Phân tích ứng xử của tấm trên nền đàn hồi dưới tác dụng của tải trọng nổ

iii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC sĩ Nghiên cứu cơng trình chịu tải trọng nổ lĩnh vực ngày nhận nhiều quan tâm nhà khoa học giới Tuy nhiên, cơng trình nghiên cứu thường tập trung chủ yếu vào kết cấu mặt đất, công trình nằm sâu lịng đất nhằm mục đích ngụy trang tránh bom đạn Trong thực tiễn xây dựng cơng trình ngành kỹ thuật, ngồi dạng kết cấu thường gặp trên, cịn có loại kết cấu tiếp xúc trực tiếp với môi trường biến dạng Các kết cấu tựa lên bề mặt môi trường mặt đường, sân bay, đê, đập, cơng trình trọng lực v.v Dưới tác dụng tải trọng nổ, kết cấu môi trường có tương tác qua lại lẫn Trong luận văn này, việc phân tích ứng xử động lực học dày đàn hồi chịu tải trọng nổ thực Để thể tương tác kết cấu đất giống với thực tế, mơ hình hai thơng số áp dụng Tải trọng nổ mơ hình dạng tải trọng động tác động lên phần tử Các thông số áp dụng vào toán dựa thông số khảo sát thực tế Trong luận văn này, phân tích ứng xử động đàn hồi trường hợp tuyến tính phi tuyến vật liệu thực để so sánh đưa đánh giá tổng quát Luận văn khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới ứng xử động đàn hồi, cụ thể khối lượng thuốc nổ, khoảng cách gây nổ, mơi trường khơng khí xung quanh vụ nổ, kích thước tính chất vật liệu Các kết có giá trị thực tế cho việc nghiên cứu khả chịu tải trọng nổ kết cấu tiếp xúc với môi trường biến dạng, việc áp dụng cho công tác quốc phòng iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN VÁN THẠC sĩ iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ vi DANH MỰC BẢNG ix MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT xi CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Các cơng trình nghiên cứu nước 1.2.2 Các cơng trình nghiên cứu nước 1.3 Mục tiêu hướng nghiên cứu 1.4 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG Cơ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Nổ mơi trường khơng khí 10 2.1.1 Hiện tượng nổ hình thành, lan truyền sóng xung kích 10 2.1.2 Các phương trình sóng xung kích 12 2.1.3 Quan hệ tham số sóng xung kích 13 2.1.4 Siêu áp mặt sóng xung kích 14 2.1.5 Quy luật biến thiên siêu áp sau mặt sóng 16 2.1.6 Phản xạ sóng xung kích gặp chướng ngại 17 2.1.7 Mô tải trọng nổ tác dụng lên kết cấu 23 2.2 Lý thuyết biến dạng đàn hồi 28 2.2.1 Mơ hình biến dạng đàn hồi cục hai thông số 28 2.2.2 Lý thuyết dày 29 2.2.3 Hàm chuyển vị hàm dạng 31 V 2.2.4 Phương trình chuyển động đàn hồi 32 2.2.5 Ma trận độ cứng phần tử 36 2.2.6 Ma trận khối lượng phần tử 38 2.2.7 Ma trận cản phần tử 38 2.2.8 Nội lực 39 2.3 Phương pháp Newmark 2.4 Bài toán động lực học phi tuyến 42 2.5 Thuật toán sử dụng phương pháp Newmark luận văn 44 40 2.5.1 Thông số đầu vào 44 2.5.2 Giải toán theo dạng chuyển vị xuất kết 44 2.6 Độ ổn định hội tụ phương pháp Newmark 45 2.7 Lập trình lưu đồ tính tốn 45 CHƯƠNG KẾT QUẢ PHÂN TÍCH SỐ 47 3.1 Bài toán 1: Kiểm chứng chương trình Matlab luận văn 50 3.1.1 Trường hợp chịu tải trọng tĩnh 51 3.1.2 Trường hợp dao động tự 52 3.2 Bài toán'2: Kiểm tra hội tụ tốn việc mơ hình hóa tải trọng nổ dạng tải trọng động 53 3.3 Bài tốn 3: Ảnh hưởng kích thước đến ứng xử 57 3.4 Bài tốn 4: Ảnh hường tính chất vật liệu đến ứng xử 62 3.5 Bài toán 5: Ảnh hưởng khoảng cách nổ tới ứng xử 67 3.6 Bài toán 6: Ảnh hưởng khối lượng thuốc nổ tới ứng xử 72 3.7 Bài toán 7: Ảnh hưởng thông số môi trường đến ứng xử 77 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 4.1 Kết luận 82 4.2 Kiến nghị 