1

Mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài:
c im ni bt ca cỏc loi cụng trỡnh bin o núi chung l iu
kin thi cụng khú khn, chu cỏc loi ti trng v mụi trng khc
nghit, song cú ý ngha rt ln v mt an ninh quc phũng v kinh t
bin. Do ú, nghiờn cu, la chn trc cỏc gii phỏp ti u cho cỏc
cụng ny phc v cho thi bỡnh, thi chin v c phỏt trin kinh t quc
dõn l vn cp bỏch hin nay.
Trờn c s cỏc kt qu nghiờn cu v vt liu san hụ v nn san hụ
lm s liu u vo cho vic xõy dng mụ hỡnh, phng phỏp tớnh, tỏc
gi la chn vn Nghiờn cu tng tỏc gia ng dn v nn san
hụ lm ni dung nghiờn cu ca lun ỏn.
Mục đích của luận án:
- Nghiờn cu tng quan v san hụ v bi toỏn tng tỏc gia kt cu
cụng trỡnh dng ng dn v nn, xõy dng mụ hỡnh san hụ phc v cho
vic gii bi toỏn tng tỏc gia ng dn v nn san hụ.
- Xõy dng, xut mụ hỡnh, phng phỏp gii bi toỏn tng tỏc
gia ng dn v nn san hụ di tỏc dng ca ti trng: súng xung kớch
do n hoc kt hp ng thi ti trng súng xung kớch v mt s dng
ỏp lc trong ca ng.
- Kho sỏt nh hng ca mt s yu t hỡnh hc, ti trng, vt lý n
s lm vic ca ng dn trong nn san hụ.
- Gúp phn la chn cỏc gii phỏp hp lý tng kh nng lm vic ca
ng dn trong nn san hụ phc v an ninh quc phũng v kinh t bin.
2. Đối tợng, phạm vi nghiên cứu của luận án:
- Tp hp, phõn tớch nhng kt qu nghiờn cu v tớnh cht c lý ca
vt liu san hụ v nn san hụ mt s o thuc qun o Trng Sa.

di tỏc dng ca súng xung kớch (SXK) do n.
5. Cấu trúc luận án:
Phn m u, 4 chng, kt lun chung, ti liu tham kho v ph lc.
Nội dung chính của luận án
Chơng 1: tổng quan tình hình nghiên cứu về san hô
và bài toán tơng tác giữa ống dẫn và nền
Trỡnh by cỏc kt qu nghiờn cu trong nc v trờn th gii v vt
liu san hụ, nn san hụ v cỏc mụ hỡnh, phng phỏp tớnh tng tỏc gia
kt cu ng dn v nn núi chung. T ni dung nghiờn cu, trờn c s
cỏc vn cn c tip tc nghiờn cu v phỏt trin, tỏc gi lun ỏn tp
trung vo vn : Nghiờn cu tng tỏc gia ng dn v nn san
hụ. Theo ú, lun ỏn s tp trung gii quyt cỏc ni dung ch yu sau:
1) Nghiờn cu tng quan v san hụ, nn san hụ v bi toỏn tng tỏc
gia kt cu dng ng dn v nn núi chung v i vi nn san hụ núi
riờng nhm lm rừ tớnh cp thit, phng phỏp nghiờn cu ca lun ỏn.
2) Xõy dng mụ hỡnh, phng phỏp gii bi toỏn tng tỏc gia ng
dn v nn san hụ theo mụ hỡnh bi toỏn phng chu tỏc dng ng thi
ca ỏp lc trong ng v súng xung kớch do bom n n gõy ra. 3

3) Xây dựng hệ phương trình, thuật toán và chương trình tính tương
tác giữa ống dẫn và nền san hô theo mô hình bài toán phẳng, trong đó kể
đến sự tách, trượt giữa ống dẫn và nền, giữa lớp đất bù và nền chịu tác
dụng đồng thời của: áp lực trong của ống, tải trọng sóng xung kích do
bom đạn nổ gây ra bằng phương pháp PTHH.
4) Khảo sát số trên kết cấu cụ thể, nghiên cứu ảnh hưởng của một số
yếu tố đến sự làm việc của ống dẫn trong nền san hô, đưa ra các kiến
nghị phục vụ tính toán, thiết kế loại kết cấu này.

