Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số kết cấu lượng nổ dạng máng đến khả năng cắt vỏ trụ tròn xoay

Chia sẻ: Trần Văn Yan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:168

Thêm vào BST

Báo xấu

46
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu luận án là xây dựng mô hình và các biểu thức tính toán xác lập mối liên hệ giữa các tham số kết cấu (bài toán năng lượng) với chiều sâu cắt vỏ trụ tròn xoay (bài toán phá hủy) của máng nổ tròn xoay, làm cơ sở tính toán thiết kế thiết bị cắt nổ ống thép bằng máng nổ tròn xoay.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số kết cấu lượng nổ dạng máng đến khả năng cắt vỏ trụ tròn xoay

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ ---------------------------- NGUYỄN QUANG HUY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ KẾT CẤU LƯỢNG NỔ DẠNG MÁNG ĐẾN KHẢ NĂNG CẮT VỎ TRỤ TRÒN XOAY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ ---------------------------- NGUYỄN QUANG HUY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ KẾT CẤU LƯỢNG NỔ DẠNG MÁNG ĐẾN KHẢ NĂNG CẮT VỎ TRỤ TRÒN XOAY Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 9 52 01 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS Nguyễn Trang Minh 2. TS Trần Văn Doanh HÀ NỘI - 2018
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung, số liệu, kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả luận án Nguyễn Quang Huy
ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được thực hiện tại Viện Tên lửa thuộc Viện Khoa học và Công nghệ quân sự - Bộ Quốc phòng. Tác giả luận án xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đối với tập thể giáo viên hướng dẫn: Đại tá, PGS.TS Nguyễn Trang Minh và Đại tá, TS Trần Văn Doanh đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành được luận án này. Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học trong và ngoài Quân đội đã cho luận án những ý kiến đóng góp quý báu. Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn Đảng ủy, Ban Giám đốc Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Thủ trưởng và các cán bộ, nhân viên phòng Đào tạo đã tạo điều kiện tốt cho tôi hoàn thành nhiệm vụ. Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn Đảng ủy, Thủ trưởng Viện Tên lửa đã tạo mọi điều kiện cho tôi có được những kết quả mong muốn. Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn Bộ môn Đạn, Trung tâm Kỹ thuật Vũ khí và Khoa Vũ khí, Học viện Kỹ thuật quân sự đã giúp đỡ tôi trong thực hiện các thử nghiệm và các nội dung khoa học khác. Tác giả
iii MỤC LỤC Trang 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 ........................................................................................ viii Danh mục các hình vẽ ...................................................................................... ix MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CẮT VẬT LIỆU BẰNG NỔ .... 6 1.1 Tổng quan về ứng dụng cắt vật liệu bằng năng lượng nổ ....................... 6 1.1.1. Các ứng dụng cắt vật liệu bằng phương pháp nổ ............................ 6 1.1.2. Công nghệ cắt nổ các cấu trúc kim loại .......................................... 9 1.2. Những vấn đề chung về lý thuyết cắt nổ bằng dòng tích tụ................. 20 1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về quá trình cắt nổ bằng dòng tích tụ .................................................................................................. 21 1.3.1. Trong nước .................................................................................... 21 1.3.2. Ngoài nước .................................................................................... 23 1.3.3. Những tồn tại và hướng nghiên cứu của luận án .......................... 31 Kết luận chương 1 ....................................................................................... 32 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CẮT VỎ TRỤ BẰNG MÁNG NỔ TRÒN XOAY............................................. 34 2.1. Mô hình vật lý quá trình cắt vỏ trụ bằng máng nổ tròn xoay .............. 34 2.2. Thiết lập mô hình tính toán đối với máng nổ thẳng ............................. 40 2.2.1 Quá trình nổ nén ép máng lót ......................................................... 41 2.2.2. Quá trình nhập khép máng lót hình thành lưỡi cắt ....................... 43 2.2.3. Quá trình tương tác của lưỡi cắt với vật đích ............................... 52 2.2.4 Trường hợp tính đến quá trình vuốt dài lưỡi cắt ............................ 57
