MỤC LỤC
MỞ ĐẦU................................................................................................................................................................................. 3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN..................................................................................................................................................... 6
1.1. Lịch sử ra đời pháo cối 82mm..........................................................................................................................................6
1.2. Nhiệm vụ chiến đấu, tính năng chiến kỹ thuật và đặc điểm cấu tạo của pháo cối 82mm................................................8
1.2.1. Nhiệm vụ chiến đấu của pháo cối 82mm......................................................................................................................8
1.2.2. Đặc tính chiến đấu của pháo cối 82mm........................................................................................................................8
1.2.3. Số liệu chiến kỹ thuật chủ yếu của pháo cối 82mm.....................................................................................................10
1.2.4. Biên chế khẩu đội cối 82mm........................................................................................................................................11
1.2.5. Đặc điểm cấu tạo của pháo cối 82mm.........................................................................................................................11
1.3. Xây dựng mô hình 3D đế cối 82mm...............................................................................................................................17
1.4. Tìm hiểu về phần mềm Ansys.........................................................................................................................................19
KẾT LUẬN CHƯƠNG I..........................................................................................................................................................25
CHƯƠNG II: BÀI TOÁN THUẬT PHÓNG TRONG PHÁO CỐI 82mm.................................................................................26
2.1. Mục đích giải bài toán thuật phóng trong........................................................................................................................26
2.2. Đặc điểm và các thời kỳ của hiện tượng bắn pháo cối...................................................................................................26
2.2.1. Đặc điểm hiện tượng bắn của pháo cối.......................................................................................................................26
2.2.2. Các thời kỳ của hiện tượng bắn pháo cối....................................................................................................................28
2.3. Phương pháp giải và lựa chọn phương pháp giải..........................................................................................................29
2.4. Hệ phương trình cơ bản thuật phóng trong của pháo cối...............................................................................................30
2.4.1. Phương trình tạo khí....................................................................................................................................................30
2.4.2. Phương trình tốc độ cháy............................................................................................................................................30
2.4.3. Phương trình chuyển động của đạn............................................................................................................................31
2.4.4. Phương trình cơ bản thuật phóng trong......................................................................................................................31
2.5. Giải bài toán thuật phóng trong bằng phương pháp số.................................................................................................35
2.6. Kết quả giải bài toán thuật phóng trong.........................................................................................................................37
2.7. Tính toán lực tác dụng lên đế cối 82mm khi bắn...........................................................................................................39
KẾT LUẬN CHƯƠNG II........................................................................................................................................................42
CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS NGHIÊN CỨU DỊCH CHUYỂN CỦA ĐẾ CỐI 82mm KHI BẮN..............43
3.1. Trình tự các bước giải bài toán tính dịch chuyển của đế cối 82mm trên phần mềm Ansys Workbench.......................43
3.2. Kết quả bài toán tính dịch chuyển của đế cối 82mm.................................................................................................... 51
3.2.1. Kết quả tính dịch chuyển đế cối 82mm khi bắn trên nền đất mềm.............................................................................52
3.2.2. Kết quả tính dịch chuyển đế cối 82mm khi bắn trên nền đất sét pha cát ..................................................................55
3.2.3. Kết quả tính dịch chuyển đế cối 82mm khi bắn trên nền đất cứng............................................................................58
3.3. Đánh giá kết quả.......................................................................................................................................................... 61
KẾT LUẬN CHƯƠNG III..................................................................................................................................................... 64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................................................................................ 65
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................................. 67
PHỤ LỤC............................................................................................................................................................................ 68
Phụ lục 1............................................................................................................................................................................ 68
Phụ lục 2............................................................................................................................................................................ 76
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đồ án
Pháo cối là loại vũ khí được dùng để yểm trợ tác chiến bộ binh có hiệu quả cao, sử dụng được trên mọi địa hình, được quân đội tất cả các nước sử dụng ở mọi cấp. Cối có ưu điểm là tương đối cơ động, chi viện hỏa lực mạnh, tiếp cận chiến trường nhanh. So với pháo thông thường, cối dễ sử dụng, thuận lợi cho các đơn vị bộ binh, có thể bố trí ở những nơi mà pháo dã chiến không đưa vào được. Đường đạn có hình cầu vồng, sử dụng nhiều liều khác nhau tạo được sơ tốc khác nhau, tính cơ động đường đạn tốt. Trọng lượng của pháo cối khá nhẹ, tính cơ động vận chuyển tốt. Có thể tháo rời thành từng bộ phận riêng rẽ để mang vác thuận tiện. Kết cấu đơn giản, giá thành thấp. Gia công chế tạo và huấn luyện pháo thủ dễ dàng, rất ưu việt trong chiến tranh du kích. Tuy nhiên, pháo cối cũng có những nhược điểm nhất định đó là tầm bắn ngắn hơn so với pháo cùng cỡ đạn và tốc độ bay của đạn thấp, thời gian bay dài, tốc độ chạm mục tiêu nhỏ nên khả năng đâm xuyên không lớn.
Xuất phát từ những đặc tính chiến kỹ thuật của pháo cối mà trước nay pháo cối được sử dụng rộng rãi và đóng vai trò là hỏa lực không thể thiếu của pháo binh. Do vậy việc nghiên cứu, tính toán, thiết kế pháo cối là yêu cầu rất quan trọng và cần thiết hiện nay.
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các phần mềm phục vụ cho việc thiết kế, đặc biệt trong lĩnh vực thiết kế vũ khí đã góp phần giúp cho các nhà thiết kế có những công cụ hữu dụng nhất, đảm bảo cho các nghiên cứu, đánh giá ban đầu sát với thực tế thử nghiệm hơn. Như chúng ta đã biết, việc thử nghiệm vũ khí là rất tốn kém và có khả năng gây mất an toàn cao ảnh hưởng lớn đến môi trường và cuộc sống của người dân; do đó càng rút ngắn được quá trình thử nghiệm càng tiết kiệm được tiền bạc và công sức, hệ thống vũ khí mới càng nhanh được đưa vào trang bị và phục vụ trong Quân đội; do đó ứng dụng các phần mềm vào thiết kế mới hệ thống vũ khí là phương pháp tốt nhất để rút ngắn được thời gian và kinh phí mà vẫn bảo đảm được các giai đoạn của quy trình thiết kế vũ khí.
Trong quá trình nghiên cứu, thiết kế pháo cối cũng như việc trong việc khai thác sử dụng trong điều kiện thực tiễn nước ta đòi hỏi việc xây dựng được mô hình nòng cối, đế cối, các chi tiết bộ phận khác và tính toán nghiệm bền, tính toán dịch chuyển của nòng cối, đế cối trong quá trình bắn trên các địa hình khác nhau. Do lực tác dụng của phát bắn qua đế cối truyền vào nền đất, nhờ tính đàn hồi của nền đất mà sinh năng lượng đẩy thân cối tiến lên. Trong quá trình học tập cũng như tìm hiểu thực tế việc khai thác sử dụng pháo cối của nước ta, tôi nhận thấy quá trình sử dụng pháo cối trong tác chiến trên nhiều địa hình khác nhau, tính chất đất của mỗi loại địa hình lại ảnh hưởng nhiều tới độ chính xác phát bắn và khả năng chịu tải của vật liệu chế tạo nòng và đế cối - là bộ phận chịu ảnh hưởng trực tiếp lực do phát bắn sinh ra. Qua đó, việc tính toán dịch chuyển của đế cối trên các địa hình khác nhau khi thực hiện phát bắn và đánh giá độ chính xác của phát bắn thực hiện trên các địa hình, loại đất; khả năng chịu tải của các chi tiết bộ phận là rất cần thiết. Do vậy, tôi lựa chọn đề tài “Ứng dụng phần mềm Ansys nghiên cứu dịch chuyển của đế cối 82mm khi bắn” làm đồ án tốt nghiệp của mình.
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a. Mục đích của đồ án
Tính toán lực tác dụng của phát bắn lên đế cối 82mm khi bắn và thông qua ứng dụng phần mềm Ansys Workbench phân tích, tính toán dịch chuyển của đế cối trong quá trình thực hiện phát bắn trên các loại nền đất khác nhau tại các góc bắn khác nhau.
b. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Trong phạm vi nghiên cứu của đồ án tôi tập trung vào việc tính toán lực tác dụng lên đế cối thông qua việc giải bài toán thuật phóng trong của pháo cối và ứng dụng phần mềm Ansys nghiên cứu dịch chuyển của đế cối khi bắn.
3. Đóng góp của đồ án
a. Ý nghĩa khoa học
Hiểu và nắm vững quá trình thực hiện phát bắn trong khai thác, sử dụng pháo cối trong Quân đội nước ta.
Tính toán với độ chính xác cao các thông số như lực tác dụng khi bắn lên đế cối, dịch chuyển của đế cối trên nền đất khi bắn sát với điều kiện thực tế sử dụng.
Sử dụng thành thạo các phần mềm tính toán và phân tích như Matlab, Ansys đặc biệt là Ansys Workbench trong tính toán.
b. Ý nghĩa thực tiễn
Trong tính toán, thiết kế pháo cối có thể lựa chọn được các loại vật liệu chế tạo phù hợp vừa đảm bảo cơ tính vừa tiếc kiệm chi phí trong sản xuất mà vẫn đảm bảo giữ được đặc tính chiến kỹ thuật và những ưu việt của pháo cối. Việc xây dựng đồ án có ý nghĩa thực tế trong nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, ngoài việc mua mới lệ thuộc vào nước ngoài thì việc chế tạo mới các loại phương tiện vũ khí trang bị thì cũng hết sức cần thiết, sẽ khẳng định khả năng làm chủ vũ khí trang bị của Quân đội ta.
Trong điều kiện thực tế sử dụng, chúng ta có thể lựa chọn các loại địa hình có tính chất đất phù hợp hoặc sử dụng các biện pháp gia cố các địa hình đảm bảo ổn định khi bắn, triển khai trận địa và thực hiện phát bắn với độ chính xác cao.
Trong quá trình bắn dự đoán trước và tránh các hiện tượng không mong muốn khi bắn như độ ổn định qua các phát bắn không cao, pháo cối bị va chạm, chấn động mạnh gây hư hỏng trong quá trình bắn trong điều kiện không cho phép.
4. Nội dung đồ án
Kết cấu đồ án: Đồ án gồm phần Mở đầu, kết luận và 3 chương thuyết minh:
- Chương 1: Tổng quan
- Chương 2: Bài toán thuật phóng trong pháo cối 82mm
- Chương 3: Ứng dụng phần mềm Ansys nghiên cứu dịch chuyển của đế cối 82mm khi bắn.
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN
1.1. Lịch sử ra đời pháo cối 82mm
Pháo cối 82mm do Liên Xô (cũ) thiết kế và chế tạo năm 1937 (gọi là pháo cối 82mm - K37), sau đó pháo cối 82mm đã được cải tiến nhiều lần cho hoàn thiện hơn, các nước như Trung Quốc, Tiệp cũng sản xuất theo mẫu pháo cối 82mm - K37 của Liên Xô nhưng có cải tiến cho phù hợp với điều kiện của mỗi nước. Pháo cối 82mm được biên chế thành phân đội hỏa lực thuộc tiểu đoàn bộ binh.
Ở Việt Nam pháo cối đã được nghiên cứu thiết kế và chế tạo từ những năm kháng chiến chống Pháp và đã chế tạo được một số loại pháo cối đạt được các yêu cầu chiến kỹ thuật đề ra như cối 60mm, cối 100mm .v.v.
Do có nhiều nước sản xuất khác nhau và cải tiến nhiều lần nên cối 82mm được phân thành 3 loại sau:
- Loại cối 82mm sản xuất lần đầu có bộ phận điều chỉnh thăng bằng khái lược và chính xác, lắp trực tiếp vào chân bên phải của giá cối, loại này có bộ phận bảo hiểm tránh nạp đạn 2 viên lắp ở phần đầu nòng.
- Loại cối 82mm sản xuất năm 1942 - 1943 có cải tiến về cấu tạo và phương pháp lắp bộ phận điều chỉnh thăng bằng chính xác cũng như bộ phận lắp kính ngắm.
Bảng tính năng chiến kỹ thuật của một số loại cối 82mm - K43, cối 82mm- 2B14 (Nga); cối 82mm - K53, cối 81 TypeW87 (Trung Quốc) và cối 81mm M29 (Mỹ):.
1.2. Nhiệm vụ chiến đấu, tính năng chiến kỹ thuật và đặc điểm cấu tạo của pháo cối 82mm
1.2.1. Nhiệm vụ chiến đấu của pháo cối 82mm
+ Tiêu diệt, chế áp sinh lực, hỏa khí của địch.
+ Chế áp các trận địa pháo binh, trận địa pháo cối của địch.
+ Bắn phá hủy hàng rào, bãi mìn, công sự, sân bay, kho tàng của địch.
+ Bắn chi viện cho bộ binh tiến công, phòng ngự và bắn chặn địch khi rút chạy.
1.2.3. Số liệu chiến, kỹ thuật chủ yếu của pháo cối 82mm
- Cỡ nòng: 82 (mm)
- Chiều dài nòng cối: 1326 (mm)
- Sơ tốc đạn lớn nhất: 211 (m/s)
- Tầm bắn lớn nhất: 3040 (m)
- Tầm bắn gần nhất: 100 (m)
- Tốc độ bắn chiến đấu: 8 (phát/phút)
- Giới hạn góc tầm: 45o - 85o
- Giới hạn góc hướng (Khi góc tầm 65o):
- Khối lượng thân cối (cả đệm vai): 21 (kg)
- Bán kính diện tích sát thương:
+ Mục tiêu nằm: 18 (m)
+ Mục tiêu đứng: 30 (m)
+ Áp suất khí thuốc: 430(kG/cm2)
1.2.4. Biên chế khẩu đội cối 82mm
- Khẩu đội cối 82mm được biên chế 5 pháo thủ:
- Khẩu đội trưởng: Phụ trách toàn khẩu đội trong huấn luyện và chiến đấu.
- Pháo thủ số 1: Thao tác ngắm về tầm và hướng.
- Pháo thủ số 2: Thao tác nạp đạn.
- Pháo thủ số 3, 4: Chuẩn bị đạn và thuốc phóng (liều phụ).
1.2.5. Đặc điểm cấu tạo của pháo cối 82mm
* Nòng cối:
Là một ống hình trụ trơn, miệng nòng có gờ tăng độ cứng, bên ngoài có đường sơn trắng để làm chuẩn khi ta quy chính máy ngắm, có vòng gờ để xác định vị trí ban đầu cho ốp nòng, thành nòng mỏng, miệng nòng được vát hình phễu để dễ nạp đạn ¼ Nòng được liên kết với đuôi nòng bằng ren phải.
* Đuôi cối:
- Phần đầu: Bên trong có ren để vặn vào nòng cối.
- Phần giữa: Cơ cấu phát hoả
Cơ cấu phát hoả có kim hoả vặn theo ren vào chính giữa trong đuôi cối và phát hoả trực tiếp nhờ va chạm giữa đạn và kim hoả.
* Đế cối:
- Tác dụng: Dùng để truyền năng lượng lùi của thân cối vào nền đất và nhận năng lượng đàn hồi của đất đẩy thân cối tiến lên.
- Đế cối có nhiều hình dạng kết cấu khác nhau như: Đế cối hình màng, đế cối hình khum, đế cối hình nón, đế cối hình tam giác, đế cối hình thang.
* Máy ngắm:
Tác dụng: Dùng để lấy đường ngắm cho pháo cối, cùng các cơ cấu tầm, hướng lấy góc bắn cho pháo cối.
Cấu tạo: Gồm có thân máy ngắm, bộ phận lấy góc tầm, bộ phận lấy góc hướng và kính ngắm, bọt nước ngang, bọt nước dọc, lẫy hãm hướng nhanh, hệ thống kính ngắm quang học, vòng đệm mắt.
