Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sự lan truyền của sóng nổ trong nước và tương tác của sóng nổ đối với chướng ngại công trình

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

84
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận án: Nghiên cứu khai thác cơ sở lý thuyết chung của quá trình lan truyền sóng nổ trong môi trường nước và tương tác của sóng nổ với chướng ngại có một số hình dạng khác nhau; trên cơ sở lý thuyết đưa ra, tiến hành xây dựng chương trình tính toán, khảo sát số và tìm ra qui luật của quá trình tương tác của sóng xung kích nhiễu xạ tổng hợp tác dụng lên các dạng chướng ngại công trình dưới nước.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sự lan truyền của sóng nổ trong nước và tương tác của sóng nổ đối với chướng ngại công trình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ Tô Đức Thọ NGHIÊN CỨU SỰ LAN TRUYỀN CỦA SÓNG NỔ TRONG NƯỚC VÀ TƯƠNG TÁC CỦA SÓNG NỔ ĐỐI VỚI CHƯỚNG NGẠI CÔNG TRÌNH Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 62.52.01.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI 2016 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ BỘ QUỐC PHÒNG Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS Vũ Đình Lợi 2. PGS. TS Đàm Trọng Thắng Phản biện 1: GS. TS Nguyễn Quang Phích
2 Phản biện 2: PGS. TS Phạm Đức Hùng Phản biện 3: TS Nguyễn Duy Túy Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện theo Quyết định số 624/QĐHV ngày 03 tháng 3 năm 2016 của Giám đốc Học viện Kỹ thuật Quân sự, họp tại Học viện Kỹ thuật Quân sự vào hồi: ….. giờ ……ngày …...tháng …. năm ….. Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Học viện Kỹ thuật Quân sự Thư viện Quốc gia 2
3 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Từ thực tiễn yêu cầu phát triển kinh tế biển gắn liền với bảo vệ chủ quyền biển đảo của Tổ quốc đã đặt ra việc xây dựng công trình đáp ứng được đủ các yêu cầu về chịu được các dạng tải trọng đặc biệt, trong đó có tác dụng của nổ dưới nước do bom đạn khi chiến tranh xảy ra… Để giải quyết được các vấn đề này cần phải nghiên cứu và hiểu sâu sắc về điểm còn tồn tại trong vấn đề nổ dưới nước: ảnh hưởng của các điều kiện địa chất nền đáy khác nhau đến các thông số trên mặt sóng; môi trường nước chưa được thử nghiệm ở nước mặn; ảnh hưởng của hình dạng chướng ngại, công trình dưới tác động của sóng nổ dưới nước; ảnh hưởng qui luật nhiễu xạ sóng khi sóng tới gặp chướng ngại; giải pháp bảo lệ lâu dài các công trình biển dưới tác dụng của sóng nổ dưới nước… Vì vậy đề tài luận án “Nghiên cứu sự lan truyền của sóng nổ trong nước và tương tác của sóng nổ đối với chướng ngại công trình” là vấn đề cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. Mục tiêu của luận án: Nghiên cứu khai thác cơ sở lý thuyết chung của quá trình lan truyền sóng nổ trong môi trường nước và tương tác của sóng nổ với chướng ngại có một số hình dạng khác nhau; Trên cơ sở lý thuyết đưa ra, tiến hành xây dựng chương trình tính toán, khảo sát số và tìm ra qui luật của quá trình tương tác của sóng xung kích nhiễu xạ tổng hợp tác dụng lên các dạng chướng ngại công trình dưới nước; Đề xuất giải pháp làm suy giảm sóng xung kích tác dụng vào chướng ngại công trình, nhằm nâng cao khả năng chịu tải trọng nổ dưới nước cho chướng ngại công trình. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án: Trong luận án tập trung nghiên cứu quá trình lan truyền sóng nổ dưới nước và tương tác của sóng nổ nhiễu xạ tổng hợp lên chướng ngại dưới nước với một số hình dạng khác nhau. 4. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm số trên máy tính và thử nghiệm ngoài thực địa. Về lý thuyết sử dụng các phương
4 pháp giải tích, phân tích, tổng hợp và phương pháp số. Phương pháp số sử dụng trong luận án là giải tích phân số dựa trên lý thuyết thủy động lực học nổ, kết hợp với phương pháp PTHH nhờ sử dụng phần mềm Autodyn. Về thực nghiệm sử dụng phương pháp mô hình, tương đương, thống kê. 5. Luận điểm bảo vệ: Luận điểm 1: Các bài toán tác dụng của sóng nổ lên các dạng chướng ngại tiêu biểu đều có thể giải được bằng việc sử dụng lý thuyết nhiễu xạ sóng nổ. Luận điểm 2: Trên các dạng chướng ngại, sự phân bố tải trọng, các điểm nguy hiểm chịu tải trọng lớn và vùng bề mặt khuất do sóng nổ tác dụng lên chướng ngại hoàn toàn có thể xác định được. Luận điểm 3: Trong điều kiện địa chất, môi trường nước ở một số đảo thuộc quần đảo Trường Sa, có thể xây dựng được hệ thống công thức thực nghiệm xác định tham số sóng nổ dưới nước phù hợp với các yếu tố với môi trường, địa chất…của đảo. Luận điểm 4: Khi sử dụng các vật liệu có tác dụng giảm chấn, hấp thụ sóng cho phép giảm 26,23 ÷ 34,55 % giá trị sóng xung kích tác dụng lên chướng ngại. 6. Cấu trúc của luận án: Luận án bao gồm phần mở đầu, 4 chương, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục. Trong đó có 138 trang thuyết minh, 36 bảng, 102 hình vẽ, đồ thị và 65 tài liệu tham khảo. Mở đầu: Trình bày tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án. Chương 1: Tổng quan công tác nổ dưới nước Chương 2: Cơ sở lý thuyết về nổ trong môi trường nước và tương tác của sóng nổ đối với chướng ngại. Chương 3: Nghiên cứu nhiễu xạ sóng và tải trọng do sóng xung kích trong nước tác động lên chướng ngại. Chương 4: Nổ thực nghiệm trong môi trường nước biển. Kết luận: Trình bày những đóng góp mới của luận án và kiến nghị. Chương 1: TỔNG QUAN
5 Tổng quan về công tác nổ dưới nước để thấy được sự phát triển trong thời gian qua của nổ dưới nước trên thế giới nói chung, tình hình nghiên cứu ở nước ta nói riêng và các vấn đề đang đặt ra hiện nay đối với mảng nghiên cứu này. 1.1. Phân loại các dạng nổ dưới nước Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng năng lượng nổ dưới nước đã được sử dụng rộng rãi không chỉ trong quân sự mà còn trong rất nhiều ngành kinh tế quốc dân, với các dạng nổ khác nhau. Để thuận tiện trong tính toán, nghiên cứu và sử dụng, cần tiến hành phân loại dạng lượng nổ hay dạng nổ: Theo vị trí bố trí lượng nổ; Theo mục đích ứng dụng; Theo dạng tính chất khác nhau về tác dụng cơ học xảy ra; Theo các hướng nghiên cứu về tác động cơ học khi nổ dưới nước. 1.2. Phân loại các đối tượng chướng ngại, công trình dưới nước Có các cách phân loại: Theo hình dạng; Theo chất liệu chướng ngại; Theo công dụng sử dụng chướng ngại, công trình; Theo vai trò của chướng ngại; Theo điều kiện địa chất. 1.3. Tình hình nghiên cứu về nổ dưới nước trên thế giới Các nhà khoa học tiêu biểu trên thế giới đã và đang nghiên cứu về nổ dưới nước theo 4 hướng chính: Hướng 1: nghiên cứu các quá trình vật lý, cơ học xảy ra khi nổ trong môi trường nước, như quá trình hình thành và lan truyền