Các nhà khoa học Nga vừa phát triển một mô hình máy tính thực tế, mô tả chính xác sự tương tác giữa băng và thân tàu phá băng. Thành tựu này được kỳ vọng sẽ giúp đẩy nhanh quá trình thiết kế, giảm thiểu các cuộc thử nghiệm thực địa tốn kém và tăng độ an toàn cho các con tàu hoạt động tại vùng cực.
Câu 1: Theo nghiên cứu của MIPT, băng dưới tác động lực có hành vi như thế nào khiến nó trở thành vật liệu "vừa cứng vừa mềm" khó tính toán?
A. Ban đầu đàn hồi như thủy tinh, sau đó dẻo như đất sét, rồi đột nhiên vỡ vụn.
B. Luôn giữ trạng thái cứng như kim loại, chỉ vỡ khi đạt ngưỡng lực cực lớn.
C. Chỉ biến dạng dẻo ở nhiệt độ thấp, còn ở nhiệt độ cao thì giòn như kính.
D. Luôn đàn hồi hoàn toàn, không bao giờ tích tụ ứng suất trước khi vỡ.
Giải thích: Băng tích tụ ứng suất và biến dạng trước khi vỡ: ban đầu hành xử như thủy tinh đàn hồi, sau đó dẻo như đất sét, rồi đột ngột vỡ vụn. Trước đây, các mô hình chỉ tập trung một khía cạnh (dẻo hoặc giòn), dẫn đến thiết kế tàu phá băng phải dư thừa an toàn và tốn kém thử nghiệm thực địa hàng chục triệu USD.
Đáp án đúng là: A.
Câu 2: Mô hình toán học Prandtl-Reiss kết hợp phương pháp nào để mô tả hành vi của băng dưới tải trọng?
A. Phương pháp phần tử hữu hạn truyền thống.
B. Phương pháp Galerkin gián đoạn với chia nhỏ vùng tính toán.
C. Phương pháp mô phỏng động lực học chất lỏng.
D. Phương pháp phân tích phổ Fourier.
Giải thích: MIPT phát triển mô hình Prandtl-Reiss kết hợp Galerkin gián đoạn: chia vùng tiếp xúc thành các khối thể tích nhỏ (hình tứ diện), cho phép mỗi ô lưới hoạt động độc lập. Khi xuất hiện vết nứt, chương trình tự động thay đổi quy tắc tương tác, biến ranh giới thành bề mặt tự do – giúp mô tả chính xác cả biến dạng dẻo và vỡ giòn.
Đáp án đúng là: B.
Câu 3: Điểm đặc biệt của phương pháp Galerkin gián đoạn trong mô hình băng của MIPT là gì?
A. Tính toán toàn bộ lưới như một khối duy nhất để tiết kiệm thời gian.
B. Tự động thay đổi quy tắc tương tác giữa các ô lưới khi xuất hiện vết nứt.
C. Chỉ áp dụng cho vùng băng có độ dày đồng đều.
D. Bỏ qua ảnh hưởng của nước xung quanh để đơn giản hóa.
Giải thích: Phương pháp cho phép mỗi ô lưới hoạt động độc lập. Khi vết nứt xuất hiện, chương trình tự động biến ranh giới chung thành bề mặt tự do, mô tả chính xác sự hình thành vết nứt hoặc vùng biến dạng dẻo ở các tốc độ khác nhau, khớp hoàn toàn với quan sát thực tế.
Đáp án đúng là: B.
Câu 4: Việc sử dụng mô phỏng máy tính thay cho thử nghiệm thực địa trong thiết kế tàu phá băng mang lại lợi ích chính nào?
A. Giảm hoàn toàn nhu cầu thử nghiệm thực tế trên biển.
B. Chuyển phần lớn giai đoạn thử nghiệm sang định dạng ảo, giảm chi phí và thời gian.
C. Tăng độ chính xác của các công thức tính toán truyền thống.
D. Loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng của độ mặn và nhiệt độ lên băng.
Giải thích: Mô phỏng máy tính cho phép chuyển phần lớn thử nghiệm sang ảo, giảm chi phí (thay vì xây bể thử nghiệm khổng lồ và thử thực địa tốn hàng chục triệu USD). Dù không thay thế hoàn toàn kiểm tra thực địa, nó giúp thiết kế tàu phá băng cho Bắc Cực rẻ hơn, nhanh hơn và an toàn hơn.
Đáp án đúng là: C.
Câu 5: Trong tương lai, các nhà khoa học MIPT dự định mở rộng mô hình toán học để tính đến yếu tố nào nhằm cải thiện thiết kế tàu phá băng?
A. Ảnh hưởng của độ mặn và nhiệt độ lên đặc tính độ bền của băng.
B. Chỉ ảnh hưởng của tốc độ va chạm mà không cần xét nhiệt độ.
C. Độ dày băng đồng đều ở mọi vùng Bắc Cực.
D. Hành vi của băng chỉ ở trạng thái giòn.
Giải thích: Mô hình sẽ được mở rộng để tính đến độ mặn và nhiệt độ – hai yếu tố ảnh hưởng lớn đến đặc tính độ bền của băng. Điều này giúp mô phỏng chính xác hơn, giảm rủi ro thiết kế và hỗ trợ đóng tàu phá băng hiệu quả, an toàn cho khu vực Bắc Cực.
Đáp án đúng là: A.
Minh Anh (Theo Izvestia)