Bộ phận lấy góc tầm: Có vạch khắc tầm chẵn gồm 10 vạch, mỗi vạch ứng với 1 - 00 tương ứng với tăng góc tầm 6° và ngược lại.
1.3. Xây dựng mô hình 3D đế cối 82mm
Mô hình 3D đế cối 82mm được xây dựng trên phần mềm 3D Inventor.
Đế cối 82mm gồm các phần chính như sau:
- Tấm phẳng đế cối được dập rãnh gân
- Lưỡi cày mặt dưới đế cối
- Ổ khớp cầu hàn ở mặt trên đế cối
- Tay xách và các tai đế cối.
Qua quá trình tìm hiểu tài liệu, kết hợp với việc trực tiếp đo đạc đế cối 82mm hiện đang được biên chế trong Quân đội ta, tôi thu thập được các số liệu thực tế và xây dựng được mô hình đế cối 82mm như hình 1.7.
1.4. Tìm hiểu về phần mềm Ansys
ANSYS là một phần mềm toàn diện và bao quát hầu hết các lĩnh vực vật lý, giúp can thiệp vào thế giới mô hình ảo và phân tích kỹ thuật cho các giai đoạn thiết kế. Phần mềm phân tích mạnh này giúp quá trình thiết kế kỹ thuật qua một cấp độ mới, không chỉ làm việc với những môi trường, thông số biến động, các hàm nhiều cấp bậc, mà còn hỗ trợ làm việc mang tính thích nghi với những mô hình kỹ thuật mới, nhưng công cụ CAE nhiều tính năng.
Ansys phát triển và tiếp thị phần mềm phân tích phần tử hữu hạn được sử dụng để mô phỏng các vấn đề kỹ thuật. Phần mềm này tạo ra các mô hình máy tính mô phỏng cấu trúc, thiết bị điện tử hoặc linh kiện máy để mô phỏng ứng suất, độ dẻo dai, độ đàn hồi, phân bố nhiệt độ, điện từ, lưu lượng chất lỏng và các thuộc tính khác.
Ngày nay với sự phát triển của mạnh mẽ của các nền công nghiệp hiện đại thì việc ứng dụng các phần mềm số là rất quan trọng. Nó không những giúp mô phỏng gần đúng các mô hình cần chế tạo mà còn giảm chi phí các công đoạn kiểm tra đánh giá, giảm giá thành sản phẩm. Trước đây, để tính toán các kết cấu người ta dùng phương pháp thủ công là tính bằng tay nhờ công thức thực nghiệm. Những năm gần đây, nhờ sự phát triển của các công cụ tính toán cùng với sự phát triển của máy tính, các phần mềm tính toán, thiết kế tiên tiến được thiết lập để giải quyết các bài toán cơ học vật rắn, cơ học thủy khí, các bài toán động, các bài toán tuyến tính và phi tuyến, các bài toán trường điện từ, các bài toán tương tác đa trường vật lý.
Lợi thế của Ansys Workbench:
+ Khả năng nhập mô hình học
+ Khả năng chia lưới tốt
+ Tích hợp các công cụ
+ Khả năng kết hợp theo hai hướng với CAD.
Để giải một bài toán bằng phần mềm Ansys Workbench cần đưa ra điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho mô hình hình học. Các ràng buộc, các nội lực hoặc ngoại lực (lực, chuyển vị, nhiệt độ, mật độ) được đưa vào từng nút, từng phần tử trong mô hình hình học. Cụ thể các bước của quá trình mô phỏng, phân tích và thiết lập lời giải bài toán như sau:
+ Thiết lập hệ tọa độ cho kết cấu cần tính toán, thuận tiện cho việc đặt lực và theo dõi kết quả bài toán.
+ Nhập thông số về độ lớn, điểm đặt, phương chiều và loại lực tác dụng lên kết cấu.
+ Thiết lập lời giải cho bài toán: Tùy vào yêu cầu bài toán cụ thể mà lựa chọn module cho phù hợp như tính ứng suất, biến dạng, chuyển vị.
+ Giải và xử lý kết quả bài toán nhờ vào các công cụ tích hợp trên phần mềm.
KẾT LUẬN CHƯƠNG I
Trong chương 1, đồ án đã nghiên cứu tổng quan về pháo cối 82mm, cụ thể đã tìm hiểu lịch sử ra đời, nhiệm vụ chiến đấu và tính năng chiến kỹ thuật, đặc điểm cấu tạo của pháo cối 82mm. Nghiên cứu và xây dựng mô hình 3D đế cối 82mm trên phần mềm Inventor, đây là mô hình đầu vào cho bài toán nghiên cứu dịch chuyển của đế cối; tìm hiểu về phần mềm Ansys và ưu điểm khi tính toán trên phần mềm, những lưu ý cần thiết khi sử dụng phần mềm. Những kết quả từ chương 1 là tiền đề cho những nghiên cứu kỹ, chi tiết hơn về dịch chuyển của đế cối 82mm khi bắn ở các chương tiếp theo.
CHƯƠNG II
BÀI TOÁN THUẬT PHÓNG TRONG PHÁO CỐI 82mm
2.1. Mục đích giải bài toán thuật phóng trong
Mục đích của việc giải bài toán thuật phóng trong của pháo cối là để tìm ra quy luật phân bố áp suất trong lòng nòng theo thời gian thực hiện phát bắn và theo quãng đường chuyển động của đầu đạn trong nòng cối, qua đó tính toán lực phát bắn sinh ra do tác dụng của áp suất khí thuốc lên nòng cối.
