Báo cáo mô hình cửa đập thủy điện bác ái có CODE ANSYS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬT -o0o - BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ KỸ THUẬT Đề tài: MƠ HÌNH HĨA CỬA XẢ NƯỚC ĐẬP THỦY ĐIỆN BÁC ÁI GVHD: LỚP-NHÓM: ThS Nguyễn Thái Hiền A03-20 Nhóm SVTH: Nguyễn Ngọc Dương 1510600 Nguyễn Văn Khang 1511484 Nguyễn Hoàng Phúc Huy 1511250 Đàm Duy Anh 1510039 TP.HCM, THÁNG 12 NĂM 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬT -o0o - BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ KỸ THUẬT Đề tài: MƠ HÌNH HĨA CỬA XẢ NƯỚC ĐẬP THỦY ĐIỆN BÁC ÁI BẰNG PHẦN MỀM ANSYS GVHD: ThS Nguyễn Thái Hiền LỚP-NHĨM: A03-20 Nhóm SVTH: Nguyễn Ngọc Dương 1510600 Nguyễn Văn Khang Nguyễn Hoàng Phúc Huy 1511484 1511250 Đàm Duy Anh 1510039 TP.HCM, THÁNG 12 NĂM 2017 Mục lục I MƠ TẢI BÀI TỐN 1 Lựa chọn phần tử: SOLID186 Thông số vật liệu II MƠ HÌNH BÀI TOÁN III ĐIỀU KIỆN BIÊN-TẢI TRỌNG Điều kiện biên Tải trọng IV.PHÂN TÍCH KẾT QUẢ Kết mô Tính bền theo thuyết bền Mohr (thuyết bền thứ 5) Phụ lục Tổng quan vật liệu bê tông: Phụ lục 13 CODE 13 Tài liệu tham khảo 16 I MÔ TẢI BÀI TỐN Lựa chọn phần tử: SOLID186 Để mơ tả bê tơng phần mềm ANSYS có nhiều dạng phần tử sử dụng, tốn sử dụng dạng phần tử SOLID186 : phần tử 3D gồm 20 nút, bậc tự nút x,y,z; thích hợp để mô lưới phi tuyến từ sản phẩm phần mềm CAD/CAM (KEYOPT(3)=0, the default, hexahedron shape and curved surfaces) Hình 1: SOLID186 Homogeneous Structural Solid Geometry (Hexahedron quadratic-20 nodes) Thông số vật liệu Bảng 1: Cường độ tính tốn bê tơng Cấp độ bền B20 * (Mác tương đương M250) STT Input data Modun đàn hồi (E) Cường độ chịu nén  n Cường độ chịu kéo  k Hệ số Poisson  Khối lượng riêng  *TCXDVN 356:2005 II MƠ HÌNH BÀI TỐN Giá trị 2,7.107 11.5 0.9 0.2 2,5.103 KPa MPa MPa Kg/m3 Hình 1: Cửa đập nhà máy thủy điện Bác Ái (nguồn: VnExpress) Tạo k-point, ghép k-point để tạo thành line, tạo volumn từ kpoint line tương ứng Hình 2: Mơ hình cửa nước xây dựng phần mềm ANSYS Hình 3: Chia lưới mơ hình III ĐIỀU KIỆN BIÊN-TẢI TRỌNG Điều kiện biên Đây cơng trình lớn, xây dựng cố định mặt đất Ta ngàm toàn mặt đáy cơng trình Hình Đặt điều kiện biên Tải trọng - Tải trọng phân bố nắp: 110 kN/m2 - Áp lực nước lên thành đập ( lực phân bố tuyến tính) Hình Tải trọng phân bố nắp Hình Áp lực nước lên thành đập IV.PHÂN TÍCH KẾT QUẢ Kết mơ Hình 7+8: Kết trường chuyển vị (đơn vị: m) Hình Ứng suất thứ (kN / m2 ) Hình 10: Ứng suất thứ (kN / m2 ) Tính bền theo thuyết bền Mohr (thuyết bền thứ 5) Bê tơng vật liệu bền nên ta tính bền theo thuyết bền Mohr: 1  STT  k    k  n Input data Cường độ chịu nén  n Cường độ chịu kéo  k (*) Giá trị 11.5 0.9 MPa MPa Với 1  906.305(kN / m2 );  163.895(kN / m2 ) , ta 1   k 0.9   906.305  163.895  893.47(kN / m2 )   k  900(kN / m2 ) 11.5  n Vậy hệ thỏa bền Phụ lục Tổng quan vật liệu bê tông: Thành phần: - Bê tông loại đá nhân tạo chế tạo từ vật liệu rời (cát, đá, sỏi) chất kết dính (thường xi măng), nước thêm phụ gia - Vật liệu rời gọi cốt liệu, cốt liệu có loại bé lớn Loại bé cát có kích thước (1-5)mm, loại lớn sỏi đá dăm có kích thước (5-40)mm - Chất kết dính xi măng trộn với nước chất dẻo khác - Phụ gia nhằm cải thiện số tính chất bê tơng lúc thi cơng q trình sử dụng Cấu trúc: - Bê tơng có cấu trúc khơng đồng hình dáng, kích thước cốt liệu khác nhau, phân bố cốt liệu chất kết dính khơng thật đồng đều, bê tơng lại nước thừa lỗ rỗng li ti (do nước thừa bốc hơi) - Q trình khơ cứng bê tơng q trình thủy hóa xi măng, trình thay đổi lượng nước cân bằng, giảm keo nhớt, tăng mạng tinh thể đá xi măng Các trình làm cho bê tơng trở thành vật liệu vừa có tính đàn hồi vừa có tính dẻo Phân loại: - Theo cấu trúc: bê tơng đặc chắc, bê tơng có lỗ rỗng (dùng cát), bê tơng tổ ong, bê tơng xốp - Theo dung lượng: bê tông nặng ( = 2200 ÷ 2500 𝑘𝑔/𝑚3 ); bê tông nặng cốt liệu bé ( = 1800 ÷ 2200 𝑘𝑔/𝑚3 ); bê tơng nhẹ ( < 1800 𝑘𝑔/𝑚3 ); bê tông đặc biệt nặng (  > 2500 𝑘𝑔/𝑚3 ) - Theo chất kết dính: bê tơng xi măng, bê tơng nhựa, bê tơng chất dẻo, bê tông thạch cao, bê tông xỉ, bê tông sillicat - Theo phạm vi sử dụng: bê tông làm kết cấu chịu lực, bê tơng chịu nóng, bê tông cách nhiệt, bê tông chống xâm thực v.v… - Theo thành phần hạt: bê tông thông thường, bê tông cốt liệu bé, bê tông chèn đá hộc Biến dạng bê tông: Biến dạng bê tông xảy phức tạp gồm biến dạng ban đầu co ngót, biến dạng tải trọng gây (biến dạng đàn hồi biến dạng dẻo), tăng biến dạng theo thời gian - Biến dạng co ngót: Co ngót tượng bê tơng giảm thể tích khơ cứng khơng khí Hiện tượng co ngót liên quan đến q trình thủy hóa xi măng, đến bốc lượng nước thừa bê tơng khơ cứng Co ngót xảy chủ yếu giai đoạn khô cứng bê tông Trong điều kiện bình thường, sau vài năm biến dạng tỉ đối co ngót đạt đến (3÷5)10−4 Sự co mạng tinh thể bị cốt liệu cản trở gây ứng suất kéo ban đầu đá xi măng Sự co không khối bê tông co ngót bị ngăn trở làm phát sinh ứng suất kéo làm bê tơng bị nứt - Biến dạng tải trọng tác dụng ngắn hạn: Làm thí nghiệm nén với mẫu hình trụ có chiều dài l, diện tích tiết diện A Tác dụng lên mẫu lực nén P, đo độ co ngắn Δ Tính biến dạng tỉ đối 𝜀𝑏 = Δ/𝑙 ứng suất 𝜎𝑏 = 𝑃/𝐴 Với giá trị lực P có cặp giá trị 𝜀𝑏 , 𝜎𝑏 có điểm B đồ thị Thay đổi (tăng dần) lực nén P có đồ thị quan hệ 𝜀𝑏 𝜎𝑏 Kết thực nghiệm cho thấy đồ thị đường cong OBC Điểm C ứng với lúc mẫu bị phá hoại, lúc 𝜎𝑏 = 𝑅𝑙𝑡 cường độ mẫu thử hình trụ 𝜀𝑏 đạt đến biến dạng cực hạn bê tông 𝜀𝑏 ∗ Khi gia tải đến mức độ (P, Δ) giảm tải, mẫu khôi phục lại biến dạng khơng đạt đến kích thước ban đầu mà bị hụt lượng Δ1 Phần biến dạng hồi phục Δ1 biến dạng đàn hồi, phần Δ2 không phục hồi biến dạng dẻo Tương ứng có biến dạng tỉ đối đàn hồi 𝜀𝑒𝑙 = Δ1 /𝑙 biến dạng dẻo 𝜀𝑝𝑙 = Δ2 /𝑙 10 Hình 1’ Đồ thị ứng suất – biến dạng bê tông - Biến dạng tải trọng tác dụng dài hạn – từ biến: Từ biến tượng biến dạng tăng theo thời gian Thí nghiệm nén mẫu với lực P có biến dạng ban đầu Δ Giữ cho lực P tác dụng thời gian lâu dài biến dạng tăng thêm lượng Δ𝑐 Ký hiệu 𝜀𝑒 = Δ𝑐 /𝑙 gọi biến dạng từ biến, thể đoạn BC đồ thị: Hình 2’: Đồ thị biểu diễn từ biến bê tơng Hình a thể tăng biến dạng σb khơng đổi, tác dụng lâu dài Hình b thể tăng biến dạng theo thời gian t 11 Khi ứng suất 𝜎𝑏 tương đối bé (chưa vượt q 0.7R) từ biến có giới hạn, đường cong BC hình b có tiệm cận nằm ngang Khi 𝜎𝑏 lớn (𝜎𝑏 > 0.85R) từ biến phát triển không ngừng dẫn đến mẫu thử bị phá hoại Đó giảm cường độ bê tông tải trọng tác dụng lâu dài - Biến dạng nhiệt: Đây biến dạng thể tích nhiệt độ thay đổi, phụ thuộc vào hệ số nở nhiệt bê tơng 𝛼𝑡 Hệ số phụ thuộc vào loại xi măng, cốt liệu, trạng thái ẩm bê tơng khoảng (0.7 ÷ 1.5)10−5 /độ Thông thường nhiệt độ thay đổi khoảng ÷ 100𝑜 C lấy 𝛼𝑡 = 10−5 để tính toán 12 Phụ lục CODE /clear,start /prep7 k,1,0,0,-0.9 k,2,16,0,-0.9 k,3,16,0,-0.3 k,4,17.9,0,-0.3 k,5,17.9,0,-0.9 k,6,19.1,0,-0.9 k,7,19.1,0,0 k,8,19.1,0,-8.6 k,9,19.1,0,-7.7 k,10,17.9,0,-7.7 k,11,17.9,0,-8.3 k,12,16,0,-8.3 k,13,16,0,-7.7 k,14,11.8,0,-7.7 k,15,0,0,-5.7 k,16,0,0,-7.2 k,17,11.8,0,-9.5 k,18,16,0,-9.5 k,19,16,0,-8.9 k,20,17.9,0,-8.9 k,21,17.9,0,-9.5 k,22,19.1,0,-9.5 k,23,20,0,-17.2 k,24,19.1,0,-16.3 k,25,17.9,0,-16.3 k,26,17.9,0,-16.9 k,27,16,0,-16.9 k,28,16,0,-16.3 k,29,11.8,0,-16.3 k,30,0,0,-12.2 k,31,0,0,-13.8 k,32,11.5,0,-17.8 k,33,20,0,-17.8 k,34,19.1,0,-17.2 k,35,0,0,0.9 k,36,16,0,0.9 k,37,16,0,0.3 k,38,17.9,0,0.3 k,39,17.9,0,0.9 k,40,19.1,0,0.9 k,41,19.1,0,0 k,42,19.1,0,8.6 k,43,19.1,0,7.7 k,44,17.9,0,7.7 k,45,17.9,0,8.3 k,46,16,0,8.3 k,47,16,0,7.7 k,48,11.8,0,7.7 k,49,0,0,5.7 k,50,0,0,7.2 k,51,11.8,0,9.5 k,52,16,0,9.5 k,53,16,0,8.9 k,54,17.9,0,8.9 k,55,17.9,0,9.5 k,56,19.1,0,9.5 k,57,20,0,17.2 k,58,19.1,0,16.3 k,59,17.9,0,16.3 k,60,17.9,0,16.9 k,61,16,0,16.9 k,62,16,0,16.3 k,63,11.8,0,16.3 k,64,0,0,12.2 k,65,0,0,13.8 k,66,11.5,0,17.8 k,67,20,0,17.8 k,68,19.1,0,17.2 k,69,20,0,-8.6 k,70,20,0,0 k,71,20,0,8.6 *do,j,1,5 lstr,j,j+1 *enddo *do,j,9,21 lstr,j,j+1 *enddo *do,j,24,32 lstr,j,j+1 *enddo 13 *do,j,35,39 lstr,j,j+1 *enddo *do,j,43,55 lstr,j,j+1 *enddo *do,j,58,66 lstr,j,j+1 *enddo lstr,1,35 lstr,33,23 lstr,67,57 lstr,1,15 lstr,16,30 lstr,35,49 lstr,50,64 larc,23,24,34,0.9 larc,22,69,8,0.9 larc,69,9,8,0.9 larc,6,70,7,0.9 larc,57,58,68,0.9 larc,56,71,42,0.9 larc,71,43,42,0.9 larc,70,40,7,0.9 a,65,66,67,33,32,31 asbl,1,all aglue,all lsel,s,loc,z,-13.8,-12.2 lsel,a,loc,z,-7.2,-5.7 lsel,a,loc,z,-0.9,0.9 lsel,a,loc,z,5,7,7.2 lsel,a,loc,z,12.2,13.8 lsel,r,loc,x,0 asll,r vext,all,,,0,19.1,0 allsel asel,s,loc,y,0 vext,all,,,0,-1.5,0 allsel vglue,all k,300,0,7.5,50 k,301,11.8,7.5,50 k,302,14,7.7,50 k,303,16,8.3,50 k,304,16,19.1,50 k,305,15.3,19.1,50 k,306,14,10,50 k,307,8.7,9,50 k,308,0,9,50 a,300,301,302,303,304,305,306,307,308 asel,s,loc,z,50 vext,all,,,0,0,-100 allsel vovlap,all asel,s,loc,z,50 asel,a,loc,z,-50 vsla,r vdele,all,,,1 allsel asel,s,loc,x,0 asel,r,loc,y,11.5,19.1 vsla,r vdele,all,,,1 allsel vglue,all ksel,s,loc,y,19.1 ksel,r,loc,x,15.3 ksel,r,loc,z,16.3 lslk,r lsel,u,loc,y,19.1 lgen,2,all,,,0,0,-3.4 lsel,r,loc,z,12.9 lgen,4,all,,,0,0,-8.6 cm,duongcat,line allsel 14 lsel,s,loc,x,15.3 lsel,r,loc,y,19.1 asll,r asel,u,loc,y,19.1 cm,matcat,area allsel asbl,matcat,duongcat allsel et,1,solid186 mp,ex,1,2.7e7 mp,prxy,1,0.2 mp,dens,1,2.5 lsel,s,loc,x,15.3 lsel,r,loc,y,19.1 asll,r asel,u,loc,y,19.1 nsla,r,1 sfgrad,pres,,y,19.1,(0-28.56)/10.1 sf,all,pres, allsel solve /post1 lcdef,1,1 lcwrite,10,tinh finish esize,1 mshape,1,3d mshkey,0 vmesh,all finish /solu acel,0,9.81,0 nsel,s,loc,y,-1.5 d,all,all allsel lsel,s,loc,x,8.7 lsel,r,loc,y,9 asll,r nsla,r,1 sf,all,pres,110 allsel 15 Tài liệu tham khảo [1] Giáo trình Sức bền vật liệu, Đỗ Kiến Quốc, NXB Đại học Quốc Gia TP HCM, 2016 [2] Giáo trình Kết cấu bê tơng (Cấu kiện bản) Bộ mơn Cơng trình, Khoa Kỹ thuật Xây dựng, ĐH Bách Khoa TP HCM [3] https://www.sharcnet.ca/Software/Ansys/16.2.3/enus/help/ans_elem/Hlp_E_SOLID186.html [4] https://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BB%87_s%E1%BB%91_Poisson [5] https://phamvana.files.wordpress.com/2012/06/4-bg-betong-co-so-2011phuluc.pdf [6] http://thaodocongtrinh.vn/tin-tuc/199-trong-luong-rieng-cua-vat-lieu-xaydung.html 16 ... MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬT -o0o - BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ KỸ THUẬT Đề tài: MƠ HÌNH HĨA CỬA XẢ NƯỚC ĐẬP THỦY ĐIỆN BÁC ÁI BẰNG PHẦN MỀM ANSYS... Khối lượng riêng  *TCXDVN 356:2005 II MƠ HÌNH BÀI TỐN Giá trị 2,7.107 11.5 0.9 0.2 2,5.103 KPa MPa MPa Kg/m3 Hình 1: Cửa đập nhà máy thủy điện Bác Ái (nguồn: VnExpress) Tạo k-point, ghép k-point... k-point để tạo thành line, tạo volumn từ kpoint line tương ứng Hình 2: Mơ hình cửa nước xây dựng phần mềm ANSYS Hình 3: Chia lưới mơ hình III ĐIỀU KIỆN BIÊN-TẢI TRỌNG Điều kiện biên Đây cơng trình