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC 86 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 92 vi DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỊ THỊ Hình 1.1 Kết cấu sân bay , Hình 1.2 Cơng trình hầm ngầm chịu tải nổ Hình 1.3 Hiện trường vụ đánh bom cảm tử Hình 1.4 Xung đột vũ trang quốc gia, vùng lãnh thổ Hình 1.5 Ảnh hường vụ nổ tới, đường Hình 2.1 Sơ đồ mơ tả hình thành lan truyền sóng xung kích 11 Hình 2.2 Sơ đồ xác định quan hệ tham số sóng xung kích 12 Hình 2.3 Biểu đồ xác định quy luật biến thiên siêu áp sau mặt sóng 17 Hình 2.4 Sơ đồ mơ tả tượng phản xạ sóng xung kích 18 Hình 2.5 Sự hình thành áp suất sóng phản xạ 18 Hình 2.6 Sơ đồ mơ tả tượng phát sinh sóng phản xạ 19 Hình 2.7 Sự hình thành sóng phản xạ mặt sóng đầu 22 Hình 2.8 Mơ hình chia lưới quy tải trọng phân bố tải trọng nút 23 Hình 2.9 Mơ hình tính cận /3 24 Hình 2.10 Mơ hình tính cận a 25 Hình 2.11 Mơ hình đàn hồi hai thơng số 28 Hình 2.12 Phần tử chữ nhật 08 nút 24 bậc tự 31 Hình 2.13 Mơ hình vật liệu 42 Hình 2.14 Lưu đồ tính tốn 46 Hình 3.1 Mơ hình biên ngàm cạnh đặt đàn hồi 50 Hình 3.2 Độ võng chia nhỏ bước thời gian số lượngphần tử 54 Hình 3.3 Áp lực nổ theo thời gian tác dụng vào tâm 55 Hình 3.4 Độ võng vị trí tâm chịu tải trọng nổ theo thời gian 56 Hình 3.5 Độ võng vị trí có tọa độ với tâm nổ chịu tải trọng nổ theo thời gian 56 vii Hình 3.6 Độ võng lớn vị trí tâm vị trí có tọa độ tâm nổ bề dày thay dổi trường hợp khơng xét phi tuyến: Hình 3.7 58 Độ võng theo thời gian vị trí tâm bề dày thay đổi trường hợp không xét phi tuyến 58 Hình 3.8 Độ võng lớn vị trí tâm vị trí có tọa độ tâm nổ bề dày thay đổi trường hợp có xét phi tuyến 59 Hình 3.9 Độ võng theo thời gian vị trí tâm bề dày thay •» đổi trường hợp có xét phi tuyến .59 Hình 3.10 Độ võng lớn vị trí tâm bề dày thay đổi trường hợp có xét khơng xét phi tuyến 60 Hình 3.11 Độ võng lớn vị trí tâm vị trí có tọa độ tâm nổ ứng với cấp độ bền khác không xét phi tuyến 63 Hình 3.12 Độ võng theo thời gian vị trí tâm ứng với cấp độ bền khác không xét phi tuyển 63 Hình 3.13 Độ võng lớn vị trí tâm vị trí có tọa độ với tâm nổ ứng với cấp độ bền khác có xét phi tuyến.64 Hình 3.14 Độ võng theo thời gian vị trí tâm ứng với cấp độ bền khác có xét phi tuyến 64 Hình 3.15 Độ võng vị trí tâm ứng với giá trị cấp độ bền khác có xét khơng xét phi tuyến 66 Hình 3.16 Độ võng lớn vị trí tâm vị trí có tọa độ tâm nổ ứng với giá trị Rq khác không xét phi tuyến 68 Hình 3.17 Độ võng theo thời gian vị trí tâm cùa ứng với khoảng cách nổ khác không xét phi tuyến .68 Hình 3.18 Độ võng lớn vị trí tâm vị trí có tọa độ tâm nổ ứng với giá trị Rq khác có xét phi tuyến 69 Hình 3.19 Độ võng theo thời gian vị trí tâm ứng với khoảng cách nổ khác có xét phi tuyến 69 viii Hình 3.20 Độ võng lớn vị trí tâm ứng với giá trị 7?okhác không xét có xét phi tuyến 71 Hình 3.21 Độ vổng theo thời gian vị trí tâm ứng với giá trị c khác không xét phi tuyến 73 Hình 3.22 Độ võng lớn vị trí tâm vị trí có tọa độ tâm nổ ứng với giá trị c khác không xét phi tuyến 73 Hình 3.23 Độ võng lớn vị trí tâm vị trí có tọa độ tâm nổ ứng với giá trị c khác có xét phi tuyến 74 Hình 3.24 Độ võng theo thời gian vị trí tâm tâm ứng với giá trị c khác có xét phi tuyến 74 Hình 3.25 Độ võng lớn vị trí tâm ứng với giá trị c khác có xét khơng xét phi tuyến 75 Hình 3.26 Độ võng lớn vị trí tâm vị trí có tọa độ tâm nổ ứng với thông số môi trường khác không xét phi tuyến .78 Hình 3.27 Độ võng theo thời gian vị trí tâm ứng với thông số môi trường khác khau không xét phi tuyến 78 Hình 3.28 Độ võng lớn vị trí tâm vị trí có tọa độ tâm nổ ứng với thơng số mơi trường khác có xét phi tuyến 79 Hình 3.29 Độ võng theo thời gian vị trí tâm có xét phi tuyến 79 Hình 3.30 Độ võng lớn vị trí tâm ứng với thơng số mơi trường khác có xét khơng xét phi tuyến 81 ix DANH MỤC • BẢNG Bảng 2.1 Nhiệt lượng riêng số loại chất nổ thường dùng 15 Bảng 3.1 Thông số thuốc nổ 48 Bảng 3.2 Thông số 48 Bảng 3.3 Thông số môi trường 48 Bảng 3.4 So sánh độ võng vị trí tâm chịu tải trọng tĩnh 51 Bảng 3.5 So sánh chu kỳ dao động tự nhiên 52 Bảng 3.6 Thông số đầu vào 53 Bảng 3.7 So sánh độ võng tăng bước thời gian lặp số lượng phần tử 55 Bảng 3.8 Độ võng lớn vị trí tâm bề dày thay đổi trường hợp không xét phi tuyến 57 Bảng 3.9 Độ võng lớn vị trí tâm vị trí có tọa độ tâm nổ bề dày thay đổi trường hợp có xét phi tuyến 60 Bảng 3.10 Độ võng lớn vị trí tâm bề dày thay đổi trường hợp có xét khơng xét phi tuyến 61 Bảng 3.11 Độ võng lớn vị trí tâm vị trí có tọa độ tâm nổ ứng với giá trị cấp độ bền khác không xét phi 62 tuyến Bảng 3.12 Độ võng lớn vị trí tâm vị trí có tọa độ tâm nổ ứng với giá trị cấp độ bền khác có xét phi tuyến 65 Bảng 3.13 Độ võng lớn vị trí tâm ứng với giá trị cấp độ bền khác có xét khơng xét phi tuyến 65 Bảng 3.14 Độ võng lớn vị trí tâm vị trí có tọa độ tâm nổ ứng với giá trị Rq khác không xét phi tuyến 67 Bảng 3.15 Độ võng lớn vị trí tâm vị trí có tọa độ tâm nổ ứng với giá trị Rq khác có xét phi tuyến.70 Bảng 3.16 Độ võng vị trí tâm chịu tải trọng nổ ứng với giá trị Rq khác có xét khơng xét phi tuyến 71 Bảng 3.17 Độ võng lớn vị trí tâm vị trí có tọa độ tâm nổ ứng với giá trị c khác không xét phi tuyến.72 Bảng 3.18 Độ võng lớn tâm vị trí có tọa độ tâm nổ ứng với giá trị c khác trường họp có xét phi tuyến 75 Bảng 3.19 Độ võng lớn tâm ứng với giá trị c khác trường hợp khơng xét có xét phi tuyến 76 Bảng 3.20 Độ võng lớn vị trí có tọa độ tâm nổ tâm ứng với thông số môi trường khác không xét phi tuyến 77 Bảng 3.21 Độ võng lớn vị trí có tọa độ tâm nổ tâm ứng với thông số mơi trường khác có xét phi tuyến 80 Bảng 3.22 So sánh chênh lệch độ võng vị trí tâm hai trường họp có phân tích khơng phân tích phi tuyến 81 xi MỘT SÓ KÝ HIỆU VIẾT TẮT Chữ viết tắt DOF Bậc tự (Degree of Freedom) FEM Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method) Ma trận vec to’ ce Ma trận cản phần tử c Ma trận cản tổng thể c Ma trận hệ số vật liệu de Véc tơ độ võng nút phần tử Ke Ma trận độ cứng phần tử K Ma trận độ cứng tổng thể Kn Ma trận độ cứng đất KCfl- Ma trận độ cứng hiệu dụng K Véc tơ độ cong Me Ma trận khối lượng phần tử M Ma trận khối lượng tổng thể N Ma trận hàm dạng phần tử N„ Ma trận hàm dạng phần tử đất p Véc tơ tải trọng PcfT Véc tơ tải trọng hiệu dụng T ứng suất trượt trung bình u Vec tơ độ võng điểm hệ Ỵ Véc tơ biến dạng trượt trung bình xii Ký hiệu đX Khoảng từ tâm nổ tới gốc tọa độ theo phương X ay Khoảng từ tâm nổ tới gốc tọa độ theo phương Y Tốc độ âm mơi trường c Khối lượng thuốc nổ D Tốc độ sóng lan truyền D* Tốc độ sóng xung kích dxxdy Kích thước phần tử E Modul đàn hồi Young vật liệu G Modul trượt h Be dày kì Thơng số thứ ^2 Thơng số thứ hai LxB Kích thước M,gf> Mơ men giới hạn p Áp suất sóng lan truyền PX Áp suất mặt sóng phản xạ p(x,ỳ) Phản lực pháp tuyến p, Áp suất mặt sóng tới Áp suất sóng xung kích Áp suất môi trường chưa bị nhiễu động Siêu áp mặt sóng xung kích AP, Siêu áp mặt sóng tới APpX Siêu áp mặt sóng phản xạ Qo Nhiệt lượng riêng loại thuốc nổ sử dụng Q™ Nhiệt lượng riêng thuốc nổ TNT