Mô phỏng ứng xử phi tuyến của kết cấu giàn khoan dưới tác động của tải trọng nổ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THANH HIỀN MÔ PHỎNG ỨNG XỬ PHI TUYẾN CỦA KẾT CẤU GIÀN KHOAN DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG NỔ CHUYÊN NGÀNH: CƠ KỸ THUẬT MÃ SỐ: 8520101 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2020 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS TRƯƠNG TÍCH THIỆN Cán chấm nhận xét 1: TS MAI ĐỨC ĐÃI Cán chấm nhận xét 2: TS TRƯƠNG QUANG TRI Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh ngày 11 tháng 01 năm 2020 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch hội đồng: PGS TS Vũ Cơng Hịa Thư ký hội đồng: TS Nguyễn Thanh Nhã Phản biện 1: TS Mai Đức Đãi Phản biện 2: TS Trương Quang Tri Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA PGS TS VŨ CÔNG HỊA PGS TS TRƯƠNG TÍCH THIỆN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THANH HIỀN MSHV: 1770056 Ngày, tháng, năm sinh: 30/12/1993 Nơi sinh: Đồng Nai Chuyên ngành: Cơ Kỹ Thuật Mã số: 8520101 I TÊN ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG ỨNG XỬ PHI TUYẾN CỦA KẾT CẤU GIÀN KHOAN DƯỚI TÁC ĐỘNG TẢI TRỌNG NỔ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - - - Nghiên cứu sở lý thuyết Lagrangian, Eulerian ALE Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mơ lan truyền sóng nổ mơ hình chiều đơn giản (Test case 1) Phân tích kiểm chứng kết với thực nghiệm Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mơ lan truyền sóng nổ mơ hình chiều khu thị đơn giản (Test case 2) Phân tích kiểm chứng kết thực nghiệm Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mơ lan truyền sóng nổ mơ hình chiều kết cấu Giàn khoan Xây dựng báo cáo nghiên cứu khoa học với chủ đề “Mô ứng xử phi tuyến kết cấu giàn khoan tác động tải trọng nổ” III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/02/2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/12/2019 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS TRƯƠNG TÍCH THIỆN i Tp HCM, ngày … tháng … năm 2020 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) PGS TS TRƯƠNG TÍCH THIỆN PGS TS VŨ CƠNG HỊA TRƯỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG (Họ tên chữ ký) PGS TS TRƯƠNG TÍCH THIỆN ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, gửi lời cảm ơn đến Bộ môn Cơ Kỹ Thuật, Khoa Khoa học Ứng dụng, Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Thứ hai, trân trọng cảm ơn Người Thầy hướng dẫn tơi – PGS TS Trương Tích Thiện với Thầy Trần Kim Bằng cho nhiều lời khuyên, động lực kỹ nghiên cứu thực hành phần mềm Cuối cùng, tơi cảm ơn gia đình, bạn bè hỗ trợ khuyến khích suốt q trình nghiên cứu Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2020 Tác giả Nguyễn Thanh Hiền iii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Kết cấu cơng trình ngồi khơi kết cấu khơng gian phức tạp, gặp nhiều cố cháy nổ Chính việc tính tốn mô ứng xử phi tuyến cấu trúc công trình ngồi khơi tác dụng tải nổ việc cần thiết Điều có ý nghĩa thiết thực mặt an toàn kinh tế Trong nghiên cứu này, tác giả lựa chọn kết cấu giàn khoan sử dụng phần mềm ANSYS AUTODYN để mô ứng xử học kết cấu tác động tải trọng nổ phân tích tương tác rắn lỏng dựa phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp thể tích hữu hạn Các kết áp suất phân bố lên kết cấu sóng nổ gây lan truyền sóng nổ khơng gian ba chiều phân tích chi tiết Hiện tượng nổ tượng xảy chất bị đốt nóng phân hủy đột ngột tạo lượng lớn nhiệt khoảng thời gian ngắn Các loại vũ khí nổ bom, đầu đạn, … có cấu tạo bao gồm chất nổ, thiết bị kích nổ vỏ bọc ngồi Sóng nổ (sóng chấn động) sóng tạo