Luận án Phương pháp xác định vật nổ từ dấu vết để lại ở hiện trường

uanh bằng phần mềm Ansys Autodyn-3D Cùng với sự phát triển của dung lượng bộ nhớ và tốc độ máy tính, các phương pháp số giải bài toán biến dạng, phá hủy cũng được phát triển và hoàn thiện tới mức chuyên sâu như phần mềm Autodyn, LS-Dynavới khả năng giải các bài toán phi tuyến cao, xử lý chính xác sự tương tác giữa các miền vật lý khí, lỏng, rắn với vật liệu một pha hay đa pha. Ở trong nước, đã có nhiều nghiên cứu về quá trình nổ, lan truyền và phá hủy của chất nổ ứng dụng trong thiết kế, chế tạo đạn dược song việc mô phỏng quá trình này chủ yếu nghiên cứu về sự phá hủy của đạn dược để xác định tính sinh mảnh hay khả năng đâm xuyên khi va chạm với mục tiêu. Một trong số vấn đề then chốt hiện nay khi khai thác các phần mềm mô phỏng hiện đại là cần nghiên cứu kỹ mô hình vật lý, trên cơ sở đó xây dựng mô hình toán học để có cơ sở khoa học lựa chọn giải pháp kỹ thuật phần mềm phù hợp với bài toán thực tế, bảo đảm sao cho tối ưu khả năng giải, giảm thiểu chi phí nhân công, vật tư và thiết bị. Đặc biệt để giải quyết các bài toán về nổ với kết cấu phức tạp, cần khai thác, sử dụng phương pháp tính toán song song, nâng cao hiệu suất tính toán và mở rộng môi trường nghiên cứu. Trong phạm vi nghiên cứu, trên cơ sở mô hình vật lý của bài toán phá hủy vỏ bọc kim loại bằng lượng nổ cùng hệ thống các giả thiết phù hợp, tác giả xây dựng mô hình toán học và sử dụng phương pháp tính toán song song trong phần mềm Ansys Autodyn-3D để giải, nhằm khảo sát quá trình nổ của vật nổ, các kết quả tính toán được so sánh với kết quả thực nghiệm. 2.3.1. Phần mềm Ansys Autodyn-3D Trong bài toán cơ kỹ thuật, Ansys cung cấp phương pháp giải bài toán bằng phương pháp PTHH lấy chuyển vị làm gốc. Ansys cung cấp phương pháp giải các bài toán cơ với nhiều dạng mô hình vật liệu khác nhau: đàn hồi tuyến tính, đàn hồi phi tuyến, đàn dẻo, đàn nhớt, dẻo, dẻo nhớt, chảy dẻo, vật liệu siêu đàn hồi, siêu dẻo, các chất lỏng và chất khí [25]. Autodyn sử dụng duy nhất một phương pháp kết hợp để cho ra một lời giải số tối ưu với một bài toán nhất định. Với phương pháp này, các miền khác nhau của một bài toán vật lý, như kết cấu, chất lỏng, chất khí,... có thể được mô hình hóa với những kỹ thuật số khác nhau thích hợp nhất cho miền đó. Autodyn sau đó kết hợp những miền khác nhau với nhau trong không gian và thời gian để cung cấp một lời giải tối ưu. Khả năng này làm cho Autodyn đặc biệt thích hợp cho việc nghiên cứu các vấn đề liên quan đến sự tương tác nhiều hệ thống kết cấu, chất lỏng và khí. Autodyn có thể được đặc trưng như là một sự mở rộng hiệu quả “nhiều mã trong một” của cơ học kết cấu, khí và lỏng. Mỗi một "mã" này trong Autodyn được gọi là một bộ giải. Autodyn cung cấp các bộ giải sau: - Bộ giải Lagrange cho mô hình hóa khối rắn liên tục và kết cấu. - Bộ giải Euler cho mô hình hóa chất lỏng, khí và biến dạng lớn. - Bộ giải ALE cho mô hình hóa dòng chảy đặc biệt. - Bộ giải Shell để mô hình hóa các cấu trúc thành vỏ mỏng. - Bộ giải SPH (thủy động lực học hạt mịn) - không phát hành chung. Hiện nay, tất cả các bộ giải trên sử dụng tích phân thời gian tường. Thư viện vật liệu bao gồm cho các chất rắn, chất lỏng và khí. Như vậy, khai thác phần mềm Ansys Autodyn-3D để mô phỏng quá trình nổ của vật nổ và va đập với môi trường xung quanh là rất phù hợp, hiệu quả. 2.3.2. Bộ giải Lagrange Các bộ giải Lagrange hoạt động trên lưới số cấu trúc (I-J-K) của phần tử tứ giác (2D) hoặc khối hộp (3D). Các đỉnh của lưới di chuyển với vận tốc dòng chảy vật chất. Vật liệu được giữ trong phần tử ban đầu của nó mà không chuyển dịch từ ô này đến ô khác. So với các phương pháp Euler, việc thiết lập bộ giải Lagrange có xu hướng tính toán nhanh hơn khi không có sự vận chuyển vật liệu thông qua lưới cần tính toán. Việc xử lý bề mặt tương tác, bề mặt tự do và lịch sử ứng xử vật liệu dễ dàng thực hiện hơn trong môi trường Lagrange. Những bất lợi chủ yếu của phương pháp Lagrange là nếu tốc độ chuyển dịch vật chất vượt quá mức, lưới số có thể trở nên méo nặng dẫn đến lời giải không chính xác và không hiệu quả. Thậm chí, có thể dẫn đến kết thúc phép tính. Phân vùng lại lưới số bằng cách vẽ lại các ô lưới méo lên một lưới cân đối hơn là một phương pháp để làm giảm bớt các vấn đề biến dạng lưới. Ngoài ra, các kỹ thuật khác như xóa phần tử cũng là những tiêu chuẩn có sẵn trong Autodyn và có thể được sử dụng để mở rộng hơn nữa việc xử lý hiện tượng méo lớn. Do hiệu quả vốn có của nó, bộ xử lý Lagrange thường được sử dụng bất cứ khi nào biến dạng và điều kiện biên cho phép. Tuy nhiên, khi biến dạng lớn và chất lỏng thực hay khí động lực nói chung thì sẽ thực tế hơn nếu xử lý với phương pháp Euler. 2.3.3. Lưới Lagrange Như đã nêu ở trên một diện tích tính toán xác định được bao bởi một tập hợp (hoặc lưới) các diện tích hoặc ô tứ giác mà trên đó dòng môi trường và biến trạng thái (vị trí, vận tốc, áp suất,...) là xác định. Diện tích này, hoặc subgrid, nếu gắn với hệ tọa độ Lagrange được xem như là lưới thay thế Lagrange, nó có thể tạo ra một phần các vùng hoặc lưới thay thế. Một số trong đó có thể được xử lý bằng kỹ thuật giải khác nhau (như Euler, Shell, ALE, SPH). Một subgrid là một nhóm các ô hình chữ nhật trong không gian chỉ số (không gian I, J). Các ô này tổ chức thành các cột (I-lines) từ I = 1 (I nhỏ nhất) đến IMAX (I lớn nhất) và từ J = 1 (J nhỏ nhất) để J MAX (J lớn nhất). Mỗi ô trong lưới thay thế có bốn nút góc hình thành một tứ giác suy rộng. Các chỉ số không gian của mỗi lưới thay thế là độc lập với bất kỳ lưới thay thế khác được định nghĩa trong bài toán. Lưu ý rằng, trong khi không gian chỉ số lưới thay thế là hình chữ nhật thì vị trí vật lý của lưới thay thế trong không gian xy không nhất thiết phải là hình chữ nhật. Do vậy, các hình học phức tạp có thể được xác định bằng cách sử dụng kỹ thuật để nối hai hoặc nhiều hơn các nút khác nhau về các không gian chỉ số I, J. Các subgrids giữa và bên phải trong hình 2.7. Hình 2.7. Lưới thay thế Lagrange Mỗi nút lưới thay thế được xác định bởi duy nhất cặp chỉ số (I, J) của nó, trong khi mỗi vùng bên trong được xác định bởi một cặp chỉ số (I, J) duy nhất được xác định với các nút "phía trên ngoài cùng bên phải" (trong không gian (I, J)) của vùng.  