iv 2.3. Thiết lập mô hình tính toán đối với máng nổ tròn xoay ...................... 61 2.4 Giải bài toán quá trình cắt vỏ trụ của máng nổ tròn xoay ..................... 71 2.4.1 Đặt bài toán .................................................................................... 71 2.4.2. Các bước giải bài toán cắt vỏ trụ của máng nổ tròn xoay ............ 72 Kết luận chương 2 ....................................................................................... 75 Chương 3: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THAM SỐ KẾT CẤU ĐẾN KHẢ NĂNG CẮT VỎ TRỤ CỦA MÁNG NỔ TRÒN XOAY ............................................................................... 77 3.1 Đặt vấn đề ............................................................................................. 77 3.2. Ảnh hưởng của góc mở máng lót ......................................................... 84 3.3. Ảnh hưởng của chiều dài đường sinh máng lót ................................... 88 3.4 Ảnh hưởng của chiều dày máng lót. ..................................................... 91 3.5. Ảnh hưởng của thuốc nổ ...................................................................... 95 3.6 Ảnh hưởng của bán kính cong của lượng nổ ........................................ 99 3.7. Ảnh hưởng của mật độ vật liệu máng lót ........................................... 101 3.8 Ảnh hưởng của mật độ vật liệu vỏ bọc ............................................... 103 Kết luận chương 3 ..................................................................................... 107 Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .............................................. 109 4.1 Mục đích, nội dung nghiên cứu thực nghiệm ..................................... 109 4.2 Thiết kế mẫu thử nghiệm .................................................................... 109 4.2.1 Thiết kế mẫu thử nghiệm máng nổ thẳng .................................... 109 4.2.2 Thiết kế mẫu thử nghiệm máng nổ tròn xoay .............................. 110 4.3 Xác định các tham số đầu vào của thử nghiệm................................... 112 4.3.1 Đo đạc các tham số kết cấu của lượng nổ .................................... 112 4.3.2 Xác định một số đặc trưng cơ học của vật cần cắt....................... 113 4.3.3 Xác định một số đặc trưng cơ bản của thuốc nổ chính ................ 114 4.4 Thực nghiệm đánh giá khả năng cắt của máng nổ thẳng .................... 115 4.4.1 Các tham số đầu vào của mô hình thử nghiệm ............................ 115 4.4.2 Mô hình thử nghiệm. .................................................................... 116
v 4.4.3 Phương pháp xác định kết quả: .................................................... 116 4.4.4 Kết quả thử nghiệm6. ................................................................... 117 4.5 Thực nghiệm đánh giá khả năng cắt của máng nổ tròn xoay ............. 118 4.5.1 Các tham số đầu vào của mô hình thử nghiệm ............................ 118 4.5.2 Mô hình thử nghiệm. .................................................................... 119 4.5.3 Phương pháp xác định kết quả ..................................................... 119 4.5.4 Kết quả thử nghiệm. ..................................................................... 120 4.6. So sánh, đánh giá kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm .......... 122 4.6.1. Tính khả năng cắt của mẫu thử theo lý thuyết ............................ 122 4.6.2 Đánh giá sai số ............................................................................. 123 Kết luận chương 4 ..................................................................................... 123 KẾT LUẬN ................................................................................................... 125 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .............. 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 128 PHỤ LỤC .................................................................................................... P-1
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT A : hệ số phụ thuộc độ bền vật liệu cần cắt. b : chiều sâu cắt. D : tốc độ nổ của thuốc nổ. DH : tốc độ nổ của liều dẫn nổ. DH qđ : tốc độ nổ quy đổi của liều dẫn nổ. E : năng lượng của hệ. f : cự ly cắt (khoảng cách từ lượng nổ tới vật cần cắt). F : tiêu cự cắt (cự ly đảm bảo lưỡi cắt hình thành hoàn toàn). k : chỉ số mũ đoạn nhiệt của sản phẩm nổ. lC0 : chiều rộng lưỡi cắt khi mới hình thành. lC : chiều rộng lưỡi cắt khi vuốt dài. l0 : chiều rộng thành máng lót (chiều dài đường sinh máng). Mmđ, Mmm : khối lượng máng lót tại đỉnh và miệng máng. Mv.đ, Mv.m : khối lượng vỏ bọc tại đỉnh và miệng máng. mđ , mm : khối lượng thuốc nổ tại đỉnh và miệng máng. rđ : bán kính cong của lượng nổ. Rđ, Rm : bán kính đỉnh và miệng máng nổ khai triển; Ugh : vận tốc giới hạn của lưỡi cắt. UCđ : vận tốc lưỡi cắt đỉnh máng. UCm : vận tốc lưỡi cắt miệng máng. U0đ : vận tốc nén ép máng lót tại đỉnh máng. U0m : vận tốc nén ép máng lót tại miệng máng. φ : góc nghiêng sóng nổ. δvđ : bề dày vỏ lượng nổ tại đỉnh máng. δvm : bề dày vỏ lượng nổ tại miệng máng. δωđ : bề dày thuốc nổ tại đỉnh máng lót. δωm : bề dày thuốc nổ tại miệng máng lót.
vii δmđ : bề dày máng lót tại đỉnh máng. δmm : bề dày máng lót tại miệng máng. C : bề dày lưỡi cắt. t : bề rộng đường cắt. 2α : góc mở máng lót. 2γ : góc nhập khép của máng lót. m : mật độ vật liệu máng lót. ρω : mật độ của thuốc nổ. t : mật độ vật liệu cần cắt (vật đích). ρv : mật độ vỏ lượng nổ. Δt : thời gian vuốt dài lưỡi cắt. A-IX-1 : thuốc nổ Hexogen thuần hóa. C4 : thuốc nổ dẻo trên cơ sở Hexogen dùng trong quân sự. MSP, BK : ký hiệu dàn khoan dầu khí dạng dàn nặng và dàn nhẹ. DM-11 : ký hiệu dây nổ của Đức. Super cord-40, ДШЭ-50, ДШВУ-60: ký hiệu các loại dây nổ mạnh với khối lượng thuốc nổ cho mỗi mét dài tương ứng là 40, 50 và 60 gam. TrKKN : máy cắt ống theo đường vòng tích lũy bên ngoài. ТГ-40 : thuốc nổ hỗn hợp nóng chảy của Hexogen và TNT. ТГА-50 : thuốc nổ hỗn hợp của Hexogen và TNT và bột nhôm. УВЗ : lượng nổ va đập. УКЗ : lượng nổ lõm dạng máng thẳng. УКЗ-Л : lượng nổ lõm dạng máng kéo dài. ШКЗ, ШКЗ-М: ký hiệu các dây nổ dạng máng lõm có thể uốn cong.
viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Đặc tính kỹ thuật của máng nổ thẳng ............................................ 13 Bảng 1.2. Đặc tính kỹ thuật của lượng nổ УКЗ-Л. ........................................ 16 Bảng 1.3. Thông số kỹ thuật của mìn đĩa cắt ống ......................................... 18 Bảng 2.1. Vận tốc giới hạn của lưỡi cắt ......................................................... 55 Bảng 2.2. Các tham số kết cấu của máng nổ tròn xoay ................................ 553 Bảng 4.1. Kết quả đo độ bền của vật liệu cần cắt ......................................... 113 Bảng 4.2. Kết quả đo đạc tốc độ nổ của thuốc nổ chính .............................. 115 Bảng 4.3. Số liệu kết quả thử nghiệm khả năng cắt của máng nổ thẳng ..... 117 Bảng 4.4. Kết quả thử nghiệm khả năng cắt của máng nổ tròn xoay không vuốt dài lưỡi cắt ............................................................... 121 Bảng 4.5. Kết quả thử nghiệm khả năng cắt của máng nổ tròn xoay có vuốt dài lưỡi cắt .......................................................................... 122 Bảng 4.6. Kết quả tính khả năng cắt của máng nổ thẳng ............................. 122 Bảng 4.7. Kết quả tính khả năng cắt của máng nổ tròn xoay ...................... 123 Bảng 4.8. So sánh kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm đo chiều sâu cắt của các dạng máng nổ .................................................... 123
ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Cấu tạo dây nổ ДШ-А...................................................................... 9 Hình 1.2. Cấu tạo các lượng nổ va đập kiểu kéo dài ..................................... 10 Hình 1.3. Các lượng nổ lõm dạng máng ........................................................ 12 Hình 1.4. Lượng nổ lõm dạng máng thẳng (ЗКЛ) và (УЖЗ) ........................ 13 Hình 1.5. Dây nổ lõm có thể uốn cong ........................................................... 15 Hình 1.6. Lượng nổ lõm УКЗ-Л .................................................................... 16 Hình 1.7. Mìn đĩa cắt ống TRK ..................................................................... 17 Hình 1.8. Mìn vòng tròn kết cấu hỗn hợp dạng ngăn .................................... 19 Hình 1.9. Sơ đồ xuyên của luồng tích tụ tới vật cản ...................................... 24 Hình 1.10. Sơ đồ hình thành lưỡi cắt tích tụ của máng nổ thẳng .................. 26 Hình 2.1. Mô hình kết cấu máng nổ cắt vỏ trụ tròn xoay .............................. 35 Hình 2.2. Mô hình kết cấu máng nổ cắt tấm phẳng ....................................... 36 Hình 2.3. Mô hình nghiên cứu cắt tấm vỏ của phần tử lượng nổ máng ........ 38 Hình 2.4. Mô hình vật lý quá trình cắt của phần tử lượng nổ dạng máng ..... 39 Hình 2.5 Sơ đồ nổ đẩy của phân tố nổ ........................................................... 41 Hình 2.6. Sơ đồ quá trình hình thành lưỡi cắt tích tụ..................................... 44 Hình 2.7. Mô hình tương tác giữa lưỡi cắt tích tụ với vật cần cắt ................. 52 Hình 2.8. Sơ đồ tính toán chiều sâu cắt của lưỡi cắt tích tụ........................... 53 Hình 2.9. Nguyên lý kết cấu của lượng nổ lõm dạng máng tròn xoay .......... 61 Hình 2.10. Mặt sóng nổ trên mặt phẳng trung tâm của lượng nổ. ................. 63 Hình 3.1. Sơ đồ thuật toán khảo sát ảnh hưởng của một số tham số kết cấu máng nổ tròn xoay đến khả năng cắt ...................................... 83 Hình 3.2. Ảnh hưởng của góc mở máng lót đến khả năng cắt - trường hợp kích nổ tại 1 điểm ................................................................... 86 Hình 3.3. Ảnh hưởng của góc mở máng lót đến khả năng cắt - trường hợp kích nổ đồng thời.................................................................... 87 Hình 3.4 Ảnh hưởng của chiều dài đường sinh máng lót đến khả năng cắt - trường hợp kích nổ tại 1 điểm ............................................... 89
x Hình 3.5 Ảnh hưởng của chiều dài đường sinh máng lót đến khả năng cắt - trường hợp kích nổ đồng thời ............................................... 90 Hình 3.6. Ảnh hưởng của chiều dày đỉnh máng lót đến khả năng cắt - trường hợp kích nổ tại 1 điểm ....................................................... 94 Hình 3.7. Ảnh hưởng của chiều dày đỉnh máng lót đến khả năng cắt - trường hợp kích nổ đồng thời ....................................................... 95 Hình 3.8. Ảnh hưởng của tốc độ nổ của thuốc nổ đến khả năng cắt - trường hợp kích nổ tại một điểm ................................................... 96 Hình 3.9. Ảnh hưởng của tốc độ nổ của thuốc nổ đến khả năng cắt - trường hợp kích nổ đồng thời........................................................ 97 Hình 3.10. Ảnh hưởng của bề dày thuốc nổ đến khả năng cắt - trường hợp kích nổ tại một điểm ............................................................... 98 Hình 3.11. Ảnh hưởng của bề dày thuốc nổ đến khả năng cắt - trường hợp kích nổ đồng thời.................................................................... 99 Hình 3.12. Ảnh hưởng của bán kính cong lượng nổ đến khả năng cắt - trường hợp kích nổ tại một điểm ................................................. 100 Hình 3.13. Ảnh hưởng của mật độ vật liệu máng lót đến khả năng cắt - trường hợp kích nổ tại một điểm ................................................. 102 Hình 3.14. Ảnh hưởng của mật độ vật liệu máng lót đến khả năng cắt - trường hợp kích nổ đồng thời ...................................................... 102 Hình 3.15. Ảnh hưởng của mật độ vật liệu vỏ bọc đến khả năng cắt - trường hợp kích nổ tại một điểm .................................................. 103 Hình 3.16. Ảnh hưởng của mật độ vật liệu vỏ bọc đến khả năng cắt - trường hợp kích nổ đồng thời ...................................................... 104 Hình 4.1. Kết cấu mẫu máng nổ thẳng ......................................................... 110 Hình 4.2. Mẫu máng nổ tròn xoay sử dụng trong thử nghiệm..................... 111 Hình 4.3. Mô hình đo khả năng cắt của máng nổ thẳng .............................. 116 Hình 4.4. Kết quả thử nghiệm cắt bằng máng nổ thẳng khối lượng 80g ..... 117 Hình 4.5. Kết quả thử nghiệm cắt bằng máng nổ thẳng khối lượng 90g ..... 117
xi Hình 4.6. Kết quả thử nghiệm cắt bằng máng nổ thẳng khối lượng 100g ... 117 Hình 4.7. Mô hình đo khả năng cắt của máng nổ tròn xoay ........................ 119 Hình 4.8. Kết quả thử nghiệm máng nổ tròn xoay kích nổ tại 1 điểm......... 120 Hình 4.9. Kết quả thử nghiệm máng nổ tròn xoay kích nổ tại nhiều điểm ... 120 Hình 4.10. Kết quả thử nghiệm máng nổ tròn xoay có vuốt dài lưỡi cắt .... 121 Hình 4.11. Kết quả thử nghiệm máng nổ tròn thay đổi tiêu cự cắt .............. 121
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu: Công tác cắt các kết cấu vật liệu sử dụng năng lượng nổ (cắt nổ) là lĩnh vực công nghệ đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu và phát triển từ nhiều năm trước đây và đã áp dụng vào nhiều lĩnh vực của nền kinh tế và trong quân sự. Cắt nổ đã được sử dụng tương đối rộng rãi đối với các cấu trúc công trình trong các điều kiện khác nhau trên mặt đất, dưới nước và trên không trung [28]. Đã có nhiều phương pháp cắt nổ được đưa ra bởi nhiều tác giả khác nhau [28], [41], cùng với đó là các loại lượng nổ dùng để cắt nổ được chế tạo ở dạng tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn. Mỗi phương pháp cắt nổ, mỗi loại lượng nổ đều có những ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng riêng. Tuy vậy, các công bố còn hạn chế, chủ yếu ở dạng thông tin chào hàng thương mại hoặc các patten ứng dụng với những số liệu khoa học ít ỏi. Trong nước, đã có một số tác giả triển khai nghiên cứu ứng dụng nổ để cắt các kết cấu vật liệu, nhưng kết quả còn nhiều hạn chế. Các nghiên cứu về cắt nổ chủ yếu là dạng nổ tạo lỗ xuyên ứng dụng trong quân sự để chế tạo các loại đạn chống tăng kiểu xuyên lõm và đạn xuyên mở vỉa trong khai thác dầu khí [8]. Trong khi đó, chưa có các nghiên cứu về cắt nổ các tấm vật liệu bằng lượng nổ dạng hốc lõm kéo dài (lượng nổ dạng máng), dạng cắt nổ tạo ra các đường cắt dài. Vì vậy, việc triển khai nghiên cứu về phương pháp cắt nổ dùng để cắt các tấm vật liệu nói chung và lượng nổ dạng máng tròn xoay (máng nổ tròn xoay) nói riêng là cần thiết để tiến tới thiết kế chế tạo các loại thiết bị cắt nổ phục vụ cắt các cấu trúc vật liệu trong các tình huống đặc thù, thay thế các phương pháp cắt truyền thống, ứng dụng trong công nghiệp và trong quân sự. Để giải quyết vấn đề tính toán có hệ thống đối với việc sử dụng năng lượng nổ để cắt các kết cấu dạng vỏ trụ tròn xoay cũng như thiết kế các phần tử nổ dạng máng tròn xoay theo phương pháp nổ mìn kín, cần phải xây dựng
2 một mô hình nghiên cứu mô tả được quá trình làm việc của thiết bị cắt nổ. Mô hình đó cho phép xác định khả năng cắt của lượng nổ đối với vỏ trụ tròn xoay, thông qua các tham số kết cấu của phần tử nổ và các tham số trung gian của quá trình nổ tương tác với vật cần cắt. Do đó nghiên cứu sinh đã chọn đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tham số kết cấu lượng nổ dạng máng đến khả năng cắt vỏ trụ tròn xoay. 2. Mục tiêu nghiên cứu: Mục tiêu nghiên cứu luận án là xây dựng mô hình và các biểu thức tính toán xác lập mối liên hệ giữa các tham số kết cấu (bài toán năng lượng) với chiều sâu cắt vỏ trụ tròn xoay (bài toán phá hủy) của máng nổ tròn xoay, làm cơ sở tính toán thiết kế thiết bị cắt nổ ống thép bằng máng nổ tròn xoay. 3. Nội dung nghiên cứu: Để thực hiện mục tiêu nghiên cứu đã nêu ở trên, luận án đã thực hiện các nội dung chính sau: - Khảo sát, phân tích các kết quả nghiên cứu hiện nay liên quan đến phương pháp cắt nổ bằng dòng tập trung (hay còn gọi là dòng tích tụ), đánh giá ưu nhược điểm của phương pháp và tính khả thi của mô hình. - Đề xuất mô hình lý thuyết mô tả quá trình hình thành và vuốt dài lưỡi cắt, phản ánh được bản chất vật lý các quá trình diễn ra từ khi lượng nổ được kích nổ tạo nên lưỡi cắt tích tụ cho tới khi tương tác của lưỡi cắt tích tụ với vật cần cắt. - Thiết lập các biểu thức tính toán để giải bài toán quá trình hình thành lưỡi cắt bằng năng lượng nổ tập trung cũng như quá trình cắt vật liệu đích của lưỡi cắt. - Khảo sát, đánh giá ảnh hưởng của một số tham số kết cấu cơ bản đến khả năng cắt vỏ trụ của lượng nổ dạng máng tròn xoay, đưa ra một số khuyến nghị hữu ích cho quá trình thiết kế các công tác cắt nổ trên thực tế.
3 - Thiết kế mẫu thử theo kết quả khảo sát, thực nghiệm xác định các thông số đầu vào của mẫu thử cũng như các thông số trung gian của quá trình cắt. Đo đạc các thông số khả năng cắt của lượng nổ mẫu trên vết cắt, so sánh với kết quả tính toán lý thuyết, đánh giá tính đúng đắn phù hợp của mô hình lý thuyết. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của luận án là lượng nổ lõm dạng máng thẳng và lượng nổ lõm dạng máng tròn xoay. Phạm vi nghiên cứu của luận án là lượng nổ lõm dạng máng thẳng có mặt cắt máng lót hình chữ V cắt tấm phẳng và lượng nổ lõm dạng máng tròn xoay cắt vỏ trụ từ trong ra có mặt cắt máng lót hình chữ V, thực hiện quá trình cắt vật liệu trong môi trường không khí. 5. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm để kiểm chứng kết quả lý thuyết. Nghiên cứu lý thuyết: xây dựng mô hình nghiên cứu tính toán các quá trình động học của thiết bị cắt (lượng nổ dạng máng) từ khi kích nổ cho đến khi phá hủy hoàn toàn vật cần cắt (tấm phẳng và vỏ trụ tròn xoay). Sử dụng các phương pháp và công cụ tính toán để giải bài toán xác định các đặc trưng động lực học của dòng sản phẩm nổ tương tác vào vật cần cắt theo mô hình đã lựa chọn. Thực nghiệm: trên cơ sở kết quả nghiên cứu lý thuyết, tiến hành thiết kế một số mẫu thử đặc trưng của quá trình cắt nổ. Tiến hành đo lường xác định các thông số kết cấu đầu vào của mẫu thử cũng như một số thông số trung gian của quá trình cắt và cuối cùng là đo các thông số khả năng cắt thực tế trên vết cắt sau nổ. Xử lý kết quả đo đạc và so sánh với các kết quả tính toán khả năng cắt bằng lý thuyết.
