LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào.

Tác giả luận án

Lê Xuân Cường
LỜI CẢM ƠN
Tác giả luận án xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành, sâu sắc đối với TS
Nguyễn Văn Thủy và GS.TS Ngô Sỹ Hiền đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, có
nhiều định hướng khoa học có giá trị giúp cho tác giả hoàn thành luận án này.
Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể Bộ môn Đạn, Khoa Vũ khí; Bộ môn
Vật liệu, Khoa Cơ khí; Phòng Sau đại học, Học viện Kỹ thuật Quân sự; Lữ
đoàn Công binh 543, Quân khu II; Trung tâm DASI, Đại học Bách khoa Hà
Nội; Phòng Giám định hoá học và Phòng Tham mưu, Viện Khoa học hình sự;
các nhà khoa học và bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, cung
cấp nhiều tài liệu, các kiến thức khoa học hiện đại và đóng góp nhiều ý kiến
quý báu cho luận án.
Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn đối với những người thân
trong gia đình đã thông cảm, động viên và chia sẻ những khó khăn trong suốt
thời gian làm luận án.

Tác giả luận án


Lê Xuân Cường
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................ii
MỤC LỤC................................................................................................................ iii

2.1.1. Sự hình thành mảnh dưới tác dụng của xung nổ............................................30
2.1.2. Các hình dạng mảnh đặc trưng khi nổ............................................................32
2.1.3. Tương tác của sản phẩm nổ với môi trường xung quanh...............................34
2.1.3.1. Sự bay tán và tác dụng của mảnh................................................................34
2.1.3.2. Tác dụng của sóng va đập trong không khí.................................................36
2.2. Mô hình toán học mô phỏng quá trình nổ của vật nổ........................................40
2.2.1. Đặt bài toán nghiên cứu.................................................................................40
2.2.2. Mô hình toán học mô tả tính chất vật liệu thân vỏ, thuốc nổ và môi trường.........41
2.2.2.1. Mô hình toán học mô tả tính chất vật liệu thân vỏ......................................41
2.2.2.2. Mô hình toán học mô tả tính chất thuốc nổ và sản phẩm nổ.......................44
2.2.2.3. Mô hình toán học mô tả tính chất không khí...............................................45
2.2.3. Hệ phương trình cơ bản mô tả quá trình hình thành và lan truyền sóng nổ, biến
dạng và phá vỡ thân vỏ vật nổ, va đập với môi trường xung quanh..............................45
2.2.4. Phương pháp giải bài toán.............................................................................50
2.3. Mô phỏng quá trình nổ và va đập của vật nổ với môi trường xung quanh bằng
phần mềm Ansys Autodyn-3D.................................................................................52
2.3.1. Phần mềm Ansys Autodyn-3D.......................................................................53
2.3.2. Bộ giải Lagrange............................................................................................54
2.3.3. Lưới Lagrange...............................................................................................54
2.3.4. Ứng dụng mô đun tính toán song song của Ansys trong mô phỏng thực
nghiệm hiện trường nổ.............................................................................................56
2.3.4.1. Phương pháp mô phỏng quá trình nổ của vật nổ bằng phần mềm Ansys
Autodyn-3D áp dụng tính toán song song................................................................59


2.3.4.2. Mô phỏng quá trình nổ của vật nổ..............................................................60
Kết luận chương 2...................................................................................................65
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH VẬT NỔ QUA DẤU VẾT NỔ..........67
3.1. Mục đích, yêu cầu, nội dung và phương pháp thực nghiệm..............................67
3.1.1. Mục đích.......................................................................................................67