sóng đập thuỷ lực, quá trình dãn nở và chuyển động của buồng sản phẩm nổ kèm theo việc xác định các thông số đặc trưng cho các quá trình này. Điển hình nghiên cứu theo hướng này có các nhà khoa học Nga nổi tiếng như G.I Pokropski, Xađopski, IU. X Iakoplev, O.E Vlaxop, N.B Kutuzov, P.A Girmanop, T.M Xalamakhin và nhà khoa học Mỹ R. Cole…; Hướng 2: Nghiên cứu quá trình tương tác phá hủy trực tiếp đáy nước bằng các lượng nổ đặt ngoài, trong lỗ khoan và lượng nổ lõm với mục tiêu phá om, phá văng hay phá định hướng. Các nhà khoa học quan tâm theo hướng này có V.M Tarivov, V.V Gankin, R.A Girmanov, I.Z Drogoveik, N.G Arzimanov,…; Hướng 3 : Nghiên cứu tương tác của sóng nổ lên phương tiện hay công trình dưới nước. Hướng nghiên cứu này là cơ sở để tính toán thiết kế các lượng nổ phá huỷ các đối tượng dưới nước,
6 hay tính toán công trình, phương tiện chịu tác động của tải trọng nổ, cũng như phục vụ tính toán thiết kế an toàn nổ. Đại diện hướng này có B.V Zaimyliaev, B.N Kutuzov, V.A Belin, V.V Gankin, R.A Girmanov, I.Z Drogoveik…; Hướng 4 : Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả nổ dưới nước, các giải pháp làm suy giảm, triệt tiêu sóng xung kích trong nước. Đại diện hướng này có B.N Kutuzov, V.A Belin, V.V Gankin, R.A Girmanov, I.Z Drogoveik, B.R Parkin, F.R Ginmor, G.L Broude…; Bằng các cách tiếp cận, các công trình nghiên cứu đều đưa ra các thông số đặc trưng trên bề mặt sóng xung kích có dạng tổng quát: Áp suất trên mặt sóng xung kích: , (Pa) (1.1) Xung riêng trong sóng xung kích: , (Pa.s) (1.2) Năng lượng riêng trên bề mặt sóng xung kích: , (J/m2) (1.3) trong đó: p áp suất trên mặt sóng xung kích, (Pa); p0 áp suất ban đầu trong nước, (Pa); pm áp suất cực đại trong sóng xung kích, (Pa); τ thời gian tác dụng của sóng, (s); t thời gian, (s); f(t) hàm thời gian; ρ mật độ nước, (kg/m 3); a tốc độ âm trong nước, (m/s); i – xung riêng, (Pa.s); E năng lượng riêng, (J/m2). Theo B.N Kutuzov, các qui luật nổ trong nước có tương đồng với nổ trong môi trường đất đá và không khí là: các thông số đặc trưng cho mặt sóng xung kích đều tuân theo qui luật đồng dạng của Xeđop và M.A.Xađovski… Khi đó các công thức đều có dạng: Đối với thành phần áp suất lớn nhất trên mặt sóng: (Pa) (1.4) trong đó: Aj hằng số được xác định từ nổ thí nghiệm; p m áp suất cực đại trên bề mặt sóng xung kích; Q khối lượng lượng nổ; R bán kính từ tâm nổ đến điểm khảo sát. Dựa trên cơ sở của lý thuyết đồng dạng, R.Cole đã đưa công thức xác định các thông số đặc trưng trên mặt sóng xung kích trong nước: Áp suất cực đại trên mặt sóng: (Pa) (1.7) Xung riêng sóng xung kích: (Pa.s) (1.8)
7 Năng lượng riêng trên mặt sóng xung kích dưới nước, (J/m2): (1.9) Hằng số thời gian của sóng xung kích dưới nước: (1.10) Đánh giá ảnh hưởng của mặt nước và đáy nước G.I Pakropski, O.E Vlaxop và T.M Xalamakhin giới thiệu công thức tính áp suất lớn nhất trên mặt sóng xung kích lan truyền trong nước khi bị ảnh hưởng của mặt đáy đều có thể đưa về dạng: (Pa) (1.11) trong đó: km, kd tương ứng là hệ số ảnh hưởng của mặt nước và đáy nước. Bốn hướng trên và các công thức đề cập đến quá trình vật lý cơ học xảy ra khi nổ trong môi trường nước, các quá trình cơ học xuất hiện khi phá hủy đất đá dưới nước, tương tác của sóng xung kích với chướng ngại dưới nước và các biện pháp nâng cao hiệu quả nổ cũng như các giải pháp làm suy giảm sóng xung kích trong nước. 1.4. Tình hình nghiên cứu nổ dưới nước ở Việt Nam Một số nhà khoa học nghiên cứu nổ dưới nước trong giai đoạn vừa qua đã đóng góp lớn vào sự phát triển kinh tế, xã hội, quốc phòng an ninh của đất nước như: TS Lê Văn Trung, GS.TS Nhữ Văn Bách, GS.TSKH Nguyễn Hoa Thịnh, GS.TSKH Nguyễn Văn Hợi, GS.TS Vũ Đình Lợi, TS Nguyễn Văn Thủy, PGS.TS Đàm Trọng Thắng và một số các nhà nghiên cứu khác… Các đề tài của các tác giả này đã giải quyết khá tốt các yêu cầu đặt ra trong từng giai đoạn.Qua đó, với vấn đề nghiên cứu đề cập, xác định các nội dung cần phải giải quyết tiếp theo. 1.5. Những tồn tại và hướng giải quyết của nghiên cứu nổ dưới nước Từ việc phân tích tổng quan nghiên cứu nổ dưới nước, cho phép rút ra các vấn đề nghiên cứu còn tồn tại. Từ các tồn tại này đưa ra hướng giải quyết trong luận án và phát triển ở các nghiên cứu tiếp theo, cụ thể là: Nghiên cứu khai thác cơ sở lý thuyết về quá trình lan truyền sóng nổ trong nước, kết hợp với thử nghiệm nổ tại hiện trường để rút ra
8 qui luật và đánh giá các thông số trên mặt sóng xung kích dưới nước trong điều kiện biển với nền trầm tích san hô ở Trường Sa; Nghiên cứu khảo sát và thiết lập qui luật của sóng nhiễu xạ tổng hơp tương tác với các dạng chướng ngại khác nhau, trên cơ sở đó đánh giá dạng hình dạng chướng ngại có khả năng làm giảm tải trọng của sóng nổ tác động lên chướng ngại. Nghiên cứu quá trình tương tác của sóng xung kích dưới nước khi không xét đến nhiễu xạ lên chướng ngại. Lựa chọn vật liệu và thử nghiệm khả năng làm suy giảm cường độ sóng xung kích, phù hợp với điều kiện ứng dụng trong xây dựng công trình biển ở nước ta. 1.6. Kết luận chương 1 Qua nghiên cứu tổng quan về nổ, một số vấn đề liên quan đến hướng nghiên cứu đã trở nên rõ ràng hơn và đặt ra các nhiệm vụ cụ thể cho tác giả và các nhà nghiên cứu nổ nói chung. Các vấn đề về nổ còn tồn tại là những vấn đề phức tạp mà rất cần đến sự trợ giúp các ứng dụng khoa học kỹ thuật hiện đại. Để giải quyết vấn đề nghiên cứu như đã phân tích ở trên cần có phương pháp tiếp cận nghiên cứu một cách tối ưu, cần có sự kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết, kết hợp với tính toán bằng phần mềm máy tính và thử nghiệm trên thực tế. Nhờ lựa chọn phương pháp nghiên cứu hợp lý, kết hợp với trang thiết bị và con người cụ thể, việc giải quyết các vấn đề tồn tại nêu trên cũng là nội dung chính được trình bày trong các chương tiếp theo của luận án. Với các kết luận trên, tên đề tài, mục đích, nội dung phương pháp nghiên cứu của luận án được chọn như đã trình bày trong phần mở đầu của luận án. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NỔ TRONG MÔI TRƯƠNG ̀ NƯƠC ́ VÀ TƯƠNG TÁC CỦA SÓNG NỔ VỚI CHƯỚNG NGẠI 2.1. Cơ sở lý thuyết truyền sóng nổ trong môi trường nước 2.1.1. Quá trình hình thành phát triển bóng khí và sóng xung kích khi nổ dưới nước Nổ trong môi trường nước có những đặc tính riêng biệt. Sản phẩm nổ dãn nở và đẩy nước ra hình thành một lỗ rỗng gọi là bóng