thành sau tượng nổ xảy Sóng nổ phát từ tâm vụ nổ tỏa theo vòng tròn với áp suất cao Độ lớn áp suất tốc độ sóng nổ giảm dần truyền xa tâm vụ nổ Đại lượng đo sóng nổ tính kg/cm3, đại lượng cịn gọi xung lượng sóng nổ Khi vụ nổ kích nổ khơng khí, giải phóng lượng nhiệt khổng lồ sản phẩm khác vào môi trường xung quanh với tốc độ cao (~7200 m/s) Việc mở rộng nhanh chóng sản phẩm nổ tạo sóng chấn động có áp suất, mật độ, nhiệt độ tốc độ Kết cấu giàn khoan biển – mơ hình chiều chọn làm đối tượng khảo sát tác động tải trọng nổ Tải trọng nổ mơ hình hóa tương đương với khối lượng thuốc nổ TNT Để mô trực quan, tác giả lựa chọn phương pháp ALE tích hợp phần mềm ANSYS thay quy chuẩn hóa dạng tải áp suất theo thời gian Chính vậy, ứng xử ngẫu nhiên (đáp ứng) kết cấu phụ thuộc vào lan truyền áp suất sóng nổ mơi trường lưu chất khác Mơ hình vật liệu thuốc nổ TNT, khơng khí, thép sử dụng cho loại đối tượng khác trình mơ Những kết mơ từ lúc kích nổ q trình lan truyền sóng nổ cho thấy vị trí phá hủy nguy hiểm kết cấu giàn khoan; ngòai ra, cung cấp khung nhìn tổng quan cho tượng nổ kết cấu giàn khoan Từ khóa: offshore structure, blast loading, fluid structure interaction, nonlinear analysis iv ABSTRACTS Offshore structures are complex spatial structures that maybe occur problems such as fire and explosion Therefore, it is necessary to calculate and simulate the nonlinear behavior in the offshore structure under the effect of explosive loads This makes reality sense in terms of safety and economics In this study, the author selected the rig offshore structure and used ANSYS AUTODYN software to simulate the mechanical behavior of the structure under the impact of explosive loads by analyzing the liquid-solid interaction based on both the Finite Element Method and the Finite Volume Method The results of the pressure on the structure caused by the blast wave and the propagation of the blast wave in three-dimensional space will be analyzed detailly An explosion is a phenomenon that can occur when a substance is heated or broken down suddenly, creating a large amount of heat and in a short period of time Explosive weapons such as bombs, warheads, all have a basic structure including explosives, detonators and shells Explosive waves (shock waves) are waves that are created after an explosion occurs The explosive waves emanating from the center of the explosion spread out in circles with a very high pressure The magnitude of the pressure and the speed of the blast wave decreases as it travels away from the center of the explosion Tthe detonation wave quantity is kg/cm3, which is also known as the wave momentum When an explosion is detonated in the air, it releases enormous amounts of heat and other products into the surroundings at a high speed (~ 7200 m / s) The rapid expansion of the explosive products creates a shock wave with pressure, density, temperature and speed Rig offshore structure - 3-dimensional model is selected as the subject of investigation under the impact of explosive loads Explosive load is modeled equivalent to the mass of TNT explosive For the visual simulation, the author selected ALE method integrated in ANSYS software instead of standardizing the pressure load depend on time Therefore, the random behavior (random response) of the structure will depend on the propagation of the blast waves in different fluid environments Material model for TNT, air, and steel are used for different objects in the simulation Simulation results from detonation to explosion wave propagation show destructive or dangerous locations of rig offshore structure In addition, it also provides an overview of the explosion on the rig offshore structure Keywords: offshore structure, blast loading, fluid structure interaction, nonlinear analysis v LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ Tôi xin cam đoan tất thơng tin trình bày Luận văn tác giả biên soạn thực Không chép, đạo văn tài liệu vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ iv LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ vi MỤC LỤC vii DANH MỤC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii CHƯƠNG TỔNG QUAN .1 1.1 Hiện trạng thực tế vụ nổ .1 1.2 Tổng quan tượng nổ [9] .4 1.3 Các phương pháp giải tốn mơ ứng xử kết cấu tác động tải trọng nổ .8 1.4 Tính cấp thiết đề tài 1.5 Tình hình nghiên cứu nước 1.6 Phạm vi nghiên cứu 10 1.7 Mục tiêu nghiên cứu .10 1.8 Tóm tắt 10 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP SỐ 11 2.1 Cơ sở lý thuyết khí động học tượng nổ 11 2.2 Phương pháp Arbitrary Lagragian-Eulerian [19] 17 2.3 Phương pháp tách toán tử ALE [19] .19 2.4 Bước Lagrangian phương pháp ALE [19] 20 2.5 Bước Eulerian phương pháp ALE [19] 24 2.6 Thiết lập tương tác vật liệu ALE [19] 28 2.7 Tương tác cặp đôi Euler-Lagrange [19] 29 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM AUTODYN TRONG MÔ PHỎNG TẢI TRỌNG NỔ 34 3.1 Quy trình mơ tải trọng nổ phần mềm AUTODYN 34 3.2 Mơ hình ALE phần mềm AUTODYN [20] 37 3.3 Sai số lượng lớn phần mềm AUTODYN [20] .39 3.4 Mơ hình vật liệu sử dụng cho toán nổ [20] 40 vii 3.5 Bài toán 1: Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô lan truyền sóng nổ mơ hình chiều đơn giản .42 3.6 Bài toán 2: Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mơ lan truyền sóng nổ mơ hình chiều khu đô thị đơn giản 47 3.7 Bài toán 3: Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mơ lan truyền sóng nổ mơ hình chiều kết cấu giàn khoan .52 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 60 4.1 Kết luận 60 4.2 Hướng phát triển .60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .62 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .65 viii Chương Nghiên cứu ứng dụng phần mềm AUTODYN mô tải trọng nổ Hình 3.19 Đồ thị áp suất tác động lên điểm Gauge (Giá trị thực nghiệm tham khảo tài liệu [22]) Đồ thị hình 3.19 cho thấy tương quan đỉnh áp suất cực đại trình lan truyền sóng phân tích Đỉnh áp suất thể cường độ tác động sóng tới (1) lên kết cấu đạt khoảng 152 kPa (chênh lệch 51 kPa so với áp suất ban đầu) Theo sau miền áp suất cực đại sóng tới (1) miền áp suất thấp dần Tiếp đến, sóng tới (4) di chuyển đến vật thể với áp suất cực đại khoảng 124 kPa Và vậy, sóng phản xạ từ khối (A), (C) tương tác, hình thành nên sóng tới lan truyền đến vật thể Do đó, đồ thị có nhiều đỉnh biên độ cực đại Mặt khác, khoảng cách đỉnh biên độ cực đại khác Điều này, phụ thuộc vào cường độ áp suất sóng nổ Khi cường độ áp suất sóng nổ yếu dẫn đến vận tốc lan tuyền sóng yếu nên sóng nổ thứ cấp di chuyển đến vật thể nhiều thời gian Một khía cạnh khác, độ dốc đỉnh sóng Như đề cập trên, theo sau miền áp suất cực đại có dải miền áp suất thấp giảm dần Do vậy, miền áp suất cực đại sóng thấp dẫn đến dải miền áp suất sau thấp dần, đồng thời vận tốc lan truyền chậm nên độ dốc đỉnh sóng thoải dần 3.6.7 Kết luận - Đối với toán phức tạp với nhiều sóng phản xạ, phương pháp ALE với phần mềm AUTODYN đáp ứng thể rõ trình tác động áp suất lên kết cấu cần khảo sát Đặc biệt, sai số biên độ áp suất cực đại ban đầu 7,23 % - Các đỉnh biên độ áp suất, độ dốc khoảng cách đỉnh khác phụ thuộc vào cường độ áp suất thời điểm Trang 51 Chương Nghiên cứu ứng dụng phần mềm AUTODYN mơ tải trọng nổ 3.7 Bài tốn 3: Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô lan truyền sóng nổ mơ hình chiều kết cấu giàn khoan 3.7.1 Đặt vấn đề Giàn khoan kết cấu dùng để khai thác khoáng sản dầu, khí thiên nhiên chứa tạm khoan vận chuyển Thời gian chứa tạm khoản thời gian có nhiều nguy xảy cháy nổ khoan chứa Giàn khoan lựa chọn giàn khoan với số hiệu Moss CS50 MkII-DP, sản xuất năm 2008 Sức chứa giàn khoan bao gồm 3240 m3 nhiên liệu 500 m3 dầu thơ, ngồi cịn số hóa chất khác Thơng tin chi tiết đính kèm Phụ lục Trong q trình khai thác dầu, nguyên nhân dẫn đến nổ hệ thống cảnh báo gặp trục trặt, phương thức vận chuyển bùn khí đường ống khơng an tồn không sửa chữa kịp thời Do vậy, nguồn nổ giả định nằm khoan chứa dầu đánh giá áp suất khu làm việc Theo khảo sát trước giàn khoan Piper Alpha thực Pask (2000) [23] Schleyer [24], cho áp suất vụ nổ tương đương lượng nổ đến kg thuốc nổ TNT Tuy nhiên, để đảm bảo mức độ an toàn chống sụp đổ kết cấu, nghiên cứu giả định vụ nổ bên khoan chứa dầu giàn khoan Moss CS50 tương đương kg thuốc nổ TNT Hình 3.20 Kết cấu giàn khoan tính tốn 3.7.2 Mơ hình phần tử hữu hạn Kết cấu giàn khoan thuộc loại hình học phức tạp, kết hợp nhiều đối tượng Vì vậy, phần tử tứ diện chọn để mơ hình hóa kết cấu Với tổng số phần tử khoảng 106, hình dạng xấp xỉ kết cấu giàn khoan thể hình 3.21 Trang 52 Chương Nghiên cứu ứng dụng phần mềm AUTODYN mơ tải trọng nổ Hình 3.21 Mơ hình phần tử hữu hạn kết cấu giàn khoan Đối với miền vật lý Euler, phần tử dạng hình hộp chữ nhật với 8.106 phần tử Như vậy, lưới hai miền vật lý chồng lên toán thực kết hợp với lý thuyết tương tác kết gần 3.7.3 Mơ hình vật liệu a Vật liệu cho kết cấu giàn khoan Thông thường, kết cấu giàn khoan thiết kế xây dựng dựa kết cấu thép Do vậy, mơ hình vật liệu thép gán vào tốn với đặc tính phá hủy Bảng Thông số vật liệu thép cho kết cấu giàn khoan Mơ hình sức bền theo Johnson Cook [20] Module trượt Ứng suất chảy (kPa) (kPa) 8.18e+07 7.92e+05 Hằng số biến cứng (kPa) 5.1e+05 Số mũ biến cứng Hằng số suất biến dạng 0.26 0.014 Mơ hình phá hủy theo Johnson Cook [23] D1 D2 D3 D4 D5 0.04 1.03 1.39 0.002 0.46 b Vật liệu cho miền khơng khí Thể tích khơng khí với thơng số vật lý điều kiện áp suất khí quyển, cụ thể khối lượng riêng  = 1,225 kg/m3 , áp suất tĩnh P = 101325 Pa , nhiệt dung riêng C p = 1004 J/kg.K Trang 53 Chương Nghiên cứu ứng dụng phần mềm AUTODYN mô tải trọng nổ c Đối với chất nổ Thông số vật lý chất nổ TNT sử dụng từ thư viện chuẩn phần mềm AUTODYN với bảng sau: Bảng Thông số vật liệu thuốc nổ TNT toán giàn khoan  , kg/m3 E, kJ/m3 1630 6.106 A, kPa B, kPa 3,7377.106 3,7471.106 R1 R2  4,15 0,9 0,35 3.7.4 Điều kiện biên Do khảo sát tác động sóng nổ khoan chứa nên mặt bao quanh bên miền Euler xem mặt thoáng kết cấu giàn khoan giả định không chuyển động 3.7.5 Kết mô (a) t = ms (b) t = ms (c) t = ms (d) t = 10 ms (e) t = 12 ms (f) t = 14 ms Hình 3.22 Các thời điểm sóng nổ giàn khoan khơng có tường chắn nổ Trang 54 Chương Nghiên cứu ứng dụng phần mềm AUTODYN mô tải trọng nổ Nguồn nổ giả định đặt bên khoan chứa, sóng nổ bề mặt khoan chứa bị phá hủy Tuy nhiên, bề mặt phá hủy không liên tục dẫn đến sóng nổ qua cách ngẫu nhiên hỗn loạn Hình dạng sóng nổ ngồi thể hình 3.22, gần hình cầu Do vị trí nguồn nổ khơng cân xứng nên hình dạng sóng nổ ngồi hai bên khơng giống Sóng nổ ngồi có xu hướng di chuyển thẳng khu vực làm việc dẫn đến việc chịu tải trọng nổ lớn nơi Đồ thị hình 3.23 cho thấy tải áp suất cực đại tác động vào khu làm việc theo thời gian Đồng thời, dẫn đến việc hư hỏng khoan chứa hình 3.24 Hình 3.23 Áp suất điểm thuộc khu vực làm việc (Trường hợp