Đây là hai thông số đầu vào cơ bản của bài toán nghiên cứu dịch chuyển của đế cối khi bắn.
2.2. Đặc điểm và các thời kỳ của hiện tượng bắn pháo cối
2.2.1. Đặc điểm hiện tượng bắn của pháo cối
1. Do cỡ đạn nhỏ hơn cỡ nòng nên trong suốt quá trình xảy ra hiện tượng bắn, khí thuốc không ngừng thoát ra ngoài qua khe hở giữa đạn và nòng.
2. Liều chính trong ống đuôi tham gia vào quá trình xảy ra hiện tượng bắn một cách phức tạp. Trước hết, liều chính đóng vai trò như là liều thuốc mồi trong hệ súng pháo thông thường làm nhiệm vụ mồi cháy cho liều phụ, bảo đảm cho liều phụ cháy bình thường và ổn định từ phát bắn này sang phát bắn khác.
3. Với mục đích nâng cao hiệu quả sử dụng liều thuốc và độ ổn định sơ tốc trong điều kiện các liều thuốc phụ ứng với những sơ tốc khác nhau chỉ khác nhau về lượng thuốc phóng, cần đảm bảo ngay cả khi bắn với liều nhỏ nhất thuốc cháy cũng phải cháy hết trước khi đạn bay ra khỏi nòng. Trong điều kiện của cối có mật độ nhồi nhỏ và nòng dài không đáng kể, để thỏa mãn yêu cầu này người ta thường dùng loại thuốc mỏng, có tốc độ cháy lớn.
4. Do đạn được nạp từ đầu nòng và phát hỏa nhờ năng lượng rơi tự do nên thực tế có thể xem áp suất tống đạn bằng không và đạn bắt đầu chuyển động từ thời điểm liều phụ bắt đầu cháy và tạo khí. Ngoài ra trong hiện tượng bắn của cối công tiêu hao để làm đạn chuyển động quay không có, còn công để thắng ma sát của đạn và nòng cũng như công làm sản phẩm cháy của liều thuốc và khối lùi chuyển động đều rất nhỏ.
2.2.2. Các thời kỳ của hiện tượng bắn pháo cối
Theo đặc điểm của cấu tạo và sự làm việc của pháo cối ta có thể chia quá trình bắn của pháo cối ra làm 4 thời kỳ:
- Thời kỳ cháy của liều chính bên trong ống ổn định trước khi các lỗ truyền lửa được mở thông.
- Thời kỳ thứ nhất.
- Thời kỳ thứ hai.
- Thời kỳ thứ ba.
* Thời kỳ cháy của liều chính bên trong ống ổn định trước khi các lỗ truyền lửa được mở thông:
Đặc điểm của thời kỳ này chỉ có thuốc phóng liều chính cháy và tạo khí trong thể tích không đổi tương tự thời kỳ sơ bộ của súng pháo thông thường, liều phụ chưa cháy, đạn chưa chuyển động.
* Thời kỳ thứ nhất:
Thời kỳ thứ nhất bắt đầu từ khi lỗ truyền lửa được mở thông, liều phụ bắt đầu cháy, đạn bắt đầu chuyển động cho đến khi thuốc phóng liều phụ cháy hết. Trong thời kỳ này xảy ra quá trình cháy của liều phụ trong thể tích lòng nòng thay đổi.
* Thời kỳ thứ ba:
Là thời kỳ tác dụng sau cùng của khí thuốc sau khi đai định tâm của đạn rời khỏi miệng nòng, khí thuốc vẫn tiếp tục tác dụng lên đạn. Thời kỳ này không hoàn toàn tương tự thời kỳ tác dụng sau cùng của khí thuốc trong súng pháo thông thường do sau khi phần đai định tâm của đạn ra khỏi nòng, phần đuôi đạn và bộ phận ổn định vẫn chuyển động bên trong nòng.
2.5. Giải bài toán thuật phóng trong bằng phương pháp tích phân số
Phương pháp tích phân số được sử dụng rộng rãi khi giá trị của một hoặc một số lượng đặc trưng các thông số thay đổi trong quá trình xảy ra hiện tượng bắn. Các bài toán cho phép sử dụng phương pháp số có thể nhận được những lời giải phản ánh một cách đầy đủ nhất hình ảnh vật lý thực tế của hiện tượng bắn. Nhược điểm chủ yếu của phương pháp số là khối lượng tính toán lớn, tuy nhiên với khả năng của máy tính điện tử thì điều này sẽ trở nên đơn giản.
Có nhiều phương pháp tích phân bằng số có thể áp dụng để giải bài toán cơ bản thuật phóng trong, ở đây tôi sử dụng phương pháp của Runge-Kuta là phương pháp đang được ứng dụng rộng rãi và dễ sử dụng, dễ chương trình hóa trên máy tính điện tử.
Giả sử có một hệ phương trình vi phân cấp một:
dyi/dx = fi(x,y1, y2, …,yn). Với i = 1,2,3,...,n.
Đã biết tại xm các hàm có giá trị là yi.m.
* Sơ đồ khối chương trình thuật phóng trong của pháo cối:
Sơ đồ khối chương trình thuật phóng trong của pháo cối như hình dưới.
2.6. Kết quả giải bài toán thuật phóng trong
Bằng cách sử dụng chương trình Matlab để tìm kết quả cho bài toán thuật phóng trong pháo cối 82mm (Phần chương trình tính được trình bày trong phần Phụ lục 1), ta có kết quả giải bài toán như bảng 2.2.
Sau khi giải xong bài toán thuật phóng trong, ta tìm được bộ kết quả các giá trị thời điểm thuốc phóng cháy hết (pk, vk, lk, tk), thời điểm đạt giá trị Pmax (pmax, vmax, lmax, tmax), thời điểm đạn chuyển động tới miệng nòng (pđ, vđ, lđ, tđ) như bảng 2.2 ở trên và các đồ thị áp suất, vận tốc theo chiều dài nòng (p(l), v(l)), và áp suất, vận tốc theo thời gian (p(t), v(t)) như 2.1.
2.7. Tính toán lực tác dụng lên đế cối 82mm khi bắn
Lực khí thuốc tác dụng vào đáy lòng nòng của súng pháo được tính theo công thức:
Pda = pda (π.dk2)/4
Trong đó:
pda - Áp suất khí thuốc tác dụng vào đáy lòng nòng.
dk - Đường kính đáy lòng nòng.
Lực tác dụng lên đế cối khi bắn là áp lực của khí thuốc tác dụng lên đáy nòng, đối với cối ta lấy áp suất khí thuốc tác dụng vào đáy lòng nòng chính bằng áp suất trong khoảng không gian sau đáy đạn, tức là áp suất thuật phóng, việc tính toán lực tác dụng được thực hiện trên phần mềm Matlab dựa trên kết quả bài toán thuật phóng trong, kết quả tính toán được như bảng 2.3.
Đồ thị lực tác dụng của khí thuốc lên đáy nòng theo thời gian và theo quãng đường khi đạn chuyển động trong lòng nòng (Pdl(l), Pdl(t)) như hình 2.3.
Bảng thông số lực tác dụng lên đế cối theo thời gian khi đạn chuyển động trong lòng nòng được trình bày chi tiết ở phụ lục 2 và đây cũng là thông số đầu vào cho bài toán tính toán dịch chuyển của đế cối 82mm khi bắn trên phần mềm Ansys Workbench.
KẾT LUẬN CHƯƠNG II
Trong chương 2, đồ án đã tìm hiểu đặc điểm và các thời kỳ của hiện tượng bắn pháo cối, xây dựng hệ phương trình thuật phóng trong của pháo cối, giải bài toán thuật phóng trong của pháo cối 82mm bằng phương pháp tích phân số và đưa ra kết quả của bài toán, từ đó tính toán lực tác dụng lên đế cối khi bắn. Những kết quả nghiên cứu, tính toán ở chương 2 làm cơ sở cho việc xây dựng bài toán tính toán dịch chuyển của đế cối 82mm khi bắn trên phần mềm Ansys trong chương 3.
CHƯƠNG III
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS NGHIÊN CỨU DỊCH CHUYỂN CỦA ĐẾ CỐI 82mm KHI BẮN
3.1. Trình tự các bước giải bài toán tính dịch chuyển của đế cối 82mm trên phần mềm Ansys Workbench
* Bước 1: Xây dựng mô đun bài toán
Bài toán xây dựng mô hình cấu trúc tĩnh (Static Structural).
Mô đun gồm: Module A Static Structural (Tính toán dịch chuyển đế cối 82mm khi bắn).
Dữ liệu về vật liệu, mô hình, chia lưới sẽ được thực hiện trong từng bước của bài toán trong phần “Engineering Data”, “Geometry” và “Model – Mesh”
* Bước 3: Nhập mô hình đế cối 82mm
Mô hình đế cối được xây dựng trên phần mềm 3D Inventor, sau đó Export CAD (xuất mô hình) thành đuôi “.stp” và được Import (nhập mô hình) vào Ansys tại Module “Geometry”:
Có thể xây dựng trực tiếp mô hình đế cối ở trong Module “Geometry”, ở đây ta tiến hành xây dựng mô hình đế cối trên phần mềm 3D Inventor do công cụ vẽ 3D của Inventor rất mạnh, tiện cho việc xây dựng mô hình chi tiết phức tạp như đế cối. Sau khi xây dựng mô hình đế cối trên phần mềm Inventor, nhập mô hình vào phần mềm Ansys Workbench.
* Bước 4: Xác định các mối liên kết và tạo hệ trục tọa độ
Sau khi nhập mô hình đế cối vào Ansys, cần thiết lập giải pháp cho bài toán tính chuyển vị của đế cối khi bắn.
Trước hết, xác định các mối liên kết của mô hình và tạo hệ trục tọa độ. Trong bài toán này, mô hình đế cối là một khối độc lập, các mối liên kết giữa các khối, các mặt hay với các điểm trên thực tế là mối ghép hàn, ở đây ta sử dụng công cụ tạo khối liền trong Inventor xây dựng mô hình, cho nên không cần phải thiết lập các mối liên kết.
* Bước 6: Cài đặt bước thời gian Analysis Settings
Khi tính toán dịch chuyển của đế cối 82mm, các thông số đầu vào của bài toán được lấy từ kết quả bài toán thuật phóng trong và tính toán lực tác dụng sinh ra sau mỗi phát bắn của cối 82mm xây dựng ở Chương 2. Vì vậy, trong thư viện Analysis Settings thời gian kết thúc của bài toán là 0.0086 giây. Thời gian tác dụng lực lên đế cối theo đồ thị thuật phóng trong tương ứng với các góc bắn của cối, nên bước thực hiện bài toán là 1 bước và điều khiển thời gian thích hợp trong dòng Auto Time Stepping.
* Bước 7: Đặt tải
Lực tác dụng lên đế cối chính là lực tác dụng lên đáy nòng, kết quả được lấy từ bài toán tính toán lực tác dụng lên đế cối 82mm khi bắn, tương ứng với các mốc thời gian cài đặt ở bước 6.
Lực tác dụng lên đế cối được đặt trong không gian 3 chiều, ở mỗi góc bắn lực được phân tích thành các thành phần theo các trục tọa độ x,y,z tương ứng và đưa vào hệ thống ở dạng bảng.
* Bước 8: Điều kiện biên bài toán
Điều kiện đầu vào: Bài toán tính toán dịch chuyển đế cối 82mm khi bắn, đế cối được đặt trên các nền đất, bao gồm nền đất cứng, đất sét pha cát và đất mềm. Liên kết giữa đế cối và nền đất là liên kết đàn hồi do tính đến độ đàn hồi của các loại đất đặt đế cối. Hệ số đàn hồi của các loại đất được lấy trong bảng 3.1.
* Bước 10: Lấy kết quả đầu ra.
3.2. Kết quả bài toán tính dịch chuyển của đế cối 82 mm
3.2.1. Kết quả của bài toán tính dịch chuyển đế cối 82 mm khi bắn trên nền đất mềm
a. Dịch chuyển của đế cối 82 mm khi bắn ở góc 45 độ
+ Dịch chuyển của đế cối theo trục z
+ Dịch chuyển của đế cối theo trục x
c. Dịch chuyển của đế cối 82 mm khi bắn ở góc 65 độ
+ Dịch chuyển của đế cối theo trục z
+ Dịch chuyển của đế cối theo trục x
3.2.3. Kết quả của bài toán tính dịch chuyển đế cối 82 mm khi bắn trên nền đất cứng
a. Dịch chuyển của đế cối 82 mm khi bắn ở góc 45 độ
+ Dịch chuyển của đế cối theo trục z
+ Dịch chuyển của đế cối theo trục x
b. Dịch chuyển của đế cối 82 mm khi bắn ở góc 85 độ
+ Dịch chuyển của đế cối theo trục z
+ Dịch chuyển của đế cối theo trục x
c. Dịch chuyển của đế cối 82 mm khi bắn ở góc 65 độ
+ Dịch chuyển của đế cối theo trục z
+ Dịch chuyển của đế cối theo trục x
Dựa vào kết quả trên ta thu được bảng kết quả dịch chuyển của đế cối 82mm khi bắn ở các góc 450, 650 và 850 trên các loại nền đất đặt cối như bảng 3.2.
3.3. Đánh giá kết quả
3.3.1. Nhận xét kết quả tính toán bằng phần mềm Ansys Workbench
Kết quả của bài toán tính dịch chuyển của đế cối 82mm khi bắn bằng phần mềm Ansys Workbench cho thấy:
Khi đế cối 82mm được đặt trên các loại nền đất có độ đàn hồi khác nhau, khi tiến hành bắn thì đối với nền đất có độ đàn hồi càng thấp thì độ dịch chuyển (độ lún) theo phương vuông góc với mặt phẳng đế càng lớn. Trong đó, đất mềm (đất sét pha cát dẻo chảy hoặc bùn) có độ đàn hồi kém nhất nên độ lún của đế cối là lớn nhất.
Ở góc bắn 850 thì độ lún tương ứng với loại nền đất này là 80,48(mm) làm ảnh hưởng đến độ ổn định cối khi bắn và ảnh hưởng đến góc tầm khi bắn, từ đó ảnh hưởng đến độ chính xác của cối của các phát bắn tiếp theo. Vì vậy, khi tiến hành đặt cối để bắn ở các vị trí đất có độ đàn hồi thấp như vậy cần có biện pháp cải thiện độ đàn hồi của đất như lót các thanh tre, nứa dưới vị trí đặt đế.
3.3.2. Một số kiến nghị khi sử dụng pháo cối
Khi đặt cối trên trận địa chiến đấu đế cối cần phải ngập sâu vào đất không nhỏ hơn ¾ chiều cao của các cựa, các gân đế cối. Khi đặt cối trên đất cứng cần sơ bộ rải cát hoặc đất đen được tán nhỏ vào hố đặt đế cối sao cho các hốc dưới đế cối đã được điền đầy đất. Không cho phép tạo ra các khoảng trống dưới đế cối.
Trong đất được rắc cấu trúc của nó bị phá hủy và nó tỏ ra sự kháng cự nhỏ hơn đất nguyên thổ, do vậy trước khi hiệu chỉnh bắt, cần thực hiện các biện pháp lèn chặt đất xung quanh vị trí đặt đế. Để giảm sự dịch chuyển của nòng và đế cối khi đặt cối trên trận địa chiến đấu thì cần phải tăng cứng cho đất mềm hoặc đóng các cọc, kê các tấm thảm đan bằng các cành cây hoặc đặt dưới đế cối các mảnh gỗ hình chữ nhật.
Như thực tế cho thấy, do sự đặt cối không đúng, sự xoay của nòng khi đạn chuyển động trong lòng nòng có thể xảy ra đến 20¸25 ly giác, làm ảnh hưởng đáng kể đến độ lệch của đạn so với mục tiêu.
Nếu việc gia cố nền trước khi đặt đế cối chưa đảm bảo, do tính chất đất hoặc điều kiện đặt đế có nhiều bất lợi, có thể bắn 1-2 phát đạn để gia cố nền trước khi hiệu chỉnh bắn chính xác. Điều này giúp cho nền đặt đế được lèn chặt, đảm bảo việc thực hiện các phát bắt được ổn định và chính xác nhất.
KẾT LUẬN CHƯƠNG III
Trong chương 3, đồ án đã nghiên cứu và đưa ra trình tự các bước giải bài toán tính dịch chuyển của đế cối 82mm trên phần mềm Ansys Workbench. Từ kết quả của bài toán, đồ án đưa ra những đánh giá độ dịch chuyển của đế cối trên các loại nền đất khác nhau tại các góc bắn khác nhau và những kiến nghị khi thiết kế, thử nghiệm và sử dụng pháo cối trong điều kiện thực tế của Quân đội ta.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Sau một thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp với nội dung: “Ứng dụng phần mềm Ansys nghiên cứu dịch chuyển của đế cối 82mm khi bắn”, qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu, bằng việc vận dụng tổng hợp nhiều kiến thức của các môn cơ sở và chuyên ngành, đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn: TS ……………..và các thầy giáo trong bộ môn Vũ khí - Khoa Vũ khí, tôi đã hoàn thành xong nội dung đồ án tốt nghiệp.
Nội dung đồ án đã giải quyết được một số vấn đề sau:
- Tìm hiểu lịch sử ra đời cối 82mm và khái quát chung về pháo cối.
- Xây dựng mô hình 3D đế cối 82mm trên phần mềm Inventor.
- Giải bài toán thuật phóng trong của pháo cối 82mm.
- Tìm hiểu và ứng dụng phần mềm Ansys và đặc biệt là phần mềm Ansys Workbench nghiên cứu dịch chuyển của đế cối 82mm khi bắn.
- Đánh giá kết quả thu được và kết luận, kiến nghị khi thiết kế, khai thác sử dụng pháo cối 82mm.
Trong quá trình nghiên cứu đồ án đã thu được kết quả tính toán phục vụ cho quá trình nghiên cứu, thiết kế pháo cối và đặc biệt phục vụ đắc lực cho quá trình thử nghiệm vũ khí; mở ra hướng phát triển mới cho quá trình tính toán, thiết kế, thử nghiệm vũ khí có ứng dụng thành tựu của sự phát triển khoa học kỹ thuật.
Hướng nghiên cứu tiếp theo của đồ án tập trung vào hoàn thiện phần mô hình 3D đế cối 82mm và ứng dụng mô phỏng tính toán trên các loại pháo cối khác. Tiếp tục nghiên cứu và áp dụng các phần mềm tính toán thiết kế như Matlab, Inventor, Ansys Workbench vào tính toán thiết kế các chi tiết, bộ phận khác trên pháo cối, đồng thời nghiệm bền cho chúng trong quá trình thử nghiệm vũ khí, phục vụ quá trình thiết kế sản xuất vũ khí cho Quân đội và phù hợp với điều kiện sử dụng thực tế của nước ta.
Với sự nỗ lực của bản thân, sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo và đồng đội, tôi đã hoàn thành được đồ án tốt nghiệp, tuy nhiên do thời gian ngắn và vốn kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình nghiên cứu không tránh khỏi những thiếu sót cần bổ sung và chỉnh sửa. Tôi rất mong nhận được ý kiến góp ý từ phía thầy giáo hướng dẫn, cùng các thầy giáo trong Bộ môn Vũ khí - Khoa Vũ khí giúp tôi hoàn thiện đồ án của mình trong thời gian nghiên cứu phát triển tiếp theo.
Tôi xin chân thành cám ơn!
....., ngày ... tháng ... năm 20...
Học viên thực hiện
.......................
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Cao Văn Chí, Trịnh Văn Cương, Cơ học đất, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội 2003.
[2]. Nguyễn Ngọc Dụ, Đỗ Văn Thọ, Thuật phóng trong của súng pháo, Trường Đại học Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội 1976.
[3]. Nguyễn Thanh Hải, Nguyễn Việt Anh, Lập trình Matlab và ứng dụng, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2005.
[4]. Nguyễn Hồng Lanh, Uông Sỹ Quyền, Giáo trình tính toán thiết kế pháo cối, Nhà xuất bản Quân đội Nhân dân, Hà Nội 2001.
[5]. Khổng Đình Tuy, Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Văn Dũng, Giáo trình cơ sở thiết kế hệ thống pháo, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội 2009.
[6]. Nghiêm Xuân Trình, Nguyễn Quang Lượng, Nguyễn Trung Hiếu, Ngô Văn Quảng, Thuật phóng trong, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội 2015.
[7]. Phan Nguyên Thiệu, Khổng Đình Tuy, Nguyễn Trường Sinh, Trương Tư Hiếu, Trang bị điển hình vũ khí tổng hợp - Phần I - Pháo xe kéo và mang vác, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội 1977.
[8]. Đỗ Thành Trung, Giáo trình Ansys - Phân tích ứng suất và biến dạng, Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh, TP. Hồ Chí Minh 2005.
[9]. Đinh Bá Trụ, Hướng dẫn sử dụng Ansys - Chương trình phần mềm thiết kế mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2000.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"