Nghiên cứu hiện tượng phá hủy tấm kim loại dưới tác động của chất nổ dưới nước.

- Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới Trung tâm Nghiên cứu Quốc tế về khoa học vật liệu- ICCMS nay là Viện Nghiên cứu quốc tế về Khoa học và Kỹ thuật tính toán-ICSE đã tạo điều kiện cho tôi sử dụng máy tính trong quá trình tính toán mô phỏng kết quả cho luận văn.
- Hà nội, ngày…tháng…năm 2015 Học viên Hà Tiến Lượng 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: (1) Luận văn này là sản phẩm nghiên cứu của tôi.
- (2) Các kết quả trong luận văn được thực hiện trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác.
- (3) Tôi xin chịu trách nhiệm với nghiên cứu của mình.
- Tổng quan và lý thuyết vụ nổ xảy ra dưới nước.
- 14 1.2 Hiện tượng của vụ nổ xảy ra dưới nước.
- 18 1.4 Sự tạo bóng khí của vụ nổ dưới nước.
- Các yếu tố trong bài toán vụ nổ xảy ra dưới nước.
- 38 3.1.2 Thiết lập phương trình truyền âm cho chất lỏng có tạo bọt khí.
- 39 2.2 Các điều kiện biên truyền âm trong phân tích bài toán vụ nổ dưới nước.
- 40 2.3 Công thức tích phân trực tiếp để phân tích bài toán âm thanh-kết cấu.
- Phân tích mô hình và kết quả.
- 45 3.2 Loại thuốc nổ sử dụng trong nghiên cứu.
- 46 3.3 Bài toán mô phỏng tàu vỏ liền không có kết cấu khung.
- 47 3.3.1 Mô hình vật liệu sử dụng trong mô phỏng [21.
- 47 3.3.2 Vật liệu sử dụng trong mô phỏng [23.
- 48 3.3.3 Kết quả và thảo luận.
- 51 3.4 Bài toán mô phỏng tàu vỏ liền có kết cấu khung.
- 52 3.4.1 Kết cấu khung tàu.
- 52 3.4.2 Mô hình vật liệu sử dụng trong mô phỏng.
- 53 3.4.2.2 Vật liệu sử dụng trong mô phỏng.
- 54 3.4.2.3 Kết quả và thảo luận.
- Thuộc tính vật liệu sử dụng mô phỏng.
- 48 Bảng 3.4 Thuộc tính của thép A36 sử dụng trong mô phỏng.
- Hiện tượng của vụ nổ xảy ra trong môi trường nước.
- So sánh phương trình 1.8a và 1.8b với kết quả áp lực đo được.
- 28 Hình 1.6 Sóng áp lực từ vụ nổ dưới nước ở một điểm trong môi trường chất lỏng .
- 29 Hình 1.7 Sóng xung kích tới và phản xạ ở điểm quan sát [9.
- 30 Hình 1.8 Khối lượng hình học trong vụ nổ dưới nước.
- 32 Hình 1.9 Tấm Taylor chịu tác dụng của sóng phẳng.
- 34 Hình 2.1 Các bề mặt của chất lỏng tương tác với một cấu trúc, các điều kiện biên khác nhau được áp dụng trong một vụ nổ xảy ra dưới nước.
- Kết quả mô phỏng khi sử dụng 6 kg HBX-1.
- Cấu trúc khung tàu.
- 52 Hình 3.10 Quá trình lan truyền sóng áp lực trong nước.
- 55 Hình 3.11 Quá trình lan truyền sóng áp lực tại một điểm trong môi trường nước.
- 56 Hình 3.12 Sự thay đổi áp suất từ tâm vụ nổ tới đáy tàu.
- 57 Hình 3.13 Các kết quả thu được khi nguồn nổ cách đáy tàu 2 m.
- 58 8 Hình 3.14 Đồ thị ứng suất von Misses theo thời gian.
- 59 Hình 3.15 Đồ thị ứng suất biến dạng tại khu vực hông tàu.
- 60 Hình 3.16 Đồ thị ứng suất biến dạng tại khu vực đáy tàu.
- 60 Hình 3.17 Các kết quả thu được khi vụ nổ xảy ra cách đáy tàu 5 m.
- 61 Hình 3.18 Đồ thị ứng suất theo thời gian tại khu vực đáy tàu.
- 62 Hình 3.19 Đồ thị ứng suất-biến dạng tại khu vực đáy tàu.
- 62 Hình 3.20 Các kết quả thu được khi vụ nổ xảy ra cách đáy tàu 2 m.
- 63 Hình 3.21 Ứng suất tại khu vực vỏ tàu bị phá hủy.
- 64 Hình 3.22 Đồ thị so sánh biến dạng tại khu vực đáy tàu.
- 65 Hình 3.23 Đồ thị so sánh ứng suất tại khu vực đáy tàu.
- Khối lượng riêng của vật liệu làm cấu trúc [kg/m3] f.
- Khối lượng riêng của chất lỏng [kg/m3] c.