kết giữa ống dẫn và nền san hô, giữa lớp nền gốc và lớp đất bù được
thay thế bằng liên kết nút giữa các phần tử biến dạng phẳng thông qua
liên kết với phần tử tiếp xúc. Liên kết tiếp xúc giữa ống dẫn và nền san
hô, giữa lớp đất bù và lớp nền gốc là liên kết một chiều.
- Bỏ qua ảnh hưởng tốc độ di chuyển dọc trong ống của áp suất.
Để giải bài toán, tác giả luận án sẽ sử dụng phương pháp PTHH.
2.3. ThuËt to¸n PTHH gi¶i bµi to¸n
2.3.1. Mô hình PTHH của bài toán
Tách từ hệ thực bán vô hạn ra một miền hữu hạn bao gồm ống dẫn và
một phần nền gọi là miền nghiên cứu (Hình 2.2), miền nghiên cứu được
xác định thông qua phương pháp lặp. Mô hình PTHH thể hiện như trên
hình 2.2b, trong đó phần ống dẫn và nền được thay thế bởi phần tử biến
dạng phẳng dạng tam giác và tứ giác, còn lớp tiếp xúc giữa bề mặt ống
dẫn, giữa lớp đất bù và lớp nền nguyên thổ được thay thế bởi phần tử
tiếp xúc phẳng 4 điểm nút.

a, Mô hình thực của hệ b, Mô hình tính của hệ
Hình 2.2. Mô hình bài toán và sơ đồ tính 5

2.3.2. Các phần tử sử dụng
2.3.2.1. Phần tử tiếp xúc (PTTX):
Hình 2.4 biểu diễn mô hình PTTX sử dụng trong luận án. Mô hình hình
học là dạng hình chữ nhật 4 hoặc 6 nút (Hình 2.4a). Khi có ứng suất pháp
 và ứng suất tiếp  theo các phương  và  trong hệ toạ độ cục bộ phần
tử, xuất hiện biến dạng pháp tuyến 

và biến dạng tiếp tuyến 

 
(2.2)
với k

và k

là độ cứng pháp tuyến và phương tiếp tuyến của phần tử.
Quan hệ giữa số gia chuyển vị với các số gia biến dạng:
 
 
se se
B U

 
 
 

 
, (2.8)
Ma trận độ cứng phần tử:
      
T
se se se se
K B D B det J d
 

(2.9)
2.3.2.2. Phần tử biến dạng phẳng:
Phần tử biến dạng phẳng được sử dụng ở đây là loại phần tử tam giác 3
điểm nút và tứ giác 4 điểm nút, mỗi nút có 2 bậc tự do u

   
 
, (2.31)
với:


M
- ma trận khối lượng,






C U M K U
   
   
   
ma trận cản:
1 2
2

 
  
,
1 2
    
(
1
, 



C C U

 
 
, lúc này
(2.31) là phương trình phi tuyến.
2.3.4. Thuật toán PTHH giải bài toán:
Phương trình phi tuyến (2.31) được giải bằng việc kết hợp tích phân trực
tiếp Newmark và lặp Newton – Raphson. Sơ đồ thuật toán như hình 2.8.

Hình 2.8. Sơ đồ thuật toán giải bài toán tương tác giữa ống dẫn và nền san hô 7

2.5. Chương trình tính và kiểm tra độ tin cậy của chương trình
2.5.1. Giới thiệu chương trình:
Với các thuật toán đã nêu trên, tác giả tiến hành lập trình tính toán bài
toán tương tác ống dẫn – nền san hô chịu tải trọng động. Chương trình
có tên PIPE_CORAL_2011, được viết bằng ngôn ngữ lập trình Matlab.
2.5.2. Kiểm tra độ tin cậy của chương trình:
Để kiểm tra độ tin cậy của chương trình PIPE_CORAL_2011 đã lập,
tác giả thực hiện theo 2 con đường:
- So sánh kết quả tính bằng chương trình đã lập với kết quả bài toán
tương tự với công trình đã được tác giả nước ngoài công bố (Tín hiệu 1);
- So sánh kết quả tính bằng chương trình đã lập với kết quả nghiên
cứu thực nghiệm (Tín hiệu 2).
Trong phần này, tác giả tính toán so sánh với công trình của Akinola

