Tóm tắt Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến tác dụng xuyên của đầu đạn xuyên thép

hiện là các vũ khí, trang 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 mớiđáp 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 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 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 Giacốp-Đơ-Mar 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 đề xuất được sử dụng khi tính toán tác dụng va xuyên bằng phương pháp kỹ thuật. 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 tốc chạm cỡ vài trăm m/s đến 1000 m/s. Đối với phần lớn các kim loại, hợp kim và các vật liệu khác, trong khoảng vận tốc chạm 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, giới 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 Giacốp-Đơ-Mar, 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 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 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; - 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 a. 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 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. 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. 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 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) Tham số A B C n m Giá trị 2280,61 706,8 0,012 0,18 1 Bảng 3.5. Tham số vật liệu áo chì (mô hình Steinberg Guinan) Tham số σct σcđmax n dG/dT dσcđ/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 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 m Giá trị 313,6 246,4 0,022 0,36 1 Thực hiện mô phỏng số quá trình va xuyên của đầu đạn vào mục tiêu tấm thép trong đó: góc chạm 00; 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). 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 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 kết 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. 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 CT-3 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 Giacốp-Đơ-Mar 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 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 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 Bề dày của mục tiêu, (mm) Vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên qua mục tiêu, (m/s) Sai lệch (%) Thử nghiệm (giá trị trung bình) Mô phỏng 5 671,3 654 2,57 10 531,8 517 2,78 12 478,52 425 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 Bề dày của mục tiêu 8mm Vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên qua mục tiêu, (m/s) Sai lệch (%) Thử nghiệm (giá trị trung bình) Mô phỏng Mục tiêu thẳng đứng 616,7 546 11,46 Mục tiêu nghiêng với trục nòng súng 1100 551,9 528 4,33 4.4.3. So sánh giá trị vận tốc tới hạn xuyên thủng bản thép thử nghiệm và tính toán mô phỏng Bảng 4.9. So sánh kết quả thử nghiệm và tính toán mô phỏng xác định bề dày tới hạn xuyên thủng tấm thép TT So sánh giữa thử nghiệm và mô phỏng So sánh kết quả Thử nghiệm Mô phỏng (bề dày tối đa xuyên thủng) cự ly 50m Mục tiêu dày 16mm Xuyên 5/5 =100% Không thu được lõi xuyên 17 mm Mức độ phù hợp cao cự ly 30m Mục tiêu dày 18mm Xuyên 1/5 =20% Thu được lõi xuyên ngay sau mục tiêu 18 mm Chính xác KẾT LUẬN Từ các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trong luận án, rút ra các kết luận: 1. Luận án đã nghiên cứu, tìm hiểu các mô hình toán học mô tả tính tăng bền của vật liệu khi chịu tải trọng tốc độ cao của các vật liệu chế tạo đầu đạn xuyên và mục tiêu. 2. Đã ứng dụng lý thuyết cơ học môi trường liên tục, lý thuyết đàn hồi, lý thuyết dòng chảy dẻo cùng với các mô hình vật liệu kể đến tính tăng bền khi chịu tải trọng tốc độ cao phù hợp với các vật liệu đầu đạn và mục tiêu, xây dựng mô hình toán học mô tả quá trình va xuyên của đầu đạn xuyên vào mục tiêu tấm thép nói chung và mô hình toán học mô tả quá trình va xuyên của đầu đạn lõi thép cứng cỡ 7,62mm do Nhà máy Z113 sản xuất xuyên vào mục tiêu tấm thép nói riêng với các điều kiện đầu và điều kiện biên tương ứng. 3. Nghiên cứu, ứng dụng 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, 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. 4. Đã tính toán xác định các tham số vật liệu phù hợp với vật liệu đầu đạn xuyên lõi thép cứng cỡ 7,62 mm và mục tiêu tấm thép CT3, ứng dụng phần mềm ANSYS AUTODYN giải bài toán va xuyên, 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 của đầu đạn xuyên lõi thép cứng cỡ 7,62 mm khi xuyên vào tấm thép CT3. Các kết quả nhận được: - Xây dựng được biểu đồ quan hệ quan hệ vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên qua tấm thép với bề dày tấm thép. Qua biểu đồ nhận được: với vận tốc chạm 716,8 m/s, bề dày tấm thép tăng dần từ 2 ÷ 19 mm thì vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên qua tấm thép giảm từ 693 ÷ 0 m/s, đầu đạn không xuyên qua tấm thép dày 19 mm. Trong trường hợp này, xác định được giá trị bề dày mục tiêu 11 mm là giới hạn của sự ảnh hưởng khác nhau của bề mặt sau mục tiêu đến tác dụng va xuyên theo bề dày mục tiêu; - Xây dựng được biểu đồ quan hệ vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên với các mục tiêu kết cấu khác nhau. Qua biểu đồ nhận thấy: khi tách kết cấu một tấm thép dày thành hai tấm thép có độ dày bằng một nửa và đặt cách nhau một khoảng cách không quá lớn thì khả năng chống đạn có xu hướng bằng hoặc giảm so với kết cấu một bản thép dày. Khi tổng bề dày 2 tấm thép nhỏ hơn hoặc bằng 7 mm thì khả năng chống đạn của hai kết cấu là như nhau. Khi tổng bề dày 2 tấm thép lớn hơn 7 mm và tổng bề dày 2 tấm thép tăng lên thì khả năng chống đạn của kết cấu phân tách chống đạn càng kém hơn so với kết cấu nguyên tấm. Với khoảng cách giữa 2 tấm thép từ 2 ÷ 30,48 mm thì khả năng chống đạn của các kết cấu phân tách này như nhau. - Xây dựng được biểu đồ quan hệ vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên với các mục tiêu độ cứng khác nhau. Trong trường hợp khảo sát, nhận được với bề dày tấm mục tiêu là 5 mm, khi tăng dần độ cứng tấm mục tiêu lên 1,5; 2; 2,5 lần thì vận tốc còn lại của đầu đạn khi xuyên qua mục tiêu suy giảm tương ứng là 5,2%; 13%; 19,6%; - Xây dựng được biểu đồ quan hệ bề dày tới hạn của tấm thép với vận tốc chạm của đầu đạn. Qua biểu đồ nhận được: trong khoảng cách đặt tấm thép từ 10 m ÷ 800 m tính từ miệng nòng (tương ứng với vận tốc chạm của đầu đạn giảm từ 702,6 m/s ÷ 268 m/s)