Bài tập thiết kế tối ưu và tin học ứng dụng

Bi tp Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch
Thiết kế rãnh thoát nớc
I. Đặt vấn đề
Khi xây dựng đờng dặc biệt là đờng miền núi và vùng trung du, khối lợng xây
dựng và giá thành các công trình thoát nớc trên đờng chiếm một phần đáng kể
trong tổng giấ thành xây dựng. Trong những công trình này phần dẫn nớc từ nơi
cao xuống thấp tại nơi có địa hình dốc các công trình thủy lực nh bậc nớc, dốc n-
Hc viờn: Trn Quc Tun Lp: Xd ng ụtụ
v ng TP - K16
Trang
1
B GIO DC V O TO
TRNG I HC GIAO THễNG VN TI
BI TP

THIT K TI U V TIN HC NG DNG
Giỏo viờn hng dn: GS.TS Nguyn Vit Trung
Hc viờn thc hin : Trn Quc Tun
Lp : Xõy dng ng ụ tụ v ng TP - K16
H Ni: 9/2009
Bi tp Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch
ớcthờng đợc sử dụng. Khi dòng nớc đổ xuống hạ lu, phần năng lợng thừa biến
thành động năng, vận tốc tăng lên, nên ngay sau lòng dẫn bị xói lở nghiêm trọng
ảnh hởng đến an toàn công trình. Do vậy nhiệm vụ tính toán tiêu năng là phải tìm
biện pháp tiêu huỷ năng lợng của dòng chảy, điều chỉnh lại sự phân bố lu tốc, làm
giảm mạch động để dòng chảy trở về trạng thái tự nhiên trên một đoạn ngắn nhất,
rút ngắn đoạn gia cố ở hạ lu. Thiết kế tiêu năng phải đảm bảo mục tiêu trên, tuy
nhiên thiết kế phải hợp lý và tiết kiệm vật liệu nhất .
II.nội dung bàI toán
Thiết kế dốc nớc BT+ bể tiêu năng mặt cắt chữ nhật với hàm mục tiêu là giá thành.
a1 a2 a1

a4
a3
a5
a7
a5
a6a8
Mặt cắt ngang dốc nớc và bể tiêu năng
a
1
: Chiều dày vách dốc (m)
a
2
: Chiều rộng thân dốc (m)
a
3
: Chiều dày đáy dốc (m)
a
4
: Chiều cao thân dốc (m)
a
5
: Chiều dày thành bể (m)
a
6
: Chiều sâu bể (m)
Hc viờn: Trn Quc Tun Lp: Xd ng ụtụ
v ng TP - K16
Trang
2
Bi tp Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch

a
7
: Bề rộng đáy bể (m)
a
8
: Chiều dày đáy bể (m)
1. Xác định bề rộng đáy có lợi nhất của dốc nớc a
2
:
5
2
2
765,0
TK
Qa =
2. Kiểm tra lu lợng và lu tốc chảy trong thân dốc:
- Tính chiều sâu dòng chảy trong thân dốc:
22
4
.av
Q
a
a
CP
TK
==


- Xác định lu lợng dòng chảy trong thân dốc:
)

.2
.
.
1
;
.2
.
(;.
.
6
1
42
42
42
42








+
=
+
==
=
aa
aa

na
C
aa
aa
RiRCv
vQ
b
d
TT


%5%100 <

TK
TKTT
Q
QQ
. Chiều sâu a
4
là đạt.

%5%100 >

TK
TKTT
Q
QQ
=> tăng chiều sâu a
4
và tính lại.

3. Tính độ sâu đầu dốc (không có ngỡng)
- Dốc không có ngỡng nên độ sâu đầu dốc là độ sâu phân giới h
k
:
1;
3
2
2
==


gb
Q
h
k
4. Tính độ sâu cuối dốc
- Tính chiều dài đờng mặt nớc l:
Ji
l


=
Với
2
0
0
k
k
JJ
J

+
=
=
+ Nếu chiều dài đờng mặt nớc < chiều dài cuối dốc=> Dốc dài, độ sâu cuối dốc
h
cd
=a
4
.
+ Nếu chiều dài đờng mặt nớc > chiều dài cuối dốc=> Dốc ngắn, độ sâu cuối dốc
h
cd
>a
4
.
5. Kiểm tra xem có phải làm công trình tiêu năng không.
- Tính độ sâu liên hợp với độ sâu trớc nớc nhảy h= a
4
( độ sâu cuối dốc )
Hc viờn: Trn Quc Tun Lp: Xd ng ụtụ
v ng TP - K16
Trang
3
Bi tp Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch

+= 1
'
8
1
2
'
"
3
3
h
h
h
h
k
- Tính độ sâu nớc hạ lu công trình h
h
. Biết Q
TK
, a
7
(=

b
h
)

,i
h

bằng phơng pháp thử
dần xác định đợc h
h
.
- Nếu h>h
h
thì phải làm CT tiêu năng (Bể tiêu năng)
6. Tính toán tiêu năng:
Kích thớc bể tiêu năng ( chiều sâu bể a
6
, chiều dài bể L
b
)
+ Tính chiều sâu bể tiêu năng:
- Giả sử chiều sâu bể d=h - h
h
- Tính chiều sâu liên hợp h
c
: h
c
=E
01
.
c

