Chương Il. NGHIÊN COU LÝ THUYẾT Vé MACH DONG VÀ ANH HUONG CUA ÁP LỰC MACH DONG ĐÈN UNG SUAT 2.1, Cơ sở lý thuyết mạch động, xác định áp lực mach động: 2.1, Hiện tượng mạch động. 3) Khái Mach động là sự dao động của giá tri các thông số cháy ( Lưu tốc, áp lực, độ sâu.) xung quanh giá trị trung bình thé gian Có thể biểu điển giá trị tức thời của các thông số chảy qua giá tị rung bình thời gian và giá trị mạch động của chúng: Lưu tốc: U =U +0; Áp suất P=+P; Trong đó + up là trị số tức thời của lưu tốc, áp suất tại điểm đang xét trong dong chay +0, là chi số trung bình thời gian của U.P +U",P` là mach động của lưu tốc áp suất P” có thể dương, âm hoặc bằng không ~ Về mạch động lưu tắc Đồng chiy trong công tình thủy lợi, thủy điện thường là đồng rồi đặc biệt các công trình có dòng lưu tốc cao thì độ rồi càng lớn. Chính kết cấu độ rối này khống ch chuyển động theo thời gian của đồng chảy, quy luật sức cin và đặc tỉnh động lực có ý nghĩa thức tế đối với công trình như tiêu năng, rộn khí (hm khi), khí thực, rung động ‘Trong nghiên cứu kế ấu dong tối theo phương pháp Reynol, đem lưu tốc một điểm bắt ky của dòng chảy phân thành ba thành pha U,V, Ws áp lực p ding các tham số vật lý khác có liê «quan diễn tả thành vi số bình quân theo thời gian" “ri số mạch động” tức là pope en “Tri số mạch động” là chi lượng sóng dao động trên đưới tr số bình quân theo thoi gian.
Nó đặc trừng cho quá trinh động thai của dòng chảy chuyén động, trong dé tr số ,P,Ÿ,Ø7 chi tri số bình quân thống kê theo thời gian tứ là kỳ vọng sé học), ding ký hiệu E[U, V, w, p] để diễn tả các trang thái của quá trình điễn ra, đối với thống kê bình quân theo thời gian thay cho bình quân của tập hợp.1: Trị số mạch động và trị số bình quân theo thời gian ‘mach động áp suất “Trên biên của công trình thủy công; mạch động áp suất của dòng chảy rồi có. «quan hệ với sự rung động, xâm thực, tiêu năng, xôi lở của công trình thủy công. Các vấn để này bao gồm các mặt + Liên quan đến tải trọng của dòng chảy ở bi công tình trong công tình thự tế thường gặp các vin đề dưới đây Dưới tác dụng của dòng chảy có lưu tốc cao, tải trọng động của nước trên dính nhà máy thủy điện ngim sau đệp, ti trọng động đỗ với cũa văn có cột nước cao, tải trong động của nước tác dụng trên bản đáy của bé tiêu năng, tải trong động của đồng chiy đối với tường hướng dòng. i trong động đối với trởng bên của đốc nước.
Các vấn đỀ nêu trên đều liên quan đến tính dn định và rung động của kết sấu công trình thủy công ++ Tiếng Ôn của dang chảy rồi và khí hoá (iảm áp) ở thời điểm tức thỏi trong đồng chây Khi biên cứng tổn tại áp suất âm bình quân theo thờ gian. do mạch động áp sắt mà xuất hiện khí hoá tức thời của đồng chây và trong nội bộ đồng chảy của khu phân ly do mạch động áp suất tạo ra. Khi xác định số khí hoá sơ sinh thường tính dến tị số mạch động áp suất. Vin đề ngược lạ là do khí hoá của đồng chây gây ra b) Nguyên nhân Sự hình thành của mạch động có liên quan đến các biên của đồng chảy: sự thay đổi mực nước thượng ha lưu, tác động của sóng, gió trong hỗ chứa, ảnh hưởng của độ nhắm lòng dẫn.