9 khí. Quá trình giãn nỡ bóng khí chụp được như hình 2.2 và biến thiên áp suất tại một điểm cố định trong không gian khi mặt sóng xung kích đi qua được thể hiện như hình 2.3. Hình 2.2. Ảnh chụp quá trình giãn nở bóng khí trong môi trường nước Hình 2.3. Biểu đồ mô phỏng biến thiên áp suất tại một điểm cố định trong không gian khi mặt sóng xung kích đi qua 2.1.2. Qui luật về sự phát triển của bóng khí nổ trong môi trường nước Trình bày các nghiên cứu về bán kính bóng khí cực đại; quy luâṭ phát triển và chuyên đông cua bong khi; chu ky dao đông cua bong ̉ ̣ ̉ ́ ́ ̀ ̣ ̉ ́ ̃ ở san phâm; đô nôi cua bong khi và các tham s khi;́ ban kinh gian n ́ ́ ̉ ̉ ̣ ̉ ̉ ́ ́ ố đặc trưng cua bong khi ̉ ́ ́ở sat bê măt n ́ ̀ ̣ ước. 2.1.3. Qua trinh truyên song xung kích trong môi tr ́ ̀ ̀ ́ ường nươc ́ và các tham số trên mặt sóng xung kích trong nước Trình bày các nghiên cứu về áp suất, tốc độ phần tử và mật độ, tham số trên mặt sóng xung kích và sự biến thiên của áp suất theo thời gian và xung riêng của pha nén đối với các loại lượng nổ khác nhau. 2.2. Ảnh hưởng của mặt thoáng và mặt đáy đến sóng xung kích trong môi trường nước 2.2.1. Ảnh hưởng của mặt thoáng đến sóng xung kích
10 Hình 2.5. Sơ đồ xác định sự ảnh hưởng của mặt thoáng Ảnh hưởng của mặt nước đến các tham số sóng xung kích được xét đến bằng hệ số ảnh hưởng, Kmt: (2.28) Nếu Kmt > 1 thì mặt thoáng không ảnh hưởng đến các tham số của sóng xung kích. Nếu Kmt
11 Hình 2.11. Mô hình lượng nổ dưới nước tạo phễu Tính toán, khảo sát một số trường hợp nổ trên nền san hô Nổ thực nghiệm dưới nước tại đảo Sơn Ca thuộc quần đảo Trường Sa, Việt Nam: Hn=h = 1,5 m; H = 1m; khối lượng thuốc tương đương TNT gồm ba loại 0,6 kg, 0,4 kg và 0,2 kg. Nền đáy có uth = 5 m/s; ρ= 24002500 kg/m3; trong phạm vi luận án chỉ khảo sát tính toán với trường hợp 1, chỉ xem xét tác dụng của sóng tới. Điều kiện biên của vùng chỉ có xuất hiện của sóng xung kích nén tính được là: 4,0834
12 thuộc quần đảo Trường Sa. Khác với nổ trực tiếp, nổ gián tiếp có lượng nổ đặt xa đáy, nên tác dụng cơ học lên đáy sẽ ở phạm vi rộng hơn. Như vậy cần tiếp tục hoàn thiện phương pháp xác định chính xác trị số xung nổ truyền vào đáy nước và nghiên cứu thực nghiệm để rút ra các hệ số để xác định được vùng phá hủy nổ của lượng nổ đặt gián tiếp dưới nước. 2.3.2. Nghiên cứu tương tác của sóng xung kích dưới nước tác dụng lên chướng ngại tấm phẳng khi không xem xét đến yếu tố nhiễu xạ sóng Các tính toán lý thuyết và so sánh với kết quả thử nghiệm Các tính toán lý thuyết: Kết quả theo lý thuyết áp suất sóng tới và sóng phản xạ tác dụng lên bề mặt công trình được thể hiện theo bảng 2.3. Bảng 2.3. Kết quả tính áp suất sóng tới và sóng phản xạ tác dụng lên chướng ngại Kết quả thử nghiệm trên mô hình tấm Kết quả thu được giá trị sóng phản xạ lớn nhất qua các lần thí nghiệm được thể hiện trong bảng 2.4. Bảng 2.4 Giá trị lớn nhất của sóng phản xạ qua các thí nghiệm Nhận xét: Kết quả bảng 2.3 và 2.4 cho thấy, độ chênh lệch giá trị sóng phản xạ tính theo lý thuyết và giá trị đo được ở hiện trường lần lượt theo các thí nghiệm 1, 2, 3, 4 lần lượt là 40%, 94%, 146,7% ; 96,4%. Các lý thuyết cảnh báo sự phức tạp về hệ số phản xạ trên một bề mặt vì không thể tiên lượng một cách chính xác. Thí nghiệm đã khẳng định tính đúng đắn về dự báo sự phức tạp của sóng phản xạ và cũng đặt ra vấn đề nghiên cứu sự phản xạ cho các nhà khoa học trong nghiên cứu xác định hệ số phản xạ này. 2.4 Kết luận