Trong đó:
6
2
401
2

a
g
v
aE
tt
++=

c
=> tra bảng thông qua F(
c
) :
2
3
017
).(1,1.
)(
Ea
Q
F
TK
c
=

- Tính :

=
2''22
7
2
)(
1
.
1
2
ch
TK
hha
g
Q
z
- Tính lại chiều sâu bể:
)(1,1
''
1
zhhd
hc
+=
Nếu
16
1
%5%100 da
d
dd

=<

Nếu
>

%5%100
1
d
dd
Tính lại từ
10102
2
3
027
;
).(1,1.
)( dEE
Ea
Q
F
TK
c
+==

+ Tính chiều dài bể;
- Tính
g
aa
vL
CP

46
1
.2 +
=
(Theo L.A Baraxh)
- Tính
6
2
42
).
2
(3 a
g
v
aL
CP
+=
( Theo Khu Tin)
Hc viờn: Trn Quc Tun Lp: Xd ng ụtụ
v ng TP - K16
Trang
4
Bi tp Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch
Vậy L
bể
= min(L
1
. L
2
)

8. Điều kiện ràng buộc:

),min(.3
.2
.1
21
LLL
QQ
vv
be
TKTT
CPTT
=


9. Hàm mục tiêu:
Mục tiêu= giá 1m
3
BT[2a
1
.a
4
+(a
2
+2a
1
).a
3
]L
d

+ giá 1m
3
đá xây(2a
5
.a
6
+a
7
.a
8
)L
be
III.thiết kế ch ơng trình
1. Số liệu đầu vào:
Nhập số liệu chọn kích thớc mặt cắt dốc nớc và bể tiêu năng: a
1
, a
3
, a
5
, a
7
, a
8
,
Q
TK
: Lu lợng thiết kế
V
CP

: vận tốc cho phép
L
d
: Chiều dài dốc
i
d
: Độ dốc dốc nớc
a : Hệ số cuốn khí
n
b
: độ nhám BT
i
h
: độ dốc đáy hạ lu
Giá thành 1m
3
BT, 1m
3
đá xây:
2. Số liệu đầu ra:
a
1
a
8
và giá thành: cha tối u
a
1
a
8
và giá thành: đã tối u

3. Sơ đồ khối:
Hc viờn: Trn Quc Tun Lp: Xd ng ụtụ
v ng TP - K16
Trang
5
Bài tập Thiết kế tối ưu và Phát minh sáng chế
4. CÊu tróc ch¬ng tr×nh:
Ch¬ng tr×nh cÊu tróc thµnh c¸c m« ®un:
1. Giíi thiÖu
2. NhËp sè liÖu vµ khai b¸o h»ng sè.
3. TÝnh to¸n
Học viên: Trần Quốc Tuấn Lớp: Xd đường ôtô
và Đường TP - K16
Trang
6
Bi tp Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch
4. Kiểm tra điều kiện ràng buộc.
5. Tính toán hàm mục tiêu
6. In kết quả
Bài tập sáng chế
Bài làm : Tôi chọn cái tủ lạnh. Trong tủ lạnh đã áp dụng các qui tắc sáng chế nh sau
1. Qui tắc làm ngợc lại : Tủ lạnh làm cho các đồ vật đặt trong nó lạnh đi, ngợc lại
với sự làm việc của máy nớng là làm cho các đồ vật nóng lên.
2. Qui tắc chuyển đổi giữa các trạng thái hoạt động : Sự hoạt động của tủ lạnh đã
biến thể lỏng thành thể khí và rắn.
3. Qui tắc áp dụng các trờng vật lý khác nhau : Trong tủ lạnh đã áp dụng qui tắc
này đó là biến điện năng thành nhiệt năng.
4. Qui tắc ghép một số chức năng vào trong cá thể : Trong tủ lạnh đã áp dụng qui
tắc này đó là ghép thêm bộ phận tạo đá lạnh, lắp thêm bóng đèn để khi mở cửa tủ
lạnh thì bóng sáng, đóng lại thì bóng tắt.

5. Qui tắc sử dụng nhiều loại vật liệu : Trong tủ lạnh đã sử dụng nhiều loại vật liệu
để chế tạo nh : kim loại, nhựa, cao su, thuỷ tinh
6. Qui tắc phân đoạn thời gian hoạt động của các bộ phận và loại bỏ chúng khi
không cần thiết : Trong tủ lạnh có rơle tự động làm giảm công suất của máy khi các
đồ vật đặt trong tủ lạnh giảm nhiệt độ đến một nhiệt độ giới hạn nào đó.
7. Qui tắc thay đổi vai trò các bộ phận tuỳ theo hoàn cảnh sử dụng, chức năng hoạt
động : Trong tủ lạnh đã áp dụng qui tắc này để chế tạo cánh cửa.
Sau đây tôi xin trình bày một qui tắc sáng chế thêm cho tủ lạnh đó là qui tắc
ghép thêm một số chức năng. Tôi sẽ ghép thêm vào tủ lạnh thiết bị có thể đun đợc
nớc nóng và thiết bị có thể điều hoà không khí trong nhà để biến cái tủ lạnh thành
một máy đa chức năng.
Hc viờn: Trn Quc Tun Lp: Xd ng ụtụ
v ng TP - K16
Trang
7