[r]
(1)NGHIÊN C U TỨ ƯƠNG TÁC C A SÓNG N DỦ Ổ ƯỚI NƯỚC V IỚ
CHƯỚNG NG I CƠNG TRÌNH CĨ D NG TR DÀI VƠ H NẠ Ạ Ụ Ạ
ThS Tơ Đ c Th ,ứ ọGS. TS Vũ Đình L iợ
Email: ductho352032@gmail.com H c vi n K thu t Quân sọ ệ ỹ ậ ự
Tương tác c a sóng n dủ ổ ướ ưới n c v i các chớ ướng ng i, cơng trình ln là v n đ cạ ấ ề ơ h c khó do nhi u ngun nhân khác nhau. Chọ ề ướng ng i, cơng trình trong th c t cóạ ự ế nhi u lo i nh ng v ch y u g m m t s d ng hình c b n: tr , nêm, c u, ph ng…ề ề ủ ế ộ ố ả ụ ầ ẳ Đ gi i quy t các bài toán d ng này c n đ a v vi c gi i các bài toán n v i m t sể ả ế ầ ề ệ ả ổ ộ ố hình d ng chạ ướng ng i c b n và d a vào các d ng này đ tính tốn cho các d ng ph cạ ả ự ể ứ t p h n. Nghiên c u này trình bày tạ ứ ương tác c a sóng n dủ ổ ướ ưới n c v i chớ ướng ng i,ạ cơng trình có d ng hình tr dài vơ h n t i các đi m kh o sát khác nhau, làm c s choạ ụ ạ ể ả vi c nghiên c u t i tr ng n lên các chệ ứ ả ọ ổ ướng ng i, cơng trình khác, đ c bi t là các cơngạ ặ ệ trình phịng th bi n đ o hi n nay.ủ ể ả ệ
T khóa: chừ ướng ng i, n dạ ổ ướ ưới n c, tương tác, hình tr , nhi u x , sóng t i…ụ ễ
1 Đ t v n đặ ấ ề
T i tr ng c a sóng n đả ọ ủ ổ ược coi là m t d ng t i tr ng đ c bi t. Nghiên c u tộ ả ọ ặ ệ ứ ương tác c a sóng n v i chủ ổ ướng ng i cơng trình nói chung đ u khá ph c t p do nhi uạ ề ứ ề nguyên nhân khác nhau. Trên th c t , khi thi t k lự ế ế ế ượng n thì tác d ng c a nó v iổ ụ ủ đ i tố ượng tương tác r t đấ ược quan tâm. Trong lĩnh v c thi t k vũ khí các yêu c uự ế ế ầ v tính sát thề ương, phá ho i… c a v n có ý nghĩa s ng cịn cho s c m nh c a m tạ ủ ụ ổ ố ứ ủ ộ lo i vũ khí. chi u ngạ Ở ề ượ ạc l i, đ i tố ượng b phá ho i là các cơng trình ho c các mơiị ặ trường khác nhau ch u s đị ự ượ ực s tàn phá c a n đ n đâu cũng là m t trong nh ngủ ổ ế ộ ữ yêu c u mang tính s ng cịn đ i v i m t cơng trình, đ c bi t là các cơng trình qnầ ố ố ộ ặ ệ s ự
(2)ng i, cơng trình v i mơi tr ng xung quanh ln là v n đ gây c n tr cho tính tốn,ạ ườ ấ ề ả thi t k liên quan đ n n V i s phát tri n cơng c tính tốn, các ph n m m tin h c đãế ế ế ổ ự ể ụ ầ ề ọ gi i đ c m t s bài tốn mang tính phi tuy n, tính bi n d ng, phá h y l n, nâng caoả ượ ộ ố ế ế ủ đ c hi u qu tính tốn, thi t k n Vi c mơ ph ng t i tr ng n d i n c cũng đ cượ ệ ả ế ế ổ ệ ỏ ả ọ ổ ướ ướ ượ th c hi n b ng các ph n m m chuyên d ng [3].V n đ bi n đ o đang tr nên nóngự ệ ằ ầ ề ụ ấ ề ể ả b ng v i h u h t các n c có tranh ch p trên bi n. Vi c xây d ng các cơng trình phịngỏ ầ ế ướ ấ ể ệ ự ng bi n đ o ch u đ c t i tr ng n ho c thi t k các lo i vũ khí ch a thu c n nh :ự ể ả ị ượ ả ọ ổ ặ ế ế ứ ố ổ l ng n , th y lôi, ng lôi… đang là các v n đ mà các n c u tiên và đ y m nhượ ổ ủ ấ ề ướ ẩ nghiên c u. N c ta cũng có m t s nghiên c u theo đ nh h ng này [4].Do v y, nghiênứ ướ ộ ố ứ ị ướ ậ c u t ng tác sóng n d i n c v i ch ng ng i có ý nghĩa to l n trong phát tri n lĩnhứ ươ ổ ướ ướ ướ ể v c khoa h c v xây d ng cơng trình trên bi n đ o và thi t k vũ khí d i n c. ự ọ ề ự ể ả ế ế ướ ướ
2. C s lý thuy t tơ ở ế ương tác sóng n dổ ướ ưới n c v i chớ ướng ng iạ
2.1. Tương tác sóng n dổ ướ ưới n c v i chớ ướng ng i có hình d ng b t kạ ạ ấ ỳ
Kh o sát sóng n ph ng lan truy n trong ch t l ng và tả ổ ẳ ề ấ ỏ ương tác v i chớ ướng ng iạ h u h n có hình d ng b t k (hình 1).Gi s sóng ph ng lan truy n theo phữ ạ ấ ỳ ả ẳ ề ương tr c z, áp l c và t c đ h t ch t l ng trong sóng t i cho trụ ự ố ộ ấ ỏ ước dướ ại d ng, [5]:
(1) Trong đó là hàm sóng đ n v (Hình 2).ơ ị
Hình 1. Sóng n dổ ướ ướ ươi n c t ng tác v i ớ
chướng ng i có hình d ng b t kạ ấ ỳ Hình 2. T i tr ng đ n v
ả ọ ị
(3)Trong đó:
là t i tr ng sóng t i;ả ọ
là t i tr ng gây ra do sóng ph n x và nhi u x ả ọ ả ễ
Các hàm trên được xác đ nh theo các công th c sau:ị ứ
(2) S1 là m t ph n b m t chộ ầ ề ặ ướng ng i, cơng trình n m trong vùng z ≤ aạ ằ 0t
(3) là áp l c c a riêng thành ph n sóng nhi u x và ph n x ự ủ ầ ễ ả
là th t c đ , th a mãn ph ng trình sóng, [5]: φ ế ố ộ ỏ ươ
(4) Các gi thi t và đi u ki n biên:ả ế ề ệ
Chướng ng i, cơng trình n m trong mơi trạ ằ ường nướ ức c ng và b t đ ng.ấ ộ
Trên b m t chề ặ ướng ng i, cơng trình, t c đ h t ch t l ng theo phạ ố ộ ấ ỏ ương pháp tuy nế v i b m t chớ ề ặ ướng ng i, cơng trình b ng 0:ạ ằ
(5) Hay:
Phát x sóng vơ cùng (xa chạ ướng ng i, cơng trình):ạ
0 khi
φ→ → ∞ (6)
Nh v y đ xác đ nh đư ậ ể ị ược thành ph n Fầ nx(t) c a t i tr ng sóng n c nủ ả ọ ổ ầ ph i gi i phả ả ương trình (4) v i các đi u ki n biên (5) và (8). S d ng phớ ề ệ ụ ương pháp bi n đ i Laplace có th nh n đế ổ ể ậ ược k t qu trong trế ả ường h p t ng quát nh sau:ợ ổ
(4)Trong đó:
là hàm s k đ n nh hố ể ế ả ưởng c a nhi u x ủ ễ
và kh i lố ượng k t h p Mế ợ st có liên h sau:ệ
