Giáo trình thủy lực cơ sở

Giáo trình thủy lực cơ sở Giáo trình thủy lực cơ sở Giáo trình thủy lực cơ sở Giáo trình thủy lực cơ sở Giáo trình thủy lực cơ sở Giáo trình thủy lực cơ sở Giáo trình thủy lực cơ sở Giáo trình thủy lực cơ sở Giáo trình thủy lực cơ sở Giáo trình thủy lực cơ sở Giáo trình thủy lực cơ sở Giáo trình thủy lực cơ sở Giáo trình thủy lực cơ sở Giáo trình thủy lực cơ sở

Ngimh Cong ngh~ Ky thuit xay dllng

TRUONG CAO nANG <SONG NGH~

KINHTt! vATHUv LOI MI~N mUNG

~ "

NGUYEN XUAN VUI

II,

chuang trinh dao tl;10Cao dfulg nganh Cong ngh~ ky thu~t xay dl,l'llg him tai li~ugiimg dl;1y,hQc t~p cho sinh vien Dbng thai ding la mQt trong cac tai li~u thamkhao cho cac giimg vien, hQc sinh sinh vien, can bQ, cong nhan quan tam d€n linh

Chuang 4: Dong chay 6n dinh trong bng co apChuang 5: Dong chay qua 16 va voi

Chuang 6: Dong d~u trong kenh ba

Hc gia chan thimh cam an t~t ca nhUng ngum dli giup da cho giao trinhduqc xu~t bim, cac tac gia co cac giao trinh, tai li~u duqc tham khao va sir dl,lI1gtrong giao trinh nay

Giao trinh Il;1iduqc bien sOI;llllfuI dau nen khong trlinh khoi nhUng thi€u

giao trinh duqc hoan thi~n han

Tae gia

• I

I~,

>.

•

O 1 1 Kh'".'lUnt~m, nQI, dung va p uang p "p n h h~ ghi'en cUll 7

1.3 PHVONG TRiNH VI PHA.N CO BAN CUA CHAT LONG DUNG CAN

1.5.7 Y nghia hlnh hQCva nang IUQllgCllaphuong trinh co ban Clla thuy tinh

hQC • ••••••••••••• ••••••••••••••• ••.••••••••••••••••.•••••••.••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• ;.31

1.6 AI' Ll)'C THUY TiNH TAc Dl,lNG LEN MAT TIEP XUC CO HiNH

2-5 pHlJONG TRiNH BECNUL Y CVA DONG NGUYEN TO CHAT

.~

ilJ

1

2-6 PHUONG TRiNH BECNUL Y CUA DONG NGUYEN TO CHAT

2.7.2 Phuong trinh Becnuiy Cllatoan dong (kich thufJc hiiu hr;m) chAtlong th\lC,

2.7.3 Di~u ki~n sir d\U1gphuong trinh Becnuiy Cllatoan dong (kich thufJc hiiu

2-8 UNG Dl)NG PHUONG TRiNH BECNULI TRONG VI1~CDO LVU

ChUO'Dg4 DONG clIAYON DJNH TRONG ONG c6 Ap 99

4.1 KHAI NI~M vA PRAN LO,;\.1DONG cRA Y TRONG ONG CO AP 99

4.3.1 TnrOng hqp chAytg do qua 6ng nglln • 109

5-2 TINH ToAN THUY LVC DONGCRA YON DlNH QUA La NHO

6-4 NHUNG BAI ToAN CO BAN vE DONG cllA Y DEU TRONG KENH

6-5 TINH KENH THEO pHlfONG PHAP DOl CHIEU Val MAT cAT co

" ,

ChllO'Dg MO BAu

0.1 KHAI NIt:M CHUNG

(; chuang nay trinh bay nhiing khai nifm, n6i dung, phuang phap nghien cUu va

sa IUf/c lich slf phtit triin cua man thuY hlc Tren ca sa nhiing gia thih ca ban cua cMt

vao cMt long do ili tam ca sa nghien CUucac chuang sau.

0.1.1 Khai ni~m,nc}idung va phU'01lgphap nghien cUu

1 Khai ni~m

Thuy l\fc la m{>t mon khoa hQc nghien Clru cac qui lu~t can bfutg va

dai s6ng xa Mi

2 Npi dung nghien cUu.

Khoa hQc thUy l\fc bao gAm hQc phlin thuy h,rc d{li cmmg va nhi€u linhV\fCnghien Clru chuyen mon nhu thuy l\fc duang 6ng, thuy l\fc kenh hCt,thuy l\fccong trinh, thuy l\fc dong thilm, thuy l\fc song ngoi.v v

ap suilt va ap I\fC do chilt long tac d{>ngvao m(it ti~p xuc, S\f lin dinh cua v~t rllntrong chilt long

dong chay, dong chay trong 6ng c6ap va dong chay d~u trong kenh ha

Phuong phap nghien Clru cua mon thuy l\fc hi~n d{li la k~t hgp ch(it chi! S\f

nhUng k~t qua C\l th€ d€ giai quy~t nhUng viln d€ th\fC t8 trong ky thu~t; nhUngk~t qua nghien Clru cua mon thuy I\fC c6 th€ c6 tinh chilt If lu~ ho(ic m'ra Iy lu~m'ra thl,l'cnghi~m ho(ic hoan toan thl,l'cnghi~m

nghien Clru nhUng qui lu~t can b~ng va chuy€n d{>ng cua chilt long, nhungphuong phap chu y8u cua vi~c nghien Clru la sir d\lng cong C\l toan hQc phuc t{lp,

vi v~y mon thliy h,rc con thuang dugc gQi la mon co hQc chdt long (mg d\lIlg ho\ic

co hQc chdt long kY thu~t

quan d~ns\I can bdng va chuy~n d(\ng cua chdt long, d\ic bi~t la nuO'c Nhiing

nganh thuy 19i, giao thong, xay d\lUg dan d\lIlg va cong nghi~p, duang thliy, cdp

thmit nuO'c cAn nhi~u ap d\lUg nhdt v~ khoa hQc thuy l\Ic, d~ giili quy~t cac hili

toan v~ cong trinh d~p, de, kenh, c6ng, nha may thuy di~n, tu6c bin, cac cong

trinh duang thuy, chinh tli dong song, cac h~ th6ng ddn, thao nuO'c, c6ng qua

duang, h~ th6ng cdp nuO'c v.v

0.1.2 Bon vi do hrimg dung trong thoy l.••.•.c

dan vi do luang hgp phap cua nuO'c C(\ng hoa Xli hQi Chu nghIa Vi~ Nam

Trong thuy l\Ic thuang dung m(\t s6 dan vi dum day:

Bang (0 -I) Dan vi do IUOngthuOng dimg trong thuy l\Ic

dung

0.2 sa LUQC LJCH SU PIlAT TRIEN CllA KHOA HQC THiN qrc.

Ngay tir thOiky c6 d~i, 1001inguOi da bi~t lQ'idl,lIlgcac ki~n thuc v~ thuyh,rc(m~c dil chua co co so khoa hQc,chi mo mfun ti~p c~ d~n ml,lCdfch) de phl,lC

V1,1 cho dOi s6ng Cllaminh vi hQ s6ng va san xuAt lien quan m{itthi~t vo; nuocnhu dao kenh, dong thuy~n, dilng xe nuoc moi ruQng.v.v

Khi nhll toan hQcAcsimet (287 -212 wac cong nguyen) voi djnh lu~t n6iti~ng v~ l\fc dAylen cua chAtlong trong lu~ van v~ thuy tinh hQc va v~ v{itn6ithi ong duQ'ccoi la nhll khoa hQcd~u tien v~ thuy l\fc hQc

Cho mai d~n t~ thai kYPhl,lchung 0cMu Au (th~ kYXV) moi xuAthi~nI~inghien CUuv~ thuy I\fChQccua Leonado da Vanhsi (1452 -1519) voi lu{invan

"Ban v~ chuyen dQngcua nuoc va do luang nuoc" va nhi~u nghien CUukhat v~thuy l\fc trong 7 nghin trang ban thao duQ'Cluu gift 0 nhi~u thuvi~n nhu:London, Pari, Milan, Tua rin v.v

Til th~ ky XVI tro di, cac cong trinh nghien cUu v~ thuy l\fc cua cac nhatoan hQc, v{itIy nglly cang nhi~u nhu: "Nguyen Iy v~ thuy tinh hQc"(1586) cuaXimon Xteviniut (HIl lan, 1548 -1620); "Ban v~ cac v{itng{iptrong nuoc va cacv{itchuyen dQngtrong nuoc" 91612) cua nhll v{itIy,ca hQc, thien van hQcGalile

"Truy~n Ap suAt" cua Pascan (1623 - 1662); "L\fc nQi rna sat trong chAt long"

Co so khoa hQc vfrng ch~c cho thuy l\fc hQc duQ'c xac dinh tir th~ kYXVIII tro di voi cong trinh xuAts~c "Thuy dQng l\fc hQc"(1738) trong do chUng

minh phuang trinh nang luqng (nay thuang g(Ji la Phuung trinh Becnuli) cua

Danien Becnuli (1700 - 1782) va "Cac nguyen Iy chung v~ chuyen dQngcua chAt

long, phuang trinh vi phan chuyen dQng cua chAt long khong nhOt (nay thuang

g(Ji la Phuung trinh a Ie) clla Leona die (1707 -1783); cilng nhi~u cong trinhcua cac nha khoa hQc khac nhu Dalambe (1717 - 1783), Lagaranggio (1736 -

Ciing trong th~ ky XVIII va ti~p d~n th~ ky XIX, nhi~u cong trinh nghiencUu n6i ti~ng v~ van d~ thuy I\fCde dap Ung S\f phat trien cua san xuAt cua cacnha khoa hQc da duQ'ccong b6, nen khoa hQc thuy l\fc d~t duQ'cnhi~u ti~n bQ0

mQts6 m~t cM y~u:

Cac sang ch€ ve d\1Ilg C\l do luang nhu 6ng do ap, 6ng Pito do v(in t6c

dongchay cua Pito (1695 -1771), hru t6c k€ Von man cua Vonrnan (1757 -1837),

hru luqng k€ Venturi cua Venturi (1746 -1822)

sir d\lng mo hinh de nghien Clm nhfrng hi~n tlIqng thuy h,rc de thi€t k€

nhfrng cong trinh va xay d\Ing nhfrng cong thfrc tinh toan Iy thuy€t k€t hen> vm

nhfrng h~ s6 dieu chinh, xac dinh hai nhfrng k€t qua thi nghi~m cUa cac nha khoa

boa ( 1734 -1809), Lomanox6p (1711 - 1765), Vaybllc (1806 - 1871), Raynon

(1842 1912), Gromeko (1851 1889), Petrop (1836 1920), Iu kopx ki (1847

-1921), Buxinet (1842 -1929), Pranto (1875 -1953), Cacman (1881 -1963), Vebe

trien rAt nhanh va dfrng hang dAu tren th€ gim Nhieu nha khoa hQc XO vi€t dii

d6ng g6p nhieu cong trinh cho khoa hQc thuy h,rc the gi6'i nhu: Vi~n SI

Rakhornan6p, D I Cumin, V I Aravin, S N Numer6p, R R Sugaep v.v )

My, Trung Qu6c, An DQ, Thai Lan

ong cha ta dli bi€t 19i d\1Ilg cac ki€n thfrc ve thUy l\lc, sir d\1Ilg nuoc de san xuat

(thiYiky db sAt.phat d(lt) cong trinh thuy Iqi vdn ti€p wc phat trien, h~ th6ng de

Co Xa (1168), de Quai V(lC (1248) dai TrAn Thai Ton dAp ill dAu hgubn d€n ba

bien va ciing ill d6 cho d€n ngay nay vi~c xay d\Ing, tu b6, bao v~ h~ th6ng de

Thbi ky Phap thuQc, trong nhfrng nam do hQ Th\lC dan PMp dli xay d\Ing

Hu6ng, Li~n son, Song Chu, D6ng Cam

.'

>"

Sau khi cUQckhang chi€n ch6ng th\l'c dan Phap thfutg l(}i, mi~n B~c dugcgiai phong hoan toan, clIng tac thliy Igi dugc coi la bi~n phap hang dAu bilo dam

nam 1975 cac h~ th6ng thuy nong clia ca nuac dii tum dugc 2.036.000 ha gieotr6ng (tang 4 IAn so vai nam 1955) va tieu cho 720.000 ha, mai dam bao tum chokhoang 58% di~n tich cAn tum va tieu cho 36% di~n tich cAn tieu Nhi~u cong trinh thUy di~n dugc xay d\l'llg nhu Thac Ba, Ban Th~c, cAm san, Na hang.v.v.Cong tac xay d\l'llg cling c6 bilo v~ de di~u cling dugc coi trQng Chung ta dii daot~o, xay d\l'llg m(>t dl)i ngii can b(> khoa hQc kY thu~t thliy l(}i co kha nang thi~tk~; quan Iy va thi cong nhUng cong trinh tuang d6i Ian va mQt h~ th6ng cac

twang D~i hQc, Trung cAp, cong nhiin cac Vi~n nghien Clm, thi~t ke ph\lc V\IyeucAu clia S\l'nghi~p thUy IgL

Long co xay d\l'llg them ml)t s6 tuy~n kenh ph\lc V\I san xuAt nong nghi~p va dan"sinh nhu: Kenh Cai S~n, Kenh Mai An Giang, Kenh Tra Su, Kenh Tham Thu,Kenh D6ng Ti~n va dung may bam nh6 trong cac hi) nong dan

Sau ngay Mi~n Nam hoan tom giai phong, dAt nuac th6ng nhAt Dang vaNha vfu1xac dinh: "Thuy Igi la bi~n phap hang dAu trong phat tri~n nong nghi~p"S\l'nghi~p Thuy Igi dugc cling c6 va phat tri~n d~u trong ca nuac

H~ th6ng Thuy l(}i clia chUng ta vai nang l\I'c thi~t k~ tum gAn 3 tri~u ha,

va lan, 10.000 h6 chua nuac nho, 75 h~ th6ng thuy nong vira va lan, han 2000

tieu Ian va hang ch\lc v~ cay s6 kenh muang H~ th6ng de di~u dii hinh thilnh7.700 km, trong do de song 5.700 km, de bi~n 2.000 km va gAn 3.000 km de

Muai cong trinh thuy di~n thul)c lo~i Ian va vira vai t6ng cong suAt tren

4.000 MW dua vao khai thac di~n hinh nhu Thuy di~n Hoa Binh 1.920 MW,Thuy di~n YaLy 720 MW, Thuy Di~n Tri An 400 MW Dang xay d\l'llg nhi~ucong trinh thuy di~n thul)c lo~i Ian va vira nhu thliy di~n San La 2.400 MW, thUydi~n Lai Chau 1.200 MW.v.v

HQc phk Thuy h,rc la hQc phk C(Jsa ky thu~t bAt bUQctrorg cac nganh

thuy h,rc vm thi~t bi kha tien ti~n dli duQ'c hinh thanh, dli nghien cUu gilli quy~t

tinh toan Iii, trieu, nhfrng vAn de ve thuy h,rc cong trinh, ve chuyen dQng cua bim

cat, ve dong thfun, ve cac may thuy b,rcv.v

Trong thm d{l.iC(Jgim hoa, t\I dQng hoa, thm dl;}ichinh phl,lc vii trl,l hi~n

dl,lllg sang tl;lothanh l\fu cua th~ giai vao dieu ki~n th\IC t~ Vi~t Nam de du khll

nang gilli quy~t nhfrng vAn de thuy l\Ic mm, phuc tlilP,chinh tri song, 19i dl,lng co

hi~u qull ngu6n nuac nuac nhfun phl,lc Vl,lcac nganh nong nghi~p, cong nghi~p,

"cong nghi~p hoa, hi~n dlilihoa " cua dat nuac

.

~-.

tfr chat long duQ'c coi la vo cimg nho (tuy nhien kich thuac cua no con vugt xa

kich thuac cua phan ill) Clic phAn ill chat long duQ'c gill thi~t la d6ng chat, dimg

hu6'Ilg va lien tl,lc va khong xet d~n cau truc phan ill, chuyen dQng phan ill nQi

bQ Chat long trong nghien cUu mon thUy l\Ic duQ'c xay dl,lllg tren nhfrng gill thi~t

C(Jban sau day:

dlililugng C(JIf d~c trung cho no la ham lien tl,lC

(tinh chay, khong co hinh dlilllgrieng rna phl,l thuQCvao hinh dlilllgv~t chUa), tinh

ch6ng l\Ic keo va l\Ic cAtrat kern (hAu nhu khong ch6ng duQ'C)

long rat sat nhau, nen khong giam bOt d~ dang the tich chUng dli chi~m Cac phk

tfr chat long rat sat nhau va hut lful nhau nen tlilora mQt kh6i cMt co m~t thoang

Wdo

0.4.1 Chllt long co khai hrQ"ngrieng, trQng ItrQ"llgrieng:

dinh theo cong thuc (0-1)

.

.

W

M: Kh6i luqng ella kh6i ehdt long (kg)

D6i v6i nuoe thong thuemg dimg kh6i luqng rieng ella nuoe edt t{li nhi~t

2 Tr(Jng lU(J1lgrieng : La trQng luqng ella I dan vi the tfeh ehdt long: kY

D6i v6i ehdt long d6ng ehdt kh6i luqng rieng duge xlie dinh theo eong

G

WG: TrQng luqng eua kh6i ehdt long (N, KN, kG)

D6i v6i nuoe thong thuemg dung trQng luqng rieng eua nuoe edt t{li nhi~td(l 4°c

y=-=-=p.g

y=p.g

0.4.2 Tinh co giiin cua chit long:

1.Tinh co etta eMt long duai tae dl,mg etta.

SI,f gia tang ap sUli!:

Tinh eo the deh eua ehdt long duge di).e

frng v6i sg tang lip sudt len m(lt dan vi lip sudt.

(0 - 5)

W2- th~ tieh kh{;i eh~t long duai tlie d\ffig eua lip s~t khi tang-len d~n P2

(E), dan vi eua E Ill: N/em2, kN/m2 ho~e kG/em2

Khi do: E =206 em2/kN ho~e 21.000 em2/kG

khong m:n dUQ'e

2 Tinh giiin my thi tich coo cMt long duai S,!tang nhi~t d(J:

).

Duai sg tang OOi~tdQ, ta dimg h~ s{; gian

d{;i eua th~ tich eh~t long (mg vai sg tang OOi~tdQ

len 1°c

W \ Khi tang OOi~tdQ len t2 kh{;i eh~t long tang len

nuae khong gian ncr khi tang OOi~tdQ

Tom l~i, eh~t long trong thuy 1ge dUQ'eeoi la khong d6i ve th~ tich khi co

0.4.3 Sllc cliog m,t ogoai:

Sirc chiu keo tren b~ m~t tiSp xuc cua chAt long v6i chAt khi ho~c v6ichAt rfut gQi III sirc cling mllt ngolli cua chAt long Do c6 sirc cling mllt ngolli nenc6 xu hu6ng lam giam di~n tich m~t tg do, lam mllt tg do c6 dQ cong nhAt dinh

Vi d\!: Khi ciim mQt 6ng c6 duang kinh

'" ~ 7

sirc keo tren mQt dan vi chi~u dlli duang tiSp xuc

sirc ding mllt ngolli trong trnang hqp c6 mao dfut NSu 6ng thuy tinh c6 duangkinh d (mm) thi dQ dang cao h (mm) d6i vai nuac, hollc dQ h~ thAp h (mm) d6ivai nuac thuy ngan dugc xac dinh nhu sau:

0.4.4 Tioh ohM:

ChAt long sg ch6ng I~i chuySn dQng tuang d6i, Igc d6 III Igc rna sat

trong IIIvi chAt long c6 tinh nhat Trong thuy Igc tinh nhat rAt quan trQng vi no III

nguyen nhan sinh ra t6n thAt nling lugng khi chat long chuyen dQng

Niim 1686 I.Niutan da: neu ra gill thuySt v~ qui lu~t rna sat trong vll da:dugc nhi~u thi nghi~m chirng minh IIIdung nhu sau:

"L"re rna sat trong giifa cae lap eMt long ehuy~n il(ing tY l~ vai di~n tieh tiip xue eua cae lap eMt long, phlj thu(ie VaG lot;li chat long va gradien ttie il(i theo ehi€u thang goe wyi phuang ehuy~n il(ing, khOng phlj thu(ie VaGap l"re " :

Dinh lu~t rna sat trong cua I Niutan dugc viSt :

F = J.!S du

s -Di~n tich ti~pxuc giua hai lap chdt long (rn2).

1'

n

~~ - graddien tilc dQ theo phuang n, mc d~o ham cua u d6i vo; n

11 - Hfulg s6 ph\!thuQc lo~i chdt

(P) Tinh nh61 cua chdt long ph\! thuQc vilo nhi~t

dQ chdt long, dQ nh61 gil'lrn dAn khi nhi~t dQtang

Trong do: P - kh6i IUQ1lgrieng

ae+ bt+ 1

A, b la h~ s6 ph\! thuQc vilo timg chdt long

~ Bang 0-2 H~ s6 nhat dQngcua nuac

Nhfing lo~i chAt long tuan theo dinh lu~t rna sat trong cua Niu tan neu tren

gQi la chdt long th,!c hay chdt long Niu tan Mon thuy h,rc nghien CUu chAt long

Niu tan

D6i vm mQt s6 vAn d~ Thuy Il!c hQc con dimg chdt long ly fu'ang thay th~

chAt long thl!c ChAt long Iy tuOng la chAt long tuOng tugng, hoan toan khong cotinh nhat tuc la hoan toan khong co nQi rna sat khi chuy~n dQng

long thl!C hay chAt long Iy tuOng Nhung khi nghien CUu chAt long thl!c chuy~ndQng thl pMi xet anh hUOng cua rna sat trong (tinh nhat), con d6i vai chAt long IytUOng chuy~n dQng thl khong pMi d~ c~p d~n anh huiJng cua tinh nh6't

Cac d~c tinh: co kh6i lugng, co trQng lugng va co tinh nh6't la nhfing d~ctinh v~t Iy quan trQng nhAt cua chAt long nghlen CUutrong rnon thuy Il!c

0.5. L\rCTAc DVNG VAG CHAT LONG

ta co I~p b~ng tri tUOng tugng tAt ci'l nhfing phfut ttl chAt long ben trong rnQt rn~tkin co TAt ci'l cac h,rc tac d\mg len cac phfut ill &ben trong co duQ'c chia thanh hailo~i Il!c la: Il!c trong (nQi h,rc) vi'lll!c ngoai (ngo~i Il!c)

0.5.1 H~ n{li I,!c (I'!c trong):

Nhfing phfut ill & ben trong co tac d\lllg len nhau nhfing Il!c timg doi rnQtcan b~ng nhau (theo nguyen Iy tac dVng va phan tac dvng), nhfing Il!c do t~othanh rnQt h~ Il!c tuang duang vai s6 khong Thi dV: Il!c rna sat trong, ap Il!ctrong nQi bQ th~ tich giai h~n b&i m~t co

2 L,!e mijt: la nhUng Igc tac d\lIlg len cac m~t bao quanh kh6i ch~t long tadang xct (vi d\l: ap 19c,phan 19cthanh r~n, 19c rna sat) NhUng Igc nay tY I~ v6inhUng yeu t6 di~n tich Mu6n tinh Igc m~t cAnbiet qui lu~t phan b6 cua no trenm~t din tinh.

CAUH616NT~

1 Trinh bay nhUng d~c di~m chung cua ch~t long trong nghien c(.'1l

mon thuy 19c

2 Dinh nghia kh6i lugng rieng, trQng lugng rieng Neu m6i quan M

giua kh6i lugng rieng va trQnglugng rieng?

3 T~i sao n6i m~t dQ ch~t long trong thuy 19c duqc coi la khong d6ikhi co sg thay d6i v~ ap su~t va nhi~t dQ?

4 Phan bi~t ch~t long thgc va ch~t long Iy illang?

5 Trinh bay v~ h~ s6 nh61:dQngcua ch~t long?

c

H'",lt 1-1

CbllO'Dg1 THUY TiNH HQC

Chuang nay trinh My khtii ni?m v€ tip sudt thuj tinh, tip l,!c thuj hnh, hai tinh cMt ClYban cila tip sudt thuy tinh, phuang trinhviphan ca ban cila cMt long dlmgcan bang, m(it ddng tip, S,! can bang cila cMt long trl)ng l,!c Phuang phtip gitii tich va phuang phtip dd gitii dd xtic d;nh tip l,!c thuy tinh ttic d',mg len m(it tilp xuc phdng hinh d{lng biit kY, hinh phdng chii nh4t dtiy , thanh cong hinh tr1,ltron duitng sinh nam ngang Mrt s6 Mi vi d1,ltinh latin tip sudt va tip IllC thuj tinh.

1.1 KHAI NI~MvE Ap LVC vA Ap SUAT THUV TiNH

1.1.1 Khlii ni~mv~lip I\fCthily tinh

Mu6n gifr cho phdn duai duQ'Cdin bllng, ta phiti thay tac d\1llg cua phdn tren lenphdn dum bfuIg mi)t h~ Igc tuang duang

V~y ta c6 khai ni~m sau:

cua chAt long tinh ho~c chAt long vai v~t rAn, dan vi cua ap

Igc lit (N) hay (KN)

1.1.2 Khlii ni~mv~lip suit thoy tinh:

tinh tl;limi)t di~m

I P

p=

Ap sudt thily tinh tac dyng thang g6c vai di~n tich chiu IlfC va vuong g6c

vai di~n tich 6y.

m~t phan chia ABCD (hinh 1-2) thanh hai thanh phdn: Pn

tuyen

chuy~n, nrc la chAt long chuy~n dQng tu<mg dbi Nhung da:

Thanh phdn phap tuyen Pn chi co th~ huang vao trong, vi chAt long khong

chbng I~i dugc sue keo rna chi chju dugc suc nen

V~y ap suAt p t~i di~m 0 chi co thanh phdn phap tuyen Pn va huang vao

Tri s6 ap sudt thily tinh t(li m(jt i1i~m theo m{Jiphuang la nhu nhau.

Ta chQn mQt vi phan di~n tich dS co tiim I va mQt hinh trv vo cimg nM co

tiet di~n thang dS Daycon I~i hinh trv co di~n tich dS' tam S' hgp vai tf\lC hinh

tf\l mQt goc a bAtky, chi~u cao I I'la mQt vo cung be b~c nhAt (hinh 1-3).

Cac ap suAt thuy tinh va ap l\fc thUy

tinh p, dP va p', dP' t~i cac m~t dS va dS'

tu<mg (mg Ta co:

L\fc th~ tich tac d\mg len hinh trv nay dUng din biing nay la vo cung nho

b~c ba nen bo qua L~p phu<mg trinh hinh chieu cac I\fChie d\mg len hinh trv len

-.

thanh rlin ti~p xuc vai chdt long.

goc day be va hai Thanh be Ap sudt thuy tinh ~idiem A tac d\!ng len day be ABCD va hai m~tthanh be ADEF, ABGF theo ba hu6ng khac nhaunhung co cling mQt tri s6

PAl ABeD) =PAl ADE F)=P(ABGE)

E

D

H I

I

I PA(ABCD) PA(ABEF)

H'U1111-4

G:

B

(1-5)

cac c~nh ox, oy, oz dUng can biing (hinh 1-5) Di~u ki~n can biing Ia tAng hinhchieu len 3 tf\lc tQa dQ cua cae l\Ic m~t, I\IC the tich tac d\!ng len kh6i do biingkhong

GQi P la ap sudt tl;ii trQng tam M cua hinh hQp, thi ap sudt t~i trong tam

don vi kh6i IUQ'llgchdt long Phuong trinh di~u ki~n can biing cua kh6i chdt long

do theo phuong Ox nhu sau:

[Upp- ax2 Ox]/iy/iz- [8P Ox]p+ ax2 /iyBz+ pFx/ix/iy/iz=o.

phuong trinh 0 Ie) do 0 Ie tim ra nam 1755

Nhan cac phuong trinh cua (1-6) rieng bi~t v6i dx, dy, dz rbi cQng v~ v6'i

Bi~u thirc (Fxdx + Fydy+ Fzdz) cling pMi lit vi phan toan phdn cua mQt hitm

s6 U chi ph\! thuQc vito tQa dQ: U = U(x,y,z)

(1-10)

lit ham s6 th~ Nen (1-9 ) co th~ vi~t thitnh (1-10)

(1-12) vi~t thitnh

Do lit tich phan t6ng quat cua phuong trinh vi phan chAt long can bfulg, no

tac d\!ng cua l\lc th~ tich co hitm s6 th~ 7t.N~u bi~t C\!th~ bi~u thirc ham s6 th~ 7t

vit nhUng tri s6 Po, 1tothic6th~ xac dinh ap suAtthuy tinh t~ mQt di~m bAtIcynitotrong chAtlong dtmg can b~g.

1.4.2 Tinh chAt cua mi.it ding ap:

1 Tinh chdt 1: Hai m~t dling ap khac nhaukhong the cllt nhau, vi n~uchUng cllt nhau thi t;;ticimg mQt giao di~m, ap suAt thuy tinh c6 nhUng tri s6 khacnhau, di~u d6 trai vm tinh chAt 2 cua ap suAt thUy tinh (xem m\lC 1-2)

2 Tinh chat 2: L\IC th~ tich tac d\lng len m~t dling ap thling g6c vo; m~t

dling ap Til (1-14) ta thAy ro lit theo dinh nghia v~ tich vo huang trong hinh h9C

gii'd tich, vecta l\Ic th~ tich F (vm ba thanh phlln Fx, Fy, Fz) thling g6c vm vecta

dQ diti ds (vai ba thanh phlln dx, dy, dz) Do d6 cong cua l\Ic th~ tich sinh ra khi

di dQng tren m~t ding ap b~g khong

Til (1-14), c6 th~ vi~tl;;ti: d1t= 0, ruc lit: 1t (x,y,z) = const (1-15)

W.y c6 th~ k~t lU?n r~g: mgt tl&ng tip d[mg thai liJ mgt dang tM

l.5 STf CAN BANG CUA CHAT LONG TRQNG qrc

1.5.1 Binh nghia chAt long trqng l,!c

Khi l\Ic th~ tich tac d\lng vito chAt long chi lit tr9ng l\Ic thi chAt long g9i litchAt long tr9ng h;rc

1.5.2 PhwO'ng trinh cO'ban cua chAt long f1 tr\lng thai can b~ng

huang len tren thi d6i vai l\Ic th~ tich F tac d\lng len mQt don vi kh6i lm;mg cua

(hinh 1-6).

Khi z = Zo,thi 1t = 1to,

tUc hl: 1to= g.zo + C

V~y, theo (1-13) ta co: p = Po + p(gzo - gz)

Bi€n d6i va thay y = pg theo (0-3), ta co phuong trinh:

(1-19)

xet co tung dQ z, ta co:

h=zo-z

~b~~=:

IO{li chfit lOng tr(Jng l(l"c dUng can bOng thi bOng nhau.

Phuong trinh (1-17) co th~ vi€t ll;lithanh:

z+ P = Z + Po = const

Phuong trinh vi€t du6'i dl;lllg(1-19) cling gQi la phuong trinh ca ban cua

thuy t'inh h(Jc; Nguai ta con gQi cac phuong trinh (1-18) va (1-19) la qui lu~t

philn b6 ap su~t thuy tinh s6 hl;lllg p co thfr nguyen la dQ daL

y

Tir di~u ki~n (l-15) cua m~t dfulg ap, ap d\lng cho ch~t long trQng 11,lc,ta

Vi g = const, nen ta co:

V(l;i nhifng mgt ilting ap cua cMt long tn,mg ll!c la nhifng mgt phdng song

song, thdng goc Vili !rllC Oz, hogc noi cach khac,la nhifng mgt phdng nam ngang.

Mgt tl! do cua cMt long ado ap sudt Po =Po ding ta m(jt mgt nam ngang.

Th(dfll: Tim ap suat m(\t diem aday be d\lIlg nuac sau 5 m, trQng luQ'Ilg

Giiii:

Ap dt,mg cong thuc (1-18), ta co:

p = Po + gh = 98.100 + 9.810 x 5 = 147.150N/m2

1.5.4 Binh lutU binh thOng nhau

E.L=.h

h2 Y,

trong do hh h2 IIInhUng d(\ cao noi tren Ung vai nhUng chAt long co tr<,mg

GQi Po III lip sudt t~i m~t ngolli cua m(\t the

tich chAt long cho truac dUng can b~ng (hinh I-8a);

tire h2 = hi'

do tiOOtheo (1-18), bAng: PA = Po +yh

them m(\t hrc;mg chAt long (hiOO 1-7b) va van girt cli kh6i chAt long dUng can

P'A = (Po +6p) +yh

V~y ap suAt m6'i t~i A se tang len m(\t luc;mgbAng:

p' -p=6p

Do do ta co the noi rAng: "D(i biin thien cua ap suat thUy tinh tren mgt

giai hgn m(it thi tich chat long cho tmac dur;tc truy~n di nguyen v(m din tat ca cac didm cua thi tich chat long do" K~t lu~ nay la diOOlu~t Patscan can chu y

rAng trong diOO lu~t nay dieu ki~n chAt long dUng can bAng pMi dugc diLmbliokhong bi pM ho~i trong khi co S\l'bi~n thien 6p

D(\ bi~n thien 6p co the la duang ho~c am Nhieu may moc dli dugc ch~t~o theo diOOlu~t Patscan, OOu may nen thuy h,rc, may kich, may tich nang, cac

2 Ung dl,tng djnh lugt Patscan trong mtiy nen thUy lvc

a cau tgo: May nen thuy I\l'c g6m 2 xilanh co di~n tich khac OOau, thong

vai OOau, chua cimg m9t chAt long va co pitt6ng di chuyen (hinh 1-9) Pittong

000 g~n vai m(\t don bAy

b.Nguyen ly lam vi?c: Khi m(\t I\l'c

000 F tac d\lng len don bAy thi h,rc tac

d\lng len pittong se dugc tang len thiLOO

PI; ap suAt t~i xilanh nho

OJ1

moi 1ruemg chAt long dUng can b~ng, vi v~y ap suAt t~i xilaOO Ian cling tang len

PI

GQi:1'] - hi~u suAt cua may nen thuy l\l'c (vi th\l'c t~ girta xilanh va pitt6ng

len m~t pitt6ng Ian la:

Thi dfl2: May nen thuy hJc co dubng kinh xilanh nho dl =20 mm, dubng

Giai: Ap d\lng cong thirc ta tinh dugc:

2 T] 1 0)1 ' 4n202 '

a A p sudt tuy~t d6i:

djnh bai cong thirc C(Jblm (1-18):

(1-22)

b.Ap sudt du:

Pdu = Ptuyet - Pa'

Pdu= yh

(1-23)

(1-24)Nhu v~y ap suAt tuy~t d6i bi&u thj cho irng suAt nen th\fC t~ tl;lidi&m dang

xet, con ap suAt du Iii phAn ap suAt con du n~u trong trj s6 cua ap suAt tuy~t d6i ta

b61 di trj s6 ap suAt khong khi Ap suAt tuy~t d6i bao gia cling Iii mQt s6 duang,

con ap suAt du co th&Iii s6 duang hay am:

Pdu> 0, khi Ptuyet > Pa vii Pdu < 0, khi Ptuy~t<Pa

a.Ap sudt chan kh6ng

Chan kh6ng n6i CJ day khong c6 nghia la khoang khong, khong c6 chAt khi

de lam ap suAt tuy~t d6i bfulg ap suAt khi quyen Do d6 c6 the gQi ap suAt chankhong la ap suAt thi~u

So slinh (1-25) vai (1-23) thi thAy:

2 ChiJu cao do ap:

a KhGi ni?m:

Ap suAt 41i mQt diem c6 the do bfulg chi~u cao cQt chAt long (nuac, thuy

chi~u cao do ap nhu sau:

MQt atm6tphe ky thu~t tuang duang vai cQt nuac cao 10m

ho~c bfulg CQtnuac cao 10m

b Cach do ap suat t(Ji m(jt ddm bling chiJu cao c(jt chat long.

A.p suat tuy?t dt5i.

Mu6n do ap suAt tuy{lt d6i tl;lidiem A, thi n6i binh chua thong vai cQt 6ng

ho(ic duui iJiim A, theo hinh 1-10 thi eM n6i a(it ngang A) Trong 6ng kin phAi

POI =0; khi do, khoang cach thdngdt'mg htuyet ti:r m~t nucrc1\1 do trong 6ng d~n

duiYilgn~m ngang di qua A bieu thi ap suAt tuy~t d6i tl;lidiem A Tri-s6 ap suAt do

la:

Hinh 1-10

,.ip sudt luang a6i.

Ong do 2 khong bit kin de h6' ra khi tro; (hinh 1-10) thi khoAng cach tha-ng

suAt du tl;lidiem A; tri s6 ap suAt do la:

.-Pdu =Y~u

,.ip sudt chan kh6ng.

thip hon A, (hinh 1-11) thi khoang cach ~u noi tren

la m(lt tri s6 am va theo (1-26) khoang cach do la d(l

Hln1a1-Il

Ong do ap suAt lam nhu tren dugc gQi la 6ng

Thi dill:

Giiii:

,.ip sudt tuy~t iJ6i tinh theo (1-22):

Xac dinh ap sudt tuy~t d6i t~i m~t c~t do.

r

trong chdt long

tuy?t ac5i(hinh 1-10) gQi IIIq5t nuac thity tlnh tuy?t a6i hay con gQi IIIa(j cao ao

ap tuy?t a6i.

Y

trong 6ng do ap sudt du, gQi IIIc(jt nuac thity tlnh du hay con gQi IIIa(j cao ao ap

V(iy phuang trinh ClY ban CM thity tinh h(Jc noi rang: trong mpt mai truang chat long drmg can bang cpt nuac thity tinh d6i vai bat kY mpt di€m nao

la mpt hang

s6-2. Ynghia nang IU(7flg:

LAy mQt khOi chAt long co trQng luqng G xung quanh diem A cua mN moi

ngang thi co mQt vi nang b~g Gz, do vi tr! cua khOi d6 vm n'1~tchufut !{Ionen.

ta se thAy do ap suAt chAt long tac d\mg vao diem A rna trong Ong do ap chAt

Kh6i chAt long dang xet mang mQt tM nang E, b~g t6ngs6 vi nang va ap nang:

- P gQi la ap nang don vi

y

Thi nang dan vi bdng tling sa vi nang dan vi va tip nang dan vi.

y

trong chAt long

Thi nang dan vi chinh bdng cpt ntl'ac thuy tinh.

.~ 1.5.8 Bieu d6 phan b6lip suAt thoy tinh - D6lip IlfC

dQp, h, phuang trinh (1-18) duqc bi~u di~n bfutg mQt dUOng thfutg

1. Biiu db phim b6 lip sudt thity tinh - d6 lip z"rcthea duang thang dUng.

Trong h~ tQa d{) co lr\lc h thfutg dUng huang xuc3ng duai va tIVc p d~t

d6 phiin b6 lip sudt tMy tinh theo dUOng thfutg dUng tirc la theo nhting di~m tren

nhUng dUOng th~ng dung do DuOng bi~u di~n nay la m{)t dUOng th~ng, do do chicAn xac dinh hai di~m la ve duQ'c

duQ'c di~m A'

Tam gilicvuong OAA' la d6 phim b6 lip sudt du day b~g Pdu= yhA, co

rieng y khlic nhau, dQ dc3cdUOng OA' (tga) se khlic nhau Dimg bi~u db philn bc3lip sudt du ta co th~ xae dinh lip sudt du t~i m{)t d{)sau h bdt kyo

Muc3n co bi~u db phao bc3lip su~t tuy~t dc3ita chi cAn tinh ti~n dUOng OA'

Biiu d6phiin b6 lip sudt tuy?t d6i la hinh thang vuong goc 00 "A "A.

- Do tinh chdt lip sudt t\1i mgt di€m phili thilng goc v6'i m~t chiu lip l\fc t\1idi€m do, ncn db phlin b6 lip sudt cling nhu db lip l\fc d6i vcri mgt duang thilngbao gia cling la mgt tam gilic vuong ho~c hinh thang vuong

2 Bdu ad pluin b6 ap sudt thily (inh - ad ap z"rc thea au&ng tMng nghieng haq.cgiiy khUc.

Trong trllang hqp nay bi€u db phlin b6 lip sudt

hay db lip l\fc cling la mgt tam gilic vuong ho~c hinh

thang vuong;

OAB (hinh 1-13)

- Trcn dO\lfiOA, db lip l\fc du la tam gilic vuong

sau cua A) nhung AA' -lOA con AlA -l AB

Mu6n ve db lip l\fc tuy~t d6i, ta chi clio tinh ti~n nhiing C\1nhOA', AlB'

theo phuong thdng goc v6'i OA va AB di mgt dO\lfi thilng s6 Po se co dirqc

3 Biiu 06phiin b6 tip suat trenotrimg cong ta pMi bi~u di~n bAng dbthi tri s6 ap sudt t{li timg di~rn theo phuong trinh co ban (1-18) rbi n6i l\1ithlinh

rn~t cong t\1idi~rn do

1.6 AP L\rC THUY TiNH TAc DVNG LEN M!T TIEP xiTc CO HINHD~NGBATKY

y P.

z

hc h

phAng, nen ap sudt mc d\lIlg len

cac di~rn thuQc thlinh ran d~u

song song v6i nhau va co th~

cua chdt long mc d\lng len rn<)tdi~n tich phAng ro co hinh d\illg bdt ky d~t nghieng

Ap h,rc P tac d\lIlg len toan bQ di~n tich ro bAng:

ill ill

Tren thlinh ph~ng lAyh~ tf\lC tQa dQ Ozy nhu hinh 1-14, ta co:

co th~ vi~t:

di~n tich ph~ng.

Nhuv~y:Ap lip: thuy tinh cua chat long ttic d{lng len d;fn t(ch phdng,

ng(ip trong chat long bang t(ch s6 cua tip suat tUYft d6; t(l; trpng tam d;fn tfch

I1ml, 1-15

l\lc khong khi tac d\!ng vao phia kh6 cua m{itph~g

N~u di~n tich day ro va dQ sau h cua day la khong d6i thi ap l\lc du thuy

binh (hinh 1-15).

1.6.2 Phllong, chi@u va di~m dtit lip IITc

- V~ phuang: ap l\lc thuy tInh co phuang vuong goc v&im{it chiu ap

- V~ chi~u: ap l\lc thuy tInh co chi~u hu&ng vao m{it chiu ap

d6i hay la ap l\lc du rna tam ap l\lc gQi la tam ap l\lc tuy~t d6i hay la tam ap l\lc