Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến tác dụng xuyên của đầu đạn xuyên thép

111Equation Chapter 1 Section 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS Trần Bá Tấn 2. PGS.TS Trần Đình Thành HÀ NỘI - NĂM 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực. Những kết luận khoa học của luận án chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Nguyễn Quang Dũng ii LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc đối với TS Trần Bá Tấn và PGS.TS Trần Đình Thành đã tận tình giúp đỡ, có nhiều chỉ dẫn và định hướng khoa học giá trị giúp cho tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học trong và ngoài Quân đội, các đồng nghiệp đã cung cấp cho tác giả nhiều tài liệu và các kiến thức khoa học cần thiết. Tác giả trân trọng cảm ơn Thủ trưởng Học viện Kỹ thuật Quân sự, Bộ môn Đạn, Khoa Vũ khí, Phòng Sau Đại học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả trân trọng cảm ơn Thủ trưởng Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng, Nhà máy Z113/ Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng, Trung tâm Kỹ thuật Vũ khí/ Học viện Kỹ thuật Quân sự đã giúp đỡ tác giả trong quá trình thử nghiệm phục vụ luận án. Cuối cùng, tác giả bày tỏ lòng cảm ơn đối với những người thân trong gia đình đã luôn khích lệ tinh thần, tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận án. Tác giả luận án Nguyễn Quang Dũng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN................................................................................................i LỜI CẢM ƠN....................................................................................................ii MỤC LỤC.........................................................................................................iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT.......................................vi DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ...........................................................ix MỞ ĐẦU............................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH VA XUYÊN CỦA ĐẦU ĐẠN VÀO MỤC TIÊU......................................................................................6 1.1. Khái quát về sự va xuyên của đầu đạn vào mục tiêu.............................6 1.1.1. Khái quát đầu đạn, mục tiêu............................................................6 1.1.1.1. Đầu đạn.....................................................................................6 1.1.1.2. Mục tiêu....................................................................................7 1.1.2. Các hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình va xuyên khi vận tốc chạm lớn............................................................................................10 1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình va xuyên của đầu đạn vào mục tiêu và các dạng phá hủy..................................................................13 1.1.3.1. Ảnh hưởng của tính chất vật liệu và kết cấu đầu đạn.............13 1.1.3.2. Ảnh hưởng của điều kiện va chạm.........................................14 1.1.3.3. Ảnh hưởng của tính chất vật liệu và kết cấu mục tiêu...........14 1.1.3.4. Các dạng phá hủy đầu đạn và tấm thép trong quá trình va xuyên..............................................................................................14 1.2. Tổng quan về các công trình nghiên cứu.............................................17 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới................................................17 1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam.................................................22 1.3. Những tồn tại của vấn đề nghiên cứu và hướng giải quyết..................23 1.3.1. Những tồn tại của vấn đề nghiên cứu............................................23 