ĐỒ ÁN MÔN HỌCCƠ KỸ THUẬTĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH BẤT ỔN ĐỊNH KẾT CẤUSILO TRỤ TRÒN BẰNG PHƯƠNG PHÁPPHẦN TỬ HỮU HẠN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬT -o0o - ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH BẤT ỔN ĐỊNH KẾT CẤU SILO TRỤ TRÒN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN GVHD: TS NGUYỄN THÁI HIỀN SVTH: NGUYỄN PHƯƠNG DUY VÕ BÁ DUY -o0o - NĂM HỌC 2018 - 2019 1510481 1510510 Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 PHIẾU NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 LỜI CẢM ƠN Thực đồ án mô hội quý báu giúp tự nghiên cứu học tập trước làm luận văn tốt nghiệp sau trở thành kỹ sư thực thụ Bên cạnh nổ lực trao dồi kiến thức cho thân, kể đến kiến thức nhận giảng đường suốt bốn năm qua Những kiến thức vơ cần thiết để chúng tơi hồn thành luận văn Trước tiên, chúng tơi xin chân thành cảm ơn tồn thể q thầy trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh giảng dạy chúng tơi Đề tài”phân tích bất ổn định kết cấu silo trụ tròn phương pháp phần tử hữu hạn” nội dung chọn để nghiên cứu làm đồ án mô sau năm thứ tư chúng tơi theo học chương trình đại học quy chuyên ngành Cơ Kỹ Thuật trường đại học Bách Khoa TPHCM Để hồn thành q trình nghiên cứu hồn thiện luận văn này, lời tơi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến ThS Nguyễn Thái Hiền, môn Cơ Kỹ Thuật, thuộc Khoa Khoa Học Ứng Dụng – Trường đại học Bách Khoa TPHCM Thầy trực tiếp bảo hướng dẫn chúng tơi suốt q trình nghiên cứu để chúng tơi hồn thiện luận văn Ngồi tơi xin chân thành cảm ơn Thầy môn Cơ kỹ thuật, Khoa Khoa Học Ứng Dụng đóng góp ý kiến quý báu, quan tâm tận tình hướng dẫn cho đồ án Chúng chân thành cảm ơn bạn lớp Cơ Kỹ Thuật 2015 giúp đỡ chúng tơi q trình học tập nhiệt tình đóng góp ý kiến để tơi hồn thành đồ án Cuối tơi xin gửi lời tri ân sâu sắc tới gia đình tạo điều kiện cho học tập sinh hoạt trường Trân trọng cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực hiện: GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 Nguyễn Phương Duy GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang Võ Bá Duy SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 MỤC LỤC GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 DANH SÁCH HÌNH ẢNH GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 DANH SÁCH BẢNG BIỂU GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Silo dạng thiết bị bảo quản kín thường sử dụng để lưu trữ sản phẩm dạng hạt quy mô lớn từ vài trăm đến vài ngàn Silo dùng để lưu trữ nhiều loại vật liệu khác từ sản phẩm nông nghiệp lúa, gạo, loại hạt đến sản phẩm công nghiệp xi măng, than số nguyên vật liệu khác Kết cấu Silo có ưu điểm xây dựng theo chiều cao tốn mặt đảm bảo khả chứa đựng khối lượng lớn sản phẩm Bên cạnh với kết cấu silo, người ta dễ dàng trang bị hệ thống kiểm định sản phẩm đầu vào, thiết bị làm sấy khơ, nhờ bảo quản chất lượng sản phẩm thời gian dài so với cách bảo quản nhà kho thơng thường Do đó, kết cấu silo giải pháp phù hợp cho trình bảo quản sản phẩm dạng hạt Việt Nam Ở Đồng sơng Cửu Long có số cụm silo vào thập niên 70 kỷ trước Cao Lãnh (48.000 tấn), Trà Nóc (10.000 tấn), Bình Chánh (12.000 tấn) kỹ thuật lạc hậu, thiết bị không đồng nên không sử dụng cơng bỏ trống Silo có nhiều ưu điểm lưu trữ sản phẩm so sánh với cách lưu trữ nhà kho Hình Mơ hình Silo vách trụ trịn GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 Về mặt cấu tạo hình dáng, silo thường có dạng vách thẳng vách trụ Với Silo vách trụ, vách trụ có gợn sóng thường sử dụng vách trụ phẳng có độ cứng theo phương đứng tốt Hình Hệ thống Silo chứa bê tơng Silo thép dạng vách trụ có kết cấu phức tạp, có chiều cao lớn, vách mỏng nên cần nhiều nghiên cứu để hiểu rõ ứng xử kết cấu mơi trường tự nhiên phức tạp để ngăn ngừa tai nạn hư hỏng xảy ra, đặc biệt đặc trưng học cần phân tích cách xác GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 Hình Hệ thống Silo có gân tăng cứng Trong q trình hoạt động, tải trọng tác động lên silo áp lực ngang ma sát bề mặt vách