Ứng dụng một số phần tử hữu hạn cải biên trong phân tích giàn tự nâng

Đại học quốc gia hà nội tr-ờng đại học công nghệ Viện khoa học công nghệ việt nam viện học Nguyễn Hữu c-ờng ứng dụng số phần tử hữu hạn cải biên phân tích giàn tự nâng Luận văn thạc sĩ Hà nội 2007 Đại học quốc gia hà nội tr-ờng đại học công nghệ Viện khoa học công nghệ việt nam viện học Nguyễn hữu c-ờng ứng dụng số phần tử hữu hạn cải biên phân tích giàn tự nâng Chuyên ngành: Cơ học vật thể rắn Mã số: 60 44 21 Luận văn thạc sĩ Ng-ời h-ớng dẫn khoa học: TS Đào Nh- Mai Hà nội 2007 MC LC MC LC DANH MC CC THUT NG Error! Bookmark not defined DANH MC CC HèNH V Error! Bookmark not defined DANH MC CC BNG Error! Bookmark not defined M U CHNG GII THIU GIN T NNG 1.1 Lch s phỏt trin ca gin t nõng 1.2 Cu to v chc nng ca cỏc b phn 1.2.1 Thõn gin 1.2.2 Cỏc chõn v cỏc chõn 10 1.2.3 Cỏc thit b 15 1.2.4 Ti trng ban u v s õm xuyờn ca chõn .Error! Bookmark defined 1.3 Cỏc ch lm vic ca gin t nõng Error! Bookmark not defined 1.3.1 Ch ni Error! Bookmark not defined 1.3.2 Ch kớch nõng Error! Bookmark not defined 1.3.3 Ch nõng (ch lm vic) Error! Bookmark not defined 1.4 Cỏc cn quan tõm mụ hỡnh phõn tớch gin t nõng Error! Bookmark not defined 1.5 Cụng c phõn tớch Error! Bookmark not defined 1.5.1 Phng phỏp Error! Bookmark not defined not 1.5.2 Phn mm ỏp dng Error! Bookmark not defined 1.6 Kt lun chng Error! Bookmark not defined CHNG CC Mễ HèNH PHN T HU HN CI BIấN Error! Bookmark not defined 2.1 Phng phỏp phn t hu hn Error! Bookmark not defined 2.1.1 Ni dung phng phỏp phn t hu hn Error! Bookmark not defined 2.1.2 Mụ t toỏn hc ca phng phỏp phn t hu hnError! Bookmark not defined 2.1.3 Phõn tớch khung khụng gian (Phn t dm ba chiu)Error! Bookmark not defined 2.2 Phn t dm ci biờn Error! Bookmark not defined 2.2.1 Phn t dm hai chiu cú k n nh hng ca lc dc trc Error! Bookmark not defined 2.2.2 Mụ hỡnh liờn kt biờn 41 2.3 Mt s vớ d ỏp dng 45 2.3.1 p dng phng phỏp phn t hu hn tớnh toỏn cho khung phng 45 2.3.2 Phõn tớch khung khụng gian 48 2.4 Kt lun chng 50 CHNG PHN TCH GIN T NNG 52 3.1 C s phõn tớch 52 3.2 Cỏc hiu ng ng lc 52 3.3 Mụ hỡnh hoỏ cu trỳc 56 3.3.1 Mụ hỡnh dm ct 56 3.3.2 Mụ hỡnh liờn kt biờn 58 3.4 Súng v ti trng súng tỏc ng lờn kt cu 59 3.4.1 Cỏc gi thit c bn ca súng bin 60 3.4.2 Lý thuyt súng Ery 61 3.4.2 Cụng thc Morison 63 3.5 Cỏc phn mm ỏp dng cho tớnh toỏn gin t nõng 70 3.5.1 Chng trỡnh phõn tớch kt cu bng phng phỏp phn t hu hn 67 3.5.2 Phn mm tớnh toỏn ti trng súng tỏc dng lờn gin t nõng 71 3.6 Vớ d ỏp dng phõn tớch gin t nõng 72 KT LUN Error! Bookmark not defined PHNG HNG PHT TRIN TIP THEO CA LUN VN Error! Bookmark not defined TI LIU THAM KHO 11 PH LC 84 M U Gin t nõng l dng cụng trỡnh cú nhiu tớnh nng v cụng dng: thm dũ khai thỏc du khớ bin, phc v xõy dng cụng trỡnh bin, d ch v k thut trờn bin Gin t nõng v bn cht l mt t hp thit b lp t trờn mt sn cụng tỏc Sn cụng tỏc ny cú hai trng thỏi: di chuyn nú l phao ni, cụng tỏc nú c nõng lờn trờn cỏc chõn v lm vic nh cỏc gin c nh Do c tớnh linh ng di chuyn nh cỏc phng tin ni v n nh tt lm vic di tỏc ng ca ti trng mụi trng (súng, giú, dũng chy) nh cụng trỡnh bin c nh, gin t nõng ngy c s dng rng rói xõy dng cụng trỡnh bin Ti Vit Nam mt s gin t nõng ó v ang c s dng phc v cho cụng tỏc thm dũ du khớ bin (cỏc gin Cu Long v Tam o) v phc v xõy dng cụng trỡnh bin (cú mt s gin c nh cỏc n v nc thit k ch to) Vi tm quan trng nn cụng nghip khai thỏc xa b, ngy thit k, ch to cỏc gin khoan di ng ó tr thnh mt ngnh cụng nghip phỏt trin mnh m trờn th gii Vic nghiờn cu, phõn tớch cỏc ng x ng lc hc ca gin di tỏc ng ca cỏc ti trng mụi trng úng mt vai trũ thit yu quan trng vic nõng cao hiu qu kinh t v gim thiu cỏc ri ro Vi kt cu gin t nõng lm vic vựng bin sõu tin hnh phõn tớch ng lc hc vic s dng mụ hỡnh khung ging a n cỏc mụ hỡnh ln vi nhiu bc t v ú tớnh toỏn tr nờn rt phc tớnh ti trng súng cng nh tin hnh phõn tớch Do vy cỏc nh tớnh toỏn thng a chõn v mụ hỡnh cỏc phn t dm ct tng ng [10, 12, 14], cỏch mụ phng ny cho ta u th s bc t ca bi toỏn khụng ln nờn rt phự hp tin hnh phõn tớch ng cng nh xem xột tỏc ng ngu nhiờn ca ti trng súng lờn cụng trỡnh [11, 15] Khi a chõn v mụ hỡnh dm-ct hiu ng Euler l ỏng k tin hnh phõn tớch ng x ng ca kt cu Cỏc tỏc gi Cassidy M.J., Taylor R.E., Houlsby G.T, Williams M S., Thompson R.S G [11,15,16] ó dựng mụ hỡnh phn t dm ct phi tuyn tớnh toỏn gin t nõng Liờn kt gia cỏc chõn gin vi ỏy bin l bi toỏn khú, c t hng u Vỡ phn ln tớnh n nh ca thõn gin c cung cp bi cỏc chõn m s vng chc ca cỏc chõn ph thuc rt ln vo liờn kt ca chỳng vi ỏy bin n gin tớnh toỏn, trc õy cỏc tỏc gi thng dựng cỏc mụ hỡnh liờn kt khp v cỏc mụ hỡnh lũ xo tuyn tớnh vi cỏc thnh phn cng c lp theo ba phng trc giao Tuy nhiờn, ngy lm vic cỏc vựng nc sõu hn v ch u nh hng ca mụi trng khc nghit hn, cỏc mụ hỡnh liờn kt trờn tr nờn khụng phự hp v khụng mụ t mt cỏch sỏt thc liờn kt gia chõn v nn Vi nhng lớ nh vy lun ny t mt s nhim v sau õy: Xõy dng mụ hỡnh phn t dm ci biờn cú k n nh hng ca lc dc trc - thit lp cỏc ma trn phn t Xõy dng mụ hỡnh phn t hu hn mụ t tng tỏc ca múng vi nn t vi gi thit nn ỏy bin cú ng x n hi tuyn tớnh cú k n tng quan gia xoay v chuyn v ngang Xõy dng cỏc mụ dun tớnh toỏn cỏc ma trn phn t hu hn ci biờn ó xõy dng trờn, ghộp ni vo cỏc chng trỡnh tớnh toỏn phõn tớch gin t nõng Lun gm chng: Chng 1: Gii thiu v gin t nõng Chng 2: Gii thiu v phng phỏp phn t hu hn Chng 3: Phõn tớch gin t nõng CHNG GII THIU GIN T NNG 1.1 Lch s phỏt trin ca gin t nõng Nhu cu thm dũ v khai thỏc du khớ cỏc vựng bin sõu hn, vi cỏc iu kin t nhiờn khc nghit l mt nhu cu thc t luụn c t Trong cỏc iu kin nh vy cỏc gin khoan di ng tr thnh cỏc cụng c rt quan trng v cn thit Cú ba loi gin khoan di ng ch yu l: Gin t nõng; Tu khoan v Gin bỏn chỡm Nm 1869, Samuel Lewis c liờn bang M cụng b bng sỏng ch ng dng v s mụ t ca thit b t nõng Nhng cho n tn 85 nm sau ú tc l vo nm 1954 thit b Delong McDermott No tr thnh thit b u tiờn s dng cỏc nguyờn lớ ca gin t nõng phc v cho vic khoan xa b Cú th núi Delong McDermott No l mt nhng thit b c ci tin thnh cụng nht ca cỏc bn tu Delong t mt thit b phao ni vi mt s cỏc chõn hỡnh tr m chỳng cú th di chuyn lờn hoc xung Cỏc bn tu Delong hu ht c s dng nh cỏc cu tu di ng cho cỏc mc ớch cụng nghip sut nhng nm 40 ca th k 20 Cỏc bn tu ny cú th c kộo n mt v trớ no ú vi cỏc chõn c nõng lờn Khi nh v mt v trớ no ú cỏc chõn c h xung ỏy bin v khoang ni c nõng lờn mt nc s dng nguyờn lý ging nh nguyờn lý ca gin khoan di ng hin i ngy Mt iu thỳ v , cỏc cu tu Delong ó c quõn i M s dng chin tranh th Hỡnh gii th hai nh l cỏc bn tu di ng v trc cỏc bn cng chớnh ca phớa tõy chõu õu c gii phúng Cng ging nh rt nhiu gin khoan di ng trc ú v sau ny, thit b Delong McDermott No ging nh mt thit b x lan khoan c gn vi cỏc chõn v cỏc thit b kớch nõng, thng vi s lng chõn nhiu hn Gin t nõng cú cu trỳc nh ngy l thit k ca k s ngi M Le Tourneau vo nm 1956 dựng cho cụng tỏc khoan thm dũ du khớ ngoi bin, theo thit k ca ụng s lng chõn ca cỏc gin khoan ngy c gim xung cũn chõn Mt s ci tin ỏng k thit k ú l s trang b cỏc h thng kớch nõng v h thng cht c iu khin bng in m chỳng cho phộp cỏc chõn di chuyn liờn tc mt cỏch c lp H thng cht khoỏ ny hn ch ỏng k s trt xy trờn cỏc chõn cú b mt trn nhn thit b ch nõng Cỏc thit b gin khoan t nõng u tiờn c s dng khai thỏc du khớ vựng Gulf ca Mexico Chỳng c thit k lm vic vựng nc sõu khong 25 v l cỏc sn phm u tiờn ca cụng ty Marathon Letourneau Trong sut nhng nm t 1960 n 1970 Marathon Letourneau l cụng ty c quyn thit k cỏc thit b gin t nõng Trong thi gian ú cỏc gin t nõng c khai thỏc cỏc vựng nc nụng lờn cu to ca cỏc chõn thng rt to, cng knh v phc Cựng vi nhu cu s dng v khai thỏc nng lng du ngy cng tng, cỏc thit b gin t nõng liờn tc c ci tin khai thỏc cỏc vựng nc sõu hn ó cú nhiu cụng ty khỏc ú phi k n cỏc cụng ty: Bethlehem, Friede and Goldman, Marine Structures Consultans v Mitsui ó gúp phn lm tng kh nng lm vic ca gin t nõng cỏc vựng nc sõu (Veldman and Layers 1997) S phỏt trin ny c tip tc vi cỏc thit b cú cu to ln hn c s dng cỏc vựng nc sõu khong 120 vi s tỏc ng khc nghit ca mụi trng bin bc Ngy cỏc thit b gin khoan di ng l mt b phn quan trng khụng th thiu c vic khai thỏc du khớ v xõy dng cỏc cụng trỡnh trờn bin Vỡ vy vic nghiờn cu, phõn tớch ng x ca gin khoan di ng di tỏc ng khc nghit ca mụi trng cú mt ý ngh a quan trng thit k, gia c v sa cha cỏc thit b nhm nõng cao hiu qu hot ng cng nh gim thiu cỏc ri ro tai nn Tuy gin t nõng cú nhiu dng nhng v bn cht nú l mt t hp thit b lp t trờn mt sn cụng tỏc Sn cụng tỏc ny cú hai trng thỏi: di chuyn nú l phao ni, cụng tỏc nú c nõng lờn trờn cỏc chõn v lm vic nh cỏc gin c nh Tt nhiờn khụng th vng chói nh cỏc gin c nh, nhng so vi cỏc gin di ng khỏc thỡ gin t nõng cú n nh cao hn c Khi cỏc chõn gin c h xung nc thỡ ng thi phn thõn gin c nõng nờn mt nc to nờn mt din tớch lm vic ging nh gin c nh Súng bin ch tỏc dng vo chõn ct cú kớnh thc nh v chn súng rt ú gim thiu c tỏc ng ca súng bin lờn gin Hn ch ca gin t nõng l ch lm vic c trờn cỏc vựng bin khụng sõu lm ( sõu ln nht hin m gin t nõng cú th lm vic c l 180m) Tuy nhiờn nu quan tõm n vic khai thỏc tim nng bin cỏc vựng nc nụng ([...]... kết cấu và ứng dụng trong chẩn đoán kỹ thuật công trình” 2 Đào Như Mai (2003), Chuyên đề tính toán tải trọng sóng tác động lên công trình 3 Nguyễn Tiến Khiêm (2002), Cơ sở Động lực học công trình, Giáo trình dùng cho học viên cao học, ngành Cơ học ứng dụng 4 Ngô Hương Nhu (2001), Phương pháp phần tử hữu hạn trong cơ học vật rắn biến dạng, Giáo trình dùng cho học viên cao học, ngành Cơ học ứng dụng, TTHTBD&ĐT... Hương Nhu (2001), Phương pháp phần tử hữu hạn trong cơ học vật rắn biến dạng, Giáo trình dùng cho học viên cao học, ngành Cơ học ứng dụng, TTHTBD&ĐT Cơ học, ĐHQGHN Chu Quốc Thắng (1997), Phương pháp phần tử hữu hạn, nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Tiếng anh 5 [6] Dao Nhu Mai, Nguyen Huu Cuong (2005), “Analysis of Jack-up units using modified finite element models”, the 5th Asian symposium on applied electromagnetics