4 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án: Ý nghĩa khoa học: hoàn thiện cơ sở khoa học của phương pháp tính toán khả năng cắt của lượng nổ dạng máng (thẳng và tròn xoay) để cắt nổ các cấu trúc tấm phẳng và vỏ trụ. Đề xuất mô hình và các biểu thức tính toán khả năng cắt của lượng nổ dạng máng thẳng và tròn xoay mà mục tiêu đề tài đặt ra. Ý nghĩa thực tiễn: kết quả nghiên cứu của luận án phục vụ cho thiết kế, chế tạo các công cụ cắt nổ các kết cấu tấm phẳng và vỏ trụ tròn xoay, các ống trong công nghiệp và trong quân sự. 7. Bố cục của luận án: Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung cơ bản của luận án được trình bày trong 4 chương: Chương 1: tổng quan về phương pháp cắt vật liệu bằng nổ. Trình bày những vấn đề chung về ứng dụng nổ trong cắt các cấu trúc kim loại, các phương pháp cắt bằng nổ hiện nay với những ưu nhược điểm và khả năng ứng dụng, trong đó đi sâu phân tích ứng dụng cắt nổ bằng lưỡi cắt tích tụ (lưỡi cắt tập trung). Trình bày tổng quan về các nghiên cứu trong vấn đề cắt nổ bằng lượng nổ định hướng dạng máng, phân tích các tồn tại của các công trình nghiên cứu đã công bố trong và ngoài nước, liên hệ với mục tiêu nghiên cứu để tìm ra hướng nghiên cứu chính của luận án. Chương 2: nghiên cứu quá trình cắt các tấm vật liệu bằng lượng nổ dạng máng. Thiết lập mô hình nghiên cứu đối với lượng nổ dạng máng thẳng và máng tròn xoay, phân tích bản chất các tương tác của lượng nổ đến vật cần cắt từ khi kích nổ đến khi phá hủy hoàn toàn vật cần cắt, trong đó thể hiện được ảnh hưởng của các tham số kết cấu của lượng nổ và các tham số trung gian đến kết quả cắt. Xây dựng các biểu thức và chương trình tính toán các tham số động học và động lực học của lưỡi cắt tích tụ để xác định khả năng phá hủy vật cần cắt của lượng nổ.
5 Chương 3: khảo sát ảnh hưởng của một số tham số kết cấu đến khả năng cắt vỏ trụ của máng nổ tròn xoay. Tiến hành khảo sát với sự thay đổi của mỗi tham số kết cấu trong khi cố định các tham số còn lại để tính khả năng cắt của lượng nổ. Đánh giá sự ảnh hưởng của một số tham số kết cấu chính của lượng nổ dạng máng đến khả năng cắt vỏ trụ tròn xoay, đưa ra một số khuyến nghị cho lựa chọn các tham số kết cấu trong thiết kế máng nổ tròn xoay. Chương 4: nghiên cứu thực nghiệm. Thiết kế một số mẫu thử điển hình, xây dựng mô hình và tiến hành nổ thử nghiệm, đo đạc đánh giá để đo khả năng cắt trong thực tế của các lượng nổ khác nhau. So sánh với kết quả tính toán lý thuyết để kiểm chứng, đánh giá sự đúng đắn của mô hình tính toán.
6 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CẮT VẬT LIỆU BẰNG NỔ 1.1 Tổng quan về ứng dụng cắt vật liệu bằng năng lượng nổ 1.1.1. Các ứng dụng cắt vật liệu bằng phương pháp nổ Theo điều kiện tiến hành thực hiện công tác cắt nổ, người ta đã phân chia ra các trường hợp ứng dụng cắt nổ sau [28], [51]: - Cắt nổ trong tháo dỡ các công trình ở các tình huống đặc thù; - Cắt nổ trong các tình huống khẩn cấp; - Cắt nổ các ống trong công nghiệp. * Cắt nổ trong tháo dỡ công trình ở các tình huống đặc thù: Hiện nay, có rất nhiều cấu trúc kim loại lớn đã hết hạn sử dụng cần phải thu hồi để giải phóng mặt bằng cho xây dựng các công trình khác, hoặc đơn giản là để không gây tổn hại đến môi trường xung quanh. Cấu trúc kim loại đó có thể là các dầm cầu thép, các cầu trục lớn, các xác tàu thủy, các loại xe tăng, xe bọc thép loại khỏi trang bị... Thông thường các kết cấu này có thể cắt bằng khí gas. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp việc cắt bằng khí gas khó có thể thực hiện được vì một trong các lý do sau: - Không gian hạn chế, không thể triển khai được thiết bị, hoặc gây nguy hiểm cho người thực hiện; - Việc cắt bằng khí gas có thể dẫn tới cháy nổ, do các cấu trúc kim loại còn liên quan tới các vật liệu dễ cháy nổ như xăng, dầu, hóa chất, polime...; - Quá trình tháo dỡ bị hạn chế về mặt thời gian, đối với các dầm cầu vượt sông, cầu cạn,... bắc qua các tuyến giao thông đường thủy đường bộ huyết mạch; - Các cấu trúc kim loại quá dày lên đến hàng chục, hàng trăm mi-li- mét, chẳng hạn như lớp gang thép trong lò luyện cần phải cắt bỏ trong sửa chữa lò; - Cắt tháo dỡ các cấu trúc kim loại dưới nước;
7 Những tình huống tháo dỡ các cấu trúc nói trên được gọi là các tình huống đặc thù. Trong các tình huống này, sử dụng phương pháp cắt nổ sẽ giải quyết được vấn đề một cách hiệu quả. Giải pháp này đã được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới cho hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao, tiết kiệm được nhiều thời gian và chi phí. Ví dụ như: để đánh sập một nhịp cầu thép khối lượng lớn chỉ cần tới vài trăm kilogam thuốc nổ với thời gian nửa ngày, vật liệu thu hồi có thể vận chuyển bằng xe tải hoặc xà lan [19], [22], [23]. Ngay cả với các cấu trúc có thể cắt dễ dàng bằng khí gas thì chi phí cắt bằng nổ bao giờ cũng là phương án có chi phí thấp nhất. * Cắt nổ trong các tình huống khẩn cấp: Các thiết bị phân tách bằng công nghệ cắt nổ được sử dụng trong điều kiện bình thường hoặc khẩn cấp khi cần phải phân tách các kết cấu mà yêu cầu chủ đạo là phải phân tách thật nhanh, đặc biệt là khi điều này không thể thực hiện bằng các giải pháp công nghệ khác. Các thiết bị này tìm được ứng dụng rộng rãi trong khí cụ bay [20]. Trong hàng không quân sự, thiết bị dùng để tách đẩy cabin phi công và bung dù khi máy bay gặp nguy hiểm, tách cánh máy bay, tách cánh quạt vít nâng của máy bay trực thăng. Trong hàng không dân dụng, dùng để mở cửa thoát hiểm trên thân máy bay [21]. Trong hàng không vũ trụ, dùng để tách các tầng của tên lửa đẩy ở cả điều kiện bình thường và khẩn cấp, tách tên lửa đẩy khỏi khoang máy móc, phá rách thùng nhiên liệu khi tai nạn [18]. Một hướng áp dụng khác của các thiết bị này là tách các modul của công trình công nghiệp khi xẩy ra tai nạn, ví dụ như mở vết rách trên ống chịu áp suất cao trong trường hợp khẩn cấp cần giảm áp cho hệ thống. Mìn phân tách dùng trong các thiết bị bay: Loại mìn này dùng trong các thiết bị bay, thiết bị hàng không vũ trụ, tên lửa hành trình, máy bay và các khí tài bay khác rất đa dạng, điều này được