hạt sản phẩm gây Ngoài ra, với silo có chiều cao lớn, cịn có thêm tác động tải trọng gió Với kết cấu vách mỏng, cao chịu tác động tải trọng ngang nên toán bất ổn định kết cấu silo tốn quan trọng cần phân tích, tính tốn xác q trình thiết kế Trong công nghiệp xây dựng, việc kết cấu xảy tượng bất ổn định thường xuyên xảy với nhiều dạng Nguyên nhân kết cấu không cân nên không ổn định Và tượng bất ổn định gây nguy hại lớn cho kết cấu, hệ thống GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang 10 SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 3.2.2 Mơ hình phần tử hữu hạn 3.2.2.1 Mơ hình silo Hình 35 Mơ hình phần tử hữu hạn GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang 43 SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 3.2.2.2 Chia lưới phần tử Hình 36 Chia lưới phần tử GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang 44 SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 Bảng Thông số lưới mơ hình Thành phần Nodes Elements Skewnees (max) Kết 9188 8894 0.6561 3.2.2.3 Điều kiện biên Ngàm chân đế mặt phẳng tiếp xúc thân trụ đáy silo Hình 37 Điều kiện biên mơ hình GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang 45 SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 3.2.3 Giải toán tĩnh học 3.2.3.1 Tải tác động lên mơ hình Các tải trọng bao gồm tải trọng thân, áp lực vật liệu tác động lên silo tải trọng gió tính tốn sử dụng tương tự mơ hình 3.2.3.2 Giải tốn tĩnh Hình 38 Kết ứng suất lớn GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang 46 SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 Hình 39 Kết ứng suất Von – Mises Hình 40 Kết chuyển vị tổng GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang 47 SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 Hình 41 Kết chuyển vị theo phương X Hình 42 Kết chuyển vị theo phương Y GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang 48 SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Mơn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 Hình 43 Kết chuyển vị theo phương Z 3.2.3 Giải toán bất ổn định Đổi giá trị lực toán tĩnh học sang đơn vị (theo Pa) để tính lực tới hạn bất ổn định: GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang 49 SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 Hình 44 Quy tải tác dụng để giải toán bất ổn định Mode Giá trị lực tới hạn (Pa) 19652 22418 28262 29381 30103 Hình 45 Giá trị lực tới hạn ứng với trị riêng GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang 50 SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 Hình 46 Kết chuyển vị bất ổn định theo trị riêng Hình 47 Kết chuyển vị bất ổn định theo trị riêng GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang 51 SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 Hình 48 Kết chuyển vị bất ổn định theo trị riêng Hình 49 Kết chuyển vị bất ổn định theo trị riêng GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang 52 SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 Hình 50 Kết chuyển vị bất ổn định theo trị riêng GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang 53 SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 CHƯƠNG SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 4.1 So sánh Bảng Bảng so sánh kết Ứng suất cực đại (N/m ) Ứng suất von - Meses (N/m2) Chuyển vị theo phương X (mm) Chuyển vị theo phương Y (mm) Chuyển vị theo phương Z (mm) Chuyển vị tổng (mm) Lực tới hạn trị riêng (Pa) Lực tới hạn trị riêng (Pa) Lực tới hạn trị riêng (Pa) Lực tới hạn trị riêng (Pa) Lực tới hạn trị riêng (Pa) MƠ HÌNH 1.89 x 108 3.15 x 108 7.89 8.33 2.77 9.56 10743 15260 18479 21361 22113 MƠ HÌNH 1.6 x 108 2.72 x 108 6.37 8.46 2.83 9.70 19652 22418 28262 29381 30103 - Theo bảng so sánh ta thấy ứng suất mơ hình bé ứng suất cho phép vật liệu , chứng tỏ mơ hình thỏa bền - Đối với mơ hình 2, ứng suất nhỏ mơ hình chứng tỏ việc tăng gân cứng giúp cho mơ hình bền Mặc dù độ chênh lệch ứng suất mơ hình khơng lớn đánh giá việc tăng gân cứng giúp mơ hình bền Có thể đề xuất tăng thêm số lượng gân cứng để có kết rõ ràng - Xét thấy việc tăng gân cứng tác động lớn đến lực tới hạn mơ hình Và khoảng lực tới hạn nằm xa so với tải tác động lên mơ hình, chứng tỏ với thiết kế này, khả xảy bất ổn định cho mơ hình thấp 4.2 Đánh giá kết Theo kết tính tốn, sử dụng mơ hình thiết kế theo tiêu chuẩn EuroCode nên kết tính tốn ứng suất lẫn chuyển vị thỏa bền Và kể kể đến lực tới hạn bất ổn định, mơ hình đáp ứng u cầu Tuy nhiên, vật liệu xét vật liệu có khối lượng riêng nhỏ, thay đổi vật liệu vật liệu chứa khác có khối lượng riêng nặng (xi măng, cát, đá,…) mơ hình khơng đáp ứng điều kiện bền để thi công thực tế Và GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang 54 SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 thực tế tải trọng áp lực vật liệu tác động, tải trọng gió, tải trọng thân cịn nhiều trường hợp tải khác tác động tải động đất, tải nhiệt,… Chúng nguyên nhân gây bất ổn định cho thiết kế silo GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang 55 SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 CHƯƠNG KẾT LUẬN Với đề tài “Phân tích bất ổn định silo trụ trịn phương pháp phần tử hữu hạn” Mục đích đồ án xây dựng mơ hình tốn cho silo, từ tìm giá trị cực đại ứng suất, biến dạng, lực tới hạn Sau gia tăng gân cứng để so sánh kết Đồ án giới thiệu tổng quan silo, ứng dụng thực tế silo kỹ thuật, thiết kế silo theo tiêu chuẩn EUROCODE, tính bền bất ổn định silo thép trịn Sau thiết lập mơ hình tốn trên, ứng dụng ANSYS WORKBENCH ta tính ứng suất cực đại, biến dạng cực đại, xác định vị trí có ứng suất lớn nhất, lực tới hạn cực đại cho mơ hình Sau ta so sánh kết hai mơ hình Khuyết điểm tốn: + Chỉ tính tĩnh cho mơ hình + Chưa tính tốn phần chân đế cho silo + Chưa tính tốn nonlinear buckling + Chưa kể đến áp lực tác dụng lên silo bị lệch tâm Hướng phát triển đồ án: Tính tốn giàn chân đế giữ cố định silo để thõa mãn điều kiện biên đặt ra, tính tốn phần gió động tác động lên silo, tính tốn áp lực lệch tâm tính tốn nonlinear buckling Hồn thành đồ án để lại cho học quý báu tính tốn bất ổn định cho silo Chúng tơi hi vọng mơ hình quy trình tính tốn áp dụng vào thực tế sinh viên khóa sau tham khảo giúp ích cho bạn q trình học tập GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang 56 SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Chu Quốc Thắng Phương pháp phần tử hữu hạn NXB khoa học kỹ thuật – 1997 [2] Nguyễn Tường Long, Trần Thái Dương, Cao Nhân Tiến, Nguyễn Công Đạt, Nguyễn Thái Hiền Xây dựng chương trình tính tốn silo dùng Apdl Visual Basic Tạp chí phát triển Khoa học Công nghệ, tập 13, số K5 – 2010 [3] Nguyễn Văn Cương Nguyễn Hồi Tân Tính tốn thiết kế silo tồn trữ cám viên suất 500 Tạp chí khoa học trường Đại học Cần Thơ, số 30, 2014 [4] Nguyễn Thị Hiền Lương, Nguyễn Hải, Huỳnh Quốc Hùng Nghiên cứu ổn định động mỏng phương pháp độ cứng động lực Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học vật rắn biến dạng lần thứ X, Thái Nguyên, 2010 [5] Yu Xie Structural Behaviour Of Grain Bin Steel Silo Master thesis, 2015, Windsor university [6] Michael Bak Nonlinear Buckling Analysis Using Workbench v15 Course of ANSYS, 2014 [7] Reddy J N., Khdeir A A., Buckling and vibration of laminated plates using various plate theories AIAA Journal, 27, (1989), 1808-1817 GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang 57 SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy ... GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền Trang SVTH: Nguyễn Phương Duy Võ Bá Duy Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật Cơ Kỹ Thuật 2015 LỜI CẢM ƠN Thực đồ án mô hội quý báu giúp tự nghiên cứu học tập trước làm luận văn tốt... phương pháp phần tử hữu hạn” nội dung chọn để nghiên cứu làm đồ án mô sau năm thứ tư chúng tơi theo học chương trình đại học quy chuyên ngành Cơ Kỹ Thuật trường đại học Bách Khoa TPHCM Để hồn thành... tâm tận tình hướng dẫn cho đồ án Chúng chân thành cảm ơn bạn lớp Cơ Kỹ Thuật 2015 giúp đỡ chúng tơi q trình học tập nhiệt tình đóng góp ý kiến để tơi hồn thành đồ án Cuối tơi xin gửi lời tri