1.3.2. Hướng nghiên cứu giải quyết các vấn đề tồn tại...........................26 iv CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC MÔ TẢ QUÁ TRÌNH VA XUYÊN CỦA ĐẦU ĐẠN VÀO MỤC TIÊU.............................................28 2.1. Mô hình toán học mô tả tính tăng bền của vật liệu khi chịu tải trọng tốc độ cao....................................................................................................28 2.1.1. Ảnh hưởng của tốc độ đặt tải đến tính chất cơ học của vật liệu .................................................................................................................28 2.1.2. Một số mô hình toán học mô tả tính tăng bền của vật liệu khi chịu tải trọng tốc độ cao..........................................................................30 2.2. Xây dựng mô hình toán học mô tả quá trình va xuyên của đầu đạn vào mục tiêu kể đến tính tăng bền vật liệu khi chịu tải trọng tốc độ cao .....................................................................................................................32 2.3. Phương pháp giải hệ phương trình mô tả quá trình va xuyên của đầu đạn vào mục tiêu...................................................................................43 2.3.1. Rời rạc hóa không gian theo phương pháp phần tử hữu hạn.........44 2.3.2. Rời rạc hóa thời gian.....................................................................48 2.3.3. Phương pháp giải Explicit Dynamic.............................................50 2.3.4. Thuật toán tiếp xúc – va chạm.......................................................52 2.4. Phần mềm ANSYS AUTODYN..........................................................55 2.5. Mô phỏng va xuyên của đầu đạn với tấm thép bề dày hữu hạn bằng phần mềm ANSYS AUTODYN.................................................................58 Kết luận chương 2.......................................................................................68 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN TÁC DỤNG XUYÊN CỦA ĐẦU ĐẠN XUYÊN.............................................70 3.1. Chuẩn bị mô phỏng..............................................................................70 3.1.1. Mô hình hình học đầu đạn.............................................................70 3.1.2. Xác định mô hình vật liệu các thành phần đầu đạn.......................71 3.1.3. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn đầu đạn................................75 v 3.2. Ảnh hưởng của bề dày mục tiêu đến tác dụng xuyên của đầu đạn......76 3.3. Ảnh hưởng của kết cấu mục tiêu đến tác dụng xuyên của đầu đạn......81 3.3.1. Ảnh hưởng của kết cấu ghép lớp...................................................81 3.3.2. Ảnh hưởng của sự tăng cứng bề mặt mục tiêu..............................86 3.4. Ảnh hưởng của tính chất vật liệu mục tiêu đến tác dụng xuyên của đầu đạn........................................................................................................90 3.5. Ảnh hưởng điều kiện va chạm đến tác dụng xuyên của đầu đạn.........93 3.5.1. Ảnh hưởng của vận tốc chạm........................................................93 3.5.2. Ảnh hưởng của góc chạm............................................................101 CHƯƠNG 4: THỬ NGHIỆM TÁC DỤNG XUYÊN CỦA ĐẦU ĐẠN XUYÊN VÀO MỤC TIÊU.............................................................................107 4.1. Mục đích thử nghiệm.........................................................................107 4.2. Mô tả thử nghiệm...............................................................................107 4.2.1. Phân tích lựa chọn mô hình thử nghiệm......................................107 4.2.2. Thiết bị thử nghiệm.....................................................................108 4.2.3. Trình tự tiến hành thử nghiệm.....................................................110 4.3. Kết quả thử nghiệm............................................................................117 4.4. Phân tích, so sánh kết quả thử nghiệm với tính toán mô phỏng.........116 4.4.1. So sánh ảnh hưởng của bề dày mục tiêu đến tác dụng xuyên thử nghiệm và tính toán mô phỏng........................................................116 4.4.2. So sánh ảnh hưởng của góc chạm đến tác dụng xuyên thử nghiệm và tính toán mô phỏng..............................................................119 4.4.3. So sánh giá trị vận tốc tới hạn xuyên thủng bản thép thử nghiệm và tính toán mô phỏng..............................................................121 KẾT LUẬN....................................................................................................124 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ................129 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................130 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1. Danh mục các ký hiệu Ký hiệu vgh Vận tốc tới hạn xuyên thủng của đầu đạn, [m/s]. Vận tốc chạm của đầu đạn, [m/s]. m Khối lượng của đầu đạn, [kg]. d Đường kính đầu đạn, [m].  Khối lượng riêng [kg/m3 ]. b Bề dày mục tiêu, [m]. vr Vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên qua mục tiêu, [m/s]. t ❑c Giới hạn chảy tĩnh của vật liệu, [MPa]. đ ❑c Giới hạn chảy động của vật liệu, [MPa]. έ Tốc độ biến dạng trung bình. p εi Cường độ biến dạng dẻo. vi Các thành phần vận tốc. j σ i , σ ij Các thành phần của tenxơ ứng suất (các chỉ số trên, dưới là như nhau). ui Các thành phần chuyển vị. ai Các thành phần gia tốc. έ ij Các thành phần của tenxơ tốc độ biến dạng. ε ij Các thành phần của tenxơ biến dạng. σ ij Các thành phần của tenxơ ứng suất. p Áp suất. E Nội năng. (e ) έ ij Các thành phần của tenxơ tốc độ biến dạng đàn hồi. ( p) έ ij Các thành phần của tenxơ tốc độ biến dạng dẻo. Dσ Các thành phần của tenxơ lệch ứng suất. 2. Danh mục các chữ viết tắt v0 ij PTHH Phần tử hữu hạn. TCCNQP Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Phân loại mục tiêu theo bề dày Bảng 1.2. Ứng xử của vật liệu theo vận tốc chạm Bảng 3.1. Thành phần hóa học thép F11 Bảng 3.2. Thành phần hóa học thép T12A Bảng 3.3. Tham số vật liệu vỏ đầu đạn (mô hình Johnson – Cook) 7 12 72 73 74 vii Bảng 3.4. Tham số vật liệu lõi xuyên (mô hình Johnson – Cook) Bảng 3.5. Tham số vật liệu áo chì (mô hình Steinberg Guinan) Bảng 3.6. Thành phần hóa học thép CT3 Bảng 3.7. Tham số vật liệu mục tiêu (mô hình Johnson – Cook) Bảng 3.8. Vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên qua các tấm thép 75 75 76 76 bề dày khác nhau (vận tốc chạm 716,8m/s) Bảng 3.9. Vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên qua các mục tiêu 79 kết cấu khác nhau (vận tốc chạm 716,8 m/s) Bảng 3.10. Tham số vật liệu mục tiêu tôi cứng (mô hình Johnson – Cook) Bảng 3.11. Vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên qua các mục tiêu 83 87 độ cứng khác nhau (vận tốc chạm 716,8 m/s) Bảng 3.12. Vận tốc truyền âm trong vật liệu thép CT3 và Kevlar Bảng 3.13. Vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên qua các mục tiêu 88 91 vật liệu khác nhau (vận tốc chạm 716,8m/s) Bảng 3.14. Kết quả xác định bề dày tới hạn của tấm thép Bảng 3.15. Hệ số K tính theo kết quả mô phỏng Bảng 3.16. Kết quả tính bề dày tới hạn của bản thép (khoảng vận tốc 92 94 97 chạm 600 m/s ÷ 700 m/s); Kmptrung bình = 1401 Bảng 3.17. Kết quả tính bề dày tới hạn của bản thép (khoảng vận tốc 98 chạm 300 m/s÷ 500 m/s); Kmptrung bình = 1140 99 Bảng 3.18. Kết quả tính bề dày tới hạn của bản thép; Kmptrung bình = 1231 100 Bảng 3.19. Vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên qua tấm thép CT3 dày 8 mm với góc chạm khác nhau Bảng 4.1. Kết quả xác định vận tốc đầu đạn bằng máy đo quang Mibus Bảng 4.2. Kết quả kiểm tra đặc điểm kích thước vết xuyên Bảng 4.3. Kết quả vận tốc đầu đạn sau khi xuyên thủng mục tiêu Bảng 4.4. Kết quả kiểm tra đặc điểm kích thước vết xuyên Bảng 4.5. Kết quả vận tốc của đầu đạn sau khi xuyên thủng mục tiêu Bảng 4.6. Kết quả vận tốc tới hạn xuyên thủng mục tiêu 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 (vận tốc chạm 716,8 m/s) Bảng 4.8. So sánh kết quả thử nghiệm và mô phỏng vận tốc còn lại của 102 113 113 114 115 115 116 117 đầu đạn sau khi xuyên theo góc chạm (vận tốc chạm 697,3 m/s) 119 Bảng 4.9. So sánh kết quả thử nghiệm và tính toán mô phỏng xác định bề dày tới hạn xuyên thủng tấm thép 121 viii ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ Trang Hình 1.1. Đầu đạn xuyên Hình 1.2. Kết cấu một số dạng tấm thép liên hợp Hình 1.3. Cấu trúc một số loại giáp chống đạn Hình 1.4. Các dạng phá hủy tấm thép Hình 2.1. Biến đổi hệ số  theo tốc độ đặt tải Hình 2.2. Biến đổi giới hạn chảy động theo vận tốc chạm Hình 2.3. Mô hình vật lý thời điểm đầu đạn chạm mục tiêu Hình 2.4. Biến Lagrange Hình 2.5. Phần tử dạng hình hộp Hình 2.6. Quy trình phương pháp giải Explicit Dynamic (phương 6 7 8 16 28 29 33 44 47 pháp Lagrange) Hình 2.7. Quy trình phương pháp giải Explicit Dynamic (phương 51 pháp Euler) Hình 2.8. Vị trí của ms là nút chính gần ns nhất Hình 2.9. Kiểm tra điều kiện nằm trên mặt si Hình 2.10. Vị trí điểm tiếp xúc khi nsvượt mặt si Hình 2.11. Lưới Lagrange (không yêu cầu lưới không gian bên ngoài) Hình 2.12. Lưới Euler (không gian bên ngoài cần được mô hình hóa 52 53 53 54 56 (các phần tử trống)) Hình 2.13. Lưới ALE Hình 2.14. Mô hình phần tử hữu hạn Hình 2.15. Các vị trí ban đầu đo thông số Hình 2.16. Lực cản tác dụng lên đầu đạn trong quá trình va xuyên Hình 2.17. Vận tốc, gia tốc đầu đạn trong quá trình va xuyên Hình 2.18. Vận tốc và gia tốc nút 2 trên đầu đạn trong quá trình va xuyên Hình 2.19. Biến dạng của đầu đạn và mục tiêu trong quá trình va xuyên Hình 2.20. Phân bố áp suất trong vật liệu đầu đạn và mục tiêu Hình 2.21. Thay đổi áp suất tại một số phần tử trong mục tiêu Hình 2.22. Thay đổi áp suất tại một số phần tử trong đầu đạn Hình 2.23. Thay đổi biến dạng dài lớn nhất tại một số phần tử mục tiêu Hình 2.24. Thay đổi biến dạng dẻo tại một số phần tử mục tiêu Hình 2.25. Thay đổi tốc độ biến dạng dẻo tại một số phần tử mục tiêu Hình 2.26. Thay đổi giới hạn chảy động tại một số phần tử mục tiêu Hình 3.1. Đầu đạn xuyên 7,62x39mm (K56) đầu lõi thép kiểu M43 Hình 3.2. Mô hình hình học của đầu đạn Hình 3.3. Đầu đạn xuyên 7,62x39 mm (K56) đầu lõi thép kiểu M43 57 58 59 60 60 61 61 62 63 64 65 66 66 67 67 71 71 72 x Hình 3.4. Mô hình phần tử hữu hạn của đầu đạn Hình 3.5. Mô hình toàn phần (a) và đối xứng (b) tại thời điểm đầu đạn 75 bắt đầu chạm vào mục tiêu Hình 3.6. Một số hình ảnh mô phỏng quá trình đầu đạn xuyên qua tấm 77 thép dày 5 mm Hình 3.7. Kết quả vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên qua bản 78 thép dày 5mm Hình 3.8. Biểu đồ quan hệ vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên 80 qua tấm thép với bề dày tấm thép Hình 3.9. Hai tấm mục tiêu cách nhau 2d, 3d (mm) (mỗi tấm dày 2,5 mm) Hình 3.10. Một số hình ảnh mô phỏng quá trình đầu đạn xuyên qua 80 82 2 tấm thép dày 2,5mm cách nhau 15,24 mm (2d) Hình 3.11. Kết quả vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên qua 2 84 bản thép dày 2,5mm cách nhau 15,24 mm (2d) Hình 3.12. Biểu đồ quan hệ vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên 84 với các mục tiêu kết cấu khác nhau Hình 3.13. Một số hình ảnh mô phỏng quá trình đầu đạn xuyên qua 85 bản thép dày 10 mm, tôi cứng 5 mm bề mặt đạt 325HB Hình 3.14. Kết quả vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên qua bản 87 thép dày 10mm, tôi cứng 5mm bề mặt đạt 325 HB Hình 3.15. Biểu đồ quan hệ vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên 89 với các mục tiêu độ cứng khác nhau Hình 3.16. Một số hình ảnh mô phỏng quá trình đầu đạn xuyên qua 89 tấm Kevlar dày 5 mm Hình 3.17. Kết quả vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên qua tấm 91 Kevlar dày 5 mm Hình 3.18. Hình ảnh và kết quả mô phỏng đầu đạn xuyên thủng 92 tấm thép CT3 dày 5mm, tương ứng với vận tốc chạm 268 m/s Hình 3.19. Biểu đồ quan hệ bề dày tới hạn của tấm thép với vận tốc 94 chạm của đầu đạn Hình 3.20. Một số hình ảnh mô phỏng quá trình đầu đạn va xuyên vào 95 tấm thép dày 8 mm với góc chạm 700 Hình 3.21. Kết quả vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên qua tấm 101 xi thép dày 8 mm với góc chạm 200 Hình 3.22. Biểu đồ quan hệ vận tốc còn lại của đầu đạn sau khi xuyên 102 thủng bản thép với góc chạm Hình 3.23. Hình ảnh mô phỏng đạn không xuyên, trượt trên bề mặt 103 mục tiêu tương ứng các góc chạm 600 (a), 700 (b) và 800 (c) Hình 4.1. Quá trình quan sát và phân tích dữ liê ̣u Hình 4.2. Máy đo vận tốc quang Mibus Hình 4.3. Gá lắp chắc chắn bia trên giá đỡ (a) và hệ thống camera (b) Hình 4.4. Thực hiện bắn (a) và đo kích thước vết xuyên (b) Hình 4.5. Mục tiêu dày 8 mm được gá thẳng đứng và gá nghiêng Hình 4.6. Vết xuyên mặt trước và sau mục tiêu dày 5 mm Hình 4.7. Vết xuyên mặt trước và sau mục tiêu dày 10 mm Hình 4.8. Vết xuyên mặt trước và sau mục tiêu dày 12 mm Hình 4.9. Vết xuyên mặt trước và sau mục tiêu dày 8 mm Hình 4.10. Đầu đạn kẹt lại trong mục tiêu dày 18 mm Hình 4.11. So sánh kết quả thử nghiệm và mô phỏng biểu đồ quan hệ 104 109 110 111 111 112 113 114 114 115 116 vận tốc còn lại sau xuyên của đầu đạn với bề dày tấm thép Hình 4.12. Hình ảnh mô phỏng đầu đạn xuyên qua bia dày 10 mm Hình 4.13. So sánh kết quả thử nghiệm và mô phỏng biểu đồ quan hệ 117 118 vận tốc còn lại sau xuyên của đầu đạn với góc chạm Hình 4.14. Đầu đạn xuyên qua mục tiêu dày 8 mm nghiêng góc 110 0 119 so với trục nòng súng 120 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài luận án Mục tiêu hiện đại hóa, tăng cường sức mạnh chiến đấu của Quân đội được chỉ rõ trong chủ trương, đường lối lãnh đạo của Đảng. 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 ưu thế trên, lực lượng lục quân của các nước Mỹ, Nga,…đã thể hiện sức mạnh vượt trội trên chiến trường trong các cuộc xung đột gần đây. 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 kết quả của quá trình đầu đạn va xuyên vào mục tiêu nói chung hay tác dụng xuyên nói riêng 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 bị với ưu thế vượt trội, nhưng do đặc thù bí mật quân sự nên chúng ta không có khả 2 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 tham khảo và phụ lục. Phần mở đầu: Nêu lên tính cấp thiết, mục đích, đối tượng, phạm vi và 3 phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài, nội dung và cấu trúc của luận án. Chương 1. Tổng quan về quá trình va xuyên của đầu đạn vào mục tiêu Phân tích, đánh giá những nghiên cứu về quá trình va xuyên của đầu đạn vào mục tiêu nói chung và những nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến tác dụng xuyên của đầu đạn xuyên thép trên thế giới và trong nước. Nêu ra vấn đề tồn tại chưa được giải quyết. Từ đó đưa ra hướng giải quyết và đề xuất mục tiêu, nội dung của luận án. Chương 2. Xây dựng mô hình toán học mô tả quá trình va xuyên của đầu đạn vào mục tiêu. Ứng dụng các lý thuyết cơ học 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 kể đến tính tăng bền vật liệu khi chịu tải trọng tốc độ cao. Xác định sơ đồ thuật toán giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) và ứng dụng phần mềm ANSYS AUTODYN để giải bài toán đặt ra. Chương 3. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến tác dụng xuyên của đầu đạn xuyên thép. Nghiên cứu xác định dữ liệu vật liệu đầu đạn xuyên lõi thép cứng cỡ 7,62 mm và mục tiêu tấm thép trong quá trình va xuyên để 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. Đưa ra một số đề xuất định hướng thiết kế, chế tạo đạn xuyên cỡ nhỏ cũng như kết cấu trang bị phòng hộ. Thông qua các kết quả tính toán, đề xuất 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, phục vụ tính 4 toán tác dụng xuyên bằng phương pháp kỹ thuật. Chương 4. Thử nghiệm tác dụng xuyên của đầu đạn vào mục tiêu. Thực hiện thử nghiệm xác định các thông số đánh giá tác dụng xuyên cho một số trường hợp đã tính toán mô phỏng trong chương 3 để so sánh, khẳng định tính tin cậy của kết quả nghiên cứu và khả năng ứng dụng phần mềm ANSYS AUTODYN giải bài toán va xuyên của đầu đạn vào mục tiêu. Phần kết luận nêu các kết quả nghiên cứu chính và mới của luận án, các hướng phát triển nghiên cứu tiếp theo. Phần phụ lục bao gồm các tài liệu nghiệm thu đạn 7,62 mm lõi thép cứng do Nhà máy Z 113 sản xuất, kết quả kiểm tra cơ tính tấm thép mục tiêu và các kết quả thử nghiệm tại trường bắn. Phần tài liệu tham khảo giới thiệu các tài liệu đã được sử dụng tham khảo chính trong luận án. 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 5 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, làm sáng tỏ quá trình va xuyên của đầu đạn vào mục tiêu thông qua các kết quả mô phỏng số trên phần mềm ANSYS AUTODYN; - 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 - Phương pháp tính toán trong nghiên cứu bài toán va xuyên giữa đầu đạn vào mục tiêu có thể dùng để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng xuyên của đầu đạn xuyên lõi thép cứng cỡ 7,62mm; - 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. 6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH VA XUYÊN CỦA ĐẦU ĐẠN VÀO MỤC TIÊU 1.1. Khái quát về sự va xuyên của đầu đạn vào mục tiêu 1.1.1. Khái quát đầu đạn, mục tiêu 1.1.1.1. Đầu đạn Đầu đạn là phần tử chính dùng để giải quyết nhiệm vụ chiến đấu và thực hiện các yêu cầu chiến - kỹ thuật của đạn. Đầu đạn có nhiều dạng kết cấu tùy theo công dụng, tính năng [3]. Trong luận án, xem xét đầu đạn tác dụng xuyên (sau đây gọi tắt là đầu đạn xuyên) có lõi xuyên thép cứng. Đầu đạn loại này thường dùng để bắn mục tiêu bọc thép nhẹ hoặc các phương tiện kỹ thuật. Đầu đạn xuyên (hình 1.1) có dạng thon dài, phần đuôi có dạng côn hoặc thon. Đầu đạn loại này thường có vỏ bằng thép ghép đồng, bên trong có lõi bằng thép tôi có độ cứng lớn. Giữa thân vỏ và lõi xuyên có đệm một lớp chì. Hình 1.1. Đầu đạn xuyên 1 - Vỏ; 2 - Lớp chì; 3 - Lõi xuyên. Theo [33] vật liệu chế tạo lõi xuyên là thép các bon công cụ chất lượng cao và thép hợp kim như У10A, У12A, 12ХА, 70С2ХА. Lõi xuyên bằng thép được chế tạo từ phôi thanh nhờ gia công cắt gọt, 7 sau đó tôi đến độ cứng 64 ÷ 67 HRC và ủ ở nhiệt độ thấp để khử ứng suất dư và nâng cao độ bền. Điều kiện tốt nhất để bảo đảm độ bền của lõi xuyên khi xuyên vào tấm thép là phần mũi có độ cứng cao và độ cứng giảm dần theo chiều dài về phía phần đuôi lõi xuyên. 1.1.1.2. Mục tiêu - Với mục tiêu là tấm thép Theo kết cấu, mục tiêu là tấm thép chia thành nguyên khối và liên hợp. Tấm thép nguyên khối là tấm thép chỉ có một lớp chia thành hai dạng: đồng nhất hoặc không đồng nhất. Tấm thép liên hợp là tấm thép có nhiều lớp ghép lại theo cấu trúc đặc biệt và thường có nhiều dạng (hình 1.2). Hình 1.2. Kết cấu một số dạng tấm thép liên hợp Theo bề dày, mục tiêu được chia thành các loại: mỏng, trung bình, dày, nửa vô tận với cách phân loại tùy theo các đặc tính của quá trình va xuyên giữa đầu đạn với mục tiêu, sự xuất hiện và phát triển ứng suất, biến dạng trong vật liệu mục tiêu [1] (bảng 1.1). Bảng 1.1. Phân loại mục tiêu theo bề dày Các dạng mục tiêu Các đặc tính của quá trình va xuyên Mỏng Ứng suất, biến dạng vật liệu không đổi theo bề dày. Bề mặt sau của mục tiêu có ảnh hưởng lớn tới quá Trung bình trình va xuyên trong suốt thời gian chuyển động của đầu đạn trong vật liệu mục tiêu. Bảng 1.1. Phân loại mục tiêu theo bề dày (tiếp)