Các phương trình vi phân đạo hàm riêng trình bày ở phần trên được thay thế bởi các phương trình sai phân hữu hạn, dựa trên các ô của lưới thay thế và các phương trình sai phân hữu hạn được giải để cập nhật lời giải trong bước thời gian tiếp theo. Sau khi thực hiện các bước tính toán như trên theo yêu cầu trích xuất kết quả phần mềm sẽ tự động ghi lại và trình diễn kết quả dưới dạng đồ thị, bảng số liệu và các hình ảnh mô tả quá trình. 2.3.4. Ứng dụng mô đun tính toán song song của Ansys trong mô phỏng thực nghiệm hiện trường nổ Tính toán song song là một hình thức tính toán trong đó nhiều phép tính được thực hiện đồng thời hoạt động trên nguyên tắc là những vấn đề lớn đều có thể chia thành nhiều phần nhỏ hơn, sau đó được giải quyết tương tranh (trong lĩnh vực tính toán). Có nhiều hình thức khác nhau của tính toán song song: song song cấp bit, song song cấp lệnh, song song dữ liệu và song song tác vụ. Trong những năm gần đây tính toán song song đã trở thành mô hình thống trị trong lĩnh vực kiến trúc máy tính, phần lớn là dưới dạng bộ xử lý đa nhân. Mục đích của xử lý song song là tận dụng các khả năng của các hệ đa bộ xử lý để thực hiện những tính toán nhanh hơn trên cơ sở sử dụng nhiều bộ xử lý đồng thời. Cùng với tốc độ xử lý nhanh hơn, việc xử lý song song cũng sẽ giải quyết được những bài toán lớn, gần với thực tế hơn [2], [28], [30], [48], [54]. Qua nghiên cứu thấy rằng một số mô đun tính toán song song đã được Ansys hỗ trợ phát triển trong đó có mô đun Ansys. Tuy nhiên, việc ứng dụng vào trong các bài toán lớn tại Việt Nam còn hết sức hạn chế, chưa có các công trình công bố rộng rãi, chi tiết về vấn đề này. Hình 2.8. Sơ đồ xử lý song song trong Ansys Với mục tiêu nghiên cứu ứng dụng mô đun tính toán song song vào công việc dựng mô hình thực nghiệm nổ, NCS sẽ không đi sâu tìm hiểu về các thuật toán cũng như chương trình tính toán, chỉ tập trung vào việc ứng dụng phần mềm để xử lý bài toán. Quá trình khai thác, NCS đã hợp tác với Trung tâm DASI, Đại học Bách khoa Hà Nội. Việc thiết lập bài toán song song được thực hiện trên máy tính chuyên dụng 16 nhân, 32 luồng tại Phòng thí nghiệm Đạn - Ngòi, Bộ môn Đạn, Học viện Kỹ thuật quân sự. Hình ảnh thiết lập chế độ tính toán song song được mô tả trong hình 2.9. Hình 2.9. Mô hình mảnh va chạm vào cốc nước được tính song song với 8 lõi Hình 2.10. Tỷ lệ sử dụng CPU khi tính toán song song Hình 2.11. Tỷ lệ sử dụng CPU khi tính toán tuần tự Trên hình 2.10 và hình 2.11 là kết quả sử dụng tài nguyên máy, với cùng một cấu hình máy tính (CPU Xeon 16 x 2 nhân chuyên dùng cho máy trạm; Ram 32 Gb; Card đồ họa chuyên dụng 8 Gb), tỷ lệ sử dụng công suất tài nguyên máy cho thấy CPU khác nhau rất lớn: sử dụng 50% CPU cho phương pháp tính toán song song và 3% CPU cho phương pháp tính toán tuần tự. Ứng dụng mô phỏng quá trình nổ vật nổ bằng sử dụng tính toán song song so với phương pháp tính toán tuần tự kết quả cơ bản không thay đổi nhưng với thời gian chạy máy nhanh hơn nhiều lần và như vậy, nhờ ứng dụng phương pháp tính toán song song đem lại hiệu quả rõ rệt (hình 2.12). Hình 2.12. Dạng mảnh vỏ vật nổ mô phỏng trên Ansys Autodyn-3D và mảnh vỏ thu tại hiện trường nổ. 2.3.4.1. Phương pháp mô phỏng quá trình nổ của vật nổ bằng phần mềm Ansys Autodyn-3D áp dụng tính toán song song Các bước mô phỏng quá trình nổ của vật nổ bằng mô đun tính toán song song trong phần mềm Ansys Autodyn-3D về cơ bản giống phương pháp mô phỏng bằng phương pháp tuần tự, các bước cụ thể như sau: Bước 1: Đặt bài toán nghiên cứu Bước 2: Xây dựng mô hình hình học Bước 3: Xác định mô hình vật liệu và các thông số của vật liệu. Nhập các thông số vật liệu vào phần mềm Bước 4: Xây dựng mô hình PTHH (sử dụng các phần tử ba chiều tuyến tính bậc nhất dạng hộp 8 nút, kích thước lưới phần tử chọn cho phù hợp với kích thước mô hình hình học) Bước 5: Đặt điều kiện biên, điều kiện đầu vào, điều kiện tương tác: Mô hình vật nổ gồm ba bộ phận được thiết kế riêng biệt, sau đó lắp ghép lại, do đó điều kiện biên được thiết lập tự động; đặt các điều kiện đầu để giải gồm: kích nổ, lực tác dụng, chuyển động, điều kiện dừng. Trong bài toán mô phỏng nổ vật nổ, điều kiện dừng được thực hiện khi thân vỏ vật nổ được phá hủy hoàn toàn. Bước 6: Thiết lập mô đun tính toán song song: Trên cơ sở máy tính hiện có, thiết lập chíp, lõi và luồng của CPU để giải. Bước 7: Tiến hành giải bài toán, chọn lưu kết quả, hiển thị trên màn hình và tiến hành giải. Bước 8: Hiển thị, đọc và phân tích kết quả. 2.3.4.2. Mô phỏng quá trình nổ của vật nổ Vật liệu làm vỏ vật nổ (dạng gần giống lựu đạn F1 Việt Nam) sử dụng gang hoặc gang pha thép. Thân vỏ được tạo sẵn các rãnh ứng suất để định hướng sinh mảnh. Thuốc nổ sử dụng là loại thuốc nổ TNT và thuốc nổ Amaton. Tính chất của vật liệu được mô tả bằng mô hình đàn hồi dẻo tăng bền Johnson-Cook. Các hằng số vật liệu có sẵn trong thư viện vật liệu phần mềm Ansys Autodyn-3D. Các thông số vật liệu thân vỏ vật nổ được sử dụng trong mô phỏng: gang xám GX15-32 và thép 4340 (bảng 2.5). Bảng 2.5. Thông số vật liệu cơ bản của thân vỏ dùng trong mô phỏng Mác vật liệu Cơ tính của vật liệu Hằng số mô phỏng (Mpa) (Mpa) (%) A (Mpa) B (Mpa) C n m T (0C) Tnc (0C) GX 15-32 175 150 0,5 175 380 0,06 0,32 0,55 27 1204 Steel 4340 792 1279 20 792 510 0,014 0,26 1,03 27 1520 Tính chất của thuốc nổ được mô tả bằng mô hình vật liệu đàn dẻo và phương tình trạng thái JWL. Các thông số của thuốc nổ trong vật nổ (bảng 2.6). Bảng 2.6. Thông số của các loại thuốc nổ nhồi bên trong thân vỏ Thuốc nổ Đặng trưng ban đầu của thuốc nổ Hằng số thực nghiệm của thuốc nổ dùng trong mô phỏng (g/cm3) (m/s) (kcal/kg) (Gpa) (Gpa) TNT 1,61 7000 1010 0,35 373,7 3,75 4,15 0,9 Amaton 1,1 4200 1089 0,32 135 1,35 5,45 0,7 Tetryl 1,63 7740 1090 0,275 586,8 10,67 4,4 1,2 Khi chia lưới phần tử, sử dụng phần tử ba chiều tuyến tính bậc nhất dạng solid 164. Áp dụng lưới Lagrange cho vật liệu thân vỏ và lưới Euler cho thuốc nổ và không khí. Chia lưới kích thước cho mô hình hình học vật nổ là 3x3mm. Để đánh giá độ tin cậy của phương pháp mô phỏng trên phần mềm Ansys Autodyn-3D sử dụng mô đun tính toán song song, tiến hành mô phỏng quá trình nổ của vật nổ. Kết quả mô phỏng quá trình nổ của vật nổ cho