13 Quá trình hình thành và lan truyền sóng nổ trong môi trường nước được bắt đầu từ khi phản ứng hóa học diễn ra đến khi quá trình lan truyền sóng ra ngoài môi trường kết thúc. Việc đề cập các tham số khác và làm rõ ảnh hưởng của đáy và mặt thoáng đến sóng xung kích và cùng với việc khảo sát bài toán lượng nổ gián tiếp và bài toán xác định sóng phản xạ cho ta thấy được bức tranh toàn cảnh quá trình hình thành và lan truyền sóng xung kích dưới nước. Ngoài ra, lý thuyết nổ thông thường không tính được tải trọng tác dụng lên các dạng chướng ngại đặc biệt. Hiện nay, chỉ có lý thuyết thủy động lực học nổ có xét đến hiện tượng nhiễu xạ sóng mới giải được các bài toán tác dụng nổ với các dạng chướng ngại đặc biệt trong môi trường nước. Từ lý thuyết này, chúng ta sẽ tìm được sự phân bố áp lực trên toàn bộ chướng ngại, trong đó có những vùng không chịu tác dụng trực tiếp của sóng nổ_điều này trước đây chỉ được dự đoán bằng các phân tích định tính. Chương 3 sẽ giải quyết được các vấn đề này bằng định lượng dựa trên lý thuyết nhiễu xạ sóng nổ dưới nước. Chương 3 NGHIÊN CỨU NHIỄU XẠ SÓNG VÀ TẢI TRỌNG DO SÓNG XUNG KÍCH TRONG NƯỚC TÁC ĐỘNG LÊN CHƯỚNG NGẠI 3.1. Tương tác của sóng nổ với chướng ngại trong môi trường nước Các lý thuyết thông thường như trình bày ở chương 2 sẽ gặp khó khăn hoặc không tính được sự phân bố tải trọng lên các chướng ngại có kích thước hữu hạn và hình dạng bất kỳ. Chương 3 sẽ giải quyết vấn đề này bằng lý thuyết sóng nổ có kể đến nhiếu xạ sóng. 3.1.1. Tương tác của sóng nổ với chướng ngại cứng bất động, kích thước hữu hạn và hình dạng bất kỳ Xét vật thể được giả thiết là cứng tuyệt đối, bất động, có kích thước hữu hạn và hình dạng bất kỳ. Sóng truyền tới từ một nguồn sóng 0. Bề mặt S chịu tác dụng của sóng tới, hệ trục tọa độ gắn với 0 có trục z theo phương sóng tới. Tải trọng tác dụng lên bề mặt là một hàm dạng p(x,y,z,t), trên phương truyền sóng, áp lực sóng tới và tốc độ hạt có dạng: (3.1) (3.2)
14 trong đó: pm áp lực cực đại trên bề mặt sóng tới; a0 tốc độ truyền sóng trong môi trường; mật độ môi trường. Sơ đồ khảo sát sóng nổ phẳng lan truyền trong chất lỏng và tương tác với chướng ngại hữu hạn có hình dạng bất kỳ (hình 3.2). Hàm sóng đơn vị được thể hiện như hình 3.3. Hình 3.2. Sóng nổ dưới nước tương Hình 3.3. Tải trọng đơn vị tác với chướng ngại Tải trọng tác dụng lên toàn bộ vật thể khi sóng bị nhiễu xạ sẽ là: (3.3) là tải trọng sóng tới; là tải trọng gây ra do sóng nhiễu xạ. Phương trình sóng tổng quát: (3.6) Các giả thiết và điều kiện biên: Chướng ngại, công trình nằm trong môi trường nước là cứng và bất động. Trên bề mặt chướng ngại, công trình, tốc độ hạt chất lỏng theo phương pháp tuyến với bề mặt chướng ngại, công trình bằng 0: (3.7) Phát xạ sóng ở vô cùng (xa chướng ngại, công trình): φ→0 khi → ∞ (3.8) Ứng với mỗi loại hình dạng chướng ngại: hình cầu, hình trụ dài vô hạn, hình ellip tròn xoay thì phương trình sóng và điều kiện biện sẽ khác nhau. 3.2. Tương tác của sóng nổ với chướng ngại phẳng hình nêm Tương tác của sóng nổ với chướng ngại phẳng hình nêm làm xuất hiện các trường hợp: Sóng nổ trượt trên một mặt của chướng ngại hình nêm; sóng nổ tương tác theo phương pháp tuyến đến một
15 góc của chướng ngại dạng nêm (tương tác pháp tuyến một mặt) và sóng nổ tương tác theo một góc bất kỳ lên các mặt của chướng ngại dạng nêm. 3.3. Tương tác của sóng nổ với chướng ngại, công trình quân sự 3.3.1. Tương tác của sóng nổ dưới nước với chướng ngại chịu tải trọng trực tiếp và trượt (hình 3.12) 3.3.2. Tương tác của sóng nổ dưới nước với góc chướng ngại chịu tải trọng trượt và khuất (hình 3.13) Hình 3.12. Nhiễu xạ của sóng nổ với Hình 3.13. Nhiễu xạ của sóng nổ với góc góc chướng ngại theo phương pháp chướng ngại theo phương pháp tuyến tuyến (trường hợp 1) (trường hợp 2) 3.4. Thiết lập chương trình và khảo sát số về tương tác sóng xung kích phẳng trong môi trường nước tác dụng lên chướng ngại, công trình có kể đến nhiễu xạ sóng Lý thuyết tương tác của sóng phẳng với chướng ngại trình bày trong chương 3 không thể tính trực tiếp tải trọng tác dụng lên công trình khi xét đến sự nhiễu xạ sóng, cần phải nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán theo phương pháp số để tính toán cũng như khảo sát quy luật phân bố của áp suất lên bề mặt chướng ngại công trình với các dạng khác nhau. 3.4.1. Chương trình tính Từ lý thuyết trình bày, lập chương trình tính áp lực sóng trong vùng nhiễu xạ và tải trọng sóng nổ lên chướng ngại phẳng và các chướng ngại có hình dạng đặc biệt (UNDEXLOAD và UNDEXLOAD1). * Chương trình UNDEXLOAD: Các số liệu đầu vào: Góc tới của sóng nổ γ (độ); góc mở của chướng ngại β (độ); quy luật sóng nổ PT(t); tọa độ các điểm nghiên
16 cứu (x , y ); tốc độ truyền sóng a0 (m/s); khoảng thời gian khảo sát t i i (s). * Chương trình UNDEXLOAD1: Các số liệu đầu vào: Loại vật thể cần tính; quy luật sóng nổ; tốc độ truyền sóng nổ a (m/s); khoảng thời gian khảo sát (s); đặc trưng 0 hình học của vật thể (bán kính hình trụ, cầu; các bán trục của hình elliprxôit tròn xoay). Các số liệu đầu ra của cả hai chương trình: Bảng trị số áp lực sóng F(t) đối với các điểm xét tại các thời điểm t; biểu đồ thay đổi F(t) tại một điểm; biểu đồ phân bố áp lực trên bề mặt chướng ngại tại các thời điểm; đồ thị các đường đẳng F trong không gian với các thời điểm. Sơ đồ khối của các chương trình theo hình 3.14 và 3.15: Hình 3.14. Sơ đồ khối thuật toán Hình 3.15. Sơ đồ khối thuật toán chương chương trình UNDEXLOAD trình UNDEXLOAD1 3.4.2. Thử nghiệm số với chướng ngại tấm phẳng Lựa chọn các thông số đầu vào: Khảo sát bài toán với sóng tới đơn vị và sóng tới có quy luật p(t)=p max(1t/) (kPa) (thu được từ thí nghiệm thực tiễn ở Trường Sa 62013). Tốc độ truyền sóng a0 = 1535 m/s (thu được từ các thí nghiệm); Khoảng thời gian khảo sát t = 0,0001 s; Số điểm thời gian khảo sát: n= 10. Bài toán 1: Tương tác của sóng nổ với bề mặt phía trước của chướng ngại công trình (bài toán tương tác thẳng góc)
17 Sơ đồ mô hình và các điểm khảo sát như hình 3.16 và bảng 3.1. Bảng 3.1. Tọa độ điểm khảo sát Hình 3.16 Mô hình và các điểm khảo sát mặt trước của tấm Thay các dữ liệu đầu vào vào chương trình UNDEXLOAD với sóng tới đơn vị và sóng xung kích có pmax= 1531 Kpa, τ= 0,0001s. Sơ đồ phân bố áp lực được thể hiện theo hình 3.17 và 3.18. Hình 3.17 Phân bố áp lực tổng hợp tại Hình 3.18 Phân bố áp lực tổng hợp tại một số thời điểm trên tấm phẳng một số điểm trên tấm phẳng Nhận xét: Ở thời điểm ban đầu khi sóng tới đập vào bề mặt phẳng do xuất hiện sóng phản xạ làm áp lực tổng hợp tăng gấp hai và sau đó càng giảm dần. Các điểm trên bề mặt tấm phẳng có quy luật phân bố lực khá giống nhau. Bài toán 2: Tương tác của sóng nổ với bề mặt phía trên của chướng ngại công trình (bài toán sóng trượt trên mặt phẳng) Mô hình bài toán và các điểm khảo sát như hình 3.19 và bảng 3.4.
18 Bảng 3.4. Tọa độ các điểm khảo sát Hình 3.19. Mô hình và các điểm khảo sát mặt trên của tấm Thay dữ liệu vào chương trình UNDEXLOAD có các kết quả. Sơ đồ phân bố áp lực được thể hiện theo hình 3.20 và 3.21. Hình 3.20. Phân bố áp lực tại các thời Hình 3.21. Phân bố áp lực tại các vị trí điểm của bề mặt phía trên chướng ngại (điểm) ở bề mặt phía trên chướng ngại Nhận xét: áp suất trên bề mặt sóng phẳng khi trượt trên bề mặt chướng ngại không thay đổi. Giá trị áp suất tác dụng lên bề mặt chướng ngại mà sóng trượt trên nó bằng giá trị áp suất sóng tới. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết nổ trong môi trường không khí. Bài toán 3: Ảnh hưởng của sóng nổ với bề mặt phía sau của chướng ngại công trình (bài toán sóng chảy bao với vùng khuất) Sơ đồ bài toán và các điểm khảo sát như hình 3.22 và bảng 3.7. Bảng 3.7. Tọa độ các điểm khảo sát Hình 3.22. Mô hình và các điểm khảo sát mặt trên của tấm
19 Thay dữ liệu vào chương trình UNDEXLOAD có các kết quả. Phân bố áp lực trên bề mặt khuất của chướng ngại theo hình 3.23. Hiện chưa có nghiên cứu nào làm rõ vấn đề ảnh hưởng của sóng nổ đối với vùng khuất. Khảo sát đến khi không còn ảnh hưởng của sóng nổ ta tìm được phân bố áp suất chảy bao tại các điểm phía sau tấm phẳng theo hình 3.24. Từ khảo sát vùng khuất, tìm được phân bố vùng chịu tải trọng sóng xung kích dưới nước của vùng khuất của tấm bê tông mô hình như hình 3.25. Hình 3.23. Phân bố áp lực các điểm trên Hình 3.24. Áp suất chảy bao phía sau bề bề mặt khuất mặt tấm Nhận xét: Phía sau tấm vùng ảnh hưởng nhiễu xạ không phụ thuộc vào chiều cao tấm mà phụ thuộc vào độ lớn và thời gian lan truyền sóng. Càng xa góc khuất, ảnh hưởng của nhiễu xạ sóng càng nhỏ. Với bài toán khảo sát, vùng còn ảnh hưởng của sóng xung kích chảy bao Hình 3.25. Phân bố vùng chịu tải
20 phía sau mặt tấm phẳng tính từ góc trọng sóng xung kích dưới nước lên mép sau của tấm dài khoảng 14,8 tấm bê tông cm và cách tấm 0,0001x1535= 0,1535 m. 3.4.3. Thử nghiệm số với chướng ngại có hình dạng đặc biệt Lựa chọn các thông số đầu vào: Khảo sát bài toán với sóng tới đơn vị và sóng tới có quy luật p(t)=p max(1t/) (kPa) (thu được từ thí nghiệm thực tiễn ở Trường Sa 62013). Tốc độ truyền sóng (thực nghiệm) a0 = 1535 m/s; pmax= 1506 Kpa; khoảng thời gian khảo sát với hình trụ, cầu và elipsoid lần lượt là t = 0,009; 0,003; 0,003 s; số điểm khảo sát tương ứng: 31, 31, 41. Bán kính trụ và cầu lần lượt là 2; 1,128 m. Bán trục lớn và bán trục nhỏ của elipsoid lần lượt là: 1,128 và 2 m. Khảo sát phân bố áp lực trên chướng ngại có dạng trụ dài vô hạn Sơ đồ bài toán như hình 3.26. Chương trình UNDEXLOAD1 cho kết quả khảo sát với chướng ngại có dạng hình trụ dài vô hạn: Hình 3.26. Sơ đồ bài toán và các điểm xét (theo thời gian) Đồ thị phân bố áp suất tại các thời điểm theo các hình 3.27 và 3.28. Hình 3.27. Đồ thị phân bố áp suất đối với Hình 3.28 Đồ thị phân bố áp suấtđối với sóng đơn vị lên chướng ngại trụ dài sóng xung kích lên chướng ngại trụ dài