có rt nhiều yếu tổ cỏ thể ảnh hưởng đến đồng chảy trên đập bê tông tràn nước. Sự tổ hợp của các yếu tổ nay có 1h ngẫu nhiên, Kết quả là các thông số dòng chảy cũng sẽ biến đổi một cách ngẫu nhiên. Tuy vậy sự đổi đó vẫn tuân theo những quy luật nhất định mà việc nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã din làm sáng t6 chúng ©) Ảnh hưởng. Mạch động ảnh hưởng đến dòng chảy và công trình trên nhiều mặt.
hưởng quan trọng nhất lề ~ Thay đỗi tải trong lên bề mặt công trình Theo thời gian của dp suất ên công trình. thành lòng dẫn cũng chịu sự thay đổi của áp suất kiểu tương tự, kết quả là áp lực lên b mặt công trình luôn luôn thay di Điều này có ảnh hưởng đến dn định và độ bền của kết cắu. Khi diy lòng dẫn (đốc nước, b tiêu năng, sin sau) là các tắm làm việc độc lập thì sự hạ thấp đột ngột áp lục thủy động lên đó có thé làm cho tắm bị mắt ấn định do diy nổi. Ngược lại kh ấp lực đột ngột gi ng, o6 thé âm cho tm bị nứt vỡ đo ứng suất éo tại một sốđiễm vượt quá giới hạn của vật liệu Khi thành lòng dẫn là các điểm kim việc độc lập ( không nối liễn với bản đáy) thì sự hạ thấp đột ny t áp lực thủy động lên tường có thể làm cho nó bị mắt cân bằng và bị diy trượt về phía trước; ứng suất trong tường cũng có những thay đổi theo hướng bit Ii Đối với các ông cổ áp, sự thay đổi áp lục nước nên thành ống theo cả hai hướng dit tang hay giảm đều gây bất lo, áp lực nước tăng sẽ làm tăng ứng suất kéo trong thành Ống: áp lực giảm có th sinh ra chân không gây bep ống.
tẺ———a—^^-———————— › SokNnêtw comcat nàn no AA H nate Analle, 4 mot e Hinh 2.2: Mach động áp lực trong dòng chủy rỗi (Đo trong mảng thí nghiệm) a) Vị trí sau nước nhà) trên trục đây mảng; b) ở phần giữa nước nhảy; c) Trong ống xả của turbin cánh quay - Gis ung động. Su thay đổi tai trong sẽ dẫn đến hệ quả là diy rung động công trình. Sự rung động mạnh có thé dB dàng nhận ra ở các kết cấu mảnh. Và nếu kế giao động tự do xắp xỉ bằng tin số giao động cưỡng bức do mạch động gây ra thì có thể phát sinh cộng hưởng làm đổ vỡ công trình Rung động mạnh cũng làm ảnh hưởng đến độ ban của các khớp nổi.
Điều này cần lưu ý với công trình dưới đất như đường him, cổng ngằm. ầm thay đổi mực nước Sự gia tăng mye nước trong lòng dẫn có thể dẫn đến erin bờ các công trinh tháo nước kiểu hở, ảnh hưởng đến an toàn công trình. ~ Ảnh hướng dn sự KH hóa dng chảy “Tại các điểm mà mạch động áp suất có "đinh âm” thì có thé sinh ra chân không, Jam cho đồng chảy bị khí hóa có thé din đến khí thực làm hư hỏng thành lông dẫn. ~ Ảnh hưởng đến xói lòng dẫn Khi gặp các "dịnh dương” của mạch động lưu tốc tr số lưu tốc tức thời của đồng chảy có thể vượt quá lưu tốc khởi động của vật liệu đáy và mái lòng dẫn.