trường hợp thân vỏ thép 4340, bên trong nhồi thuốc nổ TNT hoặc Amaton thì số mảnh vỡ thân vỏ lần lượt là 104 mảnh và 61 mảnh (hình 2.13). Hình 2.13. Mô phỏng nổ vật nổ thân vỏ thép 4340, thuốc nổ TNT Một số thông số cơ bản của của quá trình mô phỏng nổ vật nổ thân vỏ thép 4340, thuốc nổ TNT được thể hiện trong bảng 2.7. Bảng 2.7. Một số thông số cơ bản của quá trình mô phỏng nổ vật nổ thân vỏ thép 4340, thuốc nổ TNT Thứ tự mảnh Khối lượng mảnh (mg) Thể tích mảnh (mm3) Chiều dài mảnh (mm) Tốc độ trung bình (m/s) 1 5,983E+03 7,643E+02 27,73 486,70 2 5,982E+03 7,642E+02 28,25 809,19 3 5,888E+03 7,521E+02 28,22 812,06 4 5,767E+03 7,368E+02 27,08 494,74 5 5,469E+03 6,987E+02 27,86 803,79 6 5,420E+03 6,924E+02 24,68 511,29 7 5,294E+03 6,763E+02 28,57 812,62 8 5,052E+03 6,456E+02 28,72 808,37 9 4,220E+03 5,391E+02 26,87 1020,1 10 4,011E+03 5,125E+02 24,02 747,98 Kết quả mô phỏng quá trình nổ của vật nổ cho trường hợp thân vỏ gang, bên trong nhồi thuốc nổ TNT hoặc Amaton thì số mảnh vỡ thân vỏ lần lượt là 181 mảnh và 143 mảnh (hình 2.14). Hình 2.14. Mô phỏng nổ vật nổ thân vỏ gang, thuốc nổ Amaton Một số thông số cơ bản của của quá trình mô phỏng nổ vật nổ thân vỏ gang, thuốc nổ Amaton được thể hiện trong bảng 2.8. Bảng 2.8. Một số thông số cơ bản của quá trình mô phỏng nổ vật nổ thân vỏ gang, thuốc nổ Amaton Thứ tự mảnh Khối lượng mảnh (mg) Thể tích mảnh (mm3) Chiều dài mảnh (mm) Tốc độ trung bình (m/s) 1 3,155E+03 4,020E+02 24,53 596,80 2 3,150E+03 4,014E+02 24,13 596,72 3 3,048E+03 3,883E+02 22,02 594,39 4 2,993E+03 3,813E+02 20,69 609,09 5 2,950E+03 3,759E+02 17,90 605,82 6 2,746E+03 3,498E+02 23,05 599,26 7 2,529E+03 3,223E+02 20,19 611,18 8 2,473E+03 3,150E+02 19,36 588,76 9 2,441E+03 3,110E+02 22,55 605,50 10 2,230E+03 2,842E+02 20,60 582,16 Kết quả mô phỏng quá trình nổ của vật nổ dạng hình trụ cho trường hợp thân vỏ thép 4340, bên trong nhồi thuốc nổ TNT thì số mảnh vỡ thân vỏ là 177 mảnh (hình 2.15). Hình 2.15. Mô phỏng nổ vật nổ thân vỏ thép 4340, thuốc nổ TNT Một số thông số cơ bản của của quá trình mô phỏng nổ vật nổ thân vỏ thép 4340, thuốc nổ TNT được thể hiện trong bảng 2.9. Bảng 2.9. Một số thông số cơ bản của quá trình mô phỏng nổ vật nổ dạng hình trụ thân vỏ thép 4340, thuốc nổ TNT Thứ tự mảnh Khối lượng mảnh (mg) Thể tích mảnh (mm3) Chiều dài mảnh (mm) Tốc độ trung bình (m/s) 1 8,397E+02 1,075E+02 16,00 727,00 2 7,633E+02 9,776E+01 13,84 652,28 3 7,406E+02 9,481E+01 13,38 1190,39 4 7,190E+02 9,203E+01 12,78 709,05 5 6,897E+02 8,829E+01 13,52 1207,83 6 6,454E+02 8,283E+01 13,14 713,09 7 6,011E+02 7,692E+01 11,79 653,88 8 5,926E+02 7,583E+01 12,76 1064,66 9 5,851E+02 7,478E+01 13,70 1075,93 10 5,620E+02 7,183E+01 11,99 719,64 Kết quả mô phỏng quá trình nổ của vật nổ cho trường hợp vỏ bao gói bằng lon bia và bằng giấy, bên trong nhồi thuốc nổ TNT (hình 2.16 và hình 2.17). Quá trình nổ, vỏ bao gói bị phá vỡ, sóng nổ và sản phẩm nổ nhanh chóng lan truyền ra môi trường xung quanh. Hình 2.16. Mô phỏng nổ vật nổ có vỏ bao gói là lon bia chứa thuốc nổ TNT Hình 2.17. Mô phỏng nổ vật nổ có vỏ bao gói bằng giấy chứa thuốc nổ TNT đặt trước cửa nhà Kết luận chương 2 - Chương 2 của luận án đã nghiên cứu cơ chế hình thành mảnh khi nổ vật nổ, đã khái quát về đặc trưng quá trình biến dạng và phá hủy vỏ bọc và các dạng mảnh đặc trưng khi nổ, sự bay tán và tác dụng của sản phẩm nổ với môi trường xung quanh. - Đã xây dựng mô hình toán học, thiết lập hệ phương trình mô phỏng quá trình hình thành, lan truyền sóng nổ, biến dạng, phá vỡ vỏ bọc và va đập với môi trường xung quanh để áp dụng giải bài toán mô phỏng thực nghiệm hiện trường nổ vật nổ. - Kết quả mô phỏng quá trình nổ trên phần mềm Ansys Autodyn-3D với vật nổ điển hình (vật nổ dạng hình cầu, hình trụ có vỏ bọc bằng thép, gang và vật nổ không vỏ bọc) đều thể hiện được trường phân bố mảnh và sự tương tác của SPN với môi trường. Giá trị của kết quả này sẽ giúp công tác khoanh vùng tìm kiếm các mảnh, đánh giá tác dụng phá hủy của sóng nổ đối với môi trường, đánh giá tác dụng sát thương do mảnh gây ra. - Nghiên cứu, khai thác và sử dụng mô đun tính toán song song trong giải bài toán mô phỏng thực nghiệm hiện trường nổ, đáp ứng yêu cầu bài toán đặt ra. Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, bước đầu tác giả tiếp cận mô hình bài toán, khai thác và ứng dụng mô đun tính toán song song để cải thiện tốt hơn tốc độ mô phỏng bài toán thực nghiệm nổ. Kết quả này có thể vận dụng để giải các bài toán chuyên sâu khác trong lĩnh vực thiết kế, chế tạo đạn dược đạt hiệu quả cao. CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH VẬT NỔ QUA DẤU VẾT NỔ 3.1. Mục đích, yêu cầu, nội dung và phương pháp thực nghiệm 3.1.1. Mục đích Nổ thử nghiệm nhằm xác định dấu vết nổ và các đặc điểm của chúng để lại trên hiện trường khi gây nổ vật nổ loại có vỏ bọc và không có vỏ bọc để kiểm chứng với những lý thuyết và mô phỏng trong luận án đã đưa ra. 3.1.2. Yêu cầu - Xác định sản phẩm nổ của thuốc nổ; - Xác định mảnh vỏ vật nổ; - Xác định tác dụng phá của vụ nổ đối với môi trường xung quanh: Bán kính tác dụng lên các đối tượng trong phạm vi uy lực nổ. - Thực hiện đầy đủ các hạng mục thử nghiệm trong thuyết minh. Xây dựng phương án thử nghiệm cụ thể, rõ ràng. Tổ chức chỉ huy thống nhất, hiệp đồng chặt chẽ các lực lượng tham gia, đảm bảo tuyệt đối an toàn về người và trang thiết bị. 3.1.3. Nội dung - Xây dựng phương án và kế hoạch thực nghiệm; - Chuẩn bị phương tiện, vật tư, hóa chất, thiết bị chuyên dụng cho thử nghiệm; - Thực nghiệm nổ tại thao trường, thu nhận kết quả, vệ sinh công nghiệp sau nổ; - Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm nổ thông qua dấu vết thu tại hiện trường. 3.1.4. Phương pháp thực nghiệm - Mẫu thí nghiệm liên quan đến vật liệu nổ được giáo viên, nhân viên kỹ thuật chuẩn bị đúng, đủ số lượng trước khi tiến hành thí nghiệm. - Trước mỗi lần thí nghiệm, người thực hiện được quán triệt quy tắc an toàn, huấn luyện thành thục động tác. - Tiến hành tuần tự nội dung thí nghiệm: chuẩn bị mẫu, bố trí vào thao trường, chuẩn bị gây nổ, gây nổ, chụp ảnh, đánh giá dấu vết vật chứng, thu dấu vết vật chứng trong túi chuyên dụng. Làm xong báo cáo cho người chỉ huy. - Sau khi tiến hành thí nghiệm, các vật liệu nguy hiểm phải được tiêu hủy ngay tại trường thử. - Điều kiện thử nghiệm chung: Tiến hành thử nghiệm trên thao trường tự nhiên, gây nổ gián tiếp bằng điện, sử dụng máy gây nổ và có ụ nấp an toàn. - Sau khi nổ, nghiên cứu trực tiếp dấu vết nổ trên hiện trường, thu mẫu phục vụ nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. 3.1.4.1. Thử tĩnh thu mảnh trong hố cát Phương pháp thử tĩnh thu mảnh trong hố cát được áp dụng phổ biến trong nghiên cứu chế tạo đạn dược hiện nay [19], [21]. Tuỳ thuộc vào mục đích thử nghiệm thu mảnh để xác định số lượng mảnh, đặc điểm hình dạng, khối lượng, quy luật phân bố mảnh văngtrong phạm vi nghiên cứu của luận án, thử tĩnh thu mảnh trong hố cát để xác định hình dạng, đặc điểm phá mảnh của vật nổ. Trong thực nghiệm này không đánh giá mật độ phân tán của mảnh vỡ, chỉ áp dụng để chứng minh uy lực của thuốc nổ tác động vào vỏ bọc, tạo ra sự biến dạng, đứt, gẫy. Cấu tạo của mô hình thực nghiệm: Đào 3 hố đất, sau đó đặt lần lượt các thùng phuy bằng kim loại, bên trong chứa cát khô, chính giữa thùng phuy bố trí ống nhựa có đường kính 7cm, đặt từ mặt trên xuống đến cách đáy thùng phuy 30cm, tại vị trí bên trong ống nhựa này đặt vật nổ. Phía trên đặt một nắp bằng gỗ, sau đó đặt các bao cát chồng lên phía trên. Ống nhựa và thùng phuy được đặt ở tư thế thẳng đứng, xung quanh và đáy được kê, chèn vững chắc (hình 3.1). Hình 3.1. Sơ đồ thử tĩnh thu mảnh trong thùng phuy cát Sau khi kích nổ, dùng lưới sàng cát có kích thước (1cm x 1cm) và (0,5cm x 0,5cm) để thu các mảnh vỡ của thân vỏ. Các mảnh còn lại, dùng Nam châm và máy dò kim loại để phát hiện và thu giữ. Các thí nghiệm lặp lại 3 lần và cho kết quả các mảnh vỡ, được cất giữ vào trong túi chuyên dụng, bảo quản riêng biệt, phục vụ cho nghiên cứu, phân tích trong phòng thí nghiệm. Đối tượng thực nghiệm: 03 vật nổ, gây nổ bằng kíp nổ điện cỡ số 8. Các thông số vật nổ như sau: Dv – đường kính vỏ, Dv = 32mm, Chiều cao h = 130mm; Khối lượng chất nổ TNT 60g, khối lượng thân vỏ 460g. 3.1.4.2. Xác định mật độ phân bố mảnh vật nổ Trong thực nghiệm này đánh giá mật độ phân bố của mảnh vỡ, chỉ áp dụng để chứng minh tác dụng của vụ nổ đối với môi trường xung quanh: bán kính tác dụng bằng mảnh vỏ của vụ nổ, mật độ mảnh vỏ tác dụng lên các đối tượng trong phạm vi uy lực nổ. Qua các DV,VC để lại trên hiện trường, các mảnh có khối lượng khác nhau, ở khoảng cách khác nhau, thông qua phần mềm Ansys Autodyn-3D, các phương trình toán học. Có thể tính toán khối lượng vật nổ, khối lượng thuốc nổ, loại thuốc nổ, đối tượng đã sử dụng trong vụ nổ. Điều này giúp cho công tác điều tra giảm bớt thời gian, nhanh chóng xác định chính xác vật nổ. Cấu tạo của mô hình thực nghiệm: Khu vực thử nghiệm trên thao trường là bãi đất tương đối bằng phẳng, đánh dấu vị trí đặt vật nổ làm trung tâm, xung quanh bố trí 8 bia, ký hiệu từ bia số 1 đến bia số 8, bia hình chữ nhật, mỗi bia có kích thước dài 200 cm, rộng 100 cm, chiều cao 150 cm, chân bia cao 50 cm. Thân bia đều làm bằng gỗ ép dày 0,2 cm. Các bia được bố trí từng cặp đối diện với vật nổ, cụ thể như sau: bia số 7 và số 8 đặt cách vật nổ 5 mét; bia số 5 và số 6 đặt cách vật nổ 10 mét; bia số 3 và số 4 đặt cách vật nổ 15 mét; bia số 1 và số 2 đặt cách vật nổ 20 mét. Sơ đồ bố trí bãi thử nghiệm như hình 3.2. Hình 3.2. Sơ đồ bố trí bia xác định mật độ phân bố mảnh theo khoảng cách Sau mỗi lần kích nổ, quan sát, ghi chép đặc điểm dấu vết trên các bia, dấu vết tại vị trí hố nổ, dùng máy ảnh chụp hình ghi lại dấu vết. Đối tượng thực nghiệm: 07 vật nổ, gây nổ bằng kíp nổ điện vỏ nhôm, cỡ số 8. Các thông số vật nổ như sau: Đường kính vỏ Dv = 32mm; Chiều cao h = 130mm; Khối lượng chất nổ TNT 60g, khối lượng thân vỏ 460g. 3.1.4.3. Xác định dấu vết nổ Nghiên cứu thực tế đặc điểm dấu vết nổ ngay sau khi nổ thử nghiệm, đánh giá sự hình thành và tồn tại của các dấu vết trên hiện trường sau nổ. Đối tượng thực nghiệm: Thử nghiệm nổ vật nổ không có vỏ bọc xác định dấu vết nổ: 10 vật nổ tự chế bọc bằng giấy bìa các tông, quấn băng dính, bên trong chứa thuốc nổ Amonit (04 quả với khối lượng thuốc nổ 100 gam, 04 quả khối lượng thuốc nổ 150 gam, 02 quả khối lượng thuốc nổ 200 gam), đây là những vật nổ điển hình thường được tội phạm sử dụng để gây án, cụ thể như bảng 3.1. Bảng 3.1. Nội dung thử nghiệm dấu vết nổ TT Nội dung tiến hành - Điều kiện thử nghiệm 1 Thử nghiệm 4 vật nổ, mỗi quả có khối lượng thuốc nổ amônit 100g. - Khối thuốc nổ 1: Bố trí trên xe ô tô đồ chơi điện tử vỏ nhựa màu đỏ. - Khối thuốc nổ 2: Bố trí trên xe ô tô đồ chơi điện tử vỏ nhựa màu đen. - Khối thuốc nổ 3: Bố trí gắn trên điện thoại di động. - Khối thuốc nổ 4: Bố trí trong hộp cacton màu nâu. 2 - Thử nghiệm 3 vật nổ, lần lượt mỗi quả có khối lượng thuốc nổ amônit 150g. - Khối thuốc nổ 1: Bọc giấy, quấn băng dính trắng, đặt trong ngăn bàn dạng bàn văn phòng, gỗ ván ép. - Khối thuốc nổ 2: Bố trí trong ống nhựa mầu xám, đặt trên bãi đất. - Khối thuốc nổ 3: Bố trí trên xe ô tô điện tử, đặt trực tiếp trên tấm bê tông kích thước (150 x 150 x 10) cm. 3 - Thử nghiệm 3 vật nổ, lần lượt mỗi quả có khối lượng thuốc nổ amônit 200g. - Khối thuốc nổ 1: Bố trí trong lon nước giải khát, chôn xuống đất. - Khối thuốc nổ 2: Bố trí trong ống nhựa mầu xám, đặt trong bụi cây. - Khối thuốc nổ 3: Bố trí trong hộp gỗ, đặt trên mặt đất tự nhiên. 3.2. Thực nghiệm nổ và kết quả 3.2.1. Thực nghiệm nổ tại trường bắn 3.2.1.1. Điều kiện thực nghiệm - Điều kiện môi trường: Thực nghiệm ban ngày, ánh sáng tự nhiên, nhiệt độ ngoài trời trong khoảng từ 250C đến 300C, độ ẩm 70%. - Thời gian thực nghiệm: Từ ngày 05/10/2016 đến 20/10/2016. - Địa điểm thực nghiệm: Trường bắn Lữ đoàn Công binh 543, Quân khu II. 3.2.1.2. Thực nghiệm nổ tại trường bắn - Công tác chuẩn bị: Chuẩn bị đầy đủ các thiết bị, phương tiện, dụng cụ, vật tư, các loại vật nổ theo phương án thực nghiệm đã được phê duyệt và vận chuyển đến trường bắn. - Trình tự thực hiện thử nổ tại trường bắn: Tiến hành thử nghiệm nổ theo phương án đã phê duyệt, lần lượt như sau: + Tiến hành thử tĩnh thu mảnh trong thùng phuy cát: 03 vật nổ, đặt trong 03 thùng phuy cát, lần lượt gây nổ từng quả một. Sau đó dùng sàng cát thu mảnh, bảo quản đưa về phòng thí nghiệm nghiên cứu. + Tiến hành nổ xác định mật độ dấu vết nổ theo