cho mỏy tạo súng
Mỏy tạo súng cú thể tạo ra súng đều, súng ngẫu nhiờn theo một dạng phổ Jonswap, Jonwap Par, Moskowitz, Moskowitz Par và Sin ở độ sõu nước tối đa trước mỏy tạo súng
1.4m. Chiều cao súng lớn nhất cú thể tạo trong mỏng là Hmax = 0.4m và chu kỳ từ TP = 0.5s ữ5.0s.
2.5.1.3 Đầu đo súng
Đo đạc cỏc thụng số về súng, tỏc giả sử dụng 4 đõ̀u đo súng Golf 3B dài 1.2m bằng thộp khụng rỉ cú độ chớnh xỏc ±1%, 4 đõ̀u đo súng được nối với mỏy tớnh bằng card thu thập số liệu PCI 230 và thu thập số liệu bằng phõ̀n mềm Manual.exe trờn mỏy tớnh.
Hỡnh 2.9: Phõ̀n mềm thu thập và phõn
tớch số liệu
Hỡnh 2.10: Giao diện phõn tớch sốliệu súng liệu súng
Hỡnh 2.11: Kết quả đo đạc số liệu chiều cao súng qua ba lõ̀n tạo súng ngẫu nhiờn
Khả năng sao chộp súng một cỏch chớnh xỏc trong một chuỗi thời gian rất quan trọng cho nghiờn cứu thớ nghiệm. Để đảm bảo tớnh lặp lại của cỏc súng trong mỏng súng, thực hiện cỏc kiểm tra trước khi lắp đặt mụ hỡnh vào thớ nghiệm. Một đõ̀u đo súng được đặt một điểm cố định trong mỏng để đo chiều cao súng. Trong suốt quỏ trỡnh chạy thử, cỏc đõ̀u đo súng được hiệu chuẩn thường xuyờn để giảm thiểu sai số. Tiến hành 3 lõ̀n kiểm
tra giống nhau với súng đều và súng ngẫu nhiờn. Đối với trường hợp súng đều, chiều cao trung bỡnh được xỏc định Hi =0.11m và TP=1s; trong khi đú súng ngẫu nhiờn sử dụng phổ Jonswap với γ = 3.3, HS=0.11m và Tp=1.2s. Kết quả thu được qua 3 lõ̀n kiểm tra đối với súng ngẫu nhiờn như Hỡnh 2.11, phổ súng của 3 lõ̀n kiểm tra Hỡnh 2.12.
Hỡnh 2.12: Phổ súng qua 3 lõ̀n Hỡnh 2.13: Giỏ trị Hs với thời gian tạo súng
kiềm tra khỏc nhau
Đối với súng thường xuyờn, phộp đo Hi và Tp cho thấy sai số điển hỡnh dưới 1.5% và 0.1% tương ứng. Đối với súng khụng đều, sai số của cỏc thụng số từ ba lõ̀n kiểm tra lặp lại giống hệt nhau ớt hơn 1%. Cỏc thụng số được đưa vào phõ̀n mềm giống nhau và được sao chộp qua cỏc phộp thử là giống nhau. Sự sai khỏc giữa cỏc lõ̀n kiểm tra cú thể do dao động của đõ̀u đo súng trờn giỏ đo.
Bảng 2.5: Số liệu kiểm định đõ̀u đo súng 1
Để đảm bảo chiều cao súng đo được khụng phụ thuộc vào chiều dài mẫu (cú nghĩa là số lượng con súng do mỏy tạo súng phỏt ra). Để kiểm tra tớnh nhất quỏn của mỏy tạo súng,
bốn nhúm lõ̀n thử nghiệm được thực hiện với cỏc Hm0 và Tp khỏc nhau. Mỗi nhúm cú ba bài kiểm tra cú giỏ trị G và fp tương tự đõ̀u vào đưa vào phõ̀n mềm, nhưng thời gian chạy khỏc nhau, tức là 128s, 256s, 512s (mỏy tạo súng chạy trờn cơ sở 2n, trong đú n=1, 2, 3…,) để tạo hoàn chỉnh phổ súng JONSWAP). Số lượng súng tạo ra trong mỏng tăng lờn khi thời gian chạy tăng lờn được quy định cho một lõ̀n kiểm tra cụ thể. Hỡnh 2.13 hiển thị ảnh hưởng của thời gian chạy đối với Hs và Tp thay đổi 0.85s đến 1.4s. Sự thay đổi của Hs đối với thời gian vận hành là khỏ nhỏ và cú độ lệch trung bỡnh nhỏ hơn 2,3%. Túm lại súng tạo ra được hiệu chuẩn và duy trỡ mức độ lặp lại và tớnh nhất quỏn cao khi hoạt động.
