Phân tích sự ảnh hưởng của đặc tính cản đến ứng xử động lực học của tấm mỏng nổi trên nền chất lỏng chịu tải trọng di động

Tóm tắt: Luận văn tập trung khảo sát về ảnh hưởng của đặc tính cản của tấm đến ứng xử của hệ. Phần tấm được phân tích theo lý thuyết tấm mỏng Kirchhoff, mô hình tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) sử dụng phần tử Hermite bốn nút. Phần nước được mô hình tính toán bằng phương pháp phần tử biên (BEM) với không gian mô phỏng có diện tích mặt trên được mở rộng hơn gấp đôi so với tấm nổi bên trên, các biên giới hạn bao gồm mặt dưới tấm và mặt thoáng, mặt đáy biển và bốn mặt bên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN VĂN HÙNG PHÂN TÍCH SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẶC TÍNH CẢN ĐẾN ỨNG XỬ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA TẤM MỎNG NỔI TRÊN NỀN CHẤT LỎNG CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số ngành : 60580208 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp.HCM, tháng 1-2019 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: Cán hướng dẫn: TS Trần Minh Thi Cán chấm nhận xét 1: PGS TS Đào Đình Nhân Cán chấm nhận xét 2: PGS TS Lương Văn Hải Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày 20 tháng 01 năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS Chu Quốc Thắng - Chủ tịch Hội đồng Thư TS Cao Văn Vui ký PGS TS Đào Đình Nhân - ủy viên (Phản biện 1) PGS TS Lương Văn Hải ủy viên (Phản biện 2) PGS TS Nguyễn Văn Hiếu - ủy viên CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN VĂN HÙNG MSHV: 1570135 Ngày, tháng, năm sinh: 17/08/1991 Nơi sinh: Cà Mau Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số: 60580208 I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích ảnh hưởng đặc tính cản đến ứng xử động lực học mỏng chất lỏng chịu tải trọng di động II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Thiết lập ma trận khối lượng, ma trận độ cứng ma trận cản cho phần tử kết cấu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Thiết lập ma trận phần tử biên chất lỏng Phát triển thuật toán, lập trình tính tốn chương trình Matlab để giải hệ phương trình động lực học tốn Kiểm tra độ tin cậy chương trình tính cách so sánh kết chương trình với kết báo tham khảo Tiến hành thực ví dụ số nhằm khảo sát ảnh hưởng nhân tố quan họng đến ứng xử động kết cấu nổi, từ rút kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 10/12/2018 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Tràn Minh Thi : 15/01/2018 Tp HCM, ngày tháng năm 2019 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BAN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TS Trần Minh Thi TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Hoàn thành luận văn thạc sĩ yêu cầu bắt buộc chương trình đào tạo thạc sĩ, giúp cho người học có khả độc lập nghiên cứu vấn đề mới, khả đọc hiểu tài liệu tiếp thu nguồn kiến thức ngày to lớn nhân loại Luận văn không ghi nhận cố gắng nỗ lực cá nhân, mà hướng dẫn tận tình, nguồn động viên khơng ngừng nghỉ từ thầy cơ, gia đình, bạn bè người thân - người giúp tơi có thêm động lực bước đường học vấn Tôi xin cám ơn thầy TS Trần Minh Thi, thầy giúp tơi định hình phương pháp tiếp cận giải vấn đề, điều quan trọng để phục vụ cho công việc nghiên cứu sau Tôi xin cảm ơn anh NCS Nguyễn Xuân Vũ, anh theo sát hướng dẫn tận tình, giúp tơi bổ trợ kiến thức, truyền đạt kinh nghiệm vấn đề cần lưu ý, cung cấp tài liệu, cơng cụ cần thiết cho tơi có đầy đủ phương tiện để hồn thành đề tài Và khơng thể khơng nhắc đến thầy cô trường, thầy cô dìu dắt tơi bước đầu tiên, đồng hành đường học tập cung cấp tảng kiến thức vững để tơi tự phát triển thân sau Cuối tơi xin cám ơn gia đình, bạn bè người thân động viên tơi nhiều để tơi vượt qua cột mốc quan trọng Xin chân thành cảm ơn Tp HCM, ngày 10 tháng 12 năm 2018 Trần Văn Hùng TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Bài luận văn nghiên cứu ứng xử kết cấu có diện tích lớn nước chịu tác động tải trọng tập trung chuyển động Trong đó, luận văn tập trung khảo sát ảnh hưởng đặc tính cản đến ứng xử hệ Phần phân tích