đều chỉ tính với một vụ nổ, có vị trí cho trớc. Đối với
bom đạn thực hiện phơng thức bắn diện có điều khiển kiểu bom JDAM
thì mỗi loạt bắn gồm nhiều quả có điểm rơi ngẫu nhiên trong miền bắn, có
thể nổ đồng thời hoặc nổ liên tiếp. Với các đặc điểm nói trên, tải trọng
sóng nổ tác dụng lên công sự là loại tải trọng phức tạp, gồm nhiều tải trọng
sóng thành phần, đến từ nhiều hớng, tác dụng lên công sự đồng thời hoặc
không đồng thời. Do đó, tiêu chuẩn thiết kế công sự chỉ chịu tác dụng của
một vụ nổ đơn không còn phù hợp nữa. Ngoài ra, do kích thớc công sự có
tính không gian rõ rệt, còn vị trí nổ của bom là bất kỳ, nên các thành phần
của tải trọng sóng chịu ảnh hởng mạnh của sự phản xạ và chảy bao của
sóng nổ và các vùng chịu tác dụng của các sóng này trên công trình không
còn cố định nh khi hớng sóng vuông góc với mặt bên của công sự theo
sơ đồ tính toán truyền thống. Vì vậy, cần có sơ đồ tính tải trọng sóng nổ
phù hợp hơn đối với bom JDAM theo phơng thức bắn diện, trong đó
hớng sóng không vuông góc với mặt bên của công sự và loại sóng nổ (ST,
SPX, SCB) tác dụng lên mỗi bề mặt xác định của công sự không phải là cố
định mà phụ thuộc vào vị trí nổ của bom.


4

3. Kết cấu công sự hầu hết là kết cấu có kích thớc theo các phơng
trong không gian cùng bậc với nhau đặt trong các môi trờng đất đá. Trong
tính toán truyền thống, do bị hạn chế bởi công cụ tính nên thờng sử dụng
mô hình, theo đó kết cấu đợc tách ra khỏi môi trờng và tách thành các bộ
phận riêng rẽ hoặc sử dụng mô hình của bài toán phẳng. Các mô hình tính
trên không phù hợp với trạng thái chịu lực không gian của công sự đặt
trong các môi trờng biến dạng của đất đá, đặc biệt khi xét tới các điểm rơi
ngẫu nhiên của bom đạn bắn diện kiểu bom JDAM trong miền bắn. Do đó,
để phù hợp với thực tế, khi tính toán và thiết kế công sự cần phải sử dụng
mô hình kết cấu không gian có kể đến sự làm việc đồng thời của kết cấu và
môi trờng.
4. Để tính toán động lực học đối với công sự có kể đến sự làm việc đồng
thời với môi trờng đất đá theo mô hình kết cấu không gian chịu tác dụng của
bom JDAM có tính đến các đặc điểm phức tạp của kết cấu và tải trọng nói
trên, phơng pháp hiệu quả nhất chỉ có thể là phơng pháp PTHH với việc sử
dụng các phần tử khối.
Từ các kết luận trên, mục tiêu nghiên cứu của luận án đợc lựa chọn là:
Xây dựng mô hình, thuật toán và chơng trình tính toán kết cấu công
sự chịu tác dụng của tải trọng sóng nổ của bom JDAM bắn diện theo mô
hình kết cấu không gian, có tính đến sự làm việc đồng thời của hệ kết cấu
và môi trờng. Đồng thời nghiên cứu bằng số về ảnh hởng của các tham
số tính toán của tải sóng nổ đến trạng thái nội lực - chuyển vị của kết cấu.
Để đạt đợc mục tiêu này, trong luận án đã thực hiện các nội dung
chính nh sau:
1. Xây dựng mô hình, thuật toán, chơng trình tính toán động lực học
kết cấu công sự theo mô hình kết cấu không gian có kể đến sự làm việc
đồng thời của hệ kết cấu môi trờng bằng phơng pháp PTHH.
2. Thiết lập mô hình, thuật toán và chơng trình mô phỏng điểm rơi
ngẫu nhiên của bom JDAM theo phơng thức bắn diện và xác định miền
điểm rơi tính toán của chúng.

3. Xây dựng thuật toán, chơng trình tính tải trọng sóng nổ quy nút
gây ra do bom JDAM tác dụng lên công sự theo phơng thức bắn diện có kể
đến hiện tợng phản xạ và chảy bao của sóng nổ với sóng tới hợp với bề mặt
nhận tải một góc bất kỳ. Thử nghiệm ngoài hiện trờng xác định áp lực SXK
tác dụng lên nóc công sự gây ra bởi nhiều lợng nổ đồng thời hoặc liên tiếp
theo sơ đồ bố trí diện để kiểm tra độ tin cậy của chơng trình tính.
4. Tính toán bằng số đối với chuyển vị của kết cấu công sự chịu tác
dụng của bom JDAM theo phơng thức bắn diện và khảo sát ảnh hởng
của tham số tải trọng sóng nổ đến trạng thái chịu lực của kết cấu.




5
Phạm vi nghiên cứu của luận án:
- Về tải trọng nổ: chỉ đề cập đến tải trọng gây ra bởi sóng nổ của bom
đạn thông thờng theo phơng thức bắn diện, cụ thể là bom JDAM với vị
trí nổ trên mặt đất.
- Về công sự và môi trờng nền: xét cho các trờng hợp công sự đặt
nổi, nửa nổi nửa chìm hoặc đặt nông dới mặt đất (sự phá hoại của công sự
chủ yếu bị gây nên bởi sóng xung kích).
Phơng pháp nghiên cứu của luận án:
Nghiên cứu lý thuyết và thử nghiệm số trên máy tính kết hợp với
nghiên cứu thực nghiệm ngoài hiện trờng (để đánh giá độ tin cậy của các
kết quả nghiên cứu lý thuyết) và rút ra các kết luận, kiến nghị cần thiết.
Chơng 2. Xây dựng thuật toán v chơng trình tính
toán động lực học công sự theo mô hình kết cấu
không gian bằng phơng pháp phần tử hữu hạn
2.1. Các giả thiết tính toán và mô hình tính
Khảo sát công sự đặt nông trong môi trờng đất đá nhiều lớp chịu tác dụng

của tải trọng động loại tổng quát (hình 2.1). Cần xây dựng các phơng trình, thuật
toán và chơng trình tính toán động lực học công sự làm việc theo mô hình kết
cấu không gian có kể đến sự làm việc đồng thời của hệ kết cấu-môi trờng bằng
phơng pháp PTHH.









Để giải bài toán đặt ra theo phơng pháp PTHH thừa nhận các giả
thiết sau:
- Cơ hệ khảo sát gồm kết cấu công sự và môi trờng đất đá xung
quanh cùng làm việc đồng thời. Chuyển vị trên bề mặt tiếp xúc giữa kết
cấu và môi trờng là liên tục.
- Vật liệu của kết cấu công sự và của từng lớp môi trờng đất đá xung
quanh là đồng nhất, đẳng hớng, biến dạng đàn hồi tuyến tính.
- Tải trọng động tác động lên hệ có thể đặt trên kết cấu hoặc có thể
đặt trên bề mặt môi tr
ờng.
- Chuyển vị của kết cấu và môi trờng đất đá là bé.
Hình 2.1. Mô hình xuất phát của bài toán
P
2
(t)

P

i
(t)

P
1
(t)

P(t)

Côn
g
sự
Nền đất đá
nhiều lớp


6
Để tính toán cơ hệ bằng phơng pháp PTHH và kể đến các giả thiết
đã thừa nhận, mô hình tính đợc chọn nh sau: Từ hệ thực bán vô hạn ta
tách ra một miền hữu hạn bao gồm kết cấu công sự và một phần môi
trờng đất đá bao quanh kết cấu-gọi là miền tính toán. Khi rời rạc hóa
miền tính toán thành các PTHH sử dụng các phần tử khối lục diện, 8 nút.
Thay cho tác dụng của phần môi trờng còn lại đối với miền tính toán, trên
biên của miền này (tại các nút của các phần tử) đợc đặt các liên kết gối
tựa cứng. Miền tính toán của cơ hệ cùng với các liên kết nh đã mô tả sẽ là
mô hình tính của bài toán và đợc thể hiện trên hình 2.2.

2.2. Các quan hệ cơ bản của lý thuyết đàn hồi tuyến tính 3 chiều
Trong mục này dẫn ra các quan hệ cơ bản của lý thuyết đàn hồi tuyến
tính 3 chiều để làm cơ sở thiết lập các phơng trình cơ bản của phơng pháp
PTHH đối với phần tử khối đợc trình bày ở các mục tiếp theo.
2.3. Thiết lập các phơng trình cơ bản của phơng pháp PTHH đối với phần tử khối
Phần tử hữu hạn đợc lựa chọn để tính toán động lực học của cơ hệ công
sự-môi trờng làm việc theo mô hình kết cấu không gian có kể đến sự làm việc
đồng thời của chúng bằng PTHH là phần tử khối lục diện, tám nút, đồng tham
số- kí hiệu là LD8. Hình dạng phần tử trong hệ tọa độ Descartes (xyz) và hệ
tọa độ tự nhiên 0r
*
s
*
t
*
thể hiện trên hình 2.3 và 2.4.

Quan hệ chuyển vị tại điểm bất kỳ trong phần tử với chuyển vị nút:

{
}
[
]
{
}
dUN= , (2.4)
trong đó:
{} { }
v w
T
Uu= -véc tơ chuyển vị tại điểm bất kỳ,
B
*
z
y
L
*
l
cs
h
cs
Các PTHH
0
y
x
0
l

cs
b
cs
H
*
Hình 2.2. Mô hình tính của
bài toán theo phơng pháp PTHH.
x
z
B
*
b
cs
Các liên
kết gối
tựa cứng
h
cs
0


7

{}
{
}
{}
123 222324
11 1 8 8 8
d
T
ii i
dd d d d duvw uvw uvw==-véc tơ chuyển vị nút
phần tử,
[
]
N là ma trận hàm dáng ,

[]
12 8
12 8
12 8
00 0 0 00
000 0 0 0
00 0 0 00
NN N
NN N N
NN N


=

trong đó: N
i
= 0,125(1+r
*
r
*
i
)(1+s
*
s
*
i
)(1+t
*
t
*
i
) , i = 1,2,8; r
*
,s
*
,t
*
là các tọa
độ của điểm bất kỳ thuộc phần tử trong hệ tọa độ tự nhiên; r
*
i
,s

*
i
,t
*
i
là tọa
độ tự nhiên của nút i.
Quan hệ biến dạng-chuyển vị:
{
}
[
]
{
}
dB

= , (2.8)
với:
{}
{
}
yzxyyzzx
=
T
x


-véc tơ biến dạng,
[
]

B
là ma trận biến dạng-
chuyển vị nút.
Quan hệ ứng suất-biến dạng :
{
}
{
}
{
}
d
VL VL
CCB




=
= , (2.9)
trong đó:
{}
{
}
yzxyyzzx

T
x


= -véc tơ ứng suất,

[
]
VL
C
là ma trận vật liệu.
Sử dụng nguyên lý chuyển vị khả đã nhận đợc ma trận khối lợng [M]
m
,
ma trận độ cứng [K] , véc tơ tải trọng quy nút {P}
m
của phần tử. Các ma trận
trên khi tính toán bằng phơng pháp cầu phơng Gauss trong hệ tọa độ tự nhiên
0r
*
s
*
t
*
có dạng:

, (2.19)

,
(2.20)


trong đó:
J là định thức của ma trận Jacobian [J] ,

[]
888
***
***
111
888
*** * * *
111
888
***
***
111
iii
iii
iii
iii
iii
iii
iii
iii
iii
NNN
xyz
xy
z
rrr
rrr
xyz N N N
J
x

y
z
sss s s s
xyz
NNN
xy
z
ttt
ttt
===
===
===

==























, (2.22)
Hình 2.3. Phần tử khối LD8
trong hệ tọa độ tổng quát xyz
Hình 2.4. Phần tử khối LD8
trong hệ tọa độ tự nhiên r

*
s
*
t
*

***
111
222
***
111
111
TT
ij
k
mmm mm
ijk
M
NNJdrdsdt wwwNNJ

===



==


[] []
[]
[] []

[]
[]
***
111
222
***
111
111
VL VL
mm
TT
ijk
mmm mm
ijk
CCK B B J dr ds dt w w w B B J
===

==




8
Trong luận án đã dẫn ra sơ đồ thuật toán để tính các ma trận phần tử
bằng phơng pháp cầu phơng Gauss .
2.4. Sắp xếp và lu trữ các ma trận phần tử vào các ma trận chung của toàn
hệ - phơng pháp và thuật toán
Trên cơ sở các ma trận của các phần tử đã nhận đợc đã thiết lập các
ma trận tổng thể tơng ứng (độ cứng, khối lợng, cản, tải trọng) cho toàn hệ
bằng phơng pháp độ cứng trực tiếp. Đã trình bày phơng pháp, sơ đồ thuật

toán của chơng trình để tổ chức sắp xếp và lu giữ chúng dới dạng Skyline.
2.5. Các phơng trình cân bằng của toàn hệ - phơng pháp và thuật giải
2.5.1. Phơng trình cân bằng của toàn hệ
Sau khi đa các điều kiện biên vào bài toán,phơng trình cân bằng
động đối với toàn hệ có dạng:

[
]
{
}
[
]
{
}
[
]
{
}
{
}
()
M
CK Pt++ =
&&&
rr r
, (2.32)
trong đó:
{
}
r

véc tơ chuyển vị nút của toàn hệ,
[
]
[
]
[
]
,,
M
KC
-tơng ứng là
các ma trận khối lợng, ma trận độ cứng, ma trận cản của toàn hệ,
{
}
P
- véc
tơ tải trọng nút của toàn hệ,t-thời gian,
[
]
C là ma trận cản của hệ,
[] [ ] []
,
rr
CMK

=+với

r
và

r
là các hằng số cản Rayleigh .
2.5.2. Phơng pháp và thuật toán giải các phơng trình của toàn hệ
a. Giải phơng trình dao động riêng
Phơng trình dao động tự do của hệ có dạng:
[
]
{
}
[
]
{
}
0rrMK
+
=
&&
. (2.39)
Nghiệm của bài toán dao động riêng tơng ứng đợc xác định từ
phơng trình:
[]
[
]
[
]
[
]
[
]
KM

=, (2.41)
trong đó: [] là ma trận các véc tơ riêng
i

, [] là ma trận đờng chéo chứa
các trị riêng cần tìm
i
trên đờng chéo chính,
i
=
i
2
, với
i
là tần số dao
động riêng thứ i của hệ. Để giải phơng trình trên sử dụng phơng pháp lặp
không gian con, theo đó đã lập đợc chơng trình con function giaibttr.
b. Giải các phơng trình cân bằng
Phơng trình cân bằng động (2.32) đợc giải bằng phơng pháp tích phân
trực tiếp theo Newmark . Phơng pháp này dẫn phơng trình trên về phơng
trình cân bằng dạng tựa tĩnh. Khi giải phơng trình tựa tĩnh sử dụng thuật toán
Decomposition. Kết quả đã lập đợc 3 chơng trình con function decom
(K,NDS), function GiaiPTCBT và function GiaiPTCBD (K,M,NDS).
2.6. Tổ chức chơng trình tính
Trên cơ sở các thuật toán đã trình bày trên đã lập đợc trình để tính toán
động lực học công sự theo mô hình kết cấu không gian bằng phơng pháp
phần tử hữu hạn có kể đến sự làm việc đồng thời của hệ công sự - nền đàn hồi.

9
Chơng trình mang tên CSTh, đợc lập trong môi trờng Matlab, là chơng
trình chính liên kết các chơng trình con đã lập ở trên. Cấu trúc chơng trình
CSTh đợc dẫn ra trên hình 2.6. Đến đây, CSTh đang ở dới dạng mở đối với
véc tơ tải trọng quy nút vì tải trọng động mới đợc khảo sát dới dạng tổng
quát . Đại lợng này trong các chơng tiếp theo sẽ đợc triển khai tính toán cụ
thể cho một loại tác dụng đặc biệt - tải trọng sóng nổ do bom JDAM gây ra







Hình 2.6. Cấu trúc chơng trình CSTh
2.7. Tính toán bằng số
Các tính toán bằng số trong mục này đợc thực hiện để kiểm tra tính
đúng đắn và mức độ tin cậy của chơng trình CSTh .
Bài toán 2.1: dầm có liên kết ngàm 2 đầu chịu tải trọng tập trung.
Bài toán 2.2: công sự dạng hình hộp chữ nhật kiểu đặt nông chịu tải trọng
phân bố.
Từ tính toán số bằng chơng trình đã lập (CSTh) và chơng trình
SAP2000 theo mô hình kết cấu không gian và kết cấu phẳng đối với bài
toán tĩnh và động cho thấy, sai số kết quả tính giữa 2 chơng trình khoảng
(5 ữ 8)%, giữa 2 mô hình khoảng 3,3% ữ 26,4%. Các kết quả trên chứng tỏ
chơng trình CSTh có cơ sở để tin cậy và khẳng định thêm sự cần thiết của
việc sử dụng mô hình kết cấu không gian trong tính toán công sự.
Chơng 3. Mô phỏng điểm rơi ngẫu nhiên của bom
JDAMbắn diện v xác định miền điểm rơi tính toán
3.1. Quy lut phõn b của bom đạn xung quanh điểm ngắm

Sự phõn b (tản mát) của đạn xung quanh điểm ngắm cú tính ngẫu
nhiên.Trong luận án thừa nhận tản mát của bom đạn xung quanh im ngm
l các đại lợng ngẫu nhiên chuẩn hai chiều, một chiều theo tầm bn (Y) và
một chiều theo hớng bắn (X),các đại lợng ngẫu nhiên trên độc lập v
i
nhau. Hm mt phõn b chuẩn 2 chiều cú dng :


10

2
2
2
2
(, ) exp .
.
y
x
xy x y
ym
xm
fxy
EE E E

= +
. (3.3)
Trong cụng thc trờn ký hiu: x, y là tọa độ phân bố tơng ứng với đại lợng
ngẫu nhiên X và Y; m
x
, m
y
là các giá trị kỳ vọng của phân bố (cũng chính là toạ
độ của điểm ngắm); E
x
, E
y

là độ lệch xác suất của đạn theo tm bn v
hng bn; = 0,667 là hệ số chuyển đổi từ độ lệch trung bình bình
phơng sang độ lệch xác suất phân bố chuẩn. Giữa độ lệch xác suất E
x
và
độ lệch trung bình bình phơng
x
quen biết tn ti mi quan h : E
x
=
0,677
x
. Khi sử dụng độ lệch xác suất E
x
ta s thay qui luật 3
x
bng qui
luật 4E
x
. Đối với E
y
và
y
cũng tơng tự. Các giá trị E
x
, E
y
ph thuc vo
cỏc loi bom n và có trong hồ sơ của vũ khí.
Quy luật (3.3) ó đợc khẳng định qua vô số các thử nghiệm bắn tht[2],[14].

