Chương 3 NGHIÊN CỨU NHIỄU XẠ SÓNG VÀ TẢI TRỌNG DO SÓNG XUNG KÍCH TRONG NƯỚC TÁC ĐỘNG LÊN CHƯỚNG NGẠI 55 3.1. Tương tác của sóng nổ với chướng ngại trong môi trường nước
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
3.4.3. Thử nghiệm số với chướng ngại có hình dạng đặc biệt
Khảo sát bài toán với sóng tới đơn vị và sóng tới có quy luật ( )
( ) (kPa) (thu được từ thí nghiệm thực hiện trong môi trường nước biển ở Trường Sa [8]).
Dữ liệu đầu vào cho chương trình UNDEXLOAD-1:
+ Tốc độ truyền sóng trong môi trường thí nghiệm a0 = 1535 m/s (thu đƣợc từ các thí nghiệm [8]).
+ Sóng tới dạng tam giác có pmax= 1506 Kpa, τ = 0,0001s.
- Bài toán chướng ngại hình trụ:
+ Khoảng thời gian khảo sát t = 0,009 s.
+ Số điểm thời gian khảo sát: n= 31.
+ Bán kính chướng ngại trụ là 2m.
- Bài toán chướng ngại hình cầu:
+ Khoảng thời gian khảo sát t = 0,003 s.
+ Số điểm thời gian khảo sát: n= 31.
+ Bán kính cầu là 1,128 m.
- Bài toán chướng ngại hình ellip tròn xoay:
+ Khoảng thời gian khảo sát t = 0,003 s.
+ Số điểm thời gian khảo sát: n= 41.
+ Bán trục nhỏ elip tròn xoay là 1,128 m.
+ Bán trục lớn elip tròn xoay là 2 m.
3.4.3.2. Khảo sát phân bố áp lực trên chướng ngại có dạng hình trụ dài vô hạn
Sơ đồ bài toán nhƣ hình 3.26.
Hình 3.26. Sơ đồ bài toán và các điểm xét (theo thời gian) Bảng 3.11 và 3.12 ứng với khảo sát sóng tới đơn vị và sóng tới p(t).
Bảng 3.11. Kết quả khảo sát đối với sóng tới đơn vị
Bảng 3.12. Kết quả khảo sát đối với sóng xung kích xét
t (s) Pst
(KPa)
Pnx
(KPa) P
(KPa) t (s) Pst
(KPa) Pnx
(KPa) P (KPa)
0 0 0 0 0 0 0 0
0,0003 2,553 2,175 4,729 0,0003 3845,39 3276,02 7121,41 0,0006 3,368 2,409 5,777 0,0006 5072,12 3628,65 8700,78 0,0009 3,804 2,252 6,056 0,0009 5728,71 3391,28 9119,99 0,0012 3,988 1,932 5,919 0,0012 6005,17 2909,12 8914,29 0,0015 3,954 1,575 5,529 0,0015 5954,70 2372,30 8326,99 0,0018 3,697 1,283 4,980 0,0018 5568,40 1932,05 7500,45 0,0021 3,164 1,171 4,335 0,0021 4765,29 1762,91 6528,21 0,0024 2,158 1,478 3,636 0,0024 3249,81 2225,60 5475,41 0,0027 0 2,950 2,950 0,0027 0 4443,17 4443,17
0,003 0 2,473 2,473 0,0030 0 3724,74 3724,74
0,0033 0 2,076 2,076 0,0033 0 3125,87 3125,87 0,0036 0 1,706 1,706 0,0036 0 2569,45 2569,45 0,0039 0 1,344 1,344 0,0039 0 2023,97 2023,97 0,0042 0 0,983 0,983 0,0042 0 1479,92 1479,92
0,0045 0 0,628 0,628 0,0045 0 945,72 945,72
0,0048 0 0,300 0,300 0,0048 0 451,29 451,29
0,0051 0 0,046 0,046 0,0051 0 69,19 69,19
0,0054 0 0 0 0,0054 0 0 0
… … … … … … … …
0,009 0 0 0 0,009 0 0 0
Đồ thị phân bố áp suất tại các thời điểm khảo sát đối với sóng tới đơn vị và sóng tới đƣợc thể hiện theo các hình 3.27 và 3.28.
Hình 3.27. Đồ thị phân bố áp suất đối với sóng đơn vị lên chướng ngại trụ dài
Hình 3.28 Đồ thị phân bố áp suất đối với sóng tới lên chướng ngại trụ dài Nhận xét: Từ các bảng 3.14 và 3.15, các hình 3.27 và 3.28, ta thấy rằng biểu đồ áp suất tổng hợp bằng tổng của áp suất sóng nhiễu xạ và sóng tới. Khi sóng tới vừa qua khỏi chướng ngại trụ thì áp suất dư sẽ bằng không. Lúc này, áp suất lên chướng ngại chỉ là ảnh hưởng của sóng nhiễu xạ, có nghĩa là áp suất tổng chính bằng áp suất nhiễu xạ. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết của Zamyshlyayev [44, 52].
0 1 2 3 4 5 6
0.0000 0.0010 0.0020 0.0030 0.0040 0.0050 0.0060 0.0070 0.0080 0.0090
Ap suat (KPa)
Thoi gian (s) Ap suat song toi don vi Ap suat song nhieu xa don vi Ap suat song tong hop don vi
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
0.0000 0.0010 0.0020 0.0030 0.0040 0.0050 0.0060 0.0070
Ap suat (Kpa)
Thoi gian (s) Ap suat song toi
Ap suat song nhieu xa Ap suat tong hop
3.4.3.3. Khảo sát phân bố áp lực trên chướng ngại có dạng hình cầu
Sơ đồ bài toán nhƣ hình 3.29. Các bảng 3.13 và 3.14 ứng với khảo sát sóng tới đơn vị và sóng tới p(t).
Hình 3.29. Sơ đồ bài toán và các điểm xét (theo thời gian) Bảng 3.13 Kết quả khảo sát đối với
sóng tới đơn vị
Bảng 3.14 Kết quả khảo sát đối với sóng xung kích xét
t (s) Pst (KPa) Pnx (KPa) P (KPa) t (s) Pst (KPa) Pnx (KPa) P (KPa)
0 0 0 0 0 0 0 0
0,0001 1,014 0,879 1,893 0,0001 1526,929 1323,855 2850,784 0,0002 1,880 1,391 3,271 0,0002 2830,901 2095,383 4926,284 0,0003 2,598 1,609 4,207 0,0003 3911,916 2423,560 6335,476 0,0004 3,167 1,600 4,767 0,0004 4769,974 2409,102 7179,076 0,0005 3,589 1,424 5,013 0,0005 5405,075 2144,471 7549,545 0,0006 3,863 1,138 5,001 0,0006 5817,218 1713,868 7531,086 0,0007 3,988 0,792 4,781 0,0007 6006,405 1193,238 7199,643 0,0008 3,9659 -0,458 3,508 0,0008 5972,635 -689,380 5283,255 0,0009 3,7954 -0,212 3,583 0,0009 5715,907 -319,454 5396,453 0,0010 3,4769 0,003 3,480 0,0010 5236,223 4,041 5240,264 0,0011 3,0103 0,244 3,254 0,0011 4533,581 366,936 4900,517 0,0012 2,3957 0,557 2,953 0,0012 3607,983 838,545 4446,528 0,0013 1,6331 0,977 2,610 0,0013 2459,427 1471,669 3931,096 0,0014 0,7224 1,529 2,251 0,0014 1087,914 2302,591 3390,505 0,0015 0 1,889 1,889 0,0015 0 2844,535 2844,535 0,0016 0 1,527 1,527 0,0016 0 2299,387 2299,387 0,0017 0 1,170 1,170 0,0017 0 1761,938 1761,938 0,0018 0 0,828 0,828 0,0018 0 1247,073 1247,073
0,0019 0 0,517 0,517 0,0019 0 777,938 777,938
0,0020 0 0,256 0,256 0,0020 0 385,936 385,936
0,0021 0 0,074 0,074 0,0021 0 110,728 110,728
0,0022 0 0 0 0,0022 0 0,231 0,231
0,0023 0 0 0 0,0023 0 0 0
… … … … … … … …
0,0030 0 0 0 0,0030 0 0 0
Đồ thị phân bố áp suất tại các thời điểm khảo sát đối với sóng tới đơn vị và sóng tới đƣợc thể hiện theo các hình 3.30 và 3.31.
Hình 3.30 Đồ thị phân bố áp suất đối với sóng đơn vị lên chướng ngại cầu
Hình 3.31 Đồ thị phân bố áp suất đối với sóng ( ) ( ) lên chướng ngại cầu
-1.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
0.0000 0.0010 0.0020 0.0030
Ap suat (KPa)
Thoi gian (s) Ap suat song toi don vi
Ap suat song nhieu xa don vi Ap suat tong hop song don vi
-1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025 0.0030
Ap suat (KPa)
Thoi gian (s) Ap suat song toi
Ap suat song nhieu xa Ap suat tong hop
Nhận xét: Từ các bảng 3.13 và 3.14, các hình 3.30 và 3.31, ta thấy rằng biểu đồ áp suất tổng hợp bằng tổng của áp suất sóng nhiễu xạ và sóng tới. Khi sóng tới vừa qua khỏi chướng ngại cầu thì nó sẽ bằng không. Lúc này, áp suất lên chướng ngại chỉ là ảnh hưởng của sóng nhiễu xạ, có nghĩa là áp suất tổng chính bằng áp suất nhiễu xạ. Điều này hoàn toàn đúng trong thực tiễn và các tính toán theo chương trình.
3.4.3.4. Khảo sát phân bố áp lực trên chướng ngại có dạng hình elip tròn xoay
Sơ đồ bài toán nhƣ hình 3.32. Các bảng giá trị 3.15 và 3.16 là kết quả khảo sát với sóng tới đơn vị và sóng tới p(t).
Hình 3.32. Sơ đồ bài toán và các điểm xét (theo thời gian) Bảng 3.15 Kết quả khảo sát
đối với sóng tới đơn vị
Bảng 3.16 Kết quả khảo sát đối với sóng xung kích xét
t (s) Pst
(KPa) Pnx
(KPa) P
(KPa) t (s) Pst (KPa) Pnx (KPa) P (KPa)
0 0 0 0 0 0 0 0
0,0001 0,590 -1,385 -0,795 0,0001 888,60 -2086,56 -1197,96 0,0002 1,133 -0,941 0,192 0,0002 1706,28 -1417,28 289,00 0,0003 1,629 -0,578 1,051 0,0003 2453,04 -870,70 1582,34 0,0004 2,078 -0,289 1,788 0,0004 3128,87 -435,52 2693,35 0,0005 2,479 -0,069 2,410 0,0005 3733,79 -104,14 3629,65
0,0006 2,834 0,086 2,920 0,0006 4267,78 129,18 4396,96 0,0007 3,141 0,179 3,320 0,0007 4730,85 269,17 5000,02 0,0008 3,402 0,213 3,614 0,0008 5123,00 320,12 5443,11 0,0009 3,615 0,202 3,817 0,0009 5444,23 303,64 5747,87 0,0010 3,781 0,192 3,973 0,0010 5694,53 289,25 5983,78 0,0011 3,900 0,178 4,079 0,0011 5873,91 268,43 6142,34 0,0012 3,972 0,152 4,125 0,0012 5982,38 229,40 6211,78 0,0013 3,997 0,109 4,107 0,0013 6019,92 164,80 6184,72 0,0014 3,975 0,047 4,022 0,0014 5986,53 70,53 6057,06 0,0015 3,906 -0,036 3,869 0,0015 5882,23 -54,81 5827,43 0,0016 3,790 -0,140 3,650 0,0016 5707,01 -210,13 5496,87 0,0017 3,626 -0,260 3,366 0,0017 5460,86 -392,04 5068,82 0,0018 3,416 -0,395 3,021 0,0018 5143,79 -594,64 4549,15 0,0019 3,158 -0,537 2,620 0,0019 4755,80 -809,39 3946,41 0,0020 3 -0,680 2,173 0,0020 4296,89 -1024,57 3272,32 0,0021 3 -0,813 1,688 0,0021 3767,05 -1224,61 2542,45 0,0022 2 -0,922 1,180 0,0022 3166,30 -1388,85 1777,45 0,0023 2 -0,989 0,667 0,0023 2494,62 -1489,49 1005,13 0,0024 1 -0,988 0,175 0,0024 1752,02 -1487,95 264,07 0,0025 1 -0,881 -0,258 0,0025 938,50 -1327,52 -389,02 0,0026 0 -0,609 -0,573 0,0026 54,06 -916,93 -862,88 0,0027 0 1,122 1,122 0,0027 0 1690,12 1690,12 0,0028 0 0,901 0,901 0,0028 0 1356,27 1356,27 0,0029 0 0,690 0,690 0,0029 0 1039,74 1039,74
0,0030 0 0 0 0,0030 0 747,03 747,03
0,0031 0 0,323 0,323 0,0031 0 486,24 486,24
0,0032 0 0,178 0,178 0,0032 0 267,48 267,48
0,0033 0 0,069 0,069 0,0033 0 103,68 103,68
0,0034 0 0,008 0,008 0,0034 0 11,88 11,88
0,0035 0 0 0 0,0035 0 0 0
… … … … … … … …
0,0040 0 0 0 0,0040 0 0 0
Đồ thị phân bố áp suất tại các thời điểm khảo sát đối với sóng tới đơn vị và sóng tới đƣợc thể hiện theo các hình 3.33 và 3.34.
Hình 3.33 Đồ thị phân bố áp suất đối với sóng đơn vị lên chướng ngại elip tròn xoay
Hình 3.34 Đồ thị phân bố áp suất đối với sóng quy luật tam giác lên chướng ngại elip tròn xoay
Nhận xét: Từ các bảng 3.15 và 3.16, các hình 3.33 và 3.34, ta thấy rằng biểu đồ áp suất tổng hợp bằng tổng của áp suất sóng nhiễu xạ và sóng tới. Khi sóng tới vừa qua khỏi chướng ngại elip tròn xoay thì nó sẽ bằng không. Lúc này, áp suất lên chướng ngại chỉ là ảnh hưởng của sóng nhiễu xạ, có nghĩa là áp suất tổng chính bằng áp suất nhiễu xạ. Điều này hoàn toàn đúng trong thực tiễn và các tính toán theo chương trình.
-1.5 -0.5 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5
0.0000 0.0010 0.0020 0.0030 0.0040
Ap suat (KPa)
Thoi gian (s) Ap suat songtoi donvi
Ap suat song nhieu xa don vi Apsuat tonghop songdonvi
-2100 -1100 -100 900 1900 2900 3900 4900 5900
0.0000 0.0010 0.0020 0.0030 0.0040
Ap suat (KPa)
Thoi gian (s) Apsuat songtoi
Apsuat song nhieu xa Apsuat tonghop