theo lý thuyết mỏng Kirchhoff, mơ hình tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) sử dụng phần tử Hermite bốn nút Phần nước mơ hình tính tốn phương pháp phần tử biên (BEM) với không gian mơ có diện tích mặt mở rộng gấp đôi so với bên trên, biên giới hạn bao gồm mặt mặt thoáng, mặt đáy biển bốn mặt bên Phần nước biển chuyển động bên đại diện vận tốc Chuyển động lên xuống sóng giả thiết nhỏ để xây dựng phương trình chuyển động cho chất lỏng dựa lý thuyết sóng tuyến tính Sự tương tác nước biển kết cấu thể qua điều kiện vận tốc trùng với vận tốc mặt nước tiếp xúc với tấm, tức khơng có khoảng cách nước Phần tính tốn mơ phần mềm Matlab R2015b, kết kiểm chứng việc so sánh với kết nghiên cứu thực nghiệm Endo Yago Sau đó, luận văn tiến hành khảo sát với thông số khác đặc tính cản, bao gồm cản nhớt cản vật liệu Kết khảo sát cho thấy mức độ ảnh hưởng tác nhân cản lên hệ kết cấu: tác nhân cản nhớt ảnh hưởng nhiều đến chuyển vị kết cấu, tăng độ lớn hệ số cản nhớt chuyển vị kết cấu giảm đáng kể; tác nhân cản vật liệu mức độ ảnh hưởng không lớn tác nhân cản nhớt cần thiết mơ tính tốn Bên cạnh đó, luận văn trình bày số khảo sát thơng số tốn ảnh hưởng đến ứng xử hệ thay đổi vận tốc độ lớn tải trọng, chiều dày chiều rộng ii ABSTRACT The essay analyses the behavior of Very Large Floating Structures (VLFS) on water when subjected to concentrated motion, focusing on the effect of the dissipation mechanisms on the behavior of the system The plate was analyzed by using the Kirchhoff thin plate theory, the finite element FEM model using a four-node Hermite element consisting of four degrees of freedom representing the node position and eight degrees of freedom the tangent at each node Seawater was modeled using the BEM method with the simulated space having an upper surface area more than double that of the upper plate, the boundaries of which included the underside of the plate and open surface, seabed and four sides Seawater underneath the plate can be represented by a velocity gradient Motion of sea water is assumed to be small in order to construct equations for fluid motion based on linear wave theory The interaction between seawater and texture is shown by the velocity of the plate coinciding with the velocity of the water surface in contact with the plate, ie no gap between the plate and the water The calculations were simulated using the Matlab R2015b software, which was verified by comparison with the experimental results of Endo and Yago The survey was then carried out with different parameters of barrier properties, including retardation and barrier The results of the survey show that the influence of the blocking agents on the structural system: the viscosity-reducing agent has a great influence on the structural displacement, when increasing the viscosity resistance coefficient, the displacement of the structure decreases, count; Material consttaints, however, are not as strong as those of viscous retarders but are still essential in computational simulations In addition, the thesis also examines some basic parameters of the problem affecting the behavior of the system such as changing the velocity and the load, thickness and width of the sheet iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng việc tơi thực hướng dẫn Thầy TS Trần Minh Thi Các kết Luận văn thật chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm công việc thực TP HCM, ngày 10 thảng 12 năm 2018 Trần Văn Hùng iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ii ABSTRACT iii LỜI CAM ĐOAN iv MỤC LỤC V DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIÊU X MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT xi CHUƠNG 1: TÔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.3 Mục tiêu hướng nghiên cứu 1.4 Cấu trúc Luận văn CHUƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Mơ hình chất lỏng 2.2 Lý thuyết chịu uốn 2.2.1 Tổng quát 2.2.2 Phương trình biểu thị quan hệ biến dạng chuyển vị 2.2.3 Phương trình biểu thị quan hệ biến dạng ứng suất 2.2.4 Phương trình vi phân cân 10 2.3 Các cấu tiêu tán 11 2.3.1 Cản nhớt 12 2.3.2 Cản kết cấu 12 2.3.3 Cản vật liệu 13 2.4 Phương pháp phần tử hữu hạn cho toán chịu uốn 13 2.4.1 Thiết lập công thức 13 V 2.4.2 Phần tử tứ giác nút với phép nội suy Hermite 15 2.5 Phương pháp phần tử biên cho miền chất lỏng 19 2.5.1 Lý thuyết chất lỏng lý tưởng 19 2.5.2 Hàm vận tốc chất lỏng 20 2.5.3 Phương pháp phần tử biên 21 2.6 Giải hệ phương trình tương tác 22 2.7 Lưu đồ tính tốn 25 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH SỐ 26 3.1 Kiểm chứng phần mềm tính tốn 26 3.1.1 Mơ hình thí nghiệm 26 3.1.2 Bài toán kiểm chứng 28 3.1.3 Đánh giá kết 31 3.2 Các toán khảo sát ứng xử 32 3.2.1 Bài toán 1: Khảosát ứng xử thay đổi độ lớn tải trọng 33 3.2.2 Bài toán 2: Khảosát ứng xử thay đổi chiều dày 34 3.2.3 Bài toán 3: Khảo sát chuyển vị thay đổi chiều rộng 36 3.2.4 Bài toán 4: Khảosát ứng xử thay đổi vận tốc chuyển động 40 3.2.5 Bài toán 5: Khảosát ứng xử thay đổi hệ số cản nhớt 49 3.2.6 Bài toán 6: Khảo sát chuyển vị thay đổi hệ số cản vật liệu 54 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 4.1 Kết luận 59 4.2 Kiến nghị 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 64 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 67 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Mơ hình kết cấu Hình 2.2 Biến dạng phân tố Hình 2.3 Xác định chuyển vị ngang qua chuyển vị pháp tuyến Hình 2.4 ứng suất pháp ứng suất tiếp mặt phân tố Hình 2.5 Nội lực phân bố đơn vị chiều dài Hình 2.6 Cân phân tố tác động nội ngoại lực 10 Hình 2.6 Các đường nội suy Hermite 17 Hình 2.7 Phần tử bốn nút với phép nội suy Hermite 18 Hình 2.8 Phần tử bốn nút Hermite không kể đến vec tơ xoắn 19 Hình 3.1 Mơ hình thí nghiệm VL-10 26 Hình 3.2 Chuyển vị thí nghiệm Endo Yago 27 Hình 3.3 Chuyển vị thời điểm t = s 28 Hình 3.4 Chuyển vị thời điểm t = 1.85 s 28 Hình 3.5 Chuyển vị thời điểm t = 3.65 s 29 Hình 3.6 Chuyển vị thời điểm t = 5.5 s 29 Hình 3.7 Chuyển vị thời điểm t = 7.3 s 30 Hình 3.8 Chuyển vị thời điểm t = 9.4 s 30 Hình 3.9 Chuyển vị thời điểm t = 10.1 s 31 Hình 3.10 Chuyển vị thay đổi độ lớn tải trọng 33 Hình 3.11 Quan hệ chuyển vị lớn độ lớn tải trọng 34 Hình 3.12 Chuyển vị thay đổi chiều dày 36 Hình 3.13 Quan hệ chuyển vị lớn chiều dày 36 Hình 3.14 Chuyển vị thay đổi chiều rộng 37 Hình 3.15 Chuyển vị theo phương rộng w = 48 m 38 vii Chương 3: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH SỐ Bảng 3.13 Các thơng số hình dạng thay đổi c với V = m/s c yl (mm) y-max (mm) y2 (mm) e (m) 0.01 0.03 0.66 0.65 7.19 0.26 6.31 0.21 22 24 0.06 0.44 5.78 0.16 0.1 0.39 5.12 0.12 * •J—=0 X (itime)=xO+dS; else X(itime)=xO+distance; end end y=y0*ones(size(x)); [F_vehicle,=Movingload_Beta(vcor,kconec,p,x,y,t,l,l); CaseF(icase).Vehicle=F_vehicle; CaseF(icase).Time=[tmin,tmax,dt]; CaseF(icase).LocX=x; CaseF(icase).LocY=y; clear F_vehicle end Timedata=[tmin tmax dt] ; %% Run program Mainprogram_Orthorplate_DirectIntegration LÝ LỊCH TRÍCH NGANG LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: TRẰN VĂN HÙNG Ngày, tháng, năm sinh: 17/08/1991 Nơi sinh: Cà Mau Địa liên lạc: 132/13 Hoàng Văn Thụ, P9, Q Phú Nhuận, TP Hồ Chí Minh ĐTDĐ: 0903 873 847 65 Email: hungtranl7851@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 2009 - 2014: Kỹ sư Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 2015-2018: Học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp, Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM 66 ... TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích ảnh hưởng đặc tính cản đến ứng xử động lực học mỏng chất lỏng chịu tải trọng di động II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Thiết lập ma trận khối lượng, ma trận độ cứng ma trận cản cho phần... Trong phân tích kết cấu chịu lực tập trung chuyển động, xuất lực cản làm ảnh hưởng đến ứng xử động lực học hệ, đề tài khảo sát đến tác nhân cản đặc trưng, bao gồm: Cản nhớt; Cản kết cấu Cản vật... phần tử hữu hạn phân tích phần tử biên phân tích tương tác chất lỏng lên Trong tập trung đến phân tích ảnh hưởng đặc tính cản vật liệu đến ứng xử động lực học kết cấu Các vấn đề nghiên cứu cụ thể