1 MÔ PHỎNG SỐ TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG q Một số định nghĩa cơ bản v Đối tượng (object) là tất cả những sự vật, sự kiện mà hoạt động của con người có liên quan tới v Hệ thống (Sy[.]
MƠ PHỎNG SỐ TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG q Một số định nghĩa v Đối tượng (object) tất vật, kiện mà hoạt động người có liên quan tới v Hệ thống (System) tập hợp đối tượng (con người, máy móc), kiện mà chúng có mối quan hệ định v Trạng thái hệ thống (State of system) tập hợp tham số, biến số dùng để mô tả hệ thống thời điểm điều kiện định Một số định nghĩa v Mơ hình ( Model) sơ đồ phản ánh đối tượng, người dùng sơ đồ để nghiên cứu, thực nghiệm nhằm tìm quy luật hoạt động đối tượng hay nói cách khác mơ hình đối tượng thay đối tượng gốc để nghiên cứu đối tượng gốc v Mơ hình hóa (Modeling) thay đối tượng gốc mơ hình nhằm thu nhận thông tin quan trọng đối tượng cách tiến hành thực nghiệm mô hình Lý thuyết xây dựng mơ hình nghiên cứu mơ hình để hiểu biết đối tượng gốc gọi lý thuyết mơ hình hóa Một số định nghĩa q Mô (Simulation, Imitation) phương pháp mơ hình hóa dựa việc xây dựng mơ hình số (Numerical model) dùng phương pháp số (Numerical method) để tìm lời giải Chính máy tính số công cụ hữu hiệu để thực việc mô hệ thống q Một số tính chất: v Chỉ xây dựng mơ hình gần với đối tượng q trình mơ hình hóa phải chấp nhận số giả thiết nhằm giảm bớt độ phức tạp mô hình, để mơ hình ứng dụng thuận tiện thực tế Một số định nghĩa v Mơ hình hóa ln ln phương pháp hữu hiệu để người nghiên cứu đối tượng, nhận biết trình, quy luật tự nhiên v Sự phát triển khoa học kỹ thuật công nghệ thơng tin phương pháp mơ hình hóa cho phép xây dựng mơ hình ngày gần với đối tượng nghiên cứu, đồng thời việc thu nhận, lựa chọn, xử lý thơng tin mơ hình thuận tiện, nhanh chóng xác Moore observed that the number of transistors on a computer chip was doubling about every 18–24 months Vai trò phương pháp mơ hình hóa q Khi nghiên cứu hệ thống thực gặp nhiều khó khăn nhiều nguyên nhân gây sau: v Giá thành nghiên cứu hệ thống thực đắt Nghiên cứu kết cấu tối ưu, độ bền, khả chống dao động ô tô, tàu thủy, máy bay,… người ta phải tác động vào đối tượng nghiên cứu lực đủ lớn đến mức phá hủy đối tượng để từ đánh giá tiêu kỹ thuật đề Như vậy, giá thành nghiên cứu đắt Bằng cách mơ hình hóa máy tính ta dễ dàng xác định kết cấu tối ưu thiết bị nói Vai trị phương pháp mơ hình hóa v Nghiên cứu hệ thống thực đòi hỏi thời gian dài Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy, đánh giá tuổi thọ trung bình hệ thống kỹ thuật (thông thường tuổi thọ trung bình hệ thống kỹ thuật khoảng 30 ÷ 40 năm), Nếu chờ đợi quãng thời gian dài có kết nghiên cứu khơng cịn tính thời Bằng cách mô hệ thống cho “hệ thống” vận hành tương đương với khoảng thời gian nghiên cứu người ta đánh giá tiêu kỹ thuật cần thiết hệ thống Vai trị phương pháp mơ hình hóa v Nghiên cứu hệ thực ảnh hưởng đến sản xuất gây nguy hiểm cho người thiết bị Ví dụ: Nghiên cứu q trình cháy lị nhà máy nhiệt điện, lò luyện clanhke nhà máy xi măng… người ta phải thay đổi chế độ cấp nhiên liệu (than, dầu), tăng giảm sản lượng gió cấp, thay đổi áp suất lị,… Việc làm thí nghiệm cản trở việc sản xuất bình thường, nhiều trường hợp xảy cháy, nổ gây nguy hiểm cho người thiết bị Bằng cách mô hệ thống, người ta cho hệ thống “vận hành” với thông số, chế độ vận hành khác để tìm lời giải tối ưu Vai trị phương pháp mơ hình hóa q Trong số trường hợp không cho phép làm thực nghiệm hệ thống thực v Ví dụ: Nghiên cứu hệ thống làm việc môi trường độc hại, nguy hiểm, hầm sâu, đáy biển, nghiên cứu thể người,… Trong trường hợp dùng phương pháp mô giải pháp để nghiên cứu hệ thống Vai trị phương pháp mơ hình hóa q Phương pháp mơ hình hóa cho phép đánh giá độ nhạy hệ thống thay đổi tham số cấu trúc hệ thống đánh giá phản ứng hệ thống thay đổi tín hiệu điều khiển Những số liệu dùng để thiết kế hệ thống lựa chọn thông số tối ưu để vận hành hệ thống q Phương pháp mô hình hóa cho phép nghiên cứu hệ thống chưa có hệ thống thực 10 Gán tải trọng bề mặt ( Assign > area loads) Trọng lượng thân: Z 7.626 Trọng lượng thân kết cấu nhập nhập tiết diện mặc định trường hợp tải trọng (DEAD) 5.434 Tải trọng dạng áp lực ( Surface pressure) V 1.154 O MÔ PHỎNG SỐ TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ 68 Gán tải trọng bề mặt Tải trọng gán trực tiếp vào bề mặt cửa van giống trạng thái cửa van chịu lực Để nhập tải dạng áp lực thay đổi bề mặt ta phải tạo mẫu Định nghĩa loại biểu mẫu ( Define > Joint Patterns) Định nghĩa ba loại mẫu là: mẫu áp lực nước thượng lưu, mẫu áp lực nước hạ lưu, mẫu biểu đồ áp lực nước thượng lưu tăng thêm động đất MÔ PHỎNG SỐ TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ 69 Gán tải trọng bề mặt Gán biểu mẫu ( Assign > Join patterns) Là trình tạo dạng biểu đồ áp lực tác dụng lên bề mặt dạng phương trình Phân bố áp lực lên bề mặt cửa van cho dạng phương trình mặt V = Ax +By+Cz+D Do áp lực nước phụ thuộc vào độ sâu tức phụ thuộc vào độ sâu z nên phân bố áp lực nước tác dụng lên bề mặt có dạng V=Cz+D (1) Đặt hệ trục tọa độ hình vẽ γn = 9,81kN/m3 MƠ PHỎNG SỐ TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ 70 Gán tải trọng bề mặt Thượng lưu: Tại Z = : V = 9,81.7,626 74,811 kN = Thay vào (1): 74,811 = C.0 + D; D = 74,811 Tại Z = 7,626; V = Thay vào (1): = C.7,626 + D C = -9,81 D = 74,811 Vậy phương trình áp lực nước thượng lưu tác dụng lên cửa van: V = -9,81.z + 74,811 MÔ PHỎNG SỐ TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ 71 Gán tải trọng bề mặt Tại Z = ;V= -9,81.5,434 = 53,308 kN Thay vào (1): -53,308 = C.0 + D D = -53,308 Tại Z = 5,434; V = Thay vào 1: = C.5,434 + D C = 9,81 D = -53,308 Vậy phương trình áp lực nước hạ lưu tác dụng lên cửa van: V = 9,81.z - 53,308 MƠ PHỎNG SỐ TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ 72 Gán tải trọng bề mặt Xét áp lực tăng thêm động đất Xét trường hợp nguy hiểm lực động đất tác dụng chiều với áp lực nước thượng lưu Áp lực nước phân bố lên cửa van tăng lên động đất xác định theo công thức: pđ = α.y.γ α: hệ số động đất α = 0,35 (Hệ số động đất xác định theo TCXDVN) γ = 9,81 kN/m3; y: độ sâu so với mặt thoáng Với hệ tọa độ hình vẽ(2-6): y = 7,626-z C = -3,434 D = 26,184 MÔ PHỎNG SỐ TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ 73 Gán tải trọng bề mặt Chuyển biểu mẫu từ nút thành áp lực bề mặt ( Assign > areas load > surface pressure) Trường hợp hạ lưu động đất tương tự MƠ PHỎNG SỐ TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ 74 Gán tải trọng bề mặt Sau nhập xong áp lực tác dụng lên bề mặt cửa van ta có biểu đồ màu phân bố áp lực nước lên bề mặt cửa van làm việc bình thường chịu động đất MÔ PHỎNG SỐ TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ 75 Tổ hợp tải trọng ( Define> Combinations) Tổ hợp dùng để tính tốn thiết kế bao gồm tải thường xuyên THCB = Trọng lượng thân(DEAD) + áp lực nước thượng lưu (THUONGLUU) + Áp lực nước hạ lưu (HALUU) Tổ hợp dùng để kiểm tra cửa van gồm tải thường xuyên tải đặc biệt tải trọng áp lực nước tăng thêm động đất: THDB = THCB + TLĐONGDAT MÔ PHỎNG SỐ TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ 76 Xem kết 2.7.1 Kết chuyển vị ( Display> Show deformed Shape) SAP cho kết chuyển các nút, nút có chuyển vị chuyển vị tịnh tiến xoay quanh trục Chuyển vị lớn dầm phụ ngang mặt chuyển vị theo phương tác dụng nước (phương U2) dầm là: U2 = -0,1163 m ( ứng với THCB) Chuyển vị lớn dầm phụ đứng dầm U2 = 0,1035 m ( ứng với THCB) MƠ PHỎNG SỐ TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ 77 Xem kết Kết nội lực mặt (Display> show forces/stresses> shell): phân bố lực kéo, moomen, lực căt bề mặt MÔ PHỎNG SỐ TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ 78 Xem kết Kết dầm phụ đứng forces/stresses> frames) (Display> Kết tinh SAP show Qp pM kN kN.m -110,09 Mmax = 260,88 kN.m 440,362 Qmax = 271,23 kN Kết tính tay Mmax = 423,298 kN.m Qmax = 440,362 kN 107,338 423,298 84,66 110,09 MƠ PHỎNG SỐ TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ -330,271 79 Xem kết Kết dầm phụ forces/stresses> frames) ngang (Display> show Biểu đồ mômen dầm phụ ngang Biểu đồ chi tiết đoạn dầm phụ ngang ( đoạn đầu) Kết tinh SAP M 45,755 (kN.m) Q 12,418 (kN) Kết tính tay M 60,960 (kN.m) Q 59,693 (kN) MƠ PHỎNG SỐ TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ 80 Xem kết Kết dàn (Display> show forces/stresses> frames) MƠ PHỎNG SỐ TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ 81 Xem kết So sánh kết -2520 2(139) 3046(2550) 3(154) -561(-458,3) -2520 5(145) -824(-846,9) 3259(2914,5) 7(146) 9(152) 10 11(147) 12(141) 26(29.1) -3207 -470(-457,1) -3207 -288(-283.5) 3390(3118.9) 10 11 12 MÔ PHỎNG SỐ TRONG KỸ THUẬT CƠ KHÍ 82