= 7800kg/m
3
.
Thông số tải trọng: Ngoài tải trọng bản thân, ống chịu áp lực sóng nổ
dạng sóng xung kích phân bố đều mặt trong của ống, hàm tải trọng:
 
 
max
t
p t p 1 khi0 t
p t 0 khi t

 
   

 

 


 

, với p
max
= 30Mpa,  = 0,025s.
Tính toán với 3 độ sâu khác nhau của ống dẫn, tương ứng với các tỷ
số: H/D = 1, H/D = 2, H/D = 3. Kết quả chuyển vị đứng lớn nhất
max
y
U [cm] theo phương đứng của ống dẫn (điểm đỉnh, mặt ngoài ống)

Chơng 3: KHảO SáT MộT Số YếU Tố ảNH HƯởng đến sự
làm việc của ống dẫn trong nền san hô
3.1. t vn
Trờn c s tớnh toỏn vớ d s bi toỏn ng dn lm vic trong nn san
hụ, trong chng ny trỡnh by kt qu kho sỏt mt s yu t nh
hng n s lm vic ca ng dn cho phộp la chn cỏc thụng s hp
lý nhm nõng cao kh nng lm vic ca ng dn trong nn san hụ.
3.2. Vớ d s
3.2.1. Bi toỏn 1: Tng tỏc ng dn nn san hụ chu tỏc dng ca
SXK, khi khụng cú ỏp lc trong ng
Thụng s ng dn: d = 1,8m, D = 2m, ng nm trong nn san hụ
sõu 4m, vt liu E
p
= 2,110
7
N/cm
2
,
p
= 0,3 v
p
= 7,810
3
kg/m
3
. Ti
trng SXK phõn b u lờn b mt nn (hỡnh 3.1), = 0,05s.
Thụng s nn: Gm 4 lp, c trng c lý ca vt liu nh bng 3.1.
Gúc m phn t o = 60
0

f
ms

Tỷ số cản


1 2
0,2810
5

0,22

2,510
3

0,21
2 6
2,1010
5

0,25

2,810
3

0,32
3 10
20,010
5



0,24

4,810
3

0,45
Kết quả đáp ứng chuyển vị, ứng suất tại các điểm tính thể hiện như
trên các hình 3.4, 3.5, 3.6 và 3.7 sau.
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-2
-1.8
-1.6
-1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
Thoi gian t[s]
Chuyen vi U
y
[cm]Diem A
Diem B
11

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Thoi gian t[s]
Ung suat xicmax[N/cm2]
Diem A
Diem B

Hình 3.6. Quan hệ ứng suất 
x
- t (tại A, B)
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-12000
-10000
-8000
-6000
-4000
-2000
0


Diem A:p=0
Diem A:p=5
Diem B:p=0
Diem B:P=5

Hình 3.8. Quan hệ chuyển vị U
y
– t (tại A, B) 12

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-0.02
-0.015
-0.01
-0.005
0
0.005
0.01
0.015
0.02
Thoi gian t[s]
Chuyen vi ngang U
x
[cm]Diem C:p=0

2
, tần số f = 20Hz.
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-1.6
-1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
Thoi gian t[s]
Chuyen vi dung U
y
[cm]Diem A:p=0
Diem A:p=5
Diem A:p=pcos(2pift)
Diem B:p=0
Diem B:p=5
Diem B:p=pcos(2pift)

Hình 3.12. Quan hệ U
y
– t (tại điểm A, B)


Để khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến sự làm việc của ống dẫn
trong nền san hô, đối với bài toán xuất phát tác giả xét là trường hợp bài
toán 2 (mục 3.2.2) đã trình bày ở trên.
3.3.1. Ảnh hưởng của cường độ áp suất trong ống:
Giải bài toán với trường hợp áp suất trong p của ống thay đổi từ 0
N/cm
2
đến 100N/cm
2
. Kết quả thể hiện như trên các hình 3.16 đến 3.19:
0 250 500 750 1000 1250 1500
0
0.25
0.5
0.75
1
1.25
1.5
Ap suat trong ong p[N/cm
2
]
C hu y e n v i d un g U y
ma x
[ c m ]Diem A
Diem B

Hình 3.16. Quan hệ

500
1000
1500
2000
2500
3000
Ap suat trong ong p[N/cm
2
]
Ung suat (Xicmax)
max
[N/cm
2
]Diem A
Diem B

Hình 3.18. Quan hệ
max
x
 - p tại điểm A và B
0 250 500 750 1000 1250 1500
0
1000
2000
3000
4000
5000

Sự thay đổi độ cứng lớp đệm đàn hồi được xem xét trên cơ sở thay đổi
môđun đàn hồi E
b
từ 2510
5
N/cm
2
đến 5010
5
N/cm
2
.
2.5 3 3.5 4 4.5 5
x 10
6
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Modun dan hoi Eb[N/cm2]
Chuyen vi lon nhat (U
y
)
max
[cm]
- E
b
tại điểm C và D 16

2.5 3 3.5 4 4.5 5
x 10
6
900
950
1000
1050
1100
1150
1200
Modun dan hoi Eb[N/cm2]
Ung suat (xicmax)max[N/cm2]
Diem A
Diem B

Hình 3.22. Quan hệ
max
x
 - E
b
tại điểm A và B
2.5 3 3.5 4 4.5 5
x 10

]
đến 2,710
5
[N/cm
2
]. Kết quả: 17

0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
x 10
5
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
Modun dan hoi Efp[N/cm2]
Chuyen vi (U
y
)
max
[cm]
x
U – E
fp
tại điểm C, D
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
x 10
5
920
940
960
980
1000
1020
1040
1060
1080
1100
1120
1140
Modun dan hoi Efp[N/cm2]
Ung suat xicmax[N/cm2]
Diem A
Diem B

Hình 3.26. Quan hệ
max
x
 - E
fp
tại điểm A và B

biến thiên [0,052,1]10
7
N/cm
2
.
0 0.5 1 1.5 2 2.5
x 10
7
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
Modun dan hoi Ep[N/cm2]
Chuyen vi dung (U
y
)
max
[cm]Diem A
Diem B

Hình 3.28. Quan hệ
max

tại điểm C 19

0 0.5 1 1.5 2 2.5
x 10
7
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
Modun dan hoi Ep[N/cm2]
Ungs suat (xicmax)max[N/cm2]
Diem A
Diem B

Hình 3.30. Quan hệ
max
x

- E
p
tại điểm A và B
0 0.5 1 1.5 2 2.5
x 10

5
N/cm
2
. Kết quả như sau: 20

0 2 4 6 8 10 12
x 10
4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
Modun dan hoi Ef1[N/cm2]
Chuyen vi dung (U
y
)
max
[cm]Diem A

tại điểm C và D
3.3.6. Ảnh hưởng của độ dốc taluy phần đất đào:
Góc mở độ dốc taluy phần đất đào biến thiên từ 0
0
đến 70
0
, kết quả:
0 10 20 30 40 50 60 70
1
1.05
1.1
1.15
1.2
1.25
1.3
1.35
1.4
1.45
Goc mo beta[do]
Chuyen vi (U
y
)
max
[cm]Diem A
Diem B

Hình 3.36. Quan hệ

ỏp sut trong ng, ỏp sut trong l hng s, ỏp sut trong bin i iu
ho) chu tỏc dng ca SXK vi cỏc s liu thc ca nn san hụ.
- Kho sỏt cỏc yu t nh hng n chuyn v, ng sut ca ng dn
nhm nõng cao hiu qu lm vic ca ng dn trong nn san hụ.
Chơng 4: Nghiên cứu phản ứng động của ống dẫn
trong nền san hô bằng thực nghiệm
4.1. Mc ớch thớ nghim
- Xỏc nh phn ng ng (bin dng ti cỏc im thuc ng dn) ca
ng dn nm trong nn san hụ di tỏc dng ca ti trng n dng SXK.
- Kim tra tớnh ỳng n ca b chng trỡnh PIPE_CORAL_2011 ó lp.