Hiện tượng x6i hạ lưu xây ra phổ biến ở các đường tràn, cổng tưới, tiêu đầu mỗi và trên hệ thống Đối với các ông có áp, sự thay đổi áp lục nước nên thành ống theo cả hai hướng dù tăng hay giảm đều gây bất lợi, áp lực nước tăng sẽ làm tăng ứng suất kéo trong thành Ống: áp lực giảm có th sinh ra chân không gây bạp ống. Xác định tính toán áp lực mach động. Do mạch động mang đặc trưng của him ngẫu nhiền nên đ sắc định nó cần các thông số quan trong như trị số tiêu chuẩn (6), biên độ cực đại (A) vả tan số (0. 4) Trị số tiêu chuẩn mạch động Diy là tị số quân phương của các giá tị tức thoi của mạch động.
Với mạch động áp suất ø, =—— xa (2.3) Trong đó: n- là số lần đo. p+ trị số mach động áp suất ở lần do thứ i ) Biên độ mạch động Biên độ mạch động là độ chênh lớn nhất ra trị số cực đại (hay cực tiểu) so với trị số tiêu chuẩn của đại lượng mạch động đang xét. Vì mạch động mang đặc tính của đại lượng ngẫu nhiên nên trị số của biên độ (A) lại phụ thuộc vào tin số xuất hiện (p) của nó trong một quan hệ gọi là phổ mạch động, ‘Tinh toán thông thường lấy: A=3ø, 3 05 10 15 20 25.3: Tri số tiêu chuẩn mạch động áp suất 4)Ở đáy long dẫn có nước nhảy hoàn chính: x- khoảng cách từ mặt cắt đo đến vj rt dé nước nháy; L, + Chiều dài nước nhảy; ø + khối lượng riêng của nước, + Linu tốc trung bình mặt cắt đầu nước nhảy; b) Áp suất bình quân (0) khi van mở a=0,8h (1) và tiêu chuẩn mạch động dp suất ơ, trên trần công xả, khỉ độ mở ah=0,8 2); 0,5 (3) và 0,2 (4): p,áp suất ước của van Trong đó; + A là biên độ mạch động +01 tu chuin mạch động “Trong những trường hợp yêu cầu độ an toàn cao hơn, có thé lấy : A=4ơ, “Các cực trị đại lượng X đang xét là x, (2.4) “Trong đó: Ÿ - Giá trị trung bình thời gian của X A,- Biên độ mach động của đại lượng X ©) Tần số mạch động Đối với giao động điều hòa thi tần số f có giá trị không đổi, còn đối với mạch động Ï thì chỉ là giá tị tương đối Dong chảy qua công trình thì có 2 loại mạch động: mạch động lớn và mạch. Mạch động nhỏ thi tin số xuất hiện cao: mạch động lớn th tin số xuất hiện thấp “Tân số mạch động có ý nghĩa lớn khí xét rung động của công trình.
Chẳng hạn dong chảy qua đập tràn có tin số mạch động trung bình (200.300)Hz, cao hơn nhiều so với tin số dao động riêng của đập nên không thé gây ra cộng hưởng „ 23 ý thuyết v8 ứng suất, phương pháp tính toán ứng sudt: 2. Lý thuyết về phương pháp phần tir hữu hạn. Phương pháp phần tử hữu hạn được bắt nguồn từ những yêu cầu giải các bãi toán phức tạp È lý thuyết đàn hồi, phân tích kết cấu trong xây dựng và kỹ thuật hàng không Nó được bất đầu phát triển bởi Alexander Hrennikoff (1941) và Richard Courant (1942). Mặc dù hưởng tiếp cận của những người đi tiên phong.
la khác nhau nhưng họ đều có một quan điểm chung, đổ là chỉa những miễn liên tục thành những min con rời rạc. HrennikofT rời rạc những miễn liên tục bằng cách sử dạng lưới tương tự, tong khỉ Courant chia những miễn liên tục hình những miễn 6 hình tam giác cho cách giải thứ hai của phương trình vi phân từng phần elliptic, xuất hiện từ các bai toán về xoắn của phần tir thanh hình trụ.