Nhận file word miễn phí nhắn tin zalo 0777.149.703 nhé. Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng.

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN
NGUYỄN THANH TÙNG
MÔ PHỎNG SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA TẢI NỔ
TRONG KHU VỰC DÂN CƢ BẰNG PHƢƠNG
PHÁPPHẦN TỬ HỮU HẠN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành:Kỹ thuật Xây Dựng
Mã số: 8.58.02.01
Long An - 2020

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN
NGUYỄN THANH TÙNG
MÔ PHỎNG SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA TẢI NỔ
TRONG KHU VỰC DÂN CƢ BẰNG PHƢƠNG
PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành:Kỹ thuật Xây Dựng
Mã số: 8.58.02.01
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Trƣơng Tích Thiện
Long An - 2020

3. i
LỜI CAM ĐOAN
Ngoài những kết quả tham khảo từ những công trình khác như đã được ghi trong
luận văn, tôi xin cam kết rằng luận văn này là do chính tôi thực hiện và luận văn chỉ
được nộp tại Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An.
Tôi xin cam đoan rằng: Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn
toàn trung thực và chưa từng được sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ công trình nào
khác.
Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm n và các thông tin
trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc.
HỌC VIÊN THỰC HIỆN
Nguyễn Thanh Tùng

4. ii
LỜI CẢM ƠN
Luận văn cao học hoàn thành là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu của
học viên tại Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An. Bên cạnh những nỗ lực
của học viên, hoàn thành chư ng trình luận văn không thể thiếu sự giảng dạy, quan
tâm, giúp đỡ của tập thể Thầy, Cô khoa Kiến trúc Xây dựng (Trường Đại học Kinh tế
Công nghiệp Long An) trong quá trình học tập cũng như hoàn thành luận văn cao học
này.
Nhân đây, tôi xin chân thành cảm n thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Trƣơng Tích
Thiện cùng tập thể các thầy cô, đồng nghiệp đã tận tình quan tâm, hướng dẫn, truyền
đạt kiến thức, kinh nghiệm, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành tốt luận
văn này.
Cũng nhân dịp này, tôi xin trân trọng cám n gia đình, bạn bè, tập thể lớp Cao
học Xây dựng đã hỗ trợ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn.
HỌC VIÊN THỰC HIỆN
Nguyễn Thanh Tùng

5. iii
Tóm tắt luận văn
Ngày nay, rất nhiều vụ tai nạn công nghiệp kèm theo vụ nổ đang xảy ra trên
khắp thế giới. Ngoài ra, sự gia tăng số lượng các hành vi khủng bố được thực hiện
bằng các vụ nổ được quan sát. Để cải thiện sự an toàn của các tòa nhà và công trình,
cần phải nâng cao khả năng chống lại các hiệu ứng nổ, cũng như có thể dự đoán mức
độ thiệt hại tiềm tàng khi tải trọng nổ có cường độ khác nhau. Một trong những mục
tiêu chính trong việc thiết kế cấu trúc chống lại các hiệu ứng nổ là để xác định phản
ứng động của các cấu trúc đối với tác động của sóng nổ. Để cuối cùng, áp lực thoáng
qua trên các bức tường của các cấu trúc kỹ thuật dân dụng sẽ được xác định. Trong
những năm gần đây, nhiều nỗ lực đã được dành cho việc phát triển các phư ng pháp
và thuật toán đáng tin cậy để phân tích thực tế h n về các cấu trúc chịu tải trọng nổ.
Các mô phỏng ở cấp độ kỹ thuật cho phép người ta ước tính tác động sóng nổ đối với
các tòa nhà bị cô lập. Sự phức tạp của tòa nhà, sự hiện diện của các cấu trúc gần đó và
môi trường xung quanh có thể được tính đến. Các kỹ thuật phần mềm hỗ trợ máy tính
tiên tiến kết hợp với các phư ng pháp mới nhất của mô hình thành phố ba chiều rời rạc
cho phép mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của vụ nổ trong khu vực đô thị với độ
chính xác cao.Đề tài sẽ giúp người đọc hiểu thêm về tính chất và độ ảnh hưởng của
một vụ nổ.

6. iv
SIMULATION OF THE EFFECTS OF BLAST LOADING ON STRUCTURES IN
THE RESIDENTIAL AREA BY FINITE ELEMENT METHOD
Today, many industrial accidents accompanied by explosions are happening
around the world. In addition, an increase in the number of acts of terrorism committed
by blasts is observed. To improve the safety of buildings and structures, it is necessary
to improve the ability to resist explosive effects, as well as to predict the extent of
potential damage when the explosive load is different intensity. One of the main goals
in designing the structure against explosive effects is to determine the dynamic
response of the structures to the effects of the explosion. To that end, transient pressure
on the walls of civil engineering structures will be determined. In recent years, much
effort has been devoted to developing reliable methods and algorithms for more
realistic analysis of explosive load-bearing structures. Technical-level simulations
allow one to estimate the impact of a wave on isolated buildings. The complexity of
the building, the presence of nearby structures and the surrounding environment can be
taken into account. Advanced computer-aided engineering techniques combined with
the latest methods of discrete three-dimensional city modeling allow simulation and
analysis of the effects of explosions in urban areas with high accuracy The topic will
help readers understand more about the nature and impact of an explosion.

7. v
MỤC LỤC
MỤC LỤC.......................................................................................................................v
LỜI NÓI ĐẦU...............................................................Error! Bookmark not defined.
ĐỊNH NGHĨA TỪ VIẾT TẮT..................................................................................... vii
KÝ HIỆU..................................................................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... ix
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................x
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.......................................................................1
1.1. Ý nghĩa của đề tài.................................................................................................1
1.2. Đối tượng và phư ng pháp nghiên cứu..............Error! Bookmark not defined.
1.3. Giới thiệu về module Ansys Autodyn ................................................................26
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT..............................................................................12
2.1. Quan hệ giữa trạng thái ứng suất và trạng thái biến dạng..................................12
2.2. Tổng quan về lý thuyết phần tử hữu hạn (FEM)................................................15
2.2.1. Khái niệm ....................................................................................................15
2.2.2. Trình tự phân tích bài toán theo FEM .........................................................16
2.2.3. FEM trong bài toán động lực học ( Explicit Dynamic)...............................18
2.3. Hiện tượng nổ.....................................................................................................20
2.4. Phư ng pháp phần tử hữu hạn Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) ..............24
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.........................................................................28
3.1. Bài toán 1............................................................................................................28
3.1.1. Giới thiệu bài toán .......................................................................................28
3.1.2. Thông số vật liệu .........................................................................................29

8. vi
3.1.3. Mô hình hình học.........................................................................................30
3.1.4. Mô hình phần tử hữu hạn ............................................................................31
3.1.5. Quá trình thiết lập bài toán..........................................................................32
3.1.6. Kết quả mô phỏng .......................................................................................40
3.1.7. Nhận xét.......................................................................................................51
3.2. Bài toán 2............................................................................................................52
3.2.1. Giới thiệu bài toán .......................................................................................52
3.2.2. Thông số vật liệu .........................................................................................52
3.2.3. Mô hình hình học.........................................................................................52
3.2.4. Mô hình phần tử hữu hạn ............................................................................54
3.2.5. Quá trình thiết lập bài toán..........................................................................55
3.2.6. Kết quả tính toán .........................................................................................60
3.2.7. Nhận xét.......................................................................................................70
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..............................................77
4.1. Kết luận...............................................................................................................77
4.2. Kết quả đạt được.................................................................................................77
4.3. Hạn chế và hướng phát triển...............................................................................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................1

9. vii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT
Từ viết
tắt
Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt
1 ALE Arbitrary Lagrange Euler Phư ng pháp Lagrange-Euler
2 FEM Finite Element Method Phư ng pháp phân tử hữu hạn
3 JWL Jones-Wilkins-Lee Phư ng trình Jones-Wilkins-Lee

10. viii
KÝ HIỆU
Ký hiệu Mô tả
Các ứng suất chính
Các biến dạng chính
Các ứng suất tiếp
̇ Tốc độ biến dạng
Biến dạng dẻo dự đoán
Môđun Young
G Môđun đàn hồi trượt
Hệ số Poisson
Môđun tiếp tuyến
Môđun dẻo
K
̅ Ma trận độ cứng tổng thể
{̅ Vector chuyển vị nút tổng thể
{̅ Vector tải tổng thể
Ứng suất chảy
[B] Ma trận biến dạng
, - Ma trận độ cứng của kết cấu
Áp suất động
Áp lực nổ tối đa
Áp suát phản xạ tối đa
Áp suất xung quanh
Xung phản xạ

11. ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 2.1. Dạng hình học đ n giản của các phần tử............................................16
Bảng 3.1. Thông số TNT trong phư ng trình JWL (3.1)....................................29
Bảng 3.2. Thông số vật liệu của TNT.................................................................29
Bảng 3.3. Chiều cao của mô hình các tòa nhà ....................................................30
Bảng 3.4. Tọa độ vị trí đặt đồng hồ đo................................................................31
Bảng 3.5. Kết quả áp suất sóng nổ theo thời gian...............................................40
Bảng 3.6. Kết quả vận tốc lan truyền sóng nổ ....................................................45
Bảng 3.7. Kết quả năng lượng khối thuốc nổ theo thời gian ..............................48
Bảng 3.8. Kích thước mô hình trong bài toán 2..................................................53
Bảng 3.9. Tọa độ vị trí các điểm khảo sát của bài toán 2 ...................................53
Bảng 3.10. Kết quả áp suất sóng nổ theo thời gian.............................................61
Bảng 3.6. Kết quả vận tốc lan truyền sóng nổ ....................................................66
Bảng 3.6. Kết quả năng lượng khối thuốc nổ theo thời gian ..............................68

12. x
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Tai nạn nổ nhà máy hóa học ..........................................................................1
Hình 1.2. Mô phỏng hiện tượng nổ trong khu vực dân cư bằng phương pháp số .........2
Hình 1.3. Đặc điểm tải nổ ..............................................................................................4
Hình 1.4. Sóng xung kích từ một vụ nổ...........................................................................5
Hình 1.5. Sự ảnh hưởng của sóng xung kích lên kết cấu theo thời gian........................6
Hình 0.1. Đường cong ứng suất - biến dạng của vật liệu ............................................15
Hình 0.2. Biểu đồ áp suất sóng nổ theo thời gian [2] .............................................................................
22
Hình 0.3. Một số giá trị số đại diện của áp suất phản xạ cực đại [2] ........................................
24
Hình 2.4. Mô phỏng va chạm bằng Ansys Autodyn [3]..........................................................................
28
Hình 2.5. Lưu đồ mô phỏng..........................................................................................28
Hình 0.4. Giới thiệu về bài toán 1................................................................................29
Hình 0.5. Hình dạng hình học mô hình tòa nhà của khu dân cư [1] ............................................. 31
Hình 0.6. Mô hình phần tử hữu hạn .............................................................................33
Hình 0.7. Chọn kiểu mô hình 2D..................................................................................34
Hình 0.8. Thêm vật liệu và tạo vùng Euler cho bai toán..............................................34
Hình 0.9. Vị trí thuốc nổ TNT.......................................................................................35
Hình 0.10. Vị trí điểm kích nổ ......................................................................................36
Hình 0.11. Giá trị áp suất nổ của khối TNT................................................................36
Hình 0.12. Thiết lập mô hình miền Euler và điều kiện trong Explicit Dynamics ........37
Hình 0.13. Thiết lập thời gian nổ là 5ms......................................................................37
Hình 0.14. Thiết lập gia tốc trọng trường....................................................................38
Hình 0.15. Cố định các tòa nhà....................................................................................38
Hình 0.16. Thiết lập vật liệu cho bài toán trong Ansys Autodyn .................................39
Hình 0.17. Tạo vùng không khí bao quanh các tòa nhà...............................................39

13. xi
Hình 0.18. Thiết lập Boundaries cho bài toán .............................................................40
Hình 0.19. Đưa khối thuốc nổ 2D đã tính toán ở bước 1 vào bài toán........................40
Hình 0.20. Kiểm soát và thiết lập các điều kiện cuối cùng để giải bài toán................41
Hình 0.21. Xác lập các vị trí điểm khảo sát .................................................................42
Hình 0.22. Nhấn Run để bắt đầu giải bài toán.............................................................43
Hình 0.23. Kết quả áp suất sóng nổ của TS. Fedorov tại điểm khảo sát T1 ................46
Hình 0.24. Kết quả áp suất sóng nổ của luận văn tại điểm khảo sát T1......................47
Hình 0.25. Kết quả áp suất sóng nổ của TS. Fedorov tại điểm khảo sát T3................47
Hình 0.26. Kết quả áp suất sóng nổ của luận văn tại điểm khảo sát T3......................48
Hình 0.27. Kết quả áp suất sóng nổ của luận văn tại 3 điểm khảo sát........................49
Hình 0.28. Đồ thị so sánh kết quả vận tốc tuyền sóng giữa 3 vị trí khảo sát...............51
Hình 0.29. Đồ thị kết quả vận tốc tuyền sóng vị trí T1 ................................................51
Hình 0.30. Đồ thị kết quả vận tốc tuyền sóng vị trí T2 ................................................52
Hình 0.31. Đồ thị kết quả vận tốc tuyền sóng vị trí T3 ................................................52
Hình 0.32. Đồ thị so sánh kết quả năng lượng sóng nổ giữa 3 vị trí khảo sát.............55
Hình 0.33. Đồ thị kết quả năng lượng sóng nổ vị trí T1 ..............................................55
Hình 0.34. Đồ thị kết quả năng lượng sóng nổ vị trí T2 ..............................................56
Hình 0.35. Đồ thị kết quả năng lượng sóng nổ vị trí T3 ..............................................57
Hình 0.36. Hình dạng hình học mô hình bài toán 2....................................................59
Hình 0.37. Vị trí các điểm khảo sát..............................................................................61
Hình 0.38. Mô hình phần tử hữu hạn của bài toán 2 ...................................................62
Hình 0.36. Thiết lập mô hình miền Euler và điều kiện trong Explicit Dynamics ........62
Hình 0.37. Thiết lập thời gian nổ là 6ms......................................................................63
Hình 0.38. Thiết lập gia tốc trọng trường....................................................................63
Hình 0.39. Cố định các tòa nhà....................................................................................64

14. xii
Hình 0.40. Thiết lập vật liệu cho bài toán trong Ansys Autodyn .................................64
Hình 0.41. Tạo vùng không khí bao quanh các tòa nhà...............................................65
Hình 0.42. Thiết lập Boundaries cho bài toán .............................................................65
Hình 0.43. Đưa khối thuốc nổ 2D đã tính toán ở bước 1 vào bài toán........................66
Hình 0.44. Kiểm soát và thiết lập các điều kiện cuối cùng để giải bài toán................66
Hình 0.45. Xác lập các vị trí điểm khảo sát .................................................................67
Hình 0.46. Nhấn Run để bắt đầu giải bài toán.............................................................67
Hình 0.39. Đồ thị kết quả áp suất sóng nổ tại T1~T8 của Tiến sỹ Valger...................71
Hình 0.40. Đồ thị kết quả áp suất sóng nổ tại T1~T8 của luận văn ............................71
Hình 0.41. Đồ thị kết quả áp suất sóng nổ tại T9~T13 của Tiến sỹ Valger.................72
Hình 0.50. Đồ thị kết quả áp suất sóng nổ tại T9~T13 của luận văn ..........................72
Hình 0.42. Kết quả áp suất sóng nổ của luận văn tại 13 điểm khảo sát......................73
Hình 0.43. Kết quả vận tốc lan truyền sóng nổ tại T1~T8 của luận văn .....................74
Hình 0.53. Kết quả vận tốc lan truyền sóng nổ tại T9~T13 của luận văn ...................75
Hình 0.44. Kết quả năng lượng sóng nổ vị trí T1~T8 của luận văn ............................77
Hình 0.45. Kết quả năng lượng sóng nổ vị trí T9~T13 của luận văn ..........................78
Hình 3.56. Kích thước hình học của bài toán .............................................................79
Hình 3.57 Mô hình phần tử hữu hạn ...........................................................................80
Hình 3.58. Các thông số vật liệu nổ và không khí.......................................................81
Hình 3.59. Trường áp suất của bài toán tại từng thời điểm ở giai đoạn ban đầu ......83
Hình 3.60. Đồ thị áp suất tác động lên điểm Gauge ..................................................84

15. 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Mở đầu
Ngày nay, rất nhiều tai nạn công nghiệp kèm theo các vụ nổ đang xảy ra trên
khắp thế giới. Các vụ tai nạn cháy nổ xảy ra tại các khu công nghiệp cất chứa những
hóa chất dễ phát nổ có thể tạo ra sóng xung kích ảnh hưởng đến khu vực dân cư lân
cận. Để cải thiện sự an toàn của các tòa nhà, cần nghiên cứu các phư ng án thiết kế
sao cho tăng sức đề kháng của chúng đối với các hiệu ứng nổ. Việc dự đoán được mức
độ thiệt hại do tải nổ gây ra với các cường độ khác nhau là cần thiết. Một trong những
mục tiêu chính trong việc thiết kế cấu trúc chống lại các hiệu ứng nổ là xác định đáp
ứng động lực học của các cấu trúc đối với tác động của sóng nổ và cần khảo sát sự
thay đổi của áp lực do sóng nổ gây ra theo thời gian.
Hình 1.1. Tai nạn nổ nhà máy hóa học
Theo M. Remennikov, hiện nay có ba nhóm phư ng pháp để đoán tải trọng nổ
tác dụng lên công trình như sau:
Phư ng pháp thực nghiệm: về bản chất có liên quan đến các dữ liệu thí nghiệm.
Một trong những hạn chế của nhóm phư ng pháp này là bỏ qua bản chất vật lý thực
của hiện tượng tư ng tác giữa sóng nổ và kết cấu, bởi vì chúng được thiết lập với giả

16. 2
định rằng lộ trình tải trọng - thời gian được áp dụng cho tất cả các phần tử bề mặt kết
cấu cùng một lúc.
Phư ng pháp bán thực nghiệm: dựa trên các mô hình được đ n giản hóa của các
hiện tượng vật lý. Độ chính xác trong việc ước đoán bằng phư ng pháp bán thực
nghiệm thường tốt h n độ chính xác được cung cấp bởi các phư ng pháp thực nghiệm.
Theo nhóm này, tải trọng nổ tác dụng lên tường ngoài của một công trình được tính
toán dựa trên trọng lượng thuốc nổ tư ng đư ng TNT, vị trí của tác nhân nổ đối với
công trình và sự giả định về mô hình truyền sóng liên quan.
Phư ng pháp số: là các phư ng pháp dựa trên các phư ng trình toán học mô tả
các định luật vật lý c bản chi phối bài toán. Những phư ng pháp này bao gồm định
luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn năng
lượng.
Hình 1.2. Mô phỏng hiện tượng nổ trong khu vực dân cư bằng phương pháp số
Khảo sát ứng xử của kết cấu khi có tác dụng của sóng nổ là một vấn đề có tính
thực tế cao. Hầu hết các nghiên cứu trên đều dựa vào phương pháp số thông qua các
phần mềm phân tích phi tuyến trên cơ sở so sánh với kết quả thí nghiệm. Trong khi đó,
thí nghiệm nổ rất tốn kém, liên quan đến vấn đề an toàn và gây ảnh hưởng lớn đến môi
trường sinh thái. Do đó, việc tính toán mô phỏng ứng xử của kết cấu dưới sự tác dụng
của tải nổ là việc cần thiết và có ý nghĩa thiết thực về mặt an toàn và kinh tế

17. 3
Luận văn xây dựng mô hình khu dân cư và sử dụng phần mềm ANSYS để mô
phỏng ứng xử c học của khu dân cư dưới tác động của tải trọng nổ bằng phân tích
tư ng tác rắn lỏng dựa trên phư ng pháp phần tử hữu hạn và phư ng pháp thể tích hữu
hạn. Các kết quả về áp suất phân bố lên kết cấu do sóng nổ gây ra và sự lan truyền của
sóng nổ trong không gian ba chiều sẽ được phân tích chi tiết.
1.2. Tải trọng gây nổ
1.2.1. Hiện tƣợng nổ
Nổ là hiện tượng có thể xảy ra khi các chất bị đốt nóng hoặc phân hủy đột ngột
tạo ra một lượng lớn nhiệt và trong một khoảng thời gian ngắn. Các loại vũ khí nổ như
bom, đầu đạn… đều có cấu tạo c bản gồm có chất nổ, thiết bị kích nổ và vỏ bọc
ngoài. Khi chất nổ bị kích hoạt bằng nhiệt hoặc xung động, hợp chất nổ xảy ra cả phản
ứng phân hủy và phản ứng cháy. Các chất hóa học chứa rất nhiều năng lượng, đây là
lực liên kết giữa các nguyên tử khác nhau trong cùng một phân tử của chất đó, khi
phản ứng nổ bắt đầu xảy ra, phần lớn năng lượng này được giải phóng tạo ra một
lượng nhiệt khổng lồ và giải phóng ra các chất khí. Các chất khí trong chất hóa học bị
nén dưới áp lực lớn, do đó, khi hiện tượng nổ xảy ra, các chất khí này nở bung ra với
vận tốc rất nhanh, nhiệt lượng được giải phóng kèm theo trong phản ứng nổ thậm chí
còn tăng vận tốc của các chất khí này lên rất nhiều lần và tạo ra các sóng xung động
1.2.2. Sóng nổ
Là sóng được tạo thành sau một vụ nổ và ở trong một chất nổ. Sóng nổ là sóng
chấn động do thuốc nổ, bom, mìn, đạn pháo cỡ lớn, bộc phá, thủy lôi, bình ga, bình
điện, các vụ hỏa hoạn xăng dầu... cháy nổ tạo nên. Sóng nổ phát ra từ tâm vụ nổ tỏa ra
theo vòng tròn với một áp suất rất cao. Độ lớn của áp suất và tốc độ của sóng nổ giảm
dần khi truyền đi xa tâm vụ nổ. Đại lượng đo sóng nổ tính bằng kg/cm3
, đại lượng này
còn được gọi là xung lượng của sóng nổ .
Khi một vụ nổ được kích nổ trong không khí, nó sẽ giải phóng ra một lượng
nhiệt khổng lồ và các sản phẩm khác vào môi trường xung quanh với một tốc độ cao
(~7200m/s). Việc mở rộng nhanh chóng của các sản phẩm nổ tạo ra một làn sóng chấn
động có liên tục trong áp suất, mật độ, nhiệt độ và tốc độ .

18. 4
Hình 1.3. Đặc điểm tải nổ
1.3. Sóng xung kích
1.3.1. Định nghĩa
Sóng xung kích là một mặt gián đoạn lan truyền trong các môi trường vật chất
(thường gặp trong môi trường chất lưu như môi trường chất khí, chất lỏng, plasma,...)
mà khi đi qua mặt truyền sóng các thông số khí động, nhiệt động như mật độ, áp suất,
nhiệt độ, vận tốc, entropy,... bị gián đoạn với các bước nhảy hữu hạn. Cần phân biệt
sóng xung kích với các sóng xuất hiện từ các va chạm sinh ra. Trong trường hợp sau
thì không phải bản thân các thông số khí động và nhiệt động gián đoạn trên mặt truyền
sóng mà là đạo hàm của chúng bị gián đoạn.

19. 5
Hình 1.4. Sóng xung kích từ một vụ nổ
1.3.2. Các tính chất vi mô của sóng xung kích
Từ cái nhìn vĩ mô sóng xung kích được xem xét như một mặt tưởng tượng mà
trên đó các đại lượng nhiệt động lực học của môi trường (các thông số này về nguyên
tắc là các hàm liên tục theo không gian) có các điểm kì dị có thể bỏ qua: bước nhảy
hữu hạn. Khi đi qua mặt truyền sóng xung kích giá trị của áp suất, nhiệt độ, mật độ vật
chất của môi trường, và cả vận tốc chuyển động của môi trường đối với mặt truyền
sóng xung kích đều có sự đột biến. Tất cả các đại lượng này biến đổi không độc lập
tuyến tính mà liên hệ bởi một đặc tính duy nhất của sóng xung kích - số Mach. Phư ng
trình toán học liên hệ các đại lượng nhiệt động trước và sau mặt truyền sóng xung kích
được gọi là hệ thức đẳng áp xung kích, hoặc là đẳng áp Hugoniot (Hu-gô-ni-ô)
1.3.3. Cấu trúc vi mô của sóng xung kích

20. 6
Độ dày của sóng xung kích cường độ lớn thường vào khoảng độ dài bước nhảy tự
do của phân tử khí (chính xác h n là khoảng 10 lần độ dài bước nhảy tự do, và không
thể nhỏ h n 2 lần giá trị này; kết quả này được đưa ra bởi Chapman vào những năm
đầu thập kỉ 50). Trong khí động lực học vĩ mô thì độ dài chuyển động tự do được xem
là vô cùng nhỏ (xấp xỉ bằng không), các phư ng pháp khí động học đ n thuần không
thể đem ứng dụng vào việc nghiên cứu cấu trúc của sóng xung kích với cường độ lớn.
Để phục vụ mục đích nghiên cứu lý thuyết về cấu trúc của sóng xung kích người
ta thường sử dụng lý thuyết động học. Bài toán về cấu trúc của sóng xung kích không
có lời giải giải tích, nhưng cũng có thể sử dụng các mô hình đã được đ n giản hóa.
Một trong những mô hình đó là mô hình Tamm-Mott-Smith.
Hình 1.5. Sự ảnh hưởng của sóng xung kích lên kết cấu theo thời gian
1.3.4. Vận tốc truyền sóng xung kích
Vận tốc truyền sóng xung kích trong môi trường cao h n vận tốc âm thanh trong
môi trường đó. Cường độ sóng càng lớn thì vận tốc truyền sóng càng cao. Cường độ