4.2. Mô hình và các thiết bị thí nghiệm
4.1.1. Mô hình thí nghiệm
ng dn dy t = 5,5mm, vt liu thộp,
d 109mm

, L = 1500mm
.

Hỡnh 4.3. Mu thớ nghim
4.1.2. Các thiết bị thí nghiệm
- Cảm biến điện trở đo biến dạng:120, 2cm của hãng TML (Nhật).
- Máy đo động đa năng MGC-Plus: 16 kênh, cấp chính xác 0,0025%,
độ phân giải ADC 16bit, tốc độ trích mẫu 19,2kHz. Kết quả thí nghiệm
đợc hiển thị và xử lý bằng chơng trình phần mềm chuyên dụng. 22

- Ngun gõy ti trng l ngun n, vi loi thuc n TNT. Khi tin

8
10
x 10
-5
Thoi gian t[s]
Bien dang ty doi efxilonfi
Diem gan-LT
Diem gan-TN
Diem xa-LT
Diem xa-TN

Hỡnh 4.9. Quan h bin dng

v thi gian t (Gúc lch trc = 0
0
)
Bng 4.1. So sỏnh kt qu giỏ tr bin dng ln nht ca 2 phng phỏp
max

(10
-4
)
max

(10
-4
)
im gn tõm n im xa tõm n
Lý thuyt Thớ nghim Sai s[%]


Bảng 4.3. So sánh kết quả giá trị biến dạng lớn nhất của 2 phương pháp
max

 (10
-4
)
max

 (10
-4
)
Điểm xa tâm nổ Điểm gần tâm nổ
Lý thuyết

Th. nghiệm

Sai số[%]

Lý thuyết Th.nghiệm Sai số[%]
1,4800 1,3104 12,94 1,9500 1,6426 18,71
Nhận xét:
- Kết quả tính toán bằng lý thuyết và thí nghiệm khá đồng dạng và phù
hợp với quy luật cơ học.
- Sai số về giá trị biến dạng 

lớn nhất tại điểm tính giữa 2 phương
pháp từ 12,94% đến 21,19% là có thể chấp nhận được, điều này một lần
nữa khẳng định sự phù hợp và tin cậy của bộ chương trình phần mềm
PIPE_CORAL_2011 đã lập (Tín hiệu 2).
4.5. KÕt luËn ch¬ng 4

ống và góp phần kiểm tra độ tin cậy của bộ chương trình tính
PIPE_CORAL_2011 đã lập. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm phù hợp
với các kết quả nghiên cứu lý thuyết và khẳng định độ tin cậy của bộ
chương trình đã lập, ngoài ra các số liệu có ý nghĩa làm tài liệu tham khảo
trong tính toán tương tác giữa kết cấu và nền san hô. Nội dung được thể
hiện trong công trình [6].
2/ Kiến nghị:
- Ảnh hưởng của lớp nền bề mặt (lớp trên cùng) đến sự làm việc của
ống dẫn là khá lớn. Với phương pháp đào hở, lớp đệm đáy ống không nên
cứng quá vì ứng suất, biến dạng tại điểm thuộc đáy của ống tăng nhanh.
- Hiện tượng tách, trượt cục giữa ống dẫn và nền san hô, giữa lớp đất
bù và lớp nền có ảnh hưởng đáng kể đến sự làm việc của ống dẫn.
- Luận án có thể tiếp tục phát triển theo các hướng sau:
+ Tính toán tương tác giữa ống dẫn và nền đàn nhớt, môi trường chất
lỏng có kể đến ảnh hưởng của dòng chảy.
+ Tính toán độ bền, độ ổn định của ống dẫn chịu tác dụng của tải
trọng di động trong ống.