(8) Mst, F0 ph thu c vào hình d ng c a chụ ộ ủ ướng ng i, cơng trình. ạ
2.2. Tương tác c a sóng n lên chủ ổ ướng ng i d ng tr dài vô h nạ ạ ụ ạ
Các cơng th c trên tính tốn cho m t s chứ ộ ố ướng ng i, cơng trình có hình d ngạ đ c bi t. Đ i v i chặ ệ ố ướng ng i, cơng trình có d ng tr dài, chúng ta có các k t quạ ụ ế ả c th nh sau:ụ ể
Thành ph n do sóng t i:ầ
(9) Thành ph n do sóng ph n x và nhi u x :ầ ả ễ
(10)
Trong đó:
a là bán kính hìnhtr , ụ
3.Th nghi m s tính t i tr ng sóng n lên chử ệ ố ả ọ ổ ướng ng i có d ng tr dài vơạ ạ ụ
h nạ
(5)Các s li u đ u vào:ố ệ ầ
T c đ truy n sóng aố ộ ề 0= 500 m/s; Th i gian kh o sát t= 0,02 s; ờ ả
S đi m tính tốn theo th i gian t: 20.ố ể 3.2. K t quế ả
S d ng ph n m m Matlab thi t l p chử ụ ầ ề ế ậ ương trình tính nh d li u trên ta thuư ữ ệ được các k t qu là các b ng giá tr sóng t i p(t), sóng t i đ n v và đ th t i cácế ả ả ị ớ ị ị m kh o sát.ể ả
B ng 1. K t qu kh o sát đ i v i sóng t i đ n vả ế ả ả ố ớ ị
t (s) Pst
(KG/cm2)
Pnx
(KG/cm2)
P
(KG/cm2)
0,000 0,000 0,000 0,000
0,001 2,645 2,221 4,8671
0,002 3,464 2,401 5,865
0,003 3,873 2,179 6,052
0,004 4,000 1,808 5,808
0,005 3,873 1,436 5,309
0,006 3,464 1,193 4,657
0,007 2,645 1,273 3,919
0,008 0,000 3,141 3,141
0,009 0,000 2,572 2,572
0,010 0,000 2,129 2,129
0,011 0,000 1,726 1,726
0,012 0,000 1,333 1,333
0,013 0,000 0,941 0,941
0,014 0,000 0,558 0,058
0,015 0,000 0,215 0,215
0,016 0,000 0,000 0,000
0,017 0,000 0,000 0,000
(6)0,019 0,000 0,000 0,000
0,020 0,000 0,000 0,000
B ng 2. K t qu kh o sát đ i v i sóng t iả ế ả ả ố ớ
t (s) Fst
(KG/cm2) F(KG/cmnx 2) F (KG/cm2)
0,000 0,000 0,000 0, 000
0,001 26,398 22,163 48,562 0,002 34,479 23,882 58,362 0,003 38,446 21,580 60,027 0,004 39,584 17,805 57,390 0,005 38,182 14,029 52,212 0,006 33,969 11,564 45,524 0,007 25,681 12,320 38,001 0,008 0,840 30,946 30,105 0,009 0,840 25,155 24,314 0,010 0,840 20,653 19,812 0,011 0,840 16,557 15,716 0,012 0,840 12,572 11,731
0,013 0,840 8,613 7,772
0,014 0,840 4,764 3,923
0,015 0,840 1,319 0,479
0,016 0,840 0,841 1,682 0,017 0,840 0,841 1,682 0,018 0,840 0,841 1,682 0,019 0,840 0,841 1,682 0,020 0,840 0,841 1,682
(7)Hình 4. Đ th h p l c sóng n dồ ị ợ ự ổ ướ ưới n c tác d ng lên chụ ướng ng i ạ
d ng tr dài (đ i v i sóng đ nv )ạ ụ ố ị
Hình 5. Đ th h p l c sóng n dồ ị ợ ự ổ ướ ưới n c tác d ng lên chụ ướng ng iạ