Tóm tắt Luận án Nghiên cứu sự lan truyền của sóng nổ trong nước và tương tác của sóng nổ đối với chướng ngại công trình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ Tô Đức Thọ NGHIÊN CỨU SỰ LAN TRUYỀN CỦA SÓNG NỔ TRONG NƯỚC VÀ TƯƠNG TÁC CỦA SÓNG NỔ ĐỐI VỚI CHƯỚNG NGẠI CÔNG TRÌNH Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 62.52.01.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2016 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS Vũ Đình Lợi 2. PGS. TS Đàm Trọng Thắng Phản biện 1: GS. TS Nguyễn Quang Phích Phản biện 2: PGS. TS Phạm Đức Hùng Phản biện 3: TS Nguyễn Duy Túy Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện theo Quyết định số 624/QĐ-HV ngày 03 tháng 3 năm 2016 của Giám đốc Học viện Kỹ thuật Quân sự, họp tại Học viện Kỹ thuật Quân sự vào hồi: .. giờ ngày ...tháng . năm .. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Kỹ thuật Quân sự - Thư viện Quốc gia MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Từ thực tiễn yêu cầu phát triển kinh tế biển gắn liền với bảo vệ chủ quyền biển đảo của Tổ quốc đã đặt ra việc xây dựng công trình đáp ứng được đủ các yêu cầu về chịu được các dạng tải trọng đặc biệt, trong đó có tác dụng của nổ dưới nước do bom đạn khi chiến tranh xảy ra Để giải quyết được các vấn đề này cần phải nghiên cứu và hiểu sâu sắc về điểm còn tồn tại trong vấn đề nổ dưới nước: ảnh hưởng của các điều kiện địa chất nền đáy khác nhau đến các thông số trên mặt sóng; môi trường nước chưa được thử nghiệm ở nước mặn; ảnh hưởng của hình dạng chướng ngại, công trình dưới tác động của sóng nổ dưới nước; ảnh hưởng qui luật nhiễu xạ sóng khi sóng tới gặp chướng ngại; giải pháp bảo lệ lâu dài các công trình biển dưới tác dụng của sóng nổ dưới nướcVì vậy đề tài luận án “Nghiên cứu sự lan truyền của sóng nổ trong nước và tương tác của sóng nổ đối với chướng ngại công trình” là vấn đề cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. Mục tiêu của luận án: - Nghiên cứu khai thác cơ sở lý thuyết chung của quá trình lan truyền sóng nổ trong môi trường nước và tương tác của sóng nổ với chướng ngại có một số hình dạng khác nhau; - Trên cơ sở lý thuyết đưa ra, tiến hành xây dựng chương trình tính toán, khảo sát số và tìm ra qui luật của quá trình tương tác của sóng xung kích nhiễu xạ tổng hợp tác dụng lên các dạng chướng ngại công trình dưới nước; - Đề xuất giải pháp làm suy giảm sóng xung kích tác dụng vào chướng ngại công trình, nhằm nâng cao khả năng chịu tải trọng nổ dưới nước cho chướng ngại công trình. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án: Trong luận án tập trung nghiên cứu quá trình lan truyền sóng nổ dưới nước và tương tác của sóng nổ nhiễu xạ tổng hợp lên chướng ngại dưới nước với một số hình dạng khác nhau. 4. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm số trên máy tính và thử nghiệm ngoài thực địa. Về lý thuyết sử dụng các phương pháp giải tích, phân tích, tổng hợp và phương pháp số. Phương pháp số sử dụng trong luận án là giải tích phân số dựa trên lý thuyết thủy động lực học nổ, kết hợp với phương pháp PTHH nhờ sử dụng phần mềm Autodyn. Về thực nghiệm sử dụng phương pháp mô hình, tương đương, thống kê. 5. Luận điểm bảo vệ: - Luận điểm 1: Các bài toán tác dụng của sóng nổ lên các dạng chướng ngại tiêu biểu đều có thể giải được bằng việc sử dụng lý thuyết nhiễu xạ sóng nổ. - Luận điểm 2: Trên các dạng chướng ngại, sự phân bố tải trọng, các điểm nguy hiểm chịu tải trọng lớn và vùng bề mặt khuất do sóng nổ tác dụng lên chướng ngại hoàn toàn có thể xác định được. - Luận điểm 3: Trong điều kiện địa chất, môi trường nước ở một số đảo thuộc quần đảo Trường Sa, có thể xây dựng được hệ thống công thức thực nghiệm xác định tham số sóng nổ dưới nước phù hợp với các yếu tố với môi trường, địa chấtcủa đảo. - Luận điểm 4: Khi sử dụng các vật liệu có tác dụng giảm chấn, hấp thụ sóng cho phép giảm 26,23 ÷ 34,55 % giá trị sóng xung kích tác dụng lên chướng ngại. 6. Cấu trúc của luận án: Luận án bao gồm phần mở đầu, 4 chương, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục. Trong đó có 138 trang thuyết minh, 36 bảng, 102 hình vẽ, đồ thị và 65 tài liệu tham khảo. Mở đầu: Trình bày tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án. Chương 1: Tổng quan công tác nổ dưới nước Chương 2: Cơ sở lý thuyết về nổ trong môi trường nước và tương tác của sóng nổ đối với chướng ngại. Chương 3: Nghiên cứu nhiễu xạ sóng và tải trọng do sóng xung kích trong nước tác động lên chướng ngại. Chương 4: Nổ thực nghiệm trong môi trường nước biển. Kết luận: Trình bày những đóng góp mới của luận án và kiến nghị. Chương 1: TỔNG QUAN Tổng quan về công tác nổ dưới nước để thấy được sự phát triển trong thời gian qua của nổ dưới nước trên thế giới nói chung, tình hình nghiên cứu ở nước ta nói riêng và các vấn đề đang đặt ra hiện nay đối với mảng nghiên cứu này. 1.1. Phân loại các dạng nổ dưới nước Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng năng lượng nổ dưới nước đã được sử dụng rộng rãi không chỉ trong quân sự mà còn trong rất nhiều ngành kinh tế quốc dân, với các dạng nổ khác nhau. Để thuận tiện trong tính toán, nghiên cứu và sử dụng, cần tiến hành phân loại dạng lượng nổ hay dạng nổ: Theo vị trí bố trí lượng nổ; Theo mục đích ứng dụng; Theo dạng tính chất khác nhau về tác dụng cơ học xảy ra; Theo các hướng nghiên cứu về tác động cơ học khi nổ dưới nước. 1.2. Phân loại các đối tượng chướng ngại, công trình dưới nước Có các cách phân loại: Theo hình dạng; Theo chất liệu chướng ngại; Theo công dụng sử dụng chướng ngại, công trình; Theo vai trò của chướng ngại; Theo điều kiện địa chất. 1.3. Tình hình nghiên cứu về nổ dưới nước trên thế giới Các nhà khoa học tiêu biểu trên thế giới đã và đang nghiên cứu về nổ dưới nước theo 4 hướng chính: - Hướng 1: nghiên cứu các quá trình vật lý, cơ học xảy ra khi nổ trong môi trường nước, như quá trình hình thành và lan truyền sóng đập thuỷ lực, quá trình dãn nở và chuyển động của buồng sản phẩm nổ kèm theo việc xác định các thông số đặc trưng cho các quá trình này. Điển hình nghiên cứu theo hướng này có các nhà khoa học Nga nổi tiếng như G.I Pokropski, Xađopski, IU. X Iakoplev, O.E Vlaxop, N.B Kutuzov, P.A Girmanop, T.M Xalamakhin và nhà khoa học Mỹ R. Cole; - Hướng 2: Nghiên cứu quá trình tương tác phá hủy trực tiếp đáy nước bằng các lượng nổ đặt ngoài, trong lỗ khoan và lượng nổ lõm với mục tiêu phá om, phá văng hay phá định hướng. Các nhà khoa học quan tâm theo hướng này có V.M Tarivov, V.V Gankin, R.A Girmanov, I.Z Drogoveik, N.G Arzimanov,; - Hướng 3 : Nghiên cứu tương tác của sóng nổ lên phương tiện hay công trình dưới nước. Hướng nghiên cứu này là cơ sở để tính toán thiết kế các lượng nổ phá huỷ các đối tượng dưới nước, hay tính toán công trình, phương tiện chịu tác động của tải trọng nổ, cũng như phục vụ tính toán thiết kế an toàn nổ. Đại diện hướng này có B.V Zaimyliaev, B.N Kutuzov, V.A Belin, V.V Gankin, R.A Girmanov, I.Z Drogoveik; - Hướng 4 : Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả nổ dưới nước, các giải pháp làm suy giảm, triệt tiêu sóng xung kích trong nước. Đại diện hướng này có B.N Kutuzov, V.A Belin, V.V Gankin, R.A Girmanov, I.Z Drogoveik, B.R Parkin, F.R Ginmor, G.L Broude; Bằng các cách tiếp cận, các công trình nghiên cứu đều đưa ra các thông số đặc trưng trên bề mặt sóng xung kích có dạng tổng quát: - Áp suất trên mặt sóng xung kích: , (Pa) (1.1) - Xung riêng trong sóng xung kích: , (Pa.s) (1.2) - Năng lượng riêng trên bề mặt sóng xung kích: , (J/m2) (1.3) trong đó: p- áp suất trên mặt sóng xung kích, (Pa); p0- áp suất ban đầu trong nước, (Pa); pm- áp suất cực đại trong sóng xung kích, (Pa); τ- thời gian tác dụng của sóng, (s); t- thời gian, (s); f(t)- hàm thời gian; ρ- mật độ nước, (kg/m3); a- tốc độ âm trong nước, (m/s); i – xung riêng, (Pa.s); E- năng lượng riêng, (J/m2). Theo B.N Kutuzov, các qui luật nổ trong nước có tương đồng với nổ trong môi trường đất đá và không khí là: các thông số đặc trưng cho mặt sóng xung kích đều tuân theo qui luật đồng dạng của Xeđop và M.A.Xađovski Khi đó các công thức đều có dạng: - Đối với thành phần áp suất lớn nhất trên mặt sóng: (Pa) (1.4) trong đó: Aj - hằng số được xác định từ nổ thí nghiệm; pm- áp suất cực đại trên bề mặt sóng xung kích; Q - khối lượng lượng nổ; R- bán kính từ tâm nổ đến điểm khảo sát. Dựa trên cơ sở của lý thuyết đồng dạng, R.Cole đã đưa công thức xác định các thông số đặc trưng trên mặt sóng xung kích trong nước: - Áp suất cực đại trên mặt sóng: (Pa) (1.7) - Xung riêng sóng xung kích: (Pa.s) (1.8) - Năng lượng riêng trên mặt sóng xung kích dưới nước, (J/m2): (1.9) - Hằng số thời gian của sóng xung kích dưới nước: (1.10) Đánh giá ảnh hưởng của mặt nước và đáy nước G.I Pakropski, O.E Vlaxop và T.M Xalamakhin giới thiệu công thức tính áp suất lớn nhất trên mặt sóng xung kích lan truyền trong nước khi bị ảnh hưởng của mặt đáy đều có thể đưa về dạng: (Pa) (1.11) trong đó: km, kd- tương ứng là hệ số ảnh hưởng của mặt nước và đáy nước. Bốn hướng trên và các công thức đề cập đến quá trình vật lý cơ học xảy ra khi nổ trong môi trường nước, các quá trình cơ học xuất hiện khi phá hủy đất đá dưới nước, tương tác của sóng xung kích với chướng ngại dưới nước và các biện pháp nâng cao hiệu quả nổ cũng như các giải pháp làm suy giảm sóng xung kích trong nước. 1.4. Tình hình nghiên cứu nổ dưới nước ở Việt Nam Một số nhà khoa học nghiên cứu nổ dưới nước trong giai đoạn vừa qua đã đóng góp lớn vào sự phát triển kinh tế, xã hội, quốc phòng an ninh của đất nước như: TS Lê Văn Trung, GS.TS Nhữ Văn Bách, GS.TSKH Nguyễn Hoa Thịnh, GS.TSKH Nguyễn Văn Hợi, GS.TS Vũ Đình Lợi, TS Nguyễn Văn Thủy, PGS.TS Đàm Trọng Thắng và một số các nhà nghiên cứu khác Các đề tài của các tác giả này đã giải quyết khá tốt các yêu cầu đặt ra trong từng giai đoạn.Qua đó, với vấn đề nghiên cứu đề cập, xác định các nội dung cần phải giải quyết tiếp theo. 1.5. Những tồn tại và hướng giải quyết của nghiên cứu nổ dưới nước Từ việc phân tích tổng quan nghiên cứu nổ dưới nước, cho phép rút ra các vấn đề nghiên cứu còn tồn tại. Từ các tồn tại này đưa ra hướng giải quyết trong luận án và phát triển ở các nghiên cứu tiếp theo, cụ thể là: - Nghiên cứu khai thác cơ sở lý thuyết về quá trình lan truyền sóng nổ trong nước, kết hợp với thử nghiệm nổ tại hiện trường để rút ra qui luật và đánh giá các thông số trên mặt sóng xung kích dưới nước trong điều kiện biển với nền trầm tích san hô ở Trường Sa; - Nghiên cứu khảo sát và thiết lập qui luật của sóng nhiễu xạ tổng hơp tương tác với các dạng chướng ngại khác nhau, trên cơ sở đó đánh giá dạng hình dạng chướng ngại có khả năng làm giảm tải trọng của sóng nổ tác động lên chướng ngại. - Nghiên cứu quá trình tương tác của sóng xung kích dưới nước khi không xét đến nhiễu xạ lên chướng ngại. - Lựa chọn vật liệu và thử nghiệm khả năng làm suy giảm cường độ sóng xung kích, phù hợp với điều kiện ứng dụng trong xây dựng công trình biển ở nước ta. 1.6. Kết luận chương 1 Qua nghiên cứu tổng quan về nổ, một số vấn đề liên quan đến hướng nghiên cứu đã trở nên rõ ràng hơn và đặt ra các nhiệm vụ cụ thể cho tác giả và các nhà nghiên cứu nổ nói chung. Các vấn đề về nổ còn tồn tại là những vấn đề phức tạp mà rất cần đến sự trợ giúp các ứng dụng khoa học kỹ thuật hiện đại. Để giải quyết vấn đề nghiên cứu như đã phân tích ở trên cần có phương pháp tiếp cận nghiên cứu một cách tối ưu, cần có sự kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết, kết hợp với tính toán bằng phần mềm máy tính và thử nghiệm trên thực tế. Nhờ lựa chọn phương pháp nghiên cứu hợp lý, kết hợp với trang thiết bị và con người cụ thể, việc giải quyết các vấn đề tồn tại nêu trên cũng là nội dung chính được trình bày trong các chương tiếp theo của luận án. Với các kết luận trên, tên đề tài, mục đích, nội dung phương pháp nghiên cứu của luận án được chọn như đã trình bày trong phần mở đầu của luận án. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NỔ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC VÀ TƯƠNG TÁC CỦA SÓNG NỔ VỚI CHƯỚNG NGẠI 2.1. Cơ sở lý thuyết truyền sóng nổ trong môi trường nước 2.1.1. Quá trình hình thành phát triển bóng khí và sóng xung kích khi nổ dưới nước Nổ trong môi trường nước có những đặc tính riêng biệt. Sản phẩm nổ dãn nở và đẩy nước ra hình thành một lỗ rỗng gọi là bóng khí. Quá trình giãn nỡ bóng khí chụp được như hình 2.2 và biến thiên áp suất tại một điểm cố định trong không gian khi mặt sóng xung kích đi qua được thể hiện như hình 2.3. Hình 2.2. Ảnh chụp quá trình giãn nở bóng khí trong môi trường nước Hình 2.3. Biểu đồ mô phỏng biến thiên áp suất tại một điểm cố định trong không gian khi mặt sóng xung kích đi qua 2.1.2. Qui luật về sự phát triển của bóng khí nổ trong môi trường nước Trình bày các nghiên cứu về bán kính bóng khí cực đại; quy luật phát triển và chuyển động của bóng khí; chu kỳ dao động của bóng khí; bán kính giãn nở sản phẩm; độ nổi của bóng khí và các tham số đặc trưng của bóng khí ở sát bề mặt nước. 2.1.3. Quá trình truyền sóng xung kích trong môi trường nước và các tham số trên mặt sóng xung kích trong nước Trình bày các nghiên cứu về áp suất, tốc độ phần tử và mật độ, tham số trên mặt sóng xung kích và sự biến thiên của áp suất theo thời gian và xung riêng của pha nén đối với các loại lượng nổ khác nhau. 2.2. Ảnh hưởng của mặt thoáng và mặt đáy đến sóng xung kích trong môi trường nước 2.2.1. Ảnh hưởng của mặt thoáng đến sóng xung kích Hình 2.5. Sơ đồ xác định sự ảnh hưởng của mặt thoáng Ảnh hưởng của mặt nước đến các tham số sóng xung kích được xét đến bằng hệ số ảnh hưởng, Kmt: (2.28) Nếu Kmt > 1 thì mặt thoáng không ảnh hưởng đến các tham số của sóng xung kích. Nếu Kmt < 1 mặt thoáng ảnh hưởng đến hình dạng của biểu đồ áp suất và trị số xung riêng pha nén mà còn ảnh hưởng đến các thông số trên bề mặt sóng xung kích. Áp suất trên mặt sóng xung kích: (2.29) 2.2.2. Ảnh hưởng của mặt đáy đến sóng xung kích Hình 2.4 Sơ đồ giải thích sóng phản xạ từ đáy nước Sự ảnh hưởng của đáy nước được đánh giá bằng hệ số kđ: (2.35) Nếu hệ số kd < 1 thì áp suất trên mặt sóng xung kích được tính: (2.36) Trường hợp hệ số kmt và kd đồng thời nhỏ hơn một, thì có ảnh hưởng đồng thời của cả mặt đáy và mặt nước. Áp suất trên mặt sóng xung kích: (2.37) 2.3. Nghiên cứu tương tác của sóng nổ với chướng ngại có kích thước vô hạn trong môi trường nước 2.3.1. Nghiên cứu, tính toán tác dụng cơ học gián tiếp của lượng nổ lên chướng ngại đáy nước Hình 2.11 đặc trưng cho mô hình tác dụng cơ học gián tiếp của lượng nổ tác dụng lên nền đáy. Có thể thấy rằng các tham số phễu phá hủy phụ thuộc nhiều yếu tố khác nhau. Hiện nay, chưa có công trình nào công bố hoặc biện luận sự tạo phễu từ lượng nổ đặt gián tiếp trong môi trường nước với nền đáy là vật liệu bất kỳ nói chung và đặc biệt là nền đáy san hô nói riêng. Hình 2.11. Mô hình lượng nổ dưới nước tạo phễu Tính toán, khảo sát một số trường hợp nổ trên nền san hô Nổ thực nghiệm dưới nước tại đảo Sơn Ca thuộc quần đảo Trường Sa, Việt Nam: Hn=h = 1,5 m; H = 1m; khối lượng thuốc tương đương TNT gồm ba loại 0,6 kg, 0,4 kg và 0,2 kg. Nền đáy có uth = 5 m/s; ρ= 2400-2500 kg/m3; trong phạm vi luận án chỉ khảo sát tính toán với trường hợp 1, chỉ xem xét tác dụng của sóng tới. Điều kiện biên của vùng chỉ có xuất hiện của sóng xung kích nén tính được là: -4,0834< R <4,0834 (m). Xung riêng chịu sóng xung kích nén (vùng chịu sóng nén): (2.53) Khảo sát phương trình (2.53) với các lượng nổ được đồ thị phân bố xung riêng trên hình 2.13 và kết quả ở bảng 2.2. Hình 2.13. Biểu đồ xung riêng tác dụng lên nền đáy san hô Bảng 2.2. Các tham số phễu phá hủy Trong tính toán này chọn µ=0,3 và k=0,3. Trị số chiều sâu phá hủy dao động từ 0,30 đến 0,32 m tương ứng với cả ba trường hợp lượng nổ. Với kết quả tính toán nhận được tương đối phù hợp với thực tiễn nổ thử nghiệm mà tác giả thực hiện tại đảo Sơn Ca thuộc quần đảo Trường Sa. Khác với nổ trực tiếp, nổ gián tiếp có lượng nổ đặt xa đáy, nên tác dụng cơ học lên đáy sẽ ở phạm vi rộng hơn. Như vậy cần tiếp tục hoàn thiện phương pháp xác định chính xác trị số xung nổ truyền vào đáy nước và nghiên cứu thực nghiệm để rút ra các hệ số để xác định được vùng phá hủy nổ của lượng nổ đặt gián tiếp dưới nước. 2.3.2. Nghiên cứu tương tác của sóng xung kích dưới nước tác dụng lên chướng ngại tấm phẳng khi không xem xét đến yếu tố nhiễu xạ sóng Các tính toán lý thuyết và so sánh với kết quả thử nghiệm Các tính toán lý thuyết: Kết quả theo lý thuyết áp suất sóng tới và sóng phản xạ tác dụng lên bề mặt công trình được thể hiện theo bảng 2.3. Bảng 2.3. Kết quả tính áp suất sóng tới và sóng phản xạ tác dụng lên chướng ngại Kết quả thử nghiệm trên mô hình tấm Kết quả thu được giá trị sóng phản xạ lớn nhất qua các lần thí nghiệm được thể hiện trong bảng 2.4. Bảng 2.4 Giá trị lớn nhất của sóng phản xạ qua các thí nghiệm Nhận xét: Kết quả bảng 2.3 và 2.4 cho thấy, độ chênh lệch giá trị sóng phản xạ tính theo lý thuyết và giá trị đo được ở hiện trường lần lượt theo các thí nghiệm 1, 2, 3, 4 lần lượt là 40%, 94%, 146,7% ; 96,4%. Các lý thuyết cảnh báo sự phức tạp về hệ số phản xạ trên một bề mặt vì không thể tiên lượng một cách chính xác. Thí nghiệm đã khẳng định tính đúng đắn về dự báo sự phức tạp của sóng phản xạ và cũng đặt ra vấn đề nghiên cứu sự phản xạ cho các nhà khoa học trong nghiên cứu xác định hệ số phản xạ này. 2.4 Kết luận Quá trình hình thành và lan truyền sóng nổ trong môi trường nước được bắt đầu từ khi phản ứng hóa học diễn ra đến khi quá trình lan truyền sóng ra ngoài môi trường kết thúc. Việc đề cập các tham số khác và làm rõ ảnh hưởng của đáy và mặt thoáng đến sóng xung kích và cùng với việc khảo sát bài toán lượng nổ gián tiếp và bài toán xác định sóng phản xạ cho ta thấy được bức tranh toàn cảnh quá trình hình thành và lan truyền sóng xung kích dưới nước. Ngoài ra, lý thuyết nổ thông thường không tính được tải trọng tác dụng lên các dạng chướng ngại đặc biệt. Hiện nay, chỉ có lý thuyết thủy động lực học nổ có xét đến hiện tượng nhiễu xạ sóng mới giải được các bài toán tác dụng nổ với các dạng chướng ngại đặc biệt trong môi trường nước. Từ lý thuyết này, chúng ta sẽ tìm được sự phân bố áp lực trên toàn bộ chướng ngại, trong đó có những vùng không chịu tác dụng trực tiếp của sóng nổ_điều này trước đây chỉ được dự đoán bằng các phân tích định tính. Chương 3 sẽ giải quyết được các vấn đề này bằng định lượng dựa trên lý thuyết nhiễu xạ sóng nổ dưới nước. Chương 3 NGHIÊN CỨU NHIỄU XẠ SÓNG VÀ TẢI TRỌNG DO SÓNG XUNG KÍCH TRONG NƯỚC TÁC ĐỘNG LÊN CHƯỚNG NGẠI 3.1. Tương tác của sóng nổ với chướng ngại trong môi trường nước Các lý thuyết thông thường như trình bày ở chương 2 sẽ gặp khó khăn hoặc không tính được sự phân bố tải trọng lên các chướng ngại có kích thước hữu hạn và hình dạng bất kỳ. Chương 3 sẽ giải quyết vấn đề này bằng lý thuyết sóng nổ có kể đến nhiếu xạ sóng. 3.1.1. Tương tác của sóng nổ với chướng ngại cứng bất động, kích thước hữu hạn và hình dạng bất kỳ Xét vật thể được giả thiết là cứng tuyệt đối, bất động, có kích thước hữu hạn và hình dạng bất kỳ. Sóng truyền tới từ một nguồn sóng 0. Bề mặt S chịu tác dụng của sóng tới, hệ trục tọa độ gắn với 0 có trục z theo phương sóng tới. Tải trọng tác dụng lên bề mặt là một hàm dạng p(x,y,z,t), trên phương truyền sóng, áp lực sóng tới và tốc độ hạt có dạng: (3.1) (3.2) trong đó: pm áp lực cực đại trên bề mặt sóng tới; a0 tốc độ truyền sóng trong môi trường; ρ0mật độ môi trường. Sơ đồ khảo sát sóng nổ phẳng lan truyền trong chất lỏng và tương tác với chướng ngại hữu hạn có hình dạng bất kỳ (hình 3.2). Hàm sóng đơn vị được thể hiện như hình 3.3. Hình 3.2. Sóng nổ dưới nước tương tác với chướng ngại Hình 3.3. Tải trọng đơn vị Tải trọng tác dụng lên toàn bộ vật thể khi sóng bị nhiễu xạ sẽ là: (3.3) là tải trọng sóng tới; là tải trọng gây ra do sóng nhiễu xạ. Phương trình sóng tổng quát: (3.6) Các giả thiết và điều kiện biên: - Chướng ngại, công trình nằm trong môi trường nước là cứng và bất động. - Trên bề mặt chướng ngại, công trình, tốc độ hạt chất lỏng theo phương pháp tuyến với bề mặt chướng ngại, công trình bằng 0: (3.7) - Phát xạ sóng ở vô cùng (x