6. Cấu trúc của Luận án
2.2. Cơ sở lý thuyết phân tích cho hệ một bể
2.2.1. Tương tác giữa sóng chất lỏng và thành bể chứa
Hoạt động cơ bản của giảm chấn chất lỏng TLD được hình thành trên cơ sở hoạt động của chất lỏng bên trong bể chứa. Khi hệ giảm chấn chất lỏng TLD chuyển động (thường là do tác động của hệ kết cấu chuyển động kéo theo), chất lỏng trong bể chứa chuyển động dạng chuyển động sóng. Các sóng nước hình thành có dạng có thể là một sóng tuyến tính, sóng dài, sóng nơng hay đơi khi là hình thành cả sóng vỡ. Ảnh hưởng của mỗi loại chuyển động sóng khác nhau sẽ tạo ra hiệu quả điều khiển dao động cho kết cấu của TLD khác nhau. Hiệu quả này được đánh giá thông qua các lực xuất hiện trong hệ TLD khi nước chuyển động văng té hợp lại theo nguyên lý cộng tác dụng. Các lực hình thành nên do chuyển động sóng nước trong các bể chứa gây ra các áp lực vào biên tường thành bể và tạo ra các hiệu quả khác nhau trong việc giảm dao động đối với các kết cấu cơng trình nói chung và nhà cao tầng nói riêng.
Đặc trưng của hệ giảm chấn chất lỏng TLD bao gồm các đặc tính phi tuyến của độ cứng và tính cản bên trong giảm chấn. Chúng bị ảnh hưởng bởi các đặc trưng như vật liệu của bản thân giảm chấn chất lỏng, kích thước của bể chứa chất lỏng, tỷ số chiều sâu chất lỏng so với kích thước bể chứa và tính nhớt của chất lỏng. Như vậy, nghiên cứu về sự làm việc của bể chứa chất lỏng giống một bài toán phi tuyến do chuyển động của chất lỏng bên trong bể chứa mà thực chất là chuyển động của sóng. Việc giải bài tốn động học phi tuyến sẽ trở nên phức tạp hơn nhiều so với việc giải bài tốn động học tuyến tính. Tuy nhiên nhiều nghiên cứu đã chứng tỏ có thể sử dụng phương pháp động học tuyến tính tương đương để thay cho phương pháp động học phi tuyến bằng việc sử dụng các tham số kết cấu trong hệ động học tuyến tính như c, k là các tham số phi tuyến. [87], [88]
Cơ sở lý thuyết chính xác cho vấn đề dao động của chất lỏng dịch chuyển trong một bể chứa là vơ cùng khó khăn và phức tạp. Do đó cơ sở lý thuyết có thể chia làm hai phần chính:
- Lý thuyết phân tích dao động chất lỏng với biên độ nhỏ theo H. Norman Abramson 1966
- Lý thuyết phân tích gần đúng dao động chất lỏng với biên độ lớn
Nghiên cứu này sẽ giới hạn trong phần lý thuyết phân tích dao động chất lỏng với biên độ nhỏ, phân tích tuyến tính theo H.Norman Abramson 1966. Theo lý thuyết phân tích này, các giả thiết đơn giản hóa trong tính tốn được sử dụng khi tính tốn giải tích như sau: [89], [90]
Bể chứa được coi là tuyệt đối cứng, do vấn đề xét sự tương tác giữa chất lỏng với bể đàn hồi là 1 vấn đề cực kỳ phức tạp.
Trường dịng chảy khơng điều hòa, giả thiết này phù hợp với độ nhớt chất lỏng c = 0. Bởi chuyển động của một chất lỏng luôn luôn không tuần hồn, khơng điều hịa khi bắt đầu dao động. Giả thiết này, cùng với điều kiện biên được tuyến tính hóa, đưa ra một lý thuyết có thể sử dụng để phân tích một số thơng số của bể chứa, mà vẫn đảm bảo tính thực tế.
Chất lỏng trong bể là nước sinh hoạt cung cấp cho cơng trình (chất lỏng khơng độc hại); độ cản nhớt của nước có thể bỏ qua; Giả thiết này rất chính xác, ngoại trừ khu vực giáp thành bể.
Chất lỏng là đồng nhất và không thể nén.
Các chuyển vị, độ dốc, vận tốc tại bề mặt tự do của chất lỏng là nhỏ, giúp tuyến tính hóa các điều kiện biên ở bề mặt tự do.
Mặt thống tự do khơng có nguồn, khơng có bồn nước. Giả thiết này địi hỏi thể tích chất lỏng trong bể khơng thay đổi, nên nó sẽ khơng được áp dụng với những bể chứa thoát nước nhanh.