- Lý do chọn đề tài Các loại tàu thường được đóng với kết cấu thân vỏ từ thép hoặc các loại vật liệu khác như vật liệu PPC (Polypropylene Copolymer)… Trong quá trình làm việc tàu thường chịu các tác động từ bên ngoài gây ra phá hủy làm chìm tàu hoặc làm hỏng thiết bị trên tàu.
- Đặc biệt với các loại tàu chiến phải làm việc trong môi trường có nguy cơ chịu tác động của các vụ nổ dưới nước gây ra bởi thủy lôi, ngư lôi….là rất lớn nên có nguy cơ lớn bị phá hủy làm đắm tàu gây ra thiệt hại lớn vê người và tài sản.
- Một số vụ chìm tàu gần đây do vụ nổ dưới nước gây nên có thể kể đến như vụ chìm tàu ngầm K-141 Kursk ngày 12/8/2000 của Nga hay vụ chìm tàu Cheonan của Hàn Quốc ngày Các vụ chìm tàu này đã gây ra các thiệt hại vô cùng lớn về tài sản và con người.
- Chính vì vậy khi tính toán, thiết kế tàu thì cần phải đánh giá tác động của các vụ nổ tới tính bền của kết cấu vỏ dưới tác động của vụ nổ.
- từ đó đưa ra các cảnh báo hoặc có những phương án thiết kế giảm thiểu rủi do gây nên bởi các vụ nổ.
- Mục đích của đề tài Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng từ vụ nổ dưới nước tới kết cấu vỏ dạng tấm.
- Từ các kết quả nghiên cứu sẽ đưa ra các dự đoán và khuyến cáo để có thể hạn chế hoặc loại bỏ các ảnh hưởng mà vụ nổ tác động tới cấu trúc tấm.
- Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng từ vụ nổ dưới nước tới kết cấu vỏ dạng tấm.
- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là thân vỏ tàu bằng thép tấm chịu tác động của vụ nổ dưới nước.
- Nghiên cứu của luận văn này chia ra làm hai phần.
- Phần đầu nghiên cứuảnh hưởng của vụ nổ dưới nước tới tàu vỏ liền và không có kết cấu khung.
- Phần thứ hai nghiên cứu về ảnh hưởng của vụ nổ dưới nước tới tàu có kết cấu dạng khung.
- Phương pháp nghiên cứu Phương pháp mô phỏng được dùng trong nghiên cứu này.
- Mô hình Geers – Hunter, phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để dự đoán sự hư hại của tàu khi chịu tác động của vụ nổ dưới nước.
- Phần mềm ABAQUS được sử dụng để mô phỏng quá trình vụ nổ dưới nước xảy ra và tác động tới vỏ tàu.
- Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Sự phá hủy các kết cấu nói chung và thân vỏ tàu nói riêng do vụ nổ dưới nước gây ra đã được mô tả và nghiên cứu khá nhiều từ sau thế chiến thứ hai.
- Cole [1] đã đề cập đến sự phá hủy đơn thuần của một tấm kim loại chịu tác động của một vụ nổ.
- Gleyza [2] đã tìm ra mối quan hệ giữa năng lượng và biến dạng của một tấm được cố định khi chịu tác động của tải trọng gây ra bởi một vụ nổ.
- Ramajeyathilagam [3] tiến hành một vài thí nghiệm trên tấm hình chữ nhật khi chịu tác động của vụ nổ dưới nước, một số mô hình phá hủy của tấm được xác thực bằng công thức thực nghiệm của Nurick [4], các kết quả đã được chứng minh là thỏa mãn.
- Gong [5] nghiên cứu ảnh hưởng của vụ nổ đối với kết cấu chìm trong khu vực nước nông.
- Ảnh hưởng của vụ nổ dưới nước tới tàu ngầm sau đó đã được nghiên cứu bởi Zong [6] vào năm 2003.
- Gần đây nhóm tác giả Zhi Zong, Yanjie Zhao, Haitao Li [7] đã nghiên cứu sự phá hủy kết cấu tàu khi chịu sự tác động của vụ nổ dưới nước.
- Mặc dù đã có một số kết quả nghiên cứu về vấn đề này, tuy nhiên ảnh hưởng của một vụ nổ dưới nước tới các kết cấu thân vỏ vẫn chưa thực sự được nghiên cứu và hiểu đầy đủ.
- Vì vậy, cần có thêm các nghiên cứu để làm rõ cơ chế gây nên phá hủy cấu trúc của tàu cũng như đánh giá tác động của vụ nổ dưới nước đối với kết cấu ở các điều kiện khác nhau.
- Từ đó có thể tạo ra các kết cấu tàu hợp lý có thể chống lại tác động của vụ nổ, nhằm tránh hoặc làm giảm thiệt hại về người và tài sản khi vụ nổ dưới nước xảy ra.
- Trong nghiên cứu này đã sử dụng mô hình Geers - Hunter và áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để dự đoán sự hư hại của tàu khi chịu tác động của vụ nổ 14 dưới nước.
- Trọng tâm của nghiên cứu này là khảo sát sự hư hại/phá hủy của tàu dưới tác động của vụ nổ với thuốc nổ HBX-1.
- Tổng quan và lý thuyết vụ nổ xảy ra dưới nước 1.1 Giới thiệu chung Các cấu trúc trên biển như tàu thuyền, các nhà máy, tàu ngầm cũng như tàu chiến luôn có thể bị phá hủy bởi các tác động xảy ra đột ngột.
- Các tác động này xảy ra theo nhiều nguyên nhân khác nhau như va chạm hay do ảnh hưởng từ một vụ nổ xảy ra dưới nước… Trong nghiên cứu này, các tác động từ vụ nổ xảy ra dưới nước tới cấu trúc tàu sẽ được xem xét.
- Các vụ nổ dưới nước chủ yếu là do thủy lôi hoặc ngư lôi gây ra.
- Khi một vụ nổ xảy ra nó sẽ tác động tới những vật thể xung quanh làm hỏng các thiết bị trên tàu, gây ra nguy hiểm cho các thuyền viên và có thể phá hủy vỏ tàu gây ra chìm tàu.
- Hải quân của nhiều nước đã chịu các tổn thất to lớn cả về người và tài sản do tác động từ những vụ nổ do thủy lôi và ngư lôi gây ra.
- Vì vậy, các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu những ảnh hưởng của vụ nổ dưới nước tới cấu trúc tàu.
- Từ những nghiên cứu này chúng ta sẽ có những thiết kế cấu trúc tàu, vỏ tàu cũng như các thiết bị trên tàu như radar, vũ khí, ngư lôi… thích hợp nhằm loại bỏ hoặc hạn chế các thiệt hại do vụ nổ dưới nước gây ra.
- Trong những năm gần đây việc thiết kế tàu hay tàu chiến ngày càng được quan tâm, vì vậy cần có nhiều hơn các nghiên cứu để đánh giá các phản hồi từ vỏ tàu khi chịu tác động từ các điều kiện tải trọng khác nhau như tải trọng va đập do một vụ nổ xảy ra trong nước gây ra.
- Đây chính là một vấn đề quan trọng cần được nghiên cứu làm rõ.
- Trong nhiều năm qua các phản hồi do các vụ nổ dưới nước gây ra đối với các cấu trúc dưới nước hay trên bề mặt nước thu được thông qua các cuộc thử nghiệm vật lý.
- Vì vậy phương pháp mô phỏng số đã được phát triển để nắm bắt một cách chính xác hiện tượng tương tác giữa cấu trúc và môi trường chất lỏng xung quanh trong suốt quá trình vụ nổ dưới nước xảy ra.
- Mục đích của nghiên cứu này là làm sáng tỏ hiện tượng của vụ nổ dưới nước và chỉ ra những ảnh hưởng của vụ nổ gần tới cấu trúc tàu bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
- Các hiện tượng của vụ nổ dưới nước cần phải được hiểu một cách chi tiết vì đó là một sự kiện phức tạp chứa cả tương tác giữa chất lỏng - chất rắn, mô hình môi trường truyền âm trong chất lỏng, tải trọng nổ.
- Phương pháp mô phỏng vụ nổ dưới nước đã được sử dụng trong nghiên cứu này với mô hình mô phỏng được xây dựng bằng phần mềm Solidwork.
- Các kết quả nghiên cứu thu được bằng việc sử dụng phần mềm mô phỏng ABAQUS.
- Ảnh hưởng của khối lượng thuốc nổ cũng như độ sâu tới tàu đã được nghiên cứu.
- Các kết quả và phương pháp sử dụng trong nghiên cứu này sẽ cung cấp những vấn đề cơ bản cho công việc thí nghiệm và nghiên cứu tiếp theo trong tương lai.
- 1.2 Hiện tượng của vụ nổ xảy ra dưới nước Một vụ nổ thường xảy ra trong môi trường nước hoặc môi trường không khí.
- Luận văn này tập trung vào nghiên cứu vụ nổ xảy ra trong môi trường nước, cụ thể ở đây là môi trường nước biển.
- Hiện tượng vụ nổ là một phản ứng hóa học, các chất ban đầu sẽ chuyển thành chất khí với nhiệt độ vàáp suất cực kì lớn (khoảng 30000C và 5000MPa).
- Bởi vì nước có thuộc tính động nên khi nghiên cứu một vụ nổ xảy ra dưới nước có thể coi là xem xét một phần của lĩnh vực vật lý đó là thủy động học.
- Đầu tiên vụ nổ dưới nước là một hiện tượng liên quan tới thủy động học, điều này là cần thiết để có thể biểu diễn các quy luật cơ bản của cơ học về dạng toán học.
- Một số định luật cơ bản áp dụng để nghiên cứu về vụ nổ.
- Nếu một loại thuốc nổ như TNT, HBX-1 hay RDX xảy ra nổ trong môi trường nước thì có một số hiện tượng cần

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt