Phương pháp khảo sát và nghiên cứu thực nghiệm công trình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CHUYÊN ĐỀ CAO HỌC XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT VÀ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 10/18/2013 TÀI LIỆU CHÍNH CỦA MÔN HỌC Lý thuyết mô hình 2.“Analyse de l’influence de la configuration sur le comportement en statique d’un profilé en T, fait de composite thermoplastique haute résistance et fibres de carbone”, Hoang Phuong Hoa, 2009 10/18/2013 NỘI DUNG TRÌNH BÀY 10/18/2013 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔN HỌC LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MỤC TIÊU CỦA MÔN HỌC Trang bị cho người học nắm kiến thức xây dựng mô hình thí nghiệm, thiết bị phục vụ công tác thí nghiệm phương pháp nghiên cứu thực nghiệm công trình 10/18/2013 LÝ THUYẾT MÔ HÌNH Khái quát mô hình hóa: Mô hình hóa xem phương pháp cảm thụ trực tiếp để nghiên cứu trạng thái quy luật phát triển đối tượng khảo sát 10/18/2013 LÝ THUYẾT MÔ HÌNH Trong phương pháp mô hình hóa để nhận thông tin, tín hiệu hình ảnh tượng trình hay vật thể thường gọi Nguyên hình Công việc tiến hành khảo sát đối tượng tự nhiên hay nhân tạo, mà chúng có tương ứng khách quan với tượng nghiên cứu gốc, gọi Mô hình 10/18/2013 LÝ THUYẾT MÔ HÌNH Phương pháp mô hình hóa khoa học kỹ thuật thực tế sản xuất giải nhiều nhiệm vụ khác sau đây: Tiến hành nghiên cứu tính chất, đo đạc thu thập số liệu đối tượng mà nguyên hình không cho phép khả thực hiện; 10/18/2013 LÝ THUYẾT MÔ HÌNH Kiểm tra xác minh kết nghiên cứu lý thuyết, xác định phạm vi áp dụng giả thiết tính toán, dùng để xây dựng lý thuyết đó, xác hóa công thức tính toán nhận được; Chọn thông số tối ưu cho đối tượng, thiết kế kiểm tra mức độ đắn phương pháp thiết kế trường hợp phương pháp tính toán đáng tin cậy có phương pháp phức tạp, khó khăn 10/18/2013 CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA Mô hình hóa vật lý: Được thực mô hình trình, tượng vật thể gọi chung đối tượng nghiên cứu mà trình khảo sát cần bảo tồn tính chất vật lý đối tượng nghiên cứu Tùy theo yêu cầu chất đối tượng nguyên hình, mô hình thực theo nguyên tắc sau: Tương tự hình học; Tương tự học 10/18/2013 CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA Mô hình hóa toán học: Quá trình nghiên cứu tiến hành đối tượng mô hình có chất vật lý hoàn toàn khác với đối tượng nguyên hình, phương trình biểu thức biểu diễn trạng thái làm việc chúng dạng toán học hoàn toàn giống Mô hình hóa toán học khác với mô hình hóa vật lý chỗ nhằm mục đích thay trình khảo sát đo đạc phức tạp giải đối tượng cụ thể việc làm mô hình tương tự toán học bàn tính Ở đây, trình vật lý đối tượng nghiên cứu với mô hình không thiết lập, mà mô hình tương tự dựng lên liên hệ toán học để giải 10/18/2013 10 CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA VẤN ĐỀ PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN TRONG LÝ THUYẾT TƯƠNG TỰ Đơn vị đo lường thứ nguyên Ví dụ 2: Xét trường hợp tham số gồm: độ dài, mômen ứng suất? Ta có: Độ dài [L]=M0L1T0; Mômen [M]=M1L1T-2L1= M1L2T-2; Ứng suất [σ]=M1L1T-2L-2=M1L-1T-2 xây dựng định thức ∆ trị số số mũ ba tham số Tính toán giá trị định thức: ∆=1 −2=0 −1 − ∆=0 phương trình vô nghiệm tham số độ dài, mômen ứng suất không độc lập tuyến tính với nhau, nên chọn chúng làm tham số độc lập hệ 10/1k8h/ sát 49 2ả01o3 CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA VẤN ĐỀ PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN TRONG LÝ THUYẾT TƯƠNG TỰ Đại lượng không thứ nguyên tích không thứ nguyên Những đại lượng không thứ nguyên tham số hệ nghiên cứu thứ nguyên, tức số đơn mà giá trị số chúng số không phụ thuộc đơn vị đo, ví dụ: tham số biến dạng tương đối, hệ số Poisson… Tích không thứ nguyên tích số biến số có mang thứ nguyên mà kết cho ta đại lượng không thứ nguyên, ví dụ: σ.l2/P; u/l… l- độ dài[L]; u-chuyển vị[L]; ε-biến dạng tương đối[1]; g-gia tốc trọng trường[LT-2]; P-lực tập trung[MLT-2]; σ- ứng suất[ML1T-2] E- modul biến dạng[ML-1T-2] 10/18/2013 50 CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA VẤN ĐỀ PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN TRONG LÝ THUYẾT TƯƠNG TỰ Đại lượng đặc trưng Ký hiệu Đơn vị đo lường Thứ nguyên Độ dài L m L Diện tích F m2 L2 Thể tích V m3 L3 Mômen kháng uốn W m3 L3 Mômen quán tính I m4 L4 Khối lượng m kg M Khối lượng riêng ρ Kg/m3 Lực P ML-3 N Mômen M MLT-2 N.m Áp lực p ML2T-2 Pa Ứng suất σ, τ ML-1T-2 Biến dạng ε Modul biến dạng E Hệ số Poisson µ Thời gian T Tần số f Vận tốc v Gia tốc a Gia tốc trọng trường g Nhiệt độ t Hệ số dãn nhiệt α Pa Pa ML-1T-2 [1] ML-1T-2 s Hz [1] T m/s T-1 m/s2 LT-1 m/s2 LT-2 o K 1/K LT-2 t t-1 10/18/2013 51 VẤN ĐỀ TƯƠNG TỰ TRONG VẬT RẮN BIẾN DẠNG PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ TRONG VẬT RẮN BIẾN DẠNG Phương pháp tương tự đơn giản Điều kiện để mô hình có tương tự đơn giản với đối tượng nguyên hình là: Số tỷ lệ tham số không thứ nguyên như: hệ số Poisson, hệ số trượt, biến dạng tương đối…bằng 1; Tất đại lượng có chung thứ nguyên ứng suất, modul biến dạng, tải trọng phân bố, áp suất bề mặt vật thể… mô hình hoá tỷ lệ nhau; 10/18/2013 52 VẤN ĐỀ TƯƠNG TỰ TRONG VẬT RẮN BIẾN DẠNG PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ TRONG VẬT RẮN BIẾN DẠNG Phương pháp tương tự mở rộng Mô hình khảo sát có tương tự mở rộng đối tượng nghiên cứu nguyên hình khi: Các tham số không thứ nguyên đối tượng nghiên cứu mô hình hoá số tỷ lệ tương tự khác 1; Các tham số khác có thứ nguyên mô hình hoá số tỷ lệ tương tự không nhau; Trong phương pháp tương tự mở rộng, số tỷ lệ tất đại lượng đặc trưng độc lập không gian thời gian gọi tương tự mở rộng dạng tinh; số tỷ lệ tương tự, dù tham số thay đổi theo thời gian không gian, gọi tương tự mở rộng phi tuyến 10/18/2013 53 VẤN ĐỀ TƯƠNG TỰ TRONG VẬT RẮN BIẾN DẠNG PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ TRONG VẬT RẮN BIẾN DẠNG Phương pháp tương tự mở rộng Trong trường hợp chung toán vật rắn biến dạng thường bao gồm tham số sau: • Các đặc trưng hình học: – x; – y; – z; Hệ thống toạ độ để xác định vị trí điểm hay phần tử hệ khảo sát; – L; Kích thước tiêu biểu cho hệ • Các đặc trưng vật liệu: – E; Modul biến dạng; - µ; Hệ số Poisson; – ρ; Khối lượng riêng vật liệu • Các đặc trưng ứng suất, biến dạng chuyển vị: – σ0 ứng suất ban đầu điểm (x,y,z) hệ; – u0; v0 w0 chuyển vị ban đầu điểm theo p h ơng x, y, z; 10/1 /20 13 54 VẤN ĐỀ TƯƠNG TỰ TRONG VẬT RẮN BIẾN DẠNG PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ TRONG VẬT RẮN BIẾN DẠNG Phương pháp tương tự mở rộng Trong trường hợp chung toán vật rắn biến dạng thường bao gồm tham số sau: 10 – σ; Ứng suất điểm (x,y,z) hệ; 11 – u,v,w chuyển vị điểm (x,y,z) theo phương x,y,z; 12 – ε; Biến dạng tương đối điểm • Các dạng tải trọng: 13 – P; Tải trọng tác dụng; 14 – p; Áp lực phân bố; 15 – g; Gia tốc trọng trường • Các đặc trưng nhiệt độ: 16 – t; Nhiệt độ hệ nghiên cứu 17 – α; Hệ số giãn dài nhiệt độ vật liệu 10/18/2013 55 VẤN ĐỀ TƯƠNG TỰ TRONG VẬT RẮN BIẾN DẠNG PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ TRONG VẬT RẮN BIẾN DẠNG Phương pháp tương tự mở rộng Ngoài ra, tồn biến số phụ, từ biến số phụ cho ta hệ số tương tự tương ứng để xác định yếu tố sau cho toán: • Các kích thước khác hệ (s1, s2, s’ 3…); • Giá trị tải trọng khác tác dụng (s , s’ , s’ …); • • • Giá trị tải trọng phân bố khác tác dụng (s’’1, s’’2, s’’3…); Các hướng khác tải trọng (s’’’1, s’’’2, s’’’’’’’3…); Các hướng khác tải trọng phân bố (s , s’’’’ , s’’’’ 3) ….Những hệ số tương tự thứ nguyên, chúng đưa vào cách tự nhiên hệ thống tích không thứ nguyên tham số 10/18/2013 56 VẤN ĐỀ TƯƠNG TỰ TRONG VẬT RẮN BIẾN DẠNG PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ TRONG VẬT RẮN BIẾN DẠNG Phương pháp tương tự mở rộng Trong tất 17 tham số liệt kê phân tích thành dạng thứ nguyên tương ứng qua thứ nguyên tham số độc lập hệ xếp số mũ thứ nguyên tương ứng thành ma trận Các tích không thứ nguyên độc lập xác định đơn giản ta biến đổi biến số hệ thành tích không thứ nguyên: x/L; y/L; z/L; ε; µ; ρ.g.L/E; σ0/E; u0/L; σ/E; u/L; E.L2/P; p.L2/P; α.t Theo định lý Pi ta viết hệ tích không thứ nguyên hệ khảo sát dạng tổng quát: u x y z ρ g.L σ , , F  , , , , µ , σ , ε u E.L2 p.L  , , ,α.t   = ,2  L L L E E L E L P P  10/18/2013 57 VẤN ĐỀ TƯƠNG TỰ TRONG VẬT RẮN BIẾN DẠNG PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ TRONG VẬT RẮN BIẾN DẠNG Phương pháp tương tự mở rộng Để có độ xác cao toán mô hình hoá, tích số không thứ nguyên nằm hệ thống có tích không thứ nguyên phụ thêm có mặt biến số phụ toán Các tích không thứ nguyên phụ thêm số tỷ lệ tương tự biến số phụ toán xác định Cuối ta có phương trình tổng quát: σ u x y z  E.L p.L ρ g σ , ,  , , ,ε , µ , ,α.t  L , , Φ L L L , =0 P u0 ,  P E E,, L,, E,, L ,,, ,,, ,,, , s, ,  , , s , , s , s , s , , s , s , s , ,s s , , s , s 3   10/18/2013 58 VẤN ĐỀ TƯƠNG TỰ TRONG VẬT RẮN BIẾN DẠNG NHỮNG ĐIỀU KIỆN TƯƠNG TỰ CƠ BẢN KHI MÔ HÌNH HOÁ CÁC BÀI TOÁN VẬT RẮN BIẾN DẠNG Khi xây dựng điều kiện tương tự cho toán vật rắn biến dạng, số hạng tham số tích không thứ nguyên, nên giá trị số chúng không thay đổi thay đổi đơn vị đo lường hệ thống nghiên cứu Những điều kiện tương tự hình học 10/18/2013 59 LOGO 10/18/2013 60 ... d’un profilé en T, fait de composite thermoplastique haute résistance et fibres de carbone”, Hoang Phuong Hoa, 2009 10/18/2013 NỘI DUNG TRÌNH BÀY 10/18/2013 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔN HỌC LÝ THUYẾT... Số tỷ lệ độ dài sL Khi xây dựng mô hình nghiên cứu, tương tự hình học mô hình nguyên hình đóng vai trò quan trọng Điều kiện cần thiết để đảm bảo tiêu chuẩn tương tự hình học đồng dạng hoàn toàn