khơng tường) Sóng nổ ban đầu tác dụng lên kết cấu khoan chứa, sau tạo số lỗ hổng sóng nổ tiếp tục lan truyền đến khu vực khác Tại thời điểm 25 ms, sóng nổ di chuyển đến khu vực làm việc đạt cực đại thời điểm 33 ms với giá trị áp suất khoảng 459 kPa Trong kết cấu khơi, cụ thể giàn khoan, biện pháp an tồn phịng ngừa cần thiết lập không để bảo vệ khu vực làm việc mà cịn đảm bảo kết cấu khơng bị sụp đổ Do đó, việc xây dựng thêm tường chắn nổ điều cần thiết Tường chắn nổ kết cấu giàn khoan thường làm thép khơng gỉ trọng lượng nhẹ, khả chống ăn mòn hiệu suất chống cháy tốt Hiện nay, tường chắn nổ hàn mặt trên, mặt hai mặt bên tới kết cấu thép thơng qua góc nối Ngồi ra, mặt mặt tường hàn lên kết cấu giàn khoan Tường chắn nổ đề cập hình bên Trang 55 Chương Nghiên cứu ứng dụng phần mềm AUTODYN mô tải trọng nổ Hình 3.24 Tường chắn nổ kết cấu giàn khoan [24] Ông Schleyer (2007) [25] đề xuất thuộc tính tường chắn nổ sử dụng nghiên cứu Mơ hình hình học tường thể hình sau Hình 3.25 Hình chiếu chi tiết tường chắn nổ Khi sử dụng tường chắn nổ để ngăn chặn sóng nổ lan truyền phía khu làm việc, áp suất đo khu làm việc hạn chế so với trường hợp khơng có tường chắn nổ Sóng xung kích vụ nổ sau phá hủy khoan chứa, ngồi tác động vào tường chắn nổ với hình dạng nghiên cứu từ tài liệu [25] (a) t = 25 ms (b) t = 35 ms Trang 56 Chương Nghiên cứu ứng dụng phần mềm AUTODYN mô tải trọng nổ (c) t = 45 ms (d) t = 48 ms Hình 3.26 Các thời điểm sóng nổ lan truyền có tường chắn nổ Do có cản trở tường chắn nổ nên hình dạng sóng nổ ngồi khác so với khơng có tường chắn, dẫn đến lan truyền sóng nổ xung quanh thay tập trung di chuyển trực tiếp phía khu làm việc Tuy nhiên, phần áp suất sóng nổ ảnh hưởng đến khu vực làm việc giàn khoan với giá trị cực đại khoảng 201 kPa Hình 3.27 Áp suất điểm đo (1) trường hợp có tường chắn nổ Thời điểm từ 30 ms đến 43 ms giai đoạn khu vực làm việc chịu ảnh hưởng sóng nổ Trước giai đoạn này, khoảng thời gian mà kết cấu khoan chứa dầu giàn khoan đối mặt trực tiếp với sóng nổ vượt giới hạn phá hủy vật liệu dẫn đến tượng “xói mịn” phần tử So với trường hợp khơng có tường chắn, thời gian sóng nổ di chuyển đến khu vực làm việc chậm khoảng ms chênh lệch áp suất tác động lên khu vực làm việc đáng kể, khoảng 258 kPa Tương tự tốn trước, sóng nổ hình thành lan truyền theo hình cầu, hình dạng tiếp xúc với mặt bên khoan chứa hình trịn hình 3.28a Sau đó, sóng tới bị phản xạ mặt bên kết hợp với sóng phản xạ từ mặt sàn tạo thành sóng thứ cấp tác dụng lên khoan chứa dẫn đến kết cấu khoan chứa gắn với mặt sàn chịu ứng suất Trang 57 Chương Nghiên cứu ứng dụng phần mềm AUTODYN mô tải trọng nổ lớn so với phần khoan chứa thể hình 3.28b 3.28c Tiếp tục giao thoa sóng phản xạ bên khoan chứa hình thành nên sóng thứ cấp di chuyển phía mặt bên lại khoan chứa làm xuất “xói mịn” phần tử mặt hình 3.28d Cứ tiếp tục vậy, sóng nổ tác dụng lên kết cấu khoan chứa với hỗn loạn sóng phản xạ gây nên hình dạng phá hủy thể hình 3.28e, 3.28f (a) t = ms (b) t = 16 ms (c) t = 24 ms (d) t = 32 ms (e) t = 40 ms (f) t = 48 ms Hình 3.28 Hình dạng ứng xử kết cấu tải trọng nổ Tường chắn nổ chịu áp lực từ sóng nổ đỉnh điểm với giá trị cực đại khoảng 103 MPa hình 3.29 Trang 58 Chương Nghiên cứu ứng dụng phần mềm AUTODYN mô tải trọng nổ Hình 3.29 Tải trọng nổ tác động lên tường chắn nổ 3.7.6 Kết luận - Tường chắn nổ có vai trị quan trọng việc che chắn tải trọng nổ giúp cho số khu vực an tồn để kịp thời ứng phó với vụ nổ xảy Ngoài ra, làm cho tinh thần làm việc nhân viên giàn khoan ổn định thoải mái - Khi vụ nổ xảy ra, việc hư hỏng kết cấu điều tránh khỏi sức công phá vụ nổ lớn, tