Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến tác dụng xuyên của đầu đạn xuyên thép
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (747.43 KB, 32 trang )
BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
NGUYỄN QUANG DŨNG
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG
CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN TÁC DỤNG XUYÊN
CỦA ĐẦU ĐẠN XUYÊN THÉP
Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật
Mã số: 9 52 01 01
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT
HÀ NỘI – NĂM 2019
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ BỘ QUỐC PHÒNG
Người hướng dẫn khoa học:
1. TS Trần Bá Tấn
2. PGS.TS Trần Đình Thành
Phản biện 1: PGS.TS Phan Bùi Khôi
Phản biện 2: PGS.TS Phạm Thế Phiệt
Phản biện 3: TS Phan Bá Bình
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Học
viện
theo quyết định số ………./……….., ngày ….. tháng ….. năm 2019
của Giám đốc Học viện Kỹ thuật Quân sự, họp tại: Học viện Kỹ
thuật Quân sự vào hồi: ……..giờ…….. ngày…..tháng….. năm 2019
Có thể tìm hiểu luận án tại:
Thư viện Học viện Kỹ thuật Quân sự
Thư viện Quốc gia
CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
1.
Nguyễn Quang Dũng, Trần Đình Thành, Trần Bá Tấn,
Nguyễn Hữu Công (2016), Nghiên cứu tương tác của đầu đạn
12,7mm xuyên cháy với bản thép đồng nhất, Hội nghị KH&CN
toàn quốc về Cơ khí – Động lực 2016, tập 1 tháng 10/2016, tr 260
264.
2.
Nguyễn Quang Dũng, Vũ Đăng Quản (2017), Nghiên cứu
sự hội tụ trong mô phỏng tương tác của đầu đạn 7,62mm với bản
thép, Tạp chí Cơ khí Việt nam, số 5 năm 2017, tr 3135.
3. Nguyễn Quang Dũng, Đỗ Văn Minh (2017), Nghiên cứu sự
va đập của trụ độ cứng cao vào vật chắn tuyệt đối cứng, Tạp chí
Cơ khí Việt nam, số 5 năm 2017, tr 4852.
4. Nguyễn Quang Dũng (2017), Mô phỏng quá trình tương tác
của đầu đạn cỡ 7,62mm với bản thép có độ dày khác nhau, Tạp chí
khoa học công nghệ Xây dựng, tâp 11 số 4 072017, tr 3741.
5. Nguyễn Quang Dũng, Trần Bá Tấn, Trần Đình Thành, Đào
Mạnh Hùng (2017), Ứng dụng phần mềm ANSYS AUTODYN
nghiên cứu quan hệ giữa vận tốc chạm của đầu đạn súng với độ
dày xuyên thủng tới hạn tấm thép đồng nhất, Tạp chí Khoa học và
Kỹ thuật số 187 (12/2017) – Học viện KTQS , tr 31 38.
6. Đỗ Văn Minh, Nguyễn Quang Dũng, Trần Đình Thành,
Đào Việt Dũng, Nghiên cứu quá trình tương tác của đầu đạn súng
với tấm giáp sợi polyme trên cơ sở ứng dụng phần mềm ANSYS
AUTODYN, Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật số 179 (10/2016) –
Học viện KTQS , tr 162 171.
5
MỞ ĐẦU
1.
Lý do lựa chọn đề tài luận án
Để thực hiện mục tiêu hiện đại hóa, nâng cao năng lực tác
chiến đảm bảo hoàn thành thắng lợi nhiệm vụ bảo vệ Tổ quốc thì
hiện đại hóa vũ khí, trang bị là nhu cầu tất yếu.
Hiện nay, trang bị phòng hộ cho người lính, bảo vệ cho xe
tăng có bước phát triển vượt bậc như các loại áo giáp, xe chiến
đấu bộ binh thế hệ mới có khối lượng giảm nhưng khả năng
chống đạn tốt hơn, giáp bảo vệ xe tăng chủ động, thụ động….
Song song với sự phát triển của phương tiện bảo vệ là sự phát
triển của những hệ thống vũ khí với các loại đầu đạn có khả năng
xuyên lớn hơn.
Với thực tế này, muốn hiện đại hóa vũ khí, trang bị đáp ứng
nhiệm vụ của Quân đội trong tình hình mới thì việc trang bị các hệ
thống vũ khí có uy lực xuyên lớn và các trang bị phòng hộ, bảo vệ
tiên tiến là một trong những nội dung cấp thiết. Tuy nhiên, những
vũ khí, trang bị như thế thường khó mua hoặc có giá thành rất cao.
Vì vậy, yêu cầu nền công nghiệp quốc phòng trong nước từng
bước tự chủ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo được các sản phẩm
này. Nhiệm vụ đó đã được đặt ra từ nhiều năm và ngày càng trở
nên cấp bách.
Để giải quyết tốt được nhiệm vụ trên cần phải nghiên cứu,
tính toán định lượng các yếu tố ảnh hưởng tới tác dụng xuyên của
đầu đạn xuyên làm cơ sở định hướng, đề xuất hay đánh giá trong
thiết kế chế tạo các mẫu vũ khí, trang bị phòng hộ mong muốn….
Các vấn đề này được thực hiện công phu, lâu dài và liên tục phát
triển ở các nước tiên tiến với kết quả thể hiện là các vũ khí, trang
6
bị với ưu thế vượt trội, nhưng do đặc thù bí mật quân sự nên
chúng ta không có khả năng tiếp cận nhiều.
Mặt khác, những nghiên cứu, tìm hiểu trong nước về các
vấn đề này còn hạn chế, chủ yếu chỉ ở mức định tính, tính ứng
dụng thấp, khó đáp ứng nhiệm vụ đặt ra.
Từ những lý do như vậy, việc lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu
ảnh hưởng của một số yếu tố đến tác dụng xuyên của đầu
đạn xuyên thép” có tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực
tiễn góp phần giải quyết nhiệm vụ đặt ra.
2. Mục đích nghiên cứu của luận án
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến tác dụng
xuyên của đầu đạn xuyên thép, làm cơ sở khoa học phục vụ cho
thiết kế, sản xuất hay đánh giá các mẫu đạn xuyên mới, các trang
bị phòng hộ mới…đáp ứng các yêu cầu của Quân đội.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là hệ đầu đạn – mục tiêu,
trong đó tập trung vào đầu đạn có lõi xuyên bằng thép cứng,
trường hợp cụ thể đầu đạn xuyên lõi thép cứng cỡ 7,62 mm do
Nhà máy Z113 sản xuất, mục tiêu có dạng tấm phẳng bằng thép.
Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu trạng thái và chuyển động (ứng suất, biến dạng,
vận tốc, gia tốc,…) của vật liệu đầu đạn và mục tiêu trong quá
trình va xuyên; ảnh hưởng của các yếu tố kết cấu, vật liệu mục
tiêu và điều kiện va chạm tới tác dụng xuyên của đầu đạn.
4. Nội dung và cấu trúc luận án
Luận án gồm có phần mở đầu, 04 chương chính và phần kết
luận, danh mục các công trình nghiên cứu của tác giả, các tài liệu
7
tham khảo và phụ lục.
Chương 1. Tổng quan về quá trình va xuyên của đầu đạn
vào mục tiêu
Chương 2. Xây dựng mô hình toán học mô tả quá trình va
xuyên của đầu đạn vào mục tiêu.
Chương 3. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến tác
dụng xuyên của đầu đạn xuyên thép.
Chương 4. Thử nghiệm tác dụng xuyên của đầu đạn vào mục
tiêu.
5. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa phương pháp lý thuyết và thực nghiệm.
Phương pháp lý thuyết: sử dụng lý thuyết cơ học môi
trường liên tục, lý thuyết đàn hồi, lý thuyết dẻo và các nghiên cứu
về tính chất vật liệu đầu đạn, mục tiêu trong quá trình va xuyên
để xây dựng mô hình toán học mô tả chuyển động và trạng thái
vật liệu đầu đạn và mục tiêu trong quá trình va xuyên. Ứng dụng
phần mềm ANSYS AUTODYN giải mô hình toán học đã xây dựng
để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến tác dụng xuyên của
đầu đạn.
Phương pháp thực nghiệm: sử dụng các kết quả thực
nghiệm đã được công bố kết hợp với các kết quả nhận được khi
thử nghiệm tại trường bắn để kiểm chứng, đánh giá kết quả tính
toán mô phỏng.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học của luận án
Làm rõ hơn cơ sở khoa học về tương tác giữa đầu đạn và
mục tiêu, xây dựng mô hình toán học mô tả quá trình va xuyên của
đầu đạn vào mục tiêu có kể đến tính tăng bền của vật liệu vật
8
liệu khi chịu tải trọng tốc độ cao, ứng dụng phần mềm ANSYS
AUTODYN giải mô hình toán học được xây dựng làm sáng tỏ quá
trình va xuyên của đầu đạn vào mục tiêu thông qua các kết quả mô
phỏng số;
Phương pháp và quy trình giải bài toán va xuyên của đầu
đạn vào mục tiêu nghiên cứu trong luận án để tính toán định lượng
ảnh hưởng của các yếu tố đến tác dụng xuyên làm cơ sở khoa học
khi lựa chọn phương án thiết kế các trang bị phòng hộ hay các
mẫu đạn xuyên đáp ứng yêu cầu đặt ra.
Ý nghĩa thực tiễn của luận án
Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng
xuyên của đầu đạn xuyên lõi thép cứng cỡ 7,62 mm và kết quả
thực nghiệm khẳng định khả năng ứng dụng phương pháp tính
toán trong nghiên cứu bài toán va xuyên giữa đầu đạn vào mục
tiêu;
Các kết quả khảo sát số cùng với các kết quả thực nghiệm
góp phần đánh giá đầy đủ, chính xác uy lực và khả năng sử dụng
hiệu quả của đạn xuyên lõi thép cứng cỡ 7,62 mm, mẫu đạn mới
trong trang bị của Quân đội;
Các dữ liệu vật liệu phù hợp với vật liệu đầu đạn xuyên
lõi thép cứng cỡ 7,62mm và mục tiêu tấm thép do luận án xác định
được dùng mô phỏng các bài toán trong luận án nói riêng, đồng
thời phương pháp xác định dữ liệu vật liệu do luận án đề xuất có
thể được sử dụng cho các vật liệu khác trong điều kiện chịu tải
trọng tương tự;
Hệ số đặc trưng độ cứng vật cản K trong công thức
GiacốpĐơMar cho trường hợp đầu đạn xuyên lõi thép cứng cỡ
7,62 mm va xuyên vào mục tiêu tấm thép độ cứng thấp do luận án
9
đề xuất được sử dụng khi tính toán tác dụng va xuyên bằng
phương pháp kỹ thuật.
10
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH VA XUYÊN
CỦA ĐẦU ĐẠN VÀO MỤC TIÊU
Trong chương này LA đã nghiên cứu tổng quan các nội dung:
1.1. Khái quát về sự va xuyên của đầu đạn vào mục tiêu
Phần này trình bày khái quát về đầu đạn, mục tiêu; các hiện
tượng vật lý xảy ra trong quá trình va xuyên khi vận tốc va chạm
lớn; các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình va xuyên của đầu đạn vào
mục tiêu và các dạng phá hủy.
Khi nghiên cứu quá trình va xuyên của đầu đạn xuyên có
lõi xuyên thép cứng vào mục tiêu, xảy ra với vận t ốc ch ạm c ỡ
vài trăm m/s đến 1000 m/s. Đối với phần l ớn các kim loại, hợp
kim và các vật liệu khác, trong khoảng v ận t ốc ch ạm này, vật
liệu đầu đạn và mục tiêu thể hiện chủ yếu tính đàn hồi – dẻo –
nhớt và đặc biệt là sự tăng giới hạn đàn hồi, giới hạn chảy, gi ới
hạn bền khi tăng tốc độ biến dạng.
1.2. Tổng quan về các công trình nghiên cứu ảnh hưởng của
các yếu tố đến tác dụng xuyên
Nghiên cứu vấn đề này được thực hiện bằng các phương
pháp thực nghiệm và lý thuyết.
Các công trình nghiên cứu theo phương pháp thực
nghiệm
Một số công trình thực nghiệm: công thức GiacốpĐơMar,
công thức Lambert và Johnac... Mỗi công thức được xây dựng từ
kết quả của một số lượng thực nghiệm đủ lớn với các dạng đầu
đạn và mục tiêu nhất định, kể đến một số yếu tố ảnh hưởng đến
tham số tác dụng xuyên. Các yếu tố ảnh hưởng khó xác định được
kể đến qua các hệ số thực nghiệm.
Các công trình nghiên cứu theo phương pháp lý thuyết
11
Qua một số kết quả nghiên cứu trong những năm gần đây có
thể nhận xét: khi nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến tác
dụng xuyên của đạn xuyên, các tác giả đều ứng dụng các phần
mềm để thực hiện khảo sát số quá trình va xuyên, đánh giá định
lượng ảnh hưởng của yếu tố cụ thể đến tác dụng xuyên. Sau đó
sử dụng các kết quả thử nghiệm để kiểm chứng, đánh giá các kết
quả tính toán.
1.3. Những tồn tại của vấn đề nghiên cứu và hướng giải
quyết
1.3.1. Những tồn tại của vấn đề nghiên cứu
Đối với các công trình theo phương pháp thực nghiệm:
+ Hạn chế của các công thức thực nghiệm là phạm vi sử
dụng hẹp (thường có phạm vi áp dụng giống với điều kiện thử
nghiệm khi xây dựng công thức), việc lựa chọn giá trị hệ số thực
nghiệm để có kết quả chính xác trong các trường hợp cụ thể rất
khó.
+ Ngoài ra, mỗi công thức thực nghiệm không thể phản ánh
đầy đủ thông tin, sáng tỏ quá trình va xuyên nên khó khăn trong
đánh giá toàn diện một mẫu đạn hay trang bị mới hoặc định hướng
hiệu quả cho công tác thiết kế, chế tạo đạn và các trang bị chống
đạn đáp ứng yêu cầu nhiệm vụ;
Đối với các công trình nghiên cứu lý thuyết:
+ Các vật liệu cụ thể của đầu đạn và mục tiêu phải có dữ
liệu vật liệu (bao gồm mô hình vật liệu và các tham số vật liệu cụ
thể) chính xác. Các công trình nghiên cứu trên thế giới thường sử
dụng các dữ liệu vật liệu do phần mềm cung cấp hoặc tiến hành
thử nghiệm xác định dữ liệu vật liệu. Khó khăn cho nghiên cứu
trong nước là các đối tượng đầu đạn hay trang bị thiết kế chế tạo
12
trong nước thiếu dữ liệu vật liệu cần phải được nghiên cứu xác
định;
+ Mặt khác, vì đặc thù bí mật quân sự nên việc công bố, khả
năng tiếp cận các kết quả nghiên cứu rất hạn chế.
+ Các công trình đều ứng dụng phần mềm để nghiên cứu
ảnh hưởng của các yếu tố đến tác dụng xuyên trong trường hợp
va xuyên cụ thể nhưng không thể hiện mô hình toán học quá trình
va xuyên, không thể hiện thuật toán giải nên khả năng khai thác
phục vụ thiết kế các mẫu đạn xuyên hay trang bị chống đạn mới
trong nước không đạt được hiệu quả cao;
1.3.2. Hướng nghiên cứu giải quyết các vấn đề tồn tại
Phương pháp lý thuyết được lựa chọn để nghiên cứu ảnh
hưởng của các yếu tố đến tác dụng xuyên của đầu đạn xuyên.
Để khắc phục hạn chế của các công trình nghiên cứu hiện
nay, luận án đưa ra hướng giải quyết:
Nghiên cứu phương pháp xác định dữ liệu vật liệu phù hợp
các vật liệu sử dụng trong đầu đạn, mục tiêu trong nước;
Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết cơ học môi trường liên tục,
lý thuyết đàn hồi, lý thuyết dẻo kết hợp với mô hình vật liệu đầu
đạn, mục tiêu trong quá trình va xuyên để xây dựng mô hình toán
học mô tả chuyển động và trạng thái vật liệu đầu đạn và mục tiêu
trong quá trình va xuyên, xác định rõ các điều kiện đầu, điều kiện biên
của bài toán;
Nghiên cứu thuật toán giải bằng phương pháp PTHH trên
phần mềm ANSYS AUTODYN để giải mô hình toán học được
xây dựng, xác định chuyển động và trạng thái vật liệu đầu đạn và
mục tiêu trong quá trình va xuyên từ đó định lượng ảnh hưởng của
các yếu tố đến tác dụng xuyên;
13
Tổ chức thử nghiệm với điều kiện như tính toán mô phỏng
trên phần mềm để kiểm chứng, đánh giá kết quả tính toán.
Mục tiêu của luận án:
Luận án xác định được trạng thái và chuyển động của vật
liệu đầu đạn, mục tiêu trong quá trình va xuyên; khảo sát, tính toán
định lượng ảnh hưởng của các yếu tố tính chất vật liệu, kết cấu
mục tiêu, vận tốc chạm và góc chạm đến tác dụng xuyên của đầu
đạn xuyên lõi thép cứng cỡ 7,62 mm xuyên vào mục tiêu tấm thép.
CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC MÔ TẢ
QUÁ TRÌNH VA XUYÊN CỦA ĐẦU ĐẠN VÀO MỤC TIÊU
Chương 2 xây dựng mô hình toán học mô tả quá trình va
xuyên của đầu đạn vào mục tiêu kể đến tính tăng bền của vật liệu
khi chịu tải trọng tốc độ cao.
Xây dựng mô hình toán học mô tả quá trình va xuyên của
đầu đạn xuyên lõi thép cứng cỡ 7,62 mm do Nhà máy Z113 sản
xuất (kết cấu gồm vỏ đầu đạn, áo chì, lõi xuyên thép cứng) xuyên
vào mục tiêu tấm thép với góc chạm .
Hình 2.3. Mô hình vật lý thời điểm đầu đạn chạm mục
tiêu
Các giả thiết:
Vận tốc chạm của đầu đạn v0 trong khoảng từ 200 ÷ 1000
14
m/s;
Bỏ qua tác dụng của trọng lực;
Coi quá trình va xuyên là quá trình đoạn nhiệt;
Bỏ qua ảnh hưởng của chuyển động quay, chuyển động
trương động và chuyển động tiến động của đầu đạn;
Coi rằng phương của vec tơ vận tốc chuyển động tịnh tiến
của đầu đạn trùng với trục đối xứng của đầu đạn;
Các vật liệu mục tiêu và đầu đạn là các kim loại có độ bền
cao, với vận tốc va chạm v0 xem như quá trình tương tác biến
dạng lớn (có xảy ra phá hủy), các kim loại cả đầu đạn và mục tiêu
có tính chất đàn hồi dẻo lý tưởng.
Để mô tả chuyển động vật liệu đầu đạn và mục tiêu, chọn
hệ tọa độ vuông góc Đề các gắn với trái đất (hệ qui chiếu quán
tính), điểm gốc tọa độ là điểm O của mục tiêu, điểm mà sự va
chạm bắt đầu (hình 2.3). Chọn gốc thời gian tại thời điểm đầu
đạn bắt đầu va chạm vào mục tiêu.
Sử dụng lý thuyết cơ học môi trường liên tục cùng với lý
thuyết chảy dẻo, xây dựng được hệ phương trình mô tả trạng thái
và chuyển động của từng môi trường vật liệu đầu đạn và mục tiêu
trong quá trình va xuyên.
Mỗi môi trường vật liệu của đầu đạn và mục tiêu trong quá
trình va xuyên được mô tả bởi hệ phương trình (2.24) (viết dưới
dạng chỉ số), trong đó vật liệu thép như mục tiêu, lõi xuyên, vỏ
đầu đạn sử dụng mô hình tăng bền Johnson – Cook, vật liệu chì sử
dụng mô hình tăng bền của Steinberg Guinan.
Trong hệ tọa độ Đề các đã chọn, hệ phương trình (2.24) của
mỗi môi trường là hệ kín gồm 38 phương trình, 38 ẩn.
15
Thỏa mãn các điều kiện đầu và điều kiện biên tương ứng,
hệ phương trình (2.24) cho mỗi vật liệu xác định được nghiệm
duy nhất trạng thái và chuyển động của vật liệu đầu đạn và mục
tiêu trong quá trình va xuyên.
Do sự phức tạp của hệ phương trình (2.24) phải sử dụng
các phương pháp tính toán chuyên dụng – các phương pháp số của
cơ học môi trường liên tục.
16
Theo tài liệu [8], [9], để mô phỏng bài toán va xuyên đầu
đạn vào mục tiêu hay nói cách khác là giải hệ phương trình mô tả
quá trình va xuyên đầu đạn vào mục tiêu thì hiệu quả nhất là
phương pháp giải Explicit Dynamic.
Ứng dụng phương pháp giải Explicit Dynamic, thực hiện rời
rạc hóa không gian và thời gian để giải mô hình toán học được xây
dựng. Explicit Dynamic rời rạc hóa không gian bằng phương pháp
PTHH và rời rạc hóa thời gian sử dụng phương pháp tính sai phân
trung tâm.
Trong chương 2, luận án đã khai thác phần mềm ANSYS
AUTODYN (phương pháp giải Explicit Dynamic) mô phỏng quá
trình va xuyên đầu đạn mũi dạng bán cầu vào mục tiêu bề dày hữu
hạn, nhận được chuyển động và trạng thái vật liệu đầu đạn, mục
tiêu trong quá trình va xuyên. Kết quả nhận được phù hợp với kết
quả thử nghiệm và lý thuyết trong tài liệu [22], [3]. Điều này
chứng minh cho khả năng khai thác phần mềm ANSYS
AUTODYN để giải hệ phương trình mô tả quá trình va xuyên của
đầu đạn xuyên vào mục tiêu.
CHƯƠNG 3. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ
YẾU TỐ ĐẾN TÁC DỤNG XUYÊN CỦA ĐẦU ĐẠN XUYÊN
Đạn xuyên cỡ 7,62x39mm (K56) đầu lõi thép [phụ lục 1] là
mẫu đạn xuyên thép mới đưa vào trang bị. Chương này khảo sát
ảnh hưởng của các yếu tố tính chất vật liệu mục tiêu, kết cấu
mục tiêu, vận tốc chạm, góc chạm đến tác dụng xuyên từ đó đánh
giá mẫu đạn mới trong trang bị này.
Để khai thác phần mềm ANSYS AUTODYN mô phỏng
khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến tác dụng xuyên của
17
đạn xuyên cỡ 7,62x39mm (K56) đầu lõi thép thực hiện các nội
dung bao gồm:
3.1.1. Mô hình hình học đầu đạn
Xây dựng mô hình hình học đầu đạn xuyên 7,62x39mm đầu
lõi thép từ bản vẽ sản phẩm do Viện Vũ khí/TCCNQP thiết kế.
Hình 3.2. Mô hình hình học của đầu đạn
3.1.2. Xác định mô hình vật liệu các thành phần đầu đạn
Vì các vật liệu của đầu đạn khảo sát chưa có trong cơ sở dữ
liệu phần mềm, luận án sẽ bổ sung hoàn thiện các cơ sở dữ liệu
này để kết quả khảo sát chính xác, đồng thời tổ chức thử nghiệm
đánh giá khả năng sử dụng các dữ liệu bổ sung này.
Bổ sung cơ sở dữ liệu: trong các vật liệu sẵn có của thư
viện phần mềm, lựa chọn vật liệu có thành phần hóa học gần
đúng nhất với thành phần hóa học vật liệu thực, sau đó căn cứ vào
các tham số đã xác định của vật liệu thực để hiệu chỉnh lại các
tham số vật liệu thư viện. Kết quả các tham số vật liệu được bổ
sung,
Bảng 3.3.Tham số vật liệu vỏ đầu đạn (Johnson Cook)
Tham số
A
B
C
n
m
Giá trị
495,56
389,37
0,022
0,36
1
Bảng 3.4. Tham số vật liệu lõi xuyên (Johnson –Cook)
18
Tham số
Giá trị
A
2280,61
B
706,8
C
0,012
n
0,18
m
1
Bảng 3.5. Tham số vật liệu áo chì (mô hình Steinberg Guinan)
Tham số
n
dG/dT
d/dP
Giá trị
8MPa
100MPa
0,52
9.976.106 0,0009304
3.1.3. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn đầu đạn
Do mô hình hình học đầu đạn phức tạp, luận án sử dụng
thuật toán chia lưới trong ứng dụng tạo thành các phần tử tứ diện.
Tham số quan trọng nhất phải xác định khi xây dựng mô hình phần
tử là kích thước phần tử. Theo tài liệu [42] và công trình đã công
bố của tác giả luận án [2] xác định được kích thước phần tử tối ưu
trong các khảo sát này cho đầu đạn là 0,4 ÷ 0,5 mm trong mô hình
3D (hình 3.4). Với mô hình phần tử xác định của đầu đạn, mỗi
phần
tử
hình
thành
có
phương trình hàm dạng tương ứng.
Hình 3.4. Mô hình phần tử hữu hạn của đầu đạn
Trong chương 3 đã tiến hành khảo sát một số nội dung và có
kết quả tương ứng:
3.2. Ảnh hưởng của bề dày mục tiêu đến tác dụng xuyên của đầu
đạn Vật liệu mục tiêu là thép tấm đồng nhất CT3, kích thước
19
500x500 mm, với các bề dày khác nhau, được chế tạo tại Nhà máy
Z113 và kiểm tra cơ tính [phụ lục 2].
Bảng 3.7. Tham số vật liệu mục tiêu (Johnson – Cook)
Tham số
A
B
C
n
Giá trị
313,6
246,4
0,022
0,36
m
1
Thực hiện mô phỏng số quá trình va xuyên của đầu đạn vào
mục tiêu tấm thép trong đó: góc chạm 0 0; vận tốc chạm 716,8 m/s;
bỏ qua chuyển động quay, chuyển động trương động, chuyển
động tiến động và trọng lượng của đầu đạn; bỏ qua áp suất khí
quyển; điều kiện biên các mặt bên mục tiêu cố định. Bề dày mục
tiêu tăng dần từ 2 ÷ 21mm (gia số tăng 1mm).
Hình 3.5. Mô hình toàn phần (a) và đối xứng (b) tại thời điểm
đầu đạn bắt đầu chạm vào mục tiêu
Kết quả nhận được: biểu đồ quan hệ vận tốc còn lại của
đầu đạn sau khi xuyên qua tấm thép với bề dày tấm thép CT3
trong điều kiện va chạm không đổi (hình 3.8).
20
Hình 3.8. Biểu đồ quan hệ vận tốc còn lại của đầu đạn
sau khi xuyên qua tấm thép với bề dày tấm thép
3.3. Ảnh hưởng của kết cấu mục tiêu đến tác dụng xuyên của đầu
đạn
3.3.1. Ảnh hưởng của kết cấu ghép lớp
Luận án khảo sát ảnh hưởng của việc thay thế một tấm
thép mục tiêu bằng hai tấm mỏng (bề dày mỗi tấm bằng 1/2 bề
dày tấm ban đầu và đặt ở các khoảng cách khác nhau) đến vận tốc
còn lại của đầu đạn sau khi xuyên.
Mục tiêu gồm hai tấm thép
như nhau đồng nhất CT3, thành phần hóa học vật liệu (bảng 3.7)
kích thước 500x500 mm, bề dày thay đổi lần lượt được đặt cách
nhau 2 mm, d, 2d,3d, 4d (d – đường kính đầu đạn). Kết quả nhận
được: biểu đồ quan hệ vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên
với các mục tiêu kết cấu khác nhau trong điều kiện va chạm không
đổi (hình 3.12).
Hình 3.12. Biểu đồ quan hệ vận tốc còn lại của đầu đạn
sau khi xuyên với các mục tiêu kết cấu khác nhau
21
3.3.2. Ảnh hưởng của sự tăng cứng bề mặt mục tiêu
Luận án khảo sát ảnh hưởng của sự tôi cứng bề mặt tấm
thép đến vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên, mục tiêu là
các tấm thép đồng nhất CT3, kích thước 500x500 mm, bề dày thay
đổi lần lượt được tôi cứng bề mặt đến các độ cứng bằng (1,5; 2;
2,5) lần độ cứng bản thép ban đầu (130 HB) và bề dày thấm tôi 5
mm. Kết quả nhận được: biểu đồ quan hệ vận tốc còn lại của
đầu đạn sau khi xuyên với các mục tiêu độ cứng khác nhau trong
điều kiện va chạm không đổi (hình 3.15).
Hình 3.15. Biểu đồ quan hệ vận tốc còn lại của đầu đạn
sau khi xuyên với các mục tiêu độ cứng khác nhau
3.4. Ảnh hưởng của tính chất vật liệu mục tiêu đến tác dụng
xuyên của đầu đạn
Luận án khảo sát quá trình va xuyên của đầu đạn xuyên lõi
thép cứng cỡ 7,62 mm vào các tấm mục tiêu thép CT3 và Kevlar để
so sánh khả năng chống đạn của hai vật liệu này. Qua k ết quả mô
phỏng thấy được: ưu thế của vật liệu Kevlar so với thép CT3 là
cùng khả năng chống được đạn thì tấm Kevlar có khối lượng nhỏ
hơn nhiều, thuận lợi cho trang bị phòng hộ cá nhân.
22
3.5. Ảnh hưởng điều kiện va chạm đến tác dụng xuyên của đầu
đạn
3.5.1. Ảnh hưởng của vận tốc chạm
Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc chạm của đầu đạn khi va
xuyên vào mục tiêu bản thép CT3 đến bề dày tới hạn của tấm thép
(bề dày lớn nhất mà đầu đạn có thể xuyên thủng với vận tốc
chạm xác định). Kết quả nhận được: biểu đồ quan hệ bề dày tới
hạn của tấm thép CT3 với vận tốc chạm của đầu đạn trong điều
kiện va chạm không đổi (hình 3.19).
Hình 3.19. Biểu đồ quan hệ bề dày tới hạn của tấm thép
với vận tốc chạm của đầu đạn
Từ kết quả mô phỏng, đề xuất hệ số K trong công thức
GiacốpĐơMar cho trường hợp va xuyên của đầu đạn xuyên lõi
thép cứng cỡ 7,62 mm vào mục tiêu tấm thép độ cứng thấp, với
khoảng vận tốc chạm 600 ÷ 700 m/s, hệ số K được lựa chọn
Kmptrung bình = 1401, với khoảng vận tốc chạm 300 ÷ 500 m/s,
hệ số K được lựa chọn Kmptrung bình = 1140.
3.5.2. Ảnh hưởng của góc chạm
23
Luận án khảo sát ảnh hưởng của góc chạm đến vận tốc còn
lại của đầu đạn sau khi xuyên qua tấm thép, xác định góc chạm
xảy ra hiện tượng trượt. Kết quả nhận được: biểu đồ quan hệ
vận tốc
còn
lại của
đầu
đạn với
góc
chạm
(hình
3.22).
Hình 3.22. Biểu đồ quan hệ vận tốc còn lại của đầu đạn
sau khi xuyên thủng bản thép với góc chạm
CHƯƠNG 4. THỬ NGHIỆM TÁC DỤNG XUYÊN
CỦA ĐẦU ĐẠN XUYÊN VÀO MỤC TIÊU
Thử nghiệm tác dụng xuyên của đầu đạn vào mục tiêu ở
một số trường hợp như trong điều kiện tính toán mô phỏng
chương 3 để kiểm chứng đánh giá độ chính xác, khả năng tin cậy
sử dụng các kết quả tính toán cũng như mức độ phù hợp của sự
lựa chọn các dữ liệu vật liệu. Nội dung thử nghiệm được thực
hiện tại Nhà máy Z113/ TCCNQP. Qua phân tích cơ sở kỹ thuật và
điều kiện thực tế tại nhà máy Z113 thực hiện thử nghiệm các nội
24
dung: bắn xác định đặc điểm vết xuyên, vận tốc chạm mục tiêu và
vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên thủng mục tiêu theo các
bề dày mục tiêu khác nhau; bắn xác định vận tốc tới hạn xuyên
thủng mục tiêu với bề dày cho trước; bắn xác định đặc điểm vết
xuyên, vận tốc chạm và vận tốc còn lại sau khi xuyên thủng mục
tiêu với các góc chạm khác nhau.
Kết quả so sánh giữa thử nghiệm và kết quả mô phỏng:
4.4.1. So sánh ảnh hưởng của bề dày mục tiêu đến tác dụng
xuyên thử nghiệm và tính toán mô phỏng
Bảng 4.7. So sánh kết quả thử nghiệm và mô phỏng vận tốc còn
lại của đầu đạn sau khi xuyên theo bề dày mục tiêu
25
Bề dày của
mục tiêu,
(mm)
5
10
12
Vận tốc còn
lại của đầu
đạn
sau khi xuyên
qua mục tiêu,
(m/s)
Thử nghiệm
(giá trị trung
bình)
671,3
531,8
478,52
Sai lệch (%)
Mô phỏng
654
517
425
2,57
2,78
11,18
4.4.2. So sánh ảnh hưởng của góc chạm đến tác dụng xuyên
thử nghiệm và tính toán mô phỏng
Bảng 4.8. So sánh kết quả thử nghiệm và mô phỏng vận tốc còn
lại của đầu đạn sau khi xuyên theo góc chạm
Vận tốc còn
lại của đầu
đạn
Sai lệch (%)
Bề dày của
sau khi xuyên
mục tiêu
qua mục tiêu,
8mm
(m/s)
Thử nghiệm
(giá trị trung
Mô phỏng
bình)
Mục tiêu thẳng
616,7
546
đứng
Mục tiêu nghiêng
với trục nòng súng
551,9
528
1100
11,46
4,33
4.4.3. So sánh giá trị vận tốc tới hạn xuyên thủng bản thép
thử nghiệm và tính toán mô phỏng