3.2. Mụ phng các im ri ngẫu nhiên ca bom n xung quanh im ngm
Bi toỏn đặt ra ở đây là: xỏc nh cỏc ta im ri ngẫu nhiên x v
y ca bom n xung quanh im ngm khi bit cỏc i lng ny phõn b
chun vi mt phõn b
im ri f(x,y), các giá trị kỳ vọng m
x
, m
y
(ta
im ngm)

v cỏc độ lệch xác suất E
x
, E
y
cho trc. Bi toỏn ny l bi
toỏn ngc ca bi toỏn thng kờ.
Bài toán này gii bng phng phỏp gii tớch sẽ gặp khó khăn nên trong
lun ỏn ó s dng phng phỏp gn ỳng c trỡnh by trong [2], theo đó
thay th hm mt phõn b liờn tc dng ng cong bt k f(x) f(x)
bng th hm bc thang (histogram). Tip ú, da vo histogram va nhn
c xõy dng th ca hm phõn b F(x) (cú dng
ng góy khỳc), từ đó
có thể nhận đợc nghiệm của bài toán. Di ây là các thuật toán của phơng
pháp:

,
,
x
x

Hx
y
yHy
E
xm
E
ym




=+
=+
(3.13)
trong đó:
,
H
x

H
y

là cỏc s ngu nhiờn ca dóy phõn b chun c s,
H
là
thể nghiệm ca i lng ngu nhiờn cú quy lut phân bố chun c s giớ
hn trong khong [0,1], cú kì vọng bng không và phơng sai bng đơn vị,

12
1

6
Hx Hy i

==

,
trong đó:
i

(i=1,2, 12) là dãy các số giả ngẫu nhiên phân bố đều cơ sở .


11
Để tạo phát các số này sử dụng các phần mềm có sẵn (chẳng hạn
phần mềm trong MATLAB).
3.3. Mụ phng im ri ngẫu nhiên ca bom JDAM theo phng thc bn din
3.3.1. Các phơng thức bn (phơng thức hoả lực)
Phơng thức bn c hiểu là sự lựa chọn cỡ đạn, số lợng đạn và sự
phân chia lới điểm ngắm để đạt hiệu quả sát thơng theo ý định. Cỡ đạn và số
lợng đạn đợc lựa chọn trên cơ sở kháng lực và qui mô của công trình.
Phơng thức bn đợc chia ra: bn theo mục tiêu điểm và bn theo
mục tiêu diện. Đối với các loại vũ khí nh bom JDAM, JSOW, TASSAM
thờng tấn công theo mục tiêu diện,theo đó mỗi lần bắn (có thể có nhiều
quả), các quả bom đợc điều khiển đến các tọa độ đã định trớc bằng
chơng trình đã lập sẵn. Trong luận án hạn chế nghiên cứu trong phạm vi
phơng thức bắn diện ca bom JDAM.

3.3.2. Mụ phng ta cỏc im ri ngẫu nhiên ca bom JDAM khi
bn theo mục tiêu diện

Với bom không quân, trong đó có bom JDAM, khi bn theo mục tiêu
điểm diện tích tản mát xung quanh một điểm ngắm gần đúng là một hình
tròn, có đờng kính bằng 8E, (E
x
= E
y
= E). Khi bn theo mục tiêu diện, để
đạt đợc phân bố điểm rơi tối u của bom đạn trên toàn miền mục tiêu, lới
điểm ngắm đợc sử dụng dới dạng lới ô vuông và khoảng cách giữa các
điểm ngắm bằng (2ữ4)E. Khi đó, tập hợp các phân bố chuẩn của bom xung
quanh các điểm ngắm sẽ dẫn đến phân bố đều trên toàn miền mục tiêu.
3.4. Xác định miền điểm rơi tính toán của bom n
Khi chịu tác dụng nổ của bom đạn sẽ xẩy ra một trong các trờng hợp:
1/ công trình bị phá hủy (loại khỏi vòng chiến đấu), 2/ công trình bị chấn
thơng hoặc h hỏng một phần (nhng không bị phá hủy), 3/ công trình an toàn
tuyệt đối. Luận án chỉ quan tâm đến miền điểm rơi và nổ của bom đạn mà
với nó công trình chỉ bị chấn thơng hoặc h hỏng một phần nào đó nhng
cha bị phá hủy (tơng ứng với trờng hợp 2) - gọi là miền điểm rơi tính
toán của bom đạn.

(2
ữ
4)
E
(2
ữ
4)
E

Điểm ngắm

Đ
iểm rơi của bom
M
iền bắn
Hình 3.3. Sơ đồ bắn diện của bom JDAM
M
iền m
ụ
c tiêu
Sai số hệ thống do đọc
tọa độ của máy thu GPS
M
ục tiêu
diện


12
u tiờn kho sỏt cụng trỡnh l mc tiờu im. Giả thiết số đạn bắn
vào mục tiêu là một quả. Mối quan hệ giữa xác suất sát thơng (P
ST
) v
khoảng cách từ điểm chạm của đạn đến tâm mc tiờu (R), có dạng nh trên
hình 3.4. Từ hình vẽ trên ta thấy tn ti 2 giỏ tr R
1
v R
2
, theo ú khi R R
1

xác suất sát thơng mc tiờu P
ST
= 1, nghĩa là công trình chắc chắn bị phá
hủy ; khi R > R
2
xác suất sát thơng mc tiờu P
ST
= 0, nghĩa là công trình
đợc an toàn tuyệt đối. Trong khoảng R
1
R R
2
công trình có thể bị chấn
thơng hoặc h hỏng ở một mức độ nào đó .









Hình 3.4. Quan h gia xác sut
sát thơng v v trí im chm ca bom n
Bán kính R
1
và R
2
có các giá trị khác nhau ph thuc vo hớng bắn,

cỡ đạn, chiều sâu xuyên của đạn, định hớng v khỏng lc ca cụng trỡnh.
Với cụng trỡnh chỉ l một công sự đơn lẻ (ch cú mt im ngm l tõm
cụng trỡnh) thỡ khi tớnh toỏn bn cụng trỡnh min điểm rơi tính toán ca
bom n là miền gii hn trong phm vi :
R
1
R R
2
.

(3.15)
Trong trng hp cụng trỡnh l mc tiờu din, min mc tiờu l min
bao gm h thng cỏc cụng trỡnh b trớ ti cỏc v trớ khỏc nhau. Phng
thc bn c thc hin khụng phi ch cú mt im ngm m theo li
cỏc im ngm. S dng cỏc thut toỏn mụ phng im ri ca n ó
trỡnh by trong mc 3.3 i vi tt c cỏc im ng
m ta nhận đợc tất cả
các tọa độ điểm rơi ca mc tiờu din. Tp hp ta điểm ri ca cỏc
viờn n xung quanh tt c cỏc im ngm trên min bn thỏa mãn điu
kin (3.15) ta c min ta điểm rơi tính toán ca bom n .
3.5. Chơng trình tính
Trên cơ sở các thuật toán thiết lập ở trên đã xây dựng chơng trình
mô phng im ri ngẫu nhiên ca các bom JDAM theo phng thc bn
din và xác định miền điểm rơi tính toán của chúng. Chơng trình đ
ợc
mang tên là MXCS.
R


P

ST
R
2
R
1

1


0


Miền
công sự
chắc chắn
bị phá
hủy
Miền
công sự
chắc
chắn an
toàn
Miền
công sự
có thể bị
h hỏng


13
Chơng trình đợc viết bằng ngôn ngữ MATLAB 7.0 chạy trong môi

trờng Windows 9x.
3.6. Tính toán bằng số
Các tính toán bằng số đợc thực hiện để minh họa cho khả năng của
chơng trình MXCS và kiểm tra độ tin cậy của nó .
3.6.1. Mô phỏng điểm rơi của bom GBU-32JDAM theo phơng thức bắn điểm
Kết quả tính toán đợc thể hiện trên hình 3.6.












3.6.2. Mô phỏng điểm rơi của bom GBU-32JDAM với phơng thức bắn diện
Kết quả tính toá theo cơ số đạn 100 quả / điểm ngắm đợc thể hiện
trên hình 3.7.
Các kết quả nhận đợc phù hợp với các quy luật đã biết và khẳng định thuật
toán, chơng trình mô phỏng điểm rơi của bom đạn MXCS là đáng tin cậy.
Chơng 4. tính tải trọng sóng nổ của bom jdam
tác dụng lên công sự theo phơng thức bắn diện
4.1. Các công thức tính siêu áp sóng nổ khi bom nổ trên mặt đất
Trong mục này dẫn ra các công thức đã biết đối với áp lực các loại
sóng nổ khi bom nổ trên mặt đất nh : sóng tới (ST), sóng phản xạ (PX),
sóng chảy bao (CB) , làm cơ sở để xây dựng các thuật toán chơng trình tính
các loại tải trọng sóng nổ tác dụng lên công sự theo cách thức mô phỏng

điểm rơi của bom JDAM đã trình bày ở trong chơng 3.
4.2. Thiết lập thuật toán tính tải trọng sóng nổ của bom JDAM tác
dụng lên bề mặt công sự theo phơng thức bắn diện
4.2.1.Các giả thiết tính toán
- Các quả bom đều nổ trên mặt đất.
Hình 3.6. Họa đồ mô phỏng điểm rơi
của bom GBU-32 JDAM
theo
p
hơn
g
thức bắn điểm
Hình 3.7. Họa đồ mô phỏng điểm rơi
của bom GBU-32JDAM
theo
p
hơn
g
thức bắn di
ệ
n


14
- không tính đến tơng tác giữa các sóng nổ khi chúng lan truyền trên mặt đất.
- Công sự thuộc loại công sự nổi (nằm trên mặt đất hoặc dìm sâu trong đất với
độ sâu không lớn).
- Chiều cao của công sự nhỏ.
- Kích thớc công sự theo các phơng trong không gian cùng bậc với nhau.
- Khi xác định tải trọng sóng nổ lên công sự, công trình đợc coi là vật thể tuyệt

đối cứng và không bị dịch chuyển.
Các hệ quả sau suy ra từ các giả thiết:
- Sóng xung kích do nổ của bom lan truyền trong không khí đợc tính theo các
công thức nổ trên mặt đất (phân biệt với trờng hợp nổ trên cao)
- Sóng nổ từ các quả bom lan truyền trong không khí theo các phơng song
song với mặt đất.
- Góc phản xạ của sóng tới trong mặt phẳng thẳng đứng có thể coi bằng không.
- Cần tính đến hiện tợng chảy bao của sóng gây ra do kích thớc hữu hạn của công trình.
- Không tính đến sự tơng tác sóng-công trình do biến dạng và dịch chuyển của kết cấu.
- Có thể sử dụng đợc nguyên lý cộng tác dụng khi tính tải trọng tổng của sóng
nổ gồm nhiều tải trọng sóng thành phần do nhiều quả bom nổ gây ra.
4.2.2. Thuật toán tính các thành phần của tải trọng sóng nổ tác dụng lên công sự
a) Phơng truyền của sóng tới vuông góc với mặt trớc công sự:
Trong trờng hợp này mặt trên và các mặt bên của công sự chịu tác dụng
của sóng tới và tạo thành tải trọng
1
(t) = (t), (P(t) là sóng tới), mặt trớc
của các công sự chịu tác dụng của sóng phản xạ (có kể đến hiện tợng chảy
bao của sóng) và tạo thành tải trọng
2
(t) =
px
(t), còn mặt sau của các công
sự chịu tác dụng của sóng chảy bao và tạo thành tải trọng sóng chảy bao
3
(t).
Dạng của các tải trọng
1
(t),
2

(t),
3
(t) cho trên các hình vẽ từ 4.8 đến 4.10.











Các công thức tính siêu áp trên mặt sóng tới (

P ), siêu áp trên mặt
sóng phản xạ (
px
P ) khi bom nổ trên mặt đất đã đợc dẫn ra trong mục
4.1và mục 4.2.
b) Phơng truyền của sóng tới hợp với mặt trớc công sự một góc

:
Hình 4.9. Đồ thị tải trọng
sóng nổ tác dụng lên mặt
trớc của công sự khi kể
đến
chảy bao của sóng

P
2
(t)

Ppx
t
P
CB


+
t
1
P
3
(t)
t
P
CB

+
t
2
t
3
Hình 4.10. Đồ thị tải trọng
sóng nổ tác dụng lên mặt
sau công sự có tính đến
chảy bao của sóng
Hình 4.8. Đồ thị tải

trọng sóng nổ tác dụng
lên mặt trên và các
mặt

P
1
(t)=P(t)


t
0

P
+

P
0
P
0


15
Chia vùng điểm rơi và nổ của bom xung quanh công sự ra làm 8 vùng
từ I đến VIII và ký hiệu các mặt công sự từ 1 đến 5 (trừ mặt dới) tơng
ứng : m1, m2, m3, m4, m5 nh thể hiện trên hình 4.11. Căn cứ vào vị trí
của bề mặt của công sự và vùng rơi của bom sẽ nhận đợc dạng tải trọng
sóng nổ tác dụng lên bề mặt khảo sát thuộc loại sóng nào trong số ST, PX,
CB (bảng 4.1). Tiếp đó, tính toán tải trọng do các sóng này gây ra bằng các
công thức đã thiết lập ở các phần trên.

Bảng 4.1. Bảng nhận dạng loại sóng nổ tác dụng trên các bề mặt công sự
phụ thuộc vào vùng điểm rơi của bom
Vùng điểm rơi của bom
Mặt
công
sự
Vùng I Vùng II Vùng III Vùng IV Vùng V Vùng VI VùngVII VùngVIII
m1
PX PX ST CB CB CB ST PX
m2
ST PX PX PX ST CB CB CB
m3
CB CB ST PX PX PX ST CB
m4
ST CB CB CB ST PX PX PX
m5
ST ST ST ST ST ST ST ST

4.3. Phơng pháp tính toán tính tải trọng sóng nổ quy nút trên các
phần tử khối khi tính công sự theo PP PTHH
Sơ đồ vị trí điểm rơi và nổ của bom cùng với hớng truyền sóng nổ và
sơ đồ rời rạc hóa công sự thành các PTHH cho trên hình 4.12.
Các PTHH thuộc bộ phận nào (nóc, tờng hay đáy) của công sự cũng
nh của bề mặt phần môi trờng sẽ chịu tác dụng của tải trọng sóng nổ
tơng ứng với loại tải trọng của bộ phận đó. Cách xác định các loại tải
Hình 4.11. Sơ đồ nhận dạng tải trọng sóng nổ tác dụng lên các bề mặt công sự
a) hình chiếu đứng; b) hình chiếu bằng





(I)
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
m
4
m
1
m
5
m
3
m
5
m
2
m
1

m
3
m
4
(III)
(II)
(IV)

(V)
(VI)

(VII)
(VIII)
Điểm nổ
N(x
N
, y
N
, z
N
)



R
Điểm nổ
N(x
N
, y
N

, z
N
)

a)

b)

Côn
g
sự

Côn
g
sự



16
trọng sóng nổ phân bố tác dụng lên các bề mặt công sự và môi trờng phụ
thuộc vào vị trí nổ của bom đã trình bày trong mục 4.2. Để giảm bớt khối
lợng tính toán mà không ảnh hởng nhiều đến kết quả cuối cùng, đối với
mỗi bề mặt của PTHH, ta thừa nhận thêm các giả thiết:

Sử dụng thuật toán tính tải trọng sóng nổ của bom JDAM ở mục 4.2,
các giả thiết nêu trên và nguyên lý tác dụng có thể xác định đợc tải trọng
nổ phân bố tác dụng lên tất cả các bề mặt nhận tải của một PTHH. Sử dụng
công thức đã thiết lập trong chơng 2 sẽ xác định đợc tải trọng sóng nổ
quy nút cho mỗi phần tử. Ghép nối tất cả các PTHH của hệ cùng với các tải
trọng sóng nổ quy nút nhận đợc theo phơng pháp trên ta sẽ đợc véc tơ
tải trọng sóng nổ quy nút tác dụng lên toàn bộ kết cấu công sự.
Khi công sự chịu tác dụng liên tiếp gây ra do nổ của nhiều loạt bom
khác nhau thì phơng pháp tính toán vẫn nh trên nhng phải đa tham số

h
q (x,y,z,t)
(
I
)
R
(
h
)

P

(k)
(
II
)
(
VIII
)
(
III
)
(
V
II
)(
V
I
)
(

IV
)
(
V
)
m
1
5
m
m
4
m
2
m
3
t
2
t
P
m
t
3
t
P
m
t
1
t
P
m

m
P
t
4
t
P
P
t
t
P
t
P
t
y
x
Công sự
NNN
N(x ,y ,z )
Điểm nổ
- Sóng nổ do mỗi
quả bom gây ra sẽ đợc
coi là tác dụng đồng thời
tại tất cả các điểm trên
mỗi mặt nhận tải của
PTHH.
- Phơng tác dụng
của tải trọng đợc coi là
không đổi trên từng bề
mặt nhận tải của phần
tử và đợc xác định theo

phơng nối từ điểm nổ
của bom đến tâm của bề
mặt phần tử đó.
- Cờng độ của tải
trọng sóng nổ trên từng
bề mặt phần tử nhận tải
có giá trị không đổi và
đợc xác định theo
cờng độ tại trọng tâm
của nó.


Hình 4.12. Sơ đồ xác định tải trọng sóng nổ
tác dụng lên các PTHH của công sự
a) mặt cắt ngang công sự ;b) hình chiếu bằng
công sự ; c) bề mặt h của phần tử thứ k
m
P
t
R
(
h
)


P
h
(k)
q (x,y,z,t)
1

5
t
P
m
m
P
t
3
t
P
t
t
t
3
m
5
m
1
m
P
t
t
P
z
x
Công sự
Điểm nổ
N(x ,y ,z )
NN N
Mặt h của phần tử thứ k

h

h
R
(
h
)
z
x
y
L
(
h
)
Phần tử thứ k
Tải trọng sóng nổ phân bố
trên bề mặt phần tử q (x,y,z,t)
Điểm nổ
N(x ,y ,z )
NN N
a)
c)
b)


17
độ trễ thời gian nổ (khoảng cách về thời gian giữa các vụ nổ khác nhau,
liền kề của bom kí hiệu là t
PN
) vào các công thức tính toán đối với hàm

thời gian của tải trọng.

4.4. Sơ đồ thuật toán và chơng trình tính toán véc tơ tải trọng sóng nổ quy nút
Sử dụng phơng pháp tính toán trình bày trong mục 4.3 và các công
thức đã dẫn ra trong mục 4.1, 4.2, đã lập đợc sơ đồ thuật toán và chơng
trình để tính véc tơ tải trọng sóng nổ quy nút lên tất cả các PTHH của cơ hệ
trên từng bớc tích phân theo thời gian. Chơng trình mang tên TaiSXK ,
đợc lập trong môi trờng Matlab, là một modun trong bộ chơng trình CSTh.
4.5. Tính toán bằng số
Sử dụng chơng trình TaiSXK tính tải trọng quy nút gây ra bởi sóng
nổ của bom MK83 (trọng lợng C
d
= 428Kg TNT), nổ tại điểm N(-12, 10, 0).
Kết cấu công sự kiểu thành dầy, tiết diện hình chữ nhật. Kích thớc:
l
cs
x b
cs
x h
cs
=(7 x 5 x 4,2)m đặt nổi trên mặt đất
Tổng số : 216. Tổng số nút: 343. Bớc thời gian tích phân
t0,001s= .
Số bớc tích phân khảo sát: n = 600.
Kết quả tính toán:
g) Tại bớc thời gian j=1

h) Tại bớc thời gian j=10
i) Tại bớc thời gian j=50 k) Tại bớc thời gian j=100

m) Tại bớc thời gian j=200 n) Tại bớc thời gian j=400


18



Đồ thị biến thiên theo thời gian của tải trọng quy nút (theo 3 phơng)
đối với tất cả các PTHH đợc thể hiện trên hình 4.18








Hình 4.18. Đồ thị tải trọng sóng nổ quy nút theo 3 phơng
đối với tất cả các phần tử của công sự.
4.6. Xác định tải trọng sóng nổ tác dụng lên công sự bằng thực nghiệm
Mục đích: kiểm chứng kết quả tính toán tải trọng sóng nổ của
chơng trình TaiSXK.
Mô hình thực nghiệm : công sự ( dài x rộng ) = ( 1,5 x 1,2 )m. Bề dầy lớp
đất đắp trên công sự là 1m. Dùng kíp nổ điện vi sai để tạo nên các vụ nổ lệch
nhau về thời gian phát nổ (h
ình 4.22).

Đại lợng đo: áp lực sóng nổ. Vị trí đo: tại tâm của nóc công sự.
Thiết bị thực nghiệm: - đầu đo: dùng đầu đo áp lực PCB 113A với giải
đo từ 0 ữ1000 psi. - Máy đo: máy đo động MGC PLUS 16 kênh do hãng
HBM của Cộng hòa liên bang Đức sản xuất, có thể đo đợc áp lực, gia tốc
và biến dạng.
L
L
L
Công
sự
M
áy gây nổ
đ
Vị trí đặt lợng nổ
M
áy đo độn
g
Đ
ầu
đo
Hình 4.22. Sơ đồ thực nghiệm
L

L

////////
/////////////////

Hình 4.17. Véc tơ tải trọng sóng nổ quy nút tác dụng trên mặt công sự tại
các thời điểm j
t khác nhau
h
b ớ
hời i


19
Kết quả thực nghiệm (trích dẫn) đối với trờng hợp ba lợng nổ, nổ
liên tiếp. Kết quả đo đợc bằng thực nghiệm và bằng tính toán theo chơng
trình TaiSXK đợc thể hiện trên hình 4.30.







So với kết quả thực nghiệm với kết quả tính bằng chơng trình
TaiSXK ta thấy có sai khác song không lớn, có thể chấp nhận đợc. Từ đó
có thể nhận định rằng chơng trình TaiSXK có cơ sở để tin cậy.
Chơng 5.
tính toán bằng số đối với công sự chịu tác
dụng của sóng nổ bom jdam theo phơng thức bắn
diện v nghiên cứu ảnh hởng của các tham số tải
trọng đến trạng thái chịu lực của kết cấu
5.1. Bộ chơng trình liên thông tính toán động lực học kết cấu công sự chịu tác
dụng của tải trọng sóng nổ do bom JDAM gây ra theo phơng thức bắn diện

Hình 4.30. Đồ thị áp lực SXK gây ra do 3 lợng 400g nổ vi sai trên nóc công sự,
kíp số 1;2;4, tính đợc theo chơng trình TaiSXK và đo đợc bằng thực nghiệm

Hình 5.1. Sơ đồ khối bộ chơng trình liên
thông CSTh tính toán động lực học công sự
chịu tác dụng của bom JDAM bắn diện
Chơng trình chính CSTh
trong chơng 2 đợc thiết lập để
tính toán động lực học công sự
theo mô hình kết cấu không gian
bằng phơng pháp PTHH với

việc sử dụng phần tử khối lục
diện 8 nút đồng tham số, trong
đó phần tải trọng động mới đợc
đa vào dới dạng tổng quát
cha cụ thể cho một loại tải
trọng nào.
Chơng trình con MXCS
(chơng 3) mô phỏng điểm rơi
ngẫu nhiên của bom JDAM thực
hiện theo phơng thức bắn diện.
Chơng trình con TaiSXK
(chơng 4) tính véc tơ tải trọng
sóng nổ quy nút cho các PTHH
theo các bớc thời gian do sóng
nổ của bom JDAM bắn diện
gây ra.



20

Liên kết các chơng trình trên với nhau sẽ nhận đợc bộ chơng trình khép
kín liên thông để tính toán động lực học công sự theo mô hình kết cấu không
gian bằng phơng pháp PTHH chịu tác dụng của sóng nổ do bom JDAM gây ra
theo phơng thức bắn diện (từ tính toán tải trọng đến nội lực và chuyển vị của kết
cấu). Sơ đồ khối của bộ chơng trình nói trên đợc cho trên hình 5.1
5.2.Tính toán bằng số đối với công sự chịu tác dụng sóng nổ của bom
JDAM theo phơng thức bắn diện
Mô hình tính:
Công sự đặt trên nền đất, đáy công sự nằm sâu dới mặt đất 1,2m.

- Các đặc trng của công sự: kích thớc công sự (l
cs
x b
cs
x h
cs
) = (5 x 7 x
4.2)m. Vật liệu công sự là BTCTcó: E
BT
= 240000 T/m
2
,
BT
= 0,18,
BT
= 2,5T/m
3
.
- Các đặc trng của nền đất: E
Đ
=2.10
4
T/m
2
,
Đ
=0,38,
Đ
=1T/m
3

.
- Rời rạc hóa PTHH đối với cơ hệ công sự-nền đất:
+ Loại phần tử: khối lục diện, 8 nút, đồng tham số.
+ Lới PTHH: miền tính toán của cơ hệ bao gồm toàn bộ công sự và
một phần nền đất đá, lới PTHH, kích thớc, hình dạng của các phần tử
đợc thể hiện trên hình 5.2 và 5.3.
Tổng số PTHH: 472; tổng số nút: 770; tổng số bậc tự do: 1467
+ Liên kết trên biên lới PTHH và phần nền còn lại: gối tựa cứng.










5.2.1.Công sự chịu tác dụng của một bom JDAM, nổ đơn
5.2.2. Công sự chịu tác dụng của 2 bom JDAM nổ đồng thời đối xứng qua trục y
5.2.3.Công sự chịu tác dụng của 2 bom JDAM có điểm rơi đối xứng hai bên, nổ
không đồng thời
5.2.4. Công sự chịu tác dụng của bom JDAM theo phơng thức bắn diện, nổ đồng thời
- Phơng thức hoả lực: bắn diện, toạ độ miền bắn [-100 100 -100 100]m
- Số lợng bom: 16 quả;- Loại bom: GBU31-JDAM;-Diện tích miền bắn:
(200x200)m; - Hớng bắn 30 độ so với trục x; - Sai số hệ thống GPS: 30m; - Độ lệch
xác xuất Ex=Ey=E=12 m; - Bớc lới điểm ngắm: 2E; - Độ trễ thời gian nổ
t
PN
= 0

Số lần thử nghiệm: 01, Bớc thời gian tính
t=1.6695e-4(s), Số bớc tính: n=10950
Hình 5.3. Sơ đồ rời rạc hóa PTHH đối với cơ hệ công sự-nền đất
theo mô hình kết cấu không gian


21
Kết quả tính toán: đợc dẫn ra trên các hình từ 5.24 đến 5.31.

5.3. Nghiên cứu ảnh hởng của các tham số tải trọng sóng nổ gây ra
bởi bom JDAM đến trạng thái chịu lực của công sự
Khảo sát ảnh hởng động lực của SXK nổ bom JDAM GBU32 lên công sự
thông qua hệ số ảnh hởng K trong các trờng hợp:
+ Một vụ nổ đơn ; + Nhiều vụ nổ đồng thời; + Nhiều vụ nổ liên tiếp.
- Công sự
- Miền điểm rơi
tính toán
- Mục tiêu diện
- Điểm ngắm
1
2
3
4

Hình 5.30. Véc tơ tải trọng sóng nổ
quy nút tác dụng lên công sự
tại bớc thời gian j=200
Hình 5.24. Điểm rơi của bom và
miền điểm rơi tính toán
Hình 5.26. Đồ thị tải trọng sóng nổ quy nút
tác dụng tại tâm nóc công sự (nút 746)
Hình 5.27. Đồ thị chuyển vị tại tâm nóc
công sự (nút 794)
Hình 5.28. Đồ thị tải trọng sóng nổ quy nút
tác dụng tại tờng bên công sự (nút 609)
Hình 5.29. Đồ thị chuyển vị tại tờng bên
công sự (nút 609)
4
3
1
2
Hình 5.31. Biểu đồ chuyển vị nút của
công sự tại bớc thời gian j = 200


22
Để nghiên cứu ảnh hởng của vị trí nổ và thời gian phát nổ, đa vào các hệ số:
- Hệ số ảnh hởng do nổ đồng thời (K
ĐT
):


- Hệ số ảnh hởng do nổ liên tiếp (K
LT

):


Nội dung tiến hành và kết quả:
5.3.1. Công sự chịu tác dụng của một vụ nổ đơn
5.3. 2. Công sự chịu tác dụng của 2 bom đặt khác phía và nổ đồng thời
Công sự chịu tác dụng của 2 bom đặt khác phía nh trên hình 5.36 và
nổ đồng thời (t
PN
= 0). Quả thứ nhất nổ tại toạ độ [8,0,0]m, quả thứ 2 nổ
tại toạ độ [x,0,0], với x lần lợt nhận các giá trị x=-4; -5; -6; ;-12 (m).







5.3.3. Công sự chịu tác dụng của 2 bom đặt cùng phía và nổ đồng thời
Bom thứ nhất N
1
có toạ độ [8,0,0]m. Bom thứ hai có toạ độ [x,0,0],
với x lần lợt nhận các giá trị x = 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26(m) nh
thể hiện trên hình 5.39.

5.3.4. Công sự chịu tác dụng của 2 bom đặt khác phía và nổ không đồng thời
5.3.5.Công sự chịu tác dụng của 3 bom đặt ở 3 phía, cách đều tâm công
sự và nổ không đồng thời
Công sự chịu tác dụng của 3 bom cách đều tâm công sự, cùng khoảng
cách 8m, độ lệch thời gian phát nổ t
PN
(s)- hình 5.45.
Trong các trờng hợp:
- Nổ đơn
- Nổ đồng thời
- Nổ có vi sai thời gian. Thời
điểm phát nổ lần lợt là [0,
t
pn

,2
t
pn
]. Với t
pn
thử nghiệm lần

Chuyển vị cực đại do nhiều vụ nổ đồng thời
Chuyển vị cực đại do một vụ nổ đơn cùng loại

K
ĐT
=
Chuyển vị c

ự
c đại do nhiều vụ nổ liên tiếp
Chuyển vị cực đại do một vụ nổ đơn cùng
li

K
LT
=
y(m)
x(m)
N
1

N
2

8 1012 14 26

Hình 5.36. Sơ đồ hai bom nổ
đồng thời khác phía hai bên
Đồ thị Kdt do nổ đồng thời theo khoảng cách
-1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
-15,00 -10,00 -5,00 0,00

Series1
Hình 5.38. Đồ thị biến thiên hệ số K
ĐT
theo khoảng
cách nổ của quả thứ 2bom
Hình 5.41. Đồ thị biến thiên hệ số K
ĐT
theo
khoảng cách giữa hai vụ nổ cùng phía
y(m)
x(m)
N
2

N
1

8 -4

Hình 5.39. Sơ đồ hai bom đặt cùng phía
nổ đồng thời



23
lợt với các giá trị 0: 20: 400 Hình 5.45. Sơ đồ ba bom nổ ở 3 phía khác
nhau của công sự

Kết quả nhận đợc:
- Tải trọng tác dụng gây ra bởi SXK tại điểm tâm nóc công sự thể hiện trên

hình 5.46






- Chuyển vị của công sự tại điểm tâm nóc, theo phơng z thể hiện trên hình 5.47







- Đồ thị biến thiên hệ số ảnh hởng do nổ liên tiếp K
LT
theo độ trễ thời gian
phát nổ t
pn
đến chuyển vị tại điểm tâm nóc của công sự theo phơng z
đợc dẫn trên hình 5.48:






Kết luận chung
1. Khi đánh vào mục tiêu (công trình) theo phơng thức bắn diện, vị trí rơi

và nổ của bom JDAM có tính chất ngẫu nhiên và gần với phân bố đều trong một
miền rộng. Thừa nhận tản mát của bom đạn xung quanh điểm ngắm tuân theo
quy luật phân bố chuẩn 2 chiều đã thiết lập đợc các thuật toán và chơng trình
MXCS để mô phỏng ta cỏc im ri ca chúng và xác định miền điểm rơi
tính toán liên quan đến tải trọng nổ tác dụng lên công sự .
2. Do điểm rơi và nổ của bom đạn trong miền bắn phân bố rộng và thời
điểm phát nổ có thể khác nhau, còn công trình có kích thớc theo các phơng
trong không gian thờng là cùng bậc và không lớn, nên khi tác dụng lên kết cấu
và môi trờng tải trọng nổ tổng cộng là loại tải trọng động phức tạp, gồm nhiều
tải trọng sóng khác nhau (sóng tới, sóng phản xạ, sóng chảy bao), có cờng độ
khác nhau, đến từ nhiều hớng, tác động vào công trình không đồng thời. Trên
Hình 5.46. Đồ thị tải trọng sóng
nổ quy nút tại điểm tâm nóc
công sự khi 3 bom nổ ở 3 phía
công sự.
Data1-Khi một bom nổ; Data2-Khi
3 bom nổ không đồng thời; Data3-
Khi 3 bom nổ đồng thời

Hình 5.47. Đồ thị chuyển vị
tại điểm tâm nóc của công sự
theo phơng z khi 3 bom nổ
trong các trờng hợp.
Hình 5.48. Đồ thị biến thiên hệ
số ảnh hởng K
LT
theo t
PN
đến
chuyển vị tại điểm tâm nóc của

công sự theo phơng z khi 3
bom nổ không đồng thời.