Bài tập Thiết kế tối ưu và Phát minh sáng chế

Bài tập Thiết kế tối ưu và Phát minh sáng chế

Trang
1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

BÀI TẬP
THIẾT KẾ TỐI ƯU VA TIN HỌC ỨNG DỤNG
Gi¸o viªn hướng dẫn: GS.TS Nguyễn Viết Trung
Học viªn thực hiện

: Trần Quốc Tuấn

Lớp : X©y dựng đường « t« và đường TP - K16

Hà Nội: 9/2009

Học viên: Trần Quốc Tuấn
đường ôtô và Đường TP - K16

Lớp: Xd


Bi tp Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch

Trang
2

Thiết kế ranh 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 nớcthờng 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.

a2

a1

a3

a4

a1

Hc viờn: Trn Quc Tun
ng ụtụ v ng TP - K16

Lp: Xd


Bi tp Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch

Trang
3

a7
a5

a8

a6

a5

Mặt cắt ngang dốc nớc và bể tiêu năng

a1: Chiều dày vách dốc (m)
a2: Chiều rộng thân dốc (m)
a3: Chiều dày đáy dốc (m)
a4: Chiều cao thân dốc (m)
a5: Chiều dày thành bể (m)
a6: Chiều sâu bể (m)
a7: Bề rộng đáy bể (m)
a8: Chiều dày đáy bể (m)
2
1. Xác định bề rộng đáy có lợi nhất của dốc nớc a2: a 2 = 0,7655 QTK

2. Kiểm tra lu lợng và lu tốc chảy trong thân dốc:
- Tính chiều sâu dòng chảy trong thân dốc: a 4 =

Hc viờn: Trn Quc Tun
ng ụtụ v ng TP - K16

Q

= TK
a 2 vCP .a 2

Lp: Xd


Bi tp Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch

Trang
4

- Xác định lu lợng dòng chảy trong thân dốc:

QTT = v.
v = C R.id ; ( R =

a 2 .a 4
1
;C =
a 2 + 2.a 4
a.nb

a 2 .a 4

a 2 + 2.a 4

1
6


)


QTT QTK
100% < 5% . Chiều sâu a4 là đạt.
QTK
QTT QTK
100% > 5% => tăng chiều sâu a4 và tính lại.
QTK
3. Tính độ sâu đầu dốc (không có ngỡng)
- Dốc không có ngỡng nên độ sâu đầu dốc là độ sâu phân giới hk:

Q 2
hk = 3
; =1
gb 2
4. Tính độ sâu cuối dốc

- Tính chiều dài đờng mặt nớc l:


l=

iJ

= 0 k
Với

J=

J0 + Jk
2

+ Nếu chiều dài đờng mặt nớc < chiều dài cuối dốc=> Dốc dài, độ sâu cuối dốc
hcd=a4.
+ Nếu chiều dài đờng mặt nớc > chiều dài cuối dốc=> Dốc ngắn, độ sâu cuối dốc
hcd>a4.
5. Kiểm tra xem có phải làm công trình tiêu năng không.
- Tính độ sâu liên hợp với độ sâu trớc nớc nhảy h= a4( độ sâu cuối dốc )


8hk3
h'
h" =
1 + 3 1

2
h'

- Tính độ sâu nớc hạ lu công trình hh. Biết QTK , a7 (= bh) ,ih bằng phơng pháp thử
dần xác định đợc hh.
Hc viờn: Trn Quc Tun
ng ụtụ v ng TP - K16

Lp: Xd


Bi tp Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch

Trang
5

- Nếu h>hh thì phải làm CT tiêu năng (Bể tiêu năng)
6. Tính toán tiêu năng:
Kích thớc bể tiêu năng ( chiều sâu bể a6, chiều dài bể Lb)
+ Tính chiều sâu bể tiêu năng:
- Giả sử chiều sâu bể d=h - hh
- Tính chiều sâu liên hợp hc: hc=E01.c

vtt2
Trong đó: E 01 = a 4 +
+ a6
2g
c=> tra bảng thông qua F(c) :

2
QTK
- Tính : z =
2g

F ( c ) =

1

1
2 2 '' 2
a .h
7 h (hc )

QTK
a 7 .1,1.( E 01 )

3
2






- Tính lại chiều sâu bể: d 1 = 1,1hc'' ( hh + z )
Nếu

d d1
100% < 5% a 6 = d1
d

QTK
d d1
F
(

)
=

; E 02 = E 01 + d1
c
3
Nếu
100% > 5% Tính lại từ
d
a 7 .1,1.( E 02 ) 2
+ Tính chiều dài bể;
- Tính

L1 = vCP

2.a 6 + a 4
(Theo L.A Baraxh)
g

2
v
CP
- Tính L2 = 3 ( a 4 +
).a 6 ( Theo Khu Tin)
2g

Vậy Lbể= min(L1. L2)
Hc viờn: Trn Quc Tun
ng ụtụ v ng TP - K16

Lp: Xd

Bi tp Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch

Trang
6

8. Điều kiện ràng buộc:

1. vTT vCP
2. QTT QTK
3. Lbe = min( L1 , L2 )
9. Hàm mục tiêu:
Mục tiêu= giá 1m3 BT[2a1.a4+(a2+2a1).a3 ]Ld+ giá 1m3 đá xây(2a5.a6+a7.a8 )Lbe
III.thiết kế chơng trình

1. Số liệu đầu vào:
Nhập số liệu chọn kích thớc mặt cắt dốc nớc và bể tiêu năng: a1, a3, a5, a7, a8,
QTK : Lu lợng thiết kế
VCP : vận tốc cho phép
Ld : Chiều dài dốc
id : Độ dốc dốc nớc
a : Hệ số cuốn khí
nb : độ nhám BT
ih : độ dốc đáy hạ lu
Giá thành 1m3 BT, 1m3 đá xây:

2. Số liệu đầu ra:
a1 a8 và giá thành: cha tối u
a1 a8 và giá thành: đã tối u
3. Sơ đồ khối:

Hc viờn: Trn Quc Tun
ng ụtụ v ng TP - K16

Lp: Xd


Bài tập Thiết kế tối ưu và Phát minh sáng chế

Học viên: Trần Quốc Tuấn
đường ôtô và Đường TP - K16

Trang
7

Lớp: Xd


Bi tp Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch

Trang
8

4. Cấu trúc chơng trình:
Chơng trình cấu trúc thành các mô đun:
1. Giới thiệu
2. Nhập số liệu và khai báo hằng số.
3. Tính toán
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.

Hc viờn: Trn Quc Tun
ng ụtụ v ng TP - K16

Lp: Xd


Bi tp Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch

Trang
9

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
ng ụtụ v ng TP - K16

Lp: Xd