Nghiên cứu này trình bày tương tác của sóng nổ dưới nước với chướng ngại, công trình có dạng hình trụ dài vô hạn tại các điểm khảo sát khác nhau, làm cơ sở cho việc nghiên cứu tải trọng nổ lên các chướng ngại, công trình khác, đặc biệt là các công trình phòng thủ biển đảo hiện nay.
Trang 1NGHIÊN C U T Ứ ƯƠ NG TÁC C A SÓNG N D Ủ Ổ ƯỚ I N ƯỚ C V I Ớ
CH ƯỚ NG NG I CÔNG TRÌNH CÓ D NG TR DÀI VÔ H N Ạ Ạ Ụ Ạ
ThS Tô Đ c Th ,ứ ọGS. TS Vũ Đình L iợ
Email: ductho352032@gmail.com
H c vi n K thu t Quân s ọ ệ ỹ ậ ự
T ươ ng tác c a sóng n d ủ ổ ướ ướ i n c v i các ch ớ ướ ng ng i, công trình luôn là v n đ c ạ ấ ề ơ
h c khó do nhi u nguyên nhân khác nhau. Ch ọ ề ướ ng ng i, công trình trong th c t có ạ 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 ạ ư ề ủ ế ồ ộ ố ạ ơ 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 s ể ả ế ạ ầ ư ề ệ ả ổ ớ ộ ố hình d ng ch ạ ướ ng ng i c b n và d a vào các d ng này đ tính toán cho các d ng ph c ạ ơ ả ự ạ ể ạ ứ
t p h n. Nghiên c u này trình bày t ạ ơ ứ ươ ng tác c a sóng n d ủ ổ ướ ướ i n c v i ch ớ ướ ng ng i, ạ công trình có d ng hình tr dài vô h n t i các đi m kh o sát khác nhau, làm c s cho ạ ụ ạ ạ ể ả ơ ở
vi c nghiên c u t i tr ng n lên các ch ệ ứ ả ọ ổ ướ ng ng i, công trình khác, đ c bi t là các công ạ ặ ệ trình phòng th bi n đ o hi n nay ủ ể ả ệ
T khóa: ch ừ ướ ng ng i, n d ạ ổ ướ ướ i n c, t ươ ng tác, hình tr , nhi u x , sóng t i… ụ ễ ạ ớ
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 ạ ả ọ ặ ệ ứ ươ ng tác c a sóng n v i chủ ổ ớ ướng ng i công trình nói chung đ u khá ph c t p do nhi uạ ề ứ ạ 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 ớ
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 còn cho s c m nh c a m tạ ủ ụ ổ ố ứ ạ 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 công trình ho c các môiị ạ 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 còn đ i v i m t công trình, đ c bi t là các công trình quânầ ố ố ớ ộ ặ ệ
s ự
Trước đây, các bài toán tương tác sóng n v i chổ ớ ướng ng i luôn g p khó khănạ ặ trong tính toán do các phương pháp toán h c và ph n m m tính toán ch a phát tri n.ọ ầ ề ư ể
V n đ này l i thu c các bài toán có tính phi tuy n nên vi c gi i quy t còn nhi uấ ề ạ ộ ế ệ ả ế ề
h n ch ạ ế Các nghiên c u n d i n c g n đâyv c b n đã gi i quy t đ c kháứ ổ ướ ướ ầ ề ơ ả ả ế ượ nhi u v n đ quan tr ng, trên c s phân tích lý thuy t và k t h p v i m t s thề ấ ề ọ ơ ở ế ế ợ ớ ộ ố ử nghi m th c t N u không g n v i các gi thi t, m t s bài toán r i vào các v n đệ ự ế ế ắ ớ ả ế ộ ố ơ ấ ề toán h c ph c t pvà h u nh không có l igi i[5].T ng tác sóng n đ i v i ch ngọ ứ ạ ầ ư ờ ả ươ ổ ố ớ ướ
Trang 2ng i, công trình v i môi tr ng xung quanh luôn là v n đ gây c n tr cho tính toán,ạ ớ ườ ấ ề ả ở thi t k liên quan đ n n V i s phát tri n công c tính toán, các ph n m m tin h c đãế ế ế ổ ớ ự ể ụ ầ ề ọ
gi i đ c m t s bài toán mang tính phi tuy n, tính bi n d ng, phá h y l n, nâng caoả ượ ộ ố ế ế ạ ủ ớ
đ c hi u qu tính toán, thi t k n Vi c mô 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 ở
b ng v i h u h t các n c có tranh ch p trên bi n. Vi c xây d ng các công trình phòngỏ ớ 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 ạ ứ ố ổ ư
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 ư ấ ề ướ ư ẩ ạ 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 ớ ướ ạ ớ ể
v c khoa h c v xây d ng công 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 ạ ấ ỳ ả ử ẳ ề ươ ng
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 ạ ấ ỏ ớ ước dướ ại d ng, [5]:
(1) Trong đó là hàm sóng đ n v (Hình 2).ơ ị
Hình 1. Sóng n d ổ ướ ướ ươ i n c t ng tác v i ớ
T i tr ng tác d ng lên toàn b chả ọ ụ ộ ướng ng i, công trình khi sóng b nhi u xạ ị ễ ạ
Trang 3là t i tr ng sóng t i;ả ọ ớ
là t i tr ng gây ra do sóng ph n x và nhi u x ả ọ ả ạ ễ ạ 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, công 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 ạ ả ạ
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, công trình n m trong môi trạ ằ ường nướ ức c ng và b t đ ng.ấ ộ
Trên b m t chề ặ ướng ng i, công trình, t c đ h t ch t l ng theo phạ ố ộ ạ ấ ỏ ương pháp tuy nế
v i b m t chớ ề ặ ướng ng i, công trình b ng 0:ạ ằ
(5) Hay:
Phát x sóng vô cùng (xa chạ ở ướng ng i, công trình):ạ
0 khi
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 ử 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 ư
(7)
Trang 4là hàm s k đ n nh hố ể ế ả ưởng c a nhi u x ủ ễ ạ
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 ạ ủ ướng ng i, công 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 công th c trên tính toán cho m t s chứ ộ ố ướng ng i, công trình có hình d ngạ ạ
đ c bi t. Đ i v i chặ ệ ố ớ ướng ng i, công trình có d ng tr dài, chúng ta có các k t quạ ạ ụ ế ả
c th nh sau:ụ ể ư
Thành ph n do sóng t i:ầ ớ
(9)
Thành ph n do sóng ph n x và nhi u x :ầ ả ạ ễ ạ
(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 vôạ ạ ụ
h nạ
3.1. Bài toán
Trang 5Các 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 toán theo th i gian t: 20.ố ể ờ
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 ở
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 ớ ơ ị ồ ị ạ
đi 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 ớ ơ 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 0,018 0,000 0,000 0,000
Trang 60,019 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 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 Các đ th h p l c sóng n lên 1m chồ ị ợ ự ổ ướng ng i, công trình d ng tr dài theo hìnhạ ạ ụ
4 và 5:
Trang 7Hình 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 ớ ơ 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
d ng tr dài (đ i v i sóng t i p(t)=10(1t/0,3))ạ ụ ố ớ ớ
Trang 8Nh n xét: Các k t qu qua b ng 1, 2 và đ th hình 4, 5 đã ph n ánh đậ ế ả ả ồ ị ả ược b nả
ch t c h c c a v n đ nghiên c u. Ngoài ra, trên c s tham kh o các k t qu thấ ơ ọ ủ ấ ề ứ ơ ở ả ế ả ử nghi m n dệ ổ ướ ưới n c trên th c t t i qu n đ o Trự ế ạ ầ ả ường Sa mà nhóm tác gi th cả ự
hi n tháng 62013,[1], [2] và m t s th c nghi m khác đã cho th y tính đ ng d ng vàệ ộ ố ự ệ ấ ồ ạ
ti m c n r t l n gi a k t qu lý thuy t và th c nghi m.ệ ậ ấ ớ ữ ế ả ế ự ệ
5. Kêt luân ́ ̣
K t qu c a nghiên c u này có th áp d ng đế ả ủ ứ ể ụ ược trong các tính toán v thi tề ế
k lế ượng n cũng nh kh năng ch u t i c a chổ ư ả ị ả ủ ướng ng i, công trình đạ ược xây d ngự kiên c dố ướ ưới n c. Gi i bài toántả ương tác c a sóng n dủ ổ ướ ưới n c v i chớ ướng ng iạ
có d ng tr dài giúp cho vi c xác đ nh b n ch t c h c c a tạ ụ ệ ị ả ấ ơ ọ ủ ương tác và đ l n c aộ ớ ủ các h p l c sóng n lên chợ ự ổ ướng ng i d ng này đạ ạ ược rõ ràng h n. ơ
Cùng các nghiên c u khác v tứ ề ương tác c a sóng n dủ ổ ướ ưới n c v i các d ngớ ạ
chướng ng i, công trình có các hình d ng khác nhau s góp ph n gi i quy t đạ ạ ẽ ầ ả ế ược bài toán v i chớ ướng ng i có hình d ng b t k b ng cách có th phân d ng công trình đóạ ạ ấ ỳ ằ ể ạ thành các d ng đã đạ ược nghiên c u.ứ
Tài li u tham kh oệ ả
1 Báo cáo t ng h p s li u th c nghi m n dổ ợ ố ệ ự ệ ổ ướ ướ ại n c t i Đ o S n Ca – Trả ơ ường
Sa 2013/ Đ tài c p nhà nề ấ ước KC09.06/1115
2 Tô Đ c Th , ứ ọ Nghiên c u th c nghi m xác đ nh các tham s trên m t sóng xung ứ ự ệ ị ố ặ kích d ướ ướ ở i n c Tr ườ ng Sa, T p chí Công nghi p M , s 32014, Tr2.ạ ệ ỏ ố
3 Tô Đ c Th , Tr nh Trung Ti n, ứ ọ ị ế Mô ph ng t i tr ng n trong môi tr ỏ ả ọ ổ ườ ng n ướ c,
Tuy n t p công trình H i ngh C h c k thu t toàn qu c, T p 2. C h c v t r nể ậ ộ ị ơ ọ ỹ ậ ố ậ ơ ọ ậ ắ
bi n d ng, Hà N i 6/2014ế ạ ộ
4 Vũ Đình L i, Tô Đ c Th , Lê Anh Tu n, Pham Công Ngh , ợ ứ ọ ấ ị M t s k t qu ộ ố ế ả nghiên c u th c nghi m n trong vùng n ứ ự ệ ổ ướ c nông t i khu v c Tr ạ ự ườ ng Sa , Tuy n ể
t p công trình H i ngh C h c k thu t toàn qu c, T p 2. C h c v t r n bi n ậ ộ ị ơ ọ ỹ ậ ố ậ ơ ọ ậ ắ ế
d ng, Hà N i 6/2014.ạ ộ
5 B.V.Zamyshlyaev, et al. Dynamic loads in underwater explosion, Washington,D.C 2/1973.
RESEARCH OF INTERACTION OF THEUNDERWATER BLAST WAVE WITH THE LONG CYLINDERSHAPED OBSTACLES
MSc. To Duc Tho, Prof. Dr. Vu Dinh Loi Military Technical Academy
Interaction of the blast wave with underwater obstacles, structures are always difficult
Trang 9This study presents the interaction of the blast wave with underwater obstacles, structures having infinitely long cylindershaped at different survey points, as the basis for the study
on explosive load onto others, especially the maritime defense structures in the current.
Keywords: obstacles, underwater explosion, interaction, cylindershaped, diffraction, incidence wave