4.1.4. Thu lượm dấu vết nổ trên hiện trường.........................................................100
4.2. Phân tích trong phòng thí nghiệm...................................................................101
4.2.1. Xác định dấu vết thuốc nổ bằng phương pháp hóa học................................102
4.2.2. Phân tích dấu vết thuốc nổ trên thiết bị chuyên dụng...................................103
4.2.3. Phân tích dầu khoáng bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ (GC/MS)...........105
4.2.4. Phương pháp quan sát hình thái bề mặt của mảnh vỏ của vật nổ.................107
4.3. Xác định một số thông số kết cấu vật nổ thông qua mảnh văng tại hiện trường.....110
4.3.1. Xác định vận tốc chạm của mảnh vào vật cản khi biết chiều sâu xuyên..........110
4.3.2. Xác định vận tốc bay tản ban đầu của mảnh theo vận tốc chạm tại vật cản.........112
4.3.3. Xác định hệ số nhồi và đường kính vật nổ...................................................113
4.3.4. Tính toán một số trường hợp cụ thể.............................................................115
4.4. Xây dựng quy trình khám nghiệm và xác định loại vật nổ thông qua dấu vết ở
hiện trường các vụ án có sử dụng chất nổ..............................................................118
Kết luận chương 4.................................................................................................121
KẾT LUẬN...........................................................................................................123
KHUYẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT...........................................................................124
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ....................125
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................127
PHỤ LỤC..............................................................................................................134

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

1. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU


Ký hiệu
λ
f
Cx
S

Mật độ không khí
Tốc độ mảnh
Khối lượng mảnh
Tốc độ ban đầu của mảnh
Tốc độ chạm mục tiêu
Thời gian diễn ra pha nén
Xung riêng
Giá trị tới hạn của xung riêng
Áp suất dư cực đại mặt sóng
Hằng số
Chu kỳ dao động riêng của các tòa nhà
Nhiệt lượng nổ
Tốc độ nổ của thuốc nổ
Đường kính tới hạn của thuốc nổ
Đường kính giới hạn
Mật độ của thuốc nổ
Khối lượng liều thuốc nổ
Nhiệt độ của sản phẩm nổ
Tốc độ của sản phẩm nổ
Chiều sâu xuyên của mảnh vào vật cản
Bề dày mảnh
Khoảng cách từ tâm đến vật cản
Đường kính vật nổ
Hệ số nhồi

Sxq
Diện tích xung quanh của mảnh
Mật độ của vật liệu vật cản
vc
2. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

m/s
mm
mm
kg/m3
kg
0
C
m/s
mm
mm
m
mm
%
mm2
g/cm3


DV,VC
SPN
SEM
BXL
IMS
GC/MS

Dấu vết, vật chứng
Sản phẩm nổ
Kính hiển vi điện tử quét
Bộ xử lý
Phổ ion di động
Sắc kí khí khối phổ

Hình 1.2. Vật nổ có vỏ bọc bên ngoài bằng ni lông, giấy..........................................9
Hình 1.3. Vật nổ có vỏ bọc bên ngoài bằng chai thủy tinh......................................10
Hình 1.4. Vật nổ có vỏ bọc bên ngoài bằng ống tre, chai nhựa................................10
Hình 1.5. Thuốc nổ trinitro toluen (TNT)................................................................11
Hình 1.6. Vật nổ sử dụng ngòi cơ khí......................................................................12
Hình 1.7. Vật nổ sử dụng ngòi nổ nhiệt...................................................................12
Hình 1.8. Mẫu thu trong vụ án (a) Lựu đạn cần, (b) Lựu đạn F1.............................15
Hình 1.9. Mẫu thu trong vụ án (a) bánh thuốc nổ TNT, (b) nụ xòe, dây cháy chậm 16
Hình 1.10. Mẫu thu trong vụ án (a) thuốc nổ Amônit, (b) kíp nổ điện vi sai...........17
Hình 1.11. Mẫu vật nổ tự tạo thu trong các vụ án....................................................17
Hình 1.12. Sự phụ thuộc của tốc độ nổ vào đường kính tới hạn và giới hạn............19
Hình 1.13. Sơ đồ quá trình nổ..................................................................................20
Hình 2.1. Sơ đồ phóng mảnh bởi SPN của liều thuốc nổ.........................................30
Hình 2.2. Đường biên các mảnh và bề mặt phá hủy khi vỏ bị đập vỡ......................32
Hình 2.3. Sơ đồ phá hủy thép giòn (a), thép dẻo (b)................................................33
Hình 2.4. Các mảnh của ống trụ tiêu chuẩn N0-12 (thép 60 và thép 45) có chiều dài
bằng chiều dài thân vỏ.............................................................................................34
Hình 2.5. Mô hình hình học của bài toán.................................................................42
Hình 2.6. Mô hình bài toán khi sử dụng các dạng lưới phần tử khác nhau..............51
Hình 2.7. Lưới thay thế Lagrange............................................................................55
Hình 2.8. Sơ đồ xử lý song song trong Ansys..........................................................56
Hình 2.9. Mô hình mảnh va chạm vào cốc nước được tính song song với 8 lõi.......57
Hình 2.10. Tỷ lệ sử dụng CPU khi tính toán song song...........................................58
Hình 2.11. Tỷ lệ sử dụng CPU khi tính toán tuần tự................................................58
Hình 2.12. Dạng mảnh vỏ vật nổ mô phỏng trên Ansys Autodyn-3D và mảnh vỏ thu
tại hiện trường nổ.....................................................................................................59