2.5.1.4 Hệ thống thu thập số liệu
Bảng 2.6: Thụng số kỹ thuật PicoLog 1000 Series
Mụ đem PicoLog 1012
Đõ̀u vào tương tự 12
Độ phõn giải 10 bits
Tỷ lệ lấy mẫu tối đa: PicoScope PicoLog 1 MS/s; 1 kS/s; 1 MS/s; 100 PicoSDK (chế độ chặn) PicoSDK (phỏt kS/s
trực tuyến)
PicoScope (PicoSDK chế độ chặn) tỷ lệ 8000 mẫu lấy mẫu tối đa 100 kS/s: tỷ lệ lấy mẫu 1 triệu mẫu
thấp: PicoLog (PicoSDK chế đụ phỏt trực Lưu trữ trờn mỏy tớnh tuyến):
Thụng số Băng thụng tương tự (–3 dB) DC đến 70 kHz
Kiểu đõ̀u vào đơn cực
kỹ thuật Dải điện ỏp vào 0 đến +2.5 V
Bảo vệ quỏ ỏp ±30 V nối đất
Ghộp nối đõ̀u vào DC
Trởi khỏng đõ̀u vào 1 MΩ
Điện ỏp cấp cho cảm biển 2.5 V @ 10 mA, giới hạn dòng điện
Phõ̀n mềm PicoLog, PicoScope and
PicoSDK
Phụ kiện kốm theo Cỏp USB 2.0, hướng dẫn dử dụng nhanh
Giao diện với mỏy tớnh USB 2.0 tốc độ cao
Bộ thu số liệu sử dụng trong thử nghiệm là bộ thu số liệu PicoLog 1000 Series và PicoScopeđ 2000 Series, hóng Pico của Anh và kết nối với mỏy tớnh thu thập số liệu.
a. PicoLog 1000 Series b. PicoLog 1000 Series to PC
Hỡnh 2.14: Thiết bị thu số liệu PicoLog 1000 Series.
2.5.2 Bố trớ thớ nghiệm
Phương phỏp đo súng phản xạ bằng ba đõ̀u đo súng (Mansard và Funke, 1980) [50] ước lượng súng tới và súng phản xạ dựa trờn kỹ thuật bỡnh phương nhỏ nhất ỏp dụng để phải đo ba súng tại ba địa điểm khỏc nhau. Súng phản xạ thụng thường của súng đều, đỏnh giỏ bề mặt tự do:
= a cos (kx − t )+ ar(− kx − t + )
i
Khi:
ai: là biờn độ của súng tới; ar: là biờn độ của súng phản xạ; k: là số con súng=2 /L;
: là tõ̀n số gúc=2 /T; t: là thời gian;
: là gúc pha giữa súng tới và súng phản xạ.
ai = S 2 S 3S− 3S4 5 ai = S 1 S 4S− 3S3 5 Khi (2.23) (2.24) (2.25)
1 = 3 i 2 S e n n=1 3 i 2 n S 2 = n=1 e 3= 3 n i( +) S A e n n n=1 S4 = 3 n i( − ) A e n n n=1 S 5 = S S2 − 9 1 n = k (xn− x ) 1 (2.26) (2.27) (2.28) (2.29) (2.30) (2.31)
n trong phương trỡnh (2.31) cú liờn hệ với vị trớ đo súng (xn – x1) trong khoảng cỏch giữa lõ̀n đo súng thứ n và lõ̀n đo súng thứ nhất; σn là đo pha súng lõ̀n thứ n và súng thứ nhất; và An là biờn độ súng. Súng ngẫu nhiờn: X 12 n Lp ;khi n=1,2, …; 10 X 13nX 12 khi n=1,2, …; (2.32)
Khi X12 là khoảng cỏch giữa đõ̀u đo súng số 1 và đõ̀u đo súng số 2, X13 là khoảng cỏch giữa đõ̀u đo súng số 1 và đõ̀u đo súng số 3, L là bước súng tương ứng với chu kỡ súng trong súng điều hòa, Lp bước súng tương ứng với chu kỳ đỉnh phổ của súng ngẫu nhiờn.
Hỡnh 2.15: Bố trớ đõ̀u đo và hệ thống thu dữ liệu
Kết cấu rỗng thử nghiệm được đặt ở khoảng cỏch 31m so với mỏy tạo súng. Sử dụng 4 đõ̀u đo súng (W0 – W3) kiểu điện trở, chỳng được sử dụng để ghi lại chiều cao súng ở cỏc vị trớ khỏc nhau trong mỏng súng. Đõ̀u đo W1, W2, W3 dùng để tỏch súng phản xạ trước cụng trỡnh đờ chắn súng bằng cỏch sử dụng phương phỏp bỡnh phương nhỏ nhất được phỏt triển bởi Mansard và Funke (1980) [50]. Khoảng cỏch giữa W1, W2 và W3
cho mỗi chu kỳ súng được trỡnh bày trọng Phụ lục 2. Đõ̀u đo W3 được đặt ở phớa trước của đờ chắn súng với khoảng cỏch bằng một nửa chiều dài bước súng lớn nhất (0.5*L0) được tạo ra trong dải súng. Cỏc phương ỏn thớ nghiệm được tiến hành bởi súng khụng đều khoảng 800 con súng, tõ̀n số lấy mẫu 20Hz. Số liệu súng được thu thập theo thời gian thực và lưu trong mỏy tớnh thành cỏc chuỗi số liệu chiều cao theo thời gian của từng đõ̀u đo súng. Dựa trờn cở sở cỏc file đú, phõ̀n mềm xử lý số liệu sẽ tớnh toỏn cỏc yếu tố cõ̀n thiết như chiều cao súng cú nghĩa, chiều cao súng trung bỡnh, chiều cao súng cực đại, tương ứng với cỏc chu kỳ.
Hỡnh 2.16: Kiểm tra cao độ cốt nền, bói bằng mỏy tồn đạc
Đo lưu lượng tràn, bố trớ mỏng thu nước tràn được thiết kế thu toàn bộ nước tràn qua đỉnh cụng trỡnh và đổ vào một thùng chứa nước. Tuy nhiờn, nước chỉ được thu sau khi súng đó ổn định và đến hết thời gian thử nghiệm. Lưu lượng tràn trung bỡnh được xỏc định qua tổng lượng nước tràn qua cụng trỡnh và thời gian lấy mẫu.
Hỡnh 2.17: Tạo nền cụng trỡnh Hỡnh 2.18: Lắp đặt cấu kiện TSD
Hỡnh 2.19: Kiểm tra thang đo mực nước Hỡnh 2.20: Kiểm tra kết quả đo và phõntớch súng trờn mỏy tớnh tớch súng trờn mỏy tớnh
Để phục vụ cho việc phõn tớch đỏnh giỏ tương tỏc súng với kết cấu, 3 mỏy quay cú độ phõn giải cao đặt tại 3 vị trớ cố định, một mỏy đặt ở bờn trờn phớa trước cụng trỡnh, 2 mỏy đặt vuụng gúc với tường kớnh tại vị trớ trước cụng trỡnh và kết cấu để ghi lại toàn bộ quỏ trỡnh súng tương tỏc với kết cấu. Bờn cạnh đú, mỏi trước và bói được sơn màu phõn biệt khu vực tỏc động súng. Một số hỡnh ảnh thể hiện quỏ trỡnh thớ nghiệm được thể hiện từ Hỡnh 2.16 đến Hỡnh 2.22.
Hỡnh 2.22: NCS trao đổi với thõ̀y hướng dẫn và thõ̀y ngành cụng trỡnh biển
2.6 Cỏc phương ỏn thớ nghiệm
Cỏc phương ỏn thớ nghiệm được thiết lập dựa trờn mục tiờu nghiờn cứu của luận ỏn để đỏnh giỏ được cỏc ảnh hưởng của cỏc trường hợp thụng số súng và mực nước cùng với lỗ rỗng bề mặt ( ) tới súng tràn qua kết cấu ẳ trụ rỗng (TSD).
- Với cỏc mặt cắt được lựa chọn thớ nghiệm so sỏnh đỏnh giỏ như sau:
+Với mặt cắt mỏi nghiờng (Hỡnh 2.23a): lựa chọn 9 phương ỏn thớ nghiệm với cỏc thụng số Hs = 10; 12.5; 15 (cm); với chu kỳ T=1.3; 1.7; 2.1 (s); độ sõu nước h=30; 35; 40 (cm) trong mỏng thớ nghiệm.
+ Với mặt cắt mỏi nghiờng cú tường đỉnh (Hỡnh 2.23b): lựa chọn 10 phương ỏn thớ nghiệm với cỏc thụng số Hs = 10; 12.5; 15 (cm); với chu kỳ T=1.3; 1.7; 2.1 (s); độ sõu nước h=30; 35; 40 (cm) trong mỏng thớ nghiệm.
+Với mặt cắt cú kết cấu ẳ trụ rỗng trờn đỉnh (TSD) (Hỡnh 2.23c): lựa chon 60 phương ỏn cho 3 độ rỗng khỏc nhau =10, 15, 20 (%) với cỏc thụng số Hs = 10, 12.5, 15 (cm); với chu kỳ T=1.3; 1.7; 2.1 (s), độ sõu mực nước h=15, 20, 25, 30 (cm) trong mỏng thớ nghiệm. Trong đú, kết cấu TSD cú hỡnh dạng ẳ đường tròn và đục lỗ bề mặt hay còn gọi là độ rỗng và kớ hiệu là được xỏc định bằng tổng diện tớch lỗ rỗng bề mặt trờn diện tớch mặt cong của kết cấu TSD.
Bảng 2.7: Tổ hợp cỏc phương ỏn thớ nghiệmMặt cắt thớ Thụng số súng Độ cao lưu khụng Rc (cm) Mặt cắt thớ Thụng số súng Độ cao lưu khụng Rc (cm) Hm0 (cm) Tp (s) nghiệm 10 12.5 15 1.3 1.7 2.1 10 15 20 25 x x x x x x x x x Mặt cắt mỏi x x x x x x nghiờng x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Mặt cắt mỏi x x x nghiờng cú x x x tường đỉnh 1m x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Mặt cắt cú kết x x x cấu TSD, hệ số x x x rỗng bề mặt x x x =10%; =15%, x x x =20% x x x x x x x x x x x x x x x
Mặt cắt thớ Thụng số súng Độ cao lưu khụng Rc (cm) Hm0 (cm) Tp (s) nghiệm 10 12.5 15 1.3 1.7 2.1 10 15 20 25 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
Hỡnh 2.23: Sơ họa 3 mặt cắt thớ nghiệm
Hỡnh 2.24: Cắt ngang và chớnh diện mặt tiếp súng cú lỗ rỗng kết cấu ẳ trụ rỗng (TSD) Bảng 2.8: Tổng hợp thụng số kết cấu ẳ trụ rỗng và mặt cắt trong mụ hỡnh thớ nghiệm
TT Tham số Ký hiệu Đơn vị Giỏ trị
1 Chiều cao kết cấu hw cm 25.5
2 Bề rộng đỏy kết cấu Bw cm 25.0
3 Tỷ lệ lỗ rỗng bề mặt % 10; 15; 20
TT Tham số Ký hiệu Đơn vị Giỏ trị
4 Chiều cao mặt cắt cm 40.0
5 Độ dốc mỏi m 3
6 Chiều cao tường W cm 10.0
7 Độ dốc bói i % 0.4
2.7 Kết luận chương 2
Cơ sở khoa học về tham số chi phối súng tràn trong nghiờn cứu súng tràn qua đờ biển là tương đối rừ với 2 nhúm chớnh là hỡnh thỏi kết cấu đờ và điều kiện biờn tỏc động. Về mặt điều kiện biờn tỏc động là yếu tố tự nhiờn nờn giải phỏp giảm tỏc động với cụng trỡnh đờ biển là khú giải quyết (nếu khụng cú cụng trỡnh giảm súng xa bờ). Mặt khỏc, yếu tố hỡnh thỏi kết cấu đờ làm ảnh hưởng tới tương tỏc súng với cụng trỡnh và gõy tràn là yếu tố cõ̀n nghiờn cứu và xõy dựng tối ưu nhằm giảm thiểu súng tràn qua đờ biển. Với mục tiờu nghiờn cứu, tỏc giả đó tỡm hiểu sõu về cỏc cơ sở nghiờn cứu và phương phỏp nghiờn cứu phổ biển hiện nay đú là thớ nghiệm mụ hỡnh vật lý. Cơ sở khoa học về phương phỏp thớ nghiệm mụ hỡnh vật lý cho đờ biển cú kết cấu rỗng tại đỉnh thụng qua cỏc yếu tố sau:
-Cỏc tham số thứ nguyờn ảnh hưởng tới súng tràn qua mặt cắt đờ biển cú kết cấu ẳ trụ rỗng trờn đỉnh (TSD) (2.22) được xỏc định tương đồng với kết cấu cụng trỡnh tường biển
hỗn hợp như độ cao lưu khụng tương đối Rc , độ ngập tương đối d, độ dốc súng tương
Hm0 h
đối Hm0 . Ngoài ra với đặc điểm kết cấu TSD cú tỷ lệ lỗ rỗng bề mặt hệ số là tham
h.s
m−1,0
số quan trọng để đỏnh giỏ giữa kết cấu TSD và tường biển hỗn hợp. Cỏc tham số thứ nguyờn được xỏc định là cơ sở phõn tớch và xõy dựng cụng thức thực nghiệm tớnh toỏn lưu lượng tràn qua mặt cắt đờ biển cú kết cấu TSD.
-Cơ sở lựa chọn điều kiện biờn thớ nghiệm phù hợp và bao quỏt hết cận trờn và dưới của khu vực nghiờn cứu về độ lớn súng, chu kỳ súng, mực nước cao và cỏc cao trỡnh đỉnh, bói hiện trạng vùng nghiờn cứu.
Với cỏc phương phỏp tớnh súng tràn qua đờ biển hiện trạng được chia làm 2 hỡnh dạng mặt cắt điển hỡnh đú là tường biển và đờ biển mỏi nghiờng. Kết quả phõn tớch thứ nguyờn bước đõ̀u cho thấy sự tương đồng trong tham số chi phối súng tràn của mặt cắt nghiờn cứu với mặt cắt tường biển. Đặc tớnh trờn cũng phõ̀n nào tương đồng về mặt hỡnh thỏi và cơ chế làm việc giữa 2 mặt cắt. Đối với 2 mặt cắt đều cú kết cấu bờ tụng khối lớn về chiều cao, bề rộng và là kết cấu tương tỏc trực tiếp với súng tỏc động, khụng giống như với kết cấu tường đỉnh đờ (chiều cao thấp) và chỉ tương tỏc với súng leo khụng chịu tỏc động trực tiếp súng đến.
CHƯƠNG 3 NGHIấN CỨU CƠ SỞ ĐỀ XUẤT MẶT CẮT NGANG Đấ BIỂN Cể KẾT CẤU ẳ TRỤ RỖNG TRấN ĐỈNH VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA KẾT CẤU ĐẾN SểNG TRÀN BẰNG Mễ HèNH VẬT Lí MÁNG SểNG
3.1 Cơ sở đề xuất mặt cắt đờ biển cú kết cấu rỗng trờn đỉnh
3.1.1 Đỏnh giỏ súng tràn qua cỏc mặt cắt thớ nghiệm
Từ cỏc hỡnh ảnh thớ nghiệm Hỡnh 3.1 đến Hỡnh 3.5, cú thể nhận thấy với từng hỡnh dạng kết cấu khỏc nhau khi súng tỏc động tới cụng trỡnh sẽ cú đặc trưng tương tỏc riờng biệt, đặc trưng với đờ mặt cắt mỏi nghiờng là khi súng tỏc động gõy ra quỏ trỡnh súng leo trờn mỏi và tràn qua cụng trỡnh. Khi đú mỏi nghiờng tạo đà súng leo dễ dàng khi sinh ra dòng chảy tràn với chiều cao lớn (Hỡnh 3.1) và là nguyờn nhõn lưu lượng tràn qua mặt cắt thiờn lớn so với mặt cắt đờ cú kết cấu ẳ trụ rỗng (Hỡnh 3.3, Hỡnh 3.4, Hỡnh 3.5 ). Với mặt cắt mỏi nghiờng cú tường đỉnh sau khi súng leo trờn mỏi nghiờng đó bị cản lại bởi tường đỉnh. Súng tới tương tỏc với tường tạo thành súng đứng cao (Hỡnh 3.2), lưu lượng tràn qua đú được giảm đỏng kể. Tuy nhiờn, súng đứng lớn tạo ra súng phản xạ trước tường gõy bất lợi cho kết cấu mỏi nghiờng và tường đỉnh.
Hỡnh 3.1: Súng tràn qua mặt cắt mỏi nghiờng
Quỏ trỡnh súng tương tỏc với mặt cắt kết cấu ẳ trụ rỗng cú xu thế tràn tương tự với mỏi nghiờng, súng leo qua mặt cong và tràn qua đỉnh cụng trỡnh. Dưới tỏc dụng bởi lỗ rỗng bề mặt, lưu lượng được hấp thụ thụng qua buồng tiờu súng ẳ trụ rỗng nờn chiều cao chảy tràn và lưu lượng tràn qua cụng trỡnh đó được giảm đỏng kể. Hỡnh 3.6 thể hiện kết
quả tỷ số tràn tương đối qua mặt cắt cú kết cấu ẳ trụ rỗng nằm dưới đường lý luận tớnh toỏn súng tràn qua mặt cắt mỏi nghiờng.
Hỡnh 3.2: Súng tràn qua mặt cắt mỏi nghiờng cú tường đỉnh
Hỡnh 3.3: Súng tràn qua mặt cắt cú kết cấu ẳ trụ rỗng = 10%