mm
Khối lượng thuốc nổ được chọn để khảo sát là 200 và 250 kg, khoảng cách từ nguồn nổ tới đáy tàu là 2 m. Khi vụ nổ dưới nước xảy ra sẽ tạo thành một khối khí có áp suất và nhiệt độ cao. Theo thời gian áp suất sẽ lan truyền trong môi trường nước và tác động tới vật thể như trong hình 3.10.
a. t=10-3 s b. t=3x10-3 s
c. t=6.5x10-3 s d. t=10x10-3 s
Hình 3.10 Quá trình lan truyền sóng áp lực trong nước
Áp suất tại một điểm trong môi trường nước có dạng như trong hình 3.11. Đồ thị trong hình 3.11 là áp lực tại một điểm trong môi trường nước khi khối lượng thuốc nổ là 250 kg.
56
Hình 3.11 Quá trình lan truyền sóng áp lực tại một điểm trong môi trường nước Phân tích đồ thị trong hình 3.11 chúng ta nhận thấy rằng tại mỗi điểm trong lòng chất lỏng sẽ đạt áp suất lớn nhất tại một thời điểm nhất định. Thời điểm đó chính là khi khối khí áp suất lớn do vụ nổ gây ra di chuyển qua. Sau khoảng thời gian đó thì áp lực tại điểm này sẽ giảm dần. Chúng ta biết rằng khi một vụ nổ dưới nước xảy ra nó sẽ tạo ra một khối khí có áp suất và nhiệt độ cao. Theo như mô hình Geers- Hunter thì khối khí này sẽ có hai quá trình diễn ra liên tục là nở ra và co lại cho đến khi di chuyển lên trên gặp mặt thoáng. Vì vậy tại mỗi điểm trong lòng chất lỏng sẽ tồn tại cả áp lực âm và dương. Do đó đồ thị áp lực trong hình 3.11 có cả giá trị âm và dương là hoàn toàn phù hợp với mô hình đã sử dụng.
Trong quá trình song áp lực di chuyển trong môi trường nước thì một phần năng lượng đã bị tiêu tán. Đồ thị trong hình 3.12 thể hiện rõ áp suất tại tâm vụ nổ và sự thay đổi áp suất khi truyền trong môi trường nước.
57
Hình 3.12 Sự thay đổi áp suất từ tâm vụ nổ tới đáy tàu
Phân tích đồ thị chúng ta thấy rằng áp suất tại tâm vụ nổ là khoảng 250 MPa và sau khi lan truyền trong môi trường nước tới vị trí cách tâm vụ nổ 2 m thì áp suất còn khoảng 210 MPa. Vậy trong quá trình sóng xung kích lan truyền trong môi trường nước thì áp lực cũng giảm dần và như trong hình chúng ta thấy áp lực tại vị trí cách tâm 2 m là bằng khoảng 80% so với tại tâm vụ nổ. Hay nói cách khác vỏ tàu ở vị trí cách tâm nổ 2 m thì sẽ chịu tác dụng khoảng 80% áp lực do 250 kg thuốc nổ HBX-1 tạo ra.
Áp lực khi vụ nổ xảy ra lan truyền trong môi trường nước và tác dụng tới các cấu trúc dưới nước. Các kết quả vụ nổ dưới nước tác động tới cấu trúc tàu được thể hiện trong hình 3.13. Quan sát hình 3.13 chúng ta thấy rằng ứng suất chủ yếu tập trung ở khu vực đáy và khu vực hông tàu vì vậy khả năng hai khu vực này bị phá hủy là lớn nhất. Hình 3.13a cho thấy rằng với khối lượng thuốc nổ là 200 kg thì mức độ biến dạng của vỏ tàu là không lớn do đó vỏ tàu đã không bị phá hủy. Kết quả đó có thể kết luận rằng khi vụ nổ xảy ra ở vị trí cáchđáy tàu 2 m và khối lượng thuốc nổ là 200 kg thì tàu được an toàn. Hình 3.13b thể hiện một số kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của vụ nổ tới tàu khi khối lượng thuốc nổ là 250 kg. Các kết quả thu được chỉ ra rằng khi vụ nổ xảy ra thì khu vực đáy tàu và khu vực hông tàu chịu biến dạng
58
nhiều nhất. Khi vỏ tàu chịu biến dạng lớn dẫn tới tham số phá hủy D dần đạt tới 1 và vật liệu bị phá hủy khi D=1. Như trong hình 3.13b chúng ta thấy rằng vỏ tàu bị biến dạng lớn và bắt đầu bị phá hủyở thời gian 3.5x10-3s và ứng suất lớn nhất lúc này là 10.11x108Pa. Lỗ thủng trên vỏ tàu sẽ tiếp tục mở rộng theo thời gian tới khoảng 10x10-3s. Trên cơ sở các kết quả đạt được từ mô phỏng, ta nhận thấy khi vị trí nguồn nổ so với đáy tàu là 2 m thì vỏ tàu sẽ bị phá hủy khi khối lượng thuốc nổ là 250 kg. t=2.5 (10-3s) t=10 (10-3s) 3.13a. 200 kg HBX-1 t=2.5 (10-3s) t=3.5 (10-3s) t=10 (10-3s) 3.13b. 250 kg HBX-1
Hình 3.13 Các kết quả thu được khi nguồn nổ cách đáy tàu 2 m
Để hiểu rõ về cơ chế phá hủy vỏ tàu khi khối lượng thuốc nổ là 250 kg chúng ta xem xét ứng suất theo thời gian tại khu vực đáy và hông tàu. Ứng suất tại hai khu vực này được chỉ ra như trong hình 3.14.
Vật liệu bị phá hủy
59
Hình 3.14 Đồ thị ứng suất von Misses theo thời gian
Phân tích đồ thịứng suất theo thời gian được chỉ ra trong hình 3.14 chúng ta thấy rằng ứng suất tại khu vực hông tàu ban đấu tăng sau đó đạt tới giá trị lớn nhất thì giảm. Theo hình 3.13b ta thấy vật liệu tại khu vực này vẫn không bị phá hủy điều này chứng tỏ rằng ứng suất mà khu vực này phải chịu là chưa đủ lớn để có thể phá hủy vỏ tàu. Ứng suất tại khu vực đáy tàu cũng tăng dần theo thời gian và đạt giá trị lớn nhất sau đó chuyển về không chứng tỏ rằng vật liệu tại khu vực đáy tàu đã bị phá hủy. Điều đó cho thấy ứng suất tại khu vực này đã đạt đến giá trị gây ra phá hủy vật liệu và vỏ tàu đã bị rách.
Để hiểu rõ hơn nữa chúng ta cùng khảo sát mối quan hệ ứng suất-biến dạng như trong hình 3.15 và 3.16. Theo như hình 3.15 chúng ta thấy rằng ứng suất tăng khi biến dạng tăng. Khi biến dạng khoảng 1.15 thì ứng suất giảm dần tới giá trị 2x105Pa. Ứng suất giảm chứng tỏ rằng ngoại lực tác dụng lên khu vực này là giảm và khu vực này không chịu biến dạng thêm, không vượt qua ngưỡng biến dạng phá hủy, vỏ tàu vẫn được an toàn. Quan sát hình 3.16 ta thấy rằng ứng suất và biến dạng cùng tăng tới giá trị lớn nhất và vật liệu bị phá hủy khi biến dạng là 2.8. Điều đó
60
chứng tỏ là tham số phá hủy vật liệu tại khu vực đáy tàu đã đạt tới giá trị 1 nên vỏ tàu bị phá hủy.
Hình 3.15 Đồ thị ứng suất biến dạng tại khu vực hông tàu
Hình 3.16 Đồ thị ứng suất biến dạng tại khu vực đáy tàu