Hình 2.13. Mô phỏng nổ vật nổ thân vỏ thép 4340, thuốc nổ TNT..........................61
Hình 2.14. Mô phỏng nổ vật nổ thân vỏ gang, thuốc nổ Amaton.............................62

Hình 4.5. Mảnh chi tiết ngòi nổ nhiệt (a) mảnh vỏ kíp, (b) mảnh dây cháy chậm,
diêm và dây liên kết.................................................................................................95
Hình 4.6. (a) chi tiết ngòi nổ điện bằng thoại di động, (b) chi tiết ngòi nổ điện loại tự tạo....95
Hình 4.7. Vết nứt, xé rách trên mảnh vỏ vật nổ chụp trên SEM..............................96
Hình 4.8. Dấu vết biến đổi màu sắc trên mảnh vỏ lựu đạn F1 vỏ màu xanh chụp trên
thiết bị VSC8000.....................................................................................................97
Hình 4.9. Dấu vết kim loại nóng chảy trên bề mặt mảnh vỏ vật nổ tiếp giáp với chất
nổ chụp trên SEM....................................................................................................98
Hình 4.10. Dấu vết muội đen (a) trên hố nổ, (b) trên chi tiết vật nổ........................99
Hình 4.11. Vị trí đặt vật nổ (a) trên mặt đất, (b) trên cửa sổ..................................100
Hình 4.12. Phá hủy do sản phẩm nổ tương tác với môi trường xung quanh..........100
Hình 4.13. Thiết bị phân tích thuốc nổ GC-IONSCAN.........................................104
Hình 4.14. Phổ hiển thị kết quả phân tích trên thiết bị GC-IONSCAN..................104
Hình 4.15. Sắc đồ của sắc ký khí...........................................................................106
Hình 4.16. Sắc đồ khối lượng................................................................................106
Hình 4.17. Bề mặt gẫy vết chữ V đặc trưng của bề mặt phá hủy giòn...................107
Hình 4.18. (a) mô hình thể hiện sự phát triển vết nứt xuyên qua hạt tinh thể trong dạng phá
hủy xuyên hạt, (b) ảnh SEM gang cầu với bề mặt phá hủy xuyên hạt...........................108
Hình 4.19. (a) mô hình thể hiện sự phát triển vết nứt dọc theo biên giới hạt tinh thể trong
phá hủy dọc biên giới, (b) ảnh SEM của bề mặt phá hủy dọc biên giới.........................109
Hình 4.20. Quan hệ đường kính vật nổ với khối lượng mảnh và chiều sâu xuyên........117
Hình 4.21. Quan hệ hệ số nhồi với khối lượng mảnh và chiều sâu xuyên..............118
Hình 4.22. Sơ đồ quy trình khám nghiệm hiện trường và xác định loại vật nổ......119


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Giữ vững an ninh chính trị, trật tự an toàn xã hội là một trong những nhân

cứu xác định loại vật nổ thông qua dấu vết ở hiện trường các vụ án có sử
dụng chất nổ” làm đề tài luận án tiến sĩ kỹ thuật của mình.
2. Mục đích nghiên cứu của luận án
Sử dụng các công cụ khoa học của ngành cơ kỹ thuật như Vật lý nổ,
biến dạng, phá huỷ, va đập tương tác để phân tích quá trình nổ, tác dụng vụ
nổ và các dấu vết còn lại trên hiện trường vụ nổ nhằm xác định một số đặc
trưng của vật nổ.
Bổ sung và hoàn thiện lý luận KHHS, giúp nâng cao chất lượng, hiệu
quả công tác KNHT và giám định vật nổ của lực lượng KTHS.
3. Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận án
- Đối tượng nghiên cứu:
Một số loại vật nổ điển hình được tội phạm sử dụng gần đây, trong đó
có lựu đạn quân dụng và các vật nổ tự chế (dùng thuốc nổ TNT, amônit hay
hỗn hợp NH4NO3 và dầu khoáng). Các loại này thường có khối lượng và uy
lực khá nhỏ (dưới 3 kg) và được gây nổ trực tiếp.
- Phạm vi nghiên cứu:
Phân tích đặc điểm mảnh vỏ vật nổ và dấu vết để lại trên hiện trường
của vật nổ thường gặp.
- Nội dung nghiên cứu:
+ Phân tích cơ chế và xây dựng mô hình nổ có và không có vỏ bọc;
+ Mô phỏng cơ chế nổ, sinh mảnh bằng phần mềm Ansys Autodyn-3D;
+ Phân tích, đánh giá tương tác giữa sản phẩm nổ và môi trường;
+ Nghiên cứu, nhận dạng các dấu vết đặc trưng ở hiện trường nổ;
+ Xây dựng qui trình xác định vật nổ thông qua dấu vết ở hiện trường nổ.


3

4. Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng lý thuyết vật lý nổ, lý thuyết cơ học môi trường liên tục để

Giới thiệu tổng quan về vật nổ, trình bày về quá trình biến đổi nổ, tác
dụng của vật nổ để tạo ra dấu vết trên hiện trường và vai trò của công tác
điều tra. Chương 1 cũng trình bày về tình hình nghiên cứu về vật nổ hiện
nay ở trong nước và trên thế giới, đề cập đến những vấn đề còn tồn tại về
các phương pháp xác định định dấu vết nổ để từ đó đề ra nội dung nghiên
cứu của luận án.
Chương 2: Mô phỏng, phân tích quá trình nổ của vật nổ
Trình bày cơ sở lý thuyết về sự phá huỷ của vỏ bọc và tương tác của
vật nổ với môi trường xung quanh. Chương 2 cũng trình bày phương pháp
mô phỏng thực nghiệm hiện trường nổ vật nổ, trên cơ sở đặt bài toán
nghiên cứu, thiết lập hệ phương trình giải bài toán và áp dụng phương pháp
tính toán song song trong phần mềm Ansys Autodyn 3D để đẩy nhanh tiến
độ giải toán.
Chương 3: Thực nghiệm xác định vật nổ qua dấu vết nổ
Tiến hành thực nghiệm để đánh giá và kiểm chứng các lý thuyết đã
trình bày. Tiến hành nghiên cứu hệ thống dấu vết sau nổ, thu lượm và phân
tích xác định loại thuốc nổ đã sử dụng, tiến hành khảo sát hình thái bề mặt
và tổ chức tế vi của mảnh vỏ vật nổ, đánh giá sự phân bố mảnh của vụ nổ.
Kết quả thực nghiệm được so sánh với lý thuyết, mô phỏng và thực tế các
vụ nổ đã xảy ra.
Chương 4: Phương pháp xác định vật nổ từ dấu vết để lại ở hiện trường
Trên cơ sở lý thuyết đã trình bày, chương 4 nghiên cứu hệ thống hoá
dấu vết đặc trưng trên hiện trường nổ vật nổ, xây dựng và đưa ra các phương
pháp xác định dấu vết nổ, cụ thể: xác định thuốc nổ, xác định mảnh vỏ vật nổ,
xác định một số thông số kết cấu vật nổ. Trên cơ sở đó, xây dựng quy trình
KNHT và xác định vật nổ thông qua dấu vết nổ thu trên hiện trường.


5


nhiệt luyện. Loại này được ứng dụng rộng rãi hơn cả vì nó có cơ tính tốt
không qua nhiệt luyện vẫn đảm bảo độ bền thích hợp khi bắn, tính sát
thương của đạn tốt, dễ gia công. Thép C-55 dùng để chế tạo thân vỏ đạn nổ
sát thương cỡ trung bình có nhiệt luyện 7, 21.
Trong thực tế sản xuất vỏ đầu đạn nổ phá, sát thương người ta
thường sử dụng các loại thép cacbon để chế tạo vỏ đầu đạn, có thể nhiệt
luyện hoặc không qua nhiệt luyện 7, 21.
Thành phần hoá học của thép cacbon chế tạo vỏ đầu đạn bằng
phương pháp biến dạng, cơ tính trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Thép cacbon dùng để chế tạo thân vỏ đầu đạn
Thành phần hoá học %

Mác
thép

C

C-45

0,400,50

C-50

0,450,55

C-55

0,500,60

C-60


0,30

0,06

0,30

0,8

Các loại thép đúc thông dụng: Đối với vỏ đạn nổ sát thương, đạn sát
thương yêu cầu độ bền không cao cũng có thể dùng gang.
Các loại gang thường dùng là gang dẻo, gang cầu, gang pha thép.
Thành phần hoá học và cơ tính của gang dẻo trong bảng 1.2.


7

Bảng 1.2. Thành phần hoá học và cơ tính gang dẻo.
%
Mác gang

B KG/mm2

КЧ 40-3

HB

Mẫu thử
16mm



Vỏ bọc vật nổ cũng rất đa dạng về chủng loại, kích thước, vỏ bọc
kim loại hoặc các vật liệu khác nhau. Trong đó loại có vỏ bọc kim loại
rất nguy hiểm vì khi nổ tạo ra các mảnh, bay tản xung quanh tạo nên một
vùng sát thương rộng 4, 29, 32, 34, 35, 50, 51. Loại vỏ bọc
này thường thấy nhất là vỏ (thân) các loại lựu đạn, các vật dụng hay ống
kim loại (hình 1.1).

Hình 1.1. Vật nổ có vỏ bọc bên ngoài bằng kim loại


8

+ Vỏ bọc bao gói: Là những loại vỏ bọc khác nhau (nilông, giấy,
nhựa, tre, gỗ, chai lọ thuỷ tinh…) khi vật nổ nổ thì những vỏ bọc loại này
ít hoặc không có khả năng sát thương. Chúng thường dùng để bao gói
hoặc để nguỵ trang cho vật nổ:
* Vỏ bọc bằng ni lông, giấy, bìa các tông, vỏ lon bia, lon nước giải
khát hay dùng các đồ hộp
Các loại vỏ bọc dạng này được các đối tượng sử dụng phổ biến hơn
vì dễ làm, dễ ngụy trang, bố trí nhanh gọn. Thông thường, các đối tượng
hay gói thuốc nổ vào túi nilon hoặc bọc bằng giấy, cũng có thể bọc thêm
các lớp bên ngoài (hình 1.2). Các loại vật nổ này khi nổ thường sát thương
chủ yếu bằng uy lực của thuốc nổ, khả năng vỏ bọc gây sát thương hạn
chế 4.

Hình 1.2. Vật nổ có vỏ bọc bên ngoài bằng ni lông, giấy
* Vỏ bọc bằng chai lọ thủy tinh



định. Thuốc nổ phá dùng để nhồi vào trong thân vỏ các loại bom, đạn hoặc
chế tạo các liều thuốc nổ độc lập (vật nổ).

Hình 1.5. Thuốc nổ trinitro toluen (TNT)
Thuốc nổ thường được các đối tượng sử dụng để gây án đó là: thuốc nổ
TNT (hình 1.5), thuốc nổ amônít, thuốc nổ ANFO, thuốc nổ nhũ tương, thuốc
nổ tự chế (có thành phần chính amôni nitrat và dầu khoáng).
- Ngòi nổ: là bộ phận quan trọng và được bố trí gắn liền với khối thuốc
nổ, có tác dụng để kích nổ thuốc nổ. Ngòi nổ có nhiều kiểu loại nhưng phổ
biến đối tượng thường sử dụng một số kiểu ngòi nổ sau đây:


11

+ Kiểu ngòi nổ cơ khí: Hoạt động của kiểu ngòi này do lực cơ học
(hình 1.6) 4, 29, 50, 51.

Hình 1.6. Vật nổ sử dụng ngòi cơ khí
+ Kiểu ngòi nổ nhiệt: Vật nổ sử dụng ngòi nổ nhiệt thường được chế
tạo bằng cách sử dụng dây cháy chậm để dẫn lửa gây nổ kíp nổ đốt (hình 1.7).
Nhiều trường hợp, đối tượng tự chế tạo ngòi nổ 4, 29, 50, 51.

Hình 1.7. Vật nổ sử dụng ngòi nổ nhiệt
+ Kiểu ngòi nổ điện: Trong tất cả các loại vật nổ thường gặp thì kiểu
ngòi nổ điện là đa dạng nhất. Các nguồn điện được ứng dụng trong các thiết
bị gia dụng, công nghiệp đều có thể trở thành nguồn điện kích nổ vật nổ. Một
số kiểu ngòi nổ điều khiển từ xa, hẹn giờ được các đối tượng sử dụng phổ


12


cục An ninh, chỉ tính riêng các vụ nổ xảy ra từ năm 2010 đến năm 2014,
toàn quốc đã xảy ra 180 vụ làm chết 44 người, 110 người bị thương.
Trong đó: năm 2010 là 40 vụ, năm 2011 là 34 vụ, năm 2012 là 47 vụ, năm
2013 là 31 vụ và năm 2014 là 28 vụ, như vậy tính trung bình mỗi năm đối
tượng phạm tội gây ra 36 vụ nổ vật nổ.
Dưới đây là kết quả nghiên cứu, phân tích và tổng hợp số liệu thống
kê các vụ án có liên quan đến sử dụng vũ khí, vật liệu nổ từ năm 2010 đến
năm 2014 Cơ quan điều tra các địa phương, đơn vị trưng cầu Viện KHHS
tham gia KNHT và tiến hành giám định, cụ thể như bảng 1.3.
Bảng 1.3. Số liệu các loại chất nổ tội phạm sử dụng 4
Loại thuốc nổ

Thuốc nổ quân sự

Thuốc nổ công
nghiệp

Thuốc nổ Thuốc nổ
tự chế

khác

Tổn

Có
STT

Có
thành


g số
vụ

khá
c

Nitrat

Năm 2010

2

7

6

47

2

1

6

76

156

Năm 2011


12

8

81

237

Năm 2013

1

22

6

65

10

9

4

87

2 215

13

dụng được chia theo các nhóm sau đây:
- Vật nổ thuộc nhóm vũ khí quân dụng:
Nhóm vật nổ này thường gồm các loại như mìn, lựu đạn, hỏa cụ (hình
1.8) do các đối tượng thực hiện hành vi trộm cắp, chiếm đoạt, mua bán, tàng
trữ trái phép [4], [7], [32], [35].

a)

b)

Hình 1.8. Mẫu thu trong vụ án (a) Lựu đạn cần, (b) Lựu đạn F1
- Vật nổ sử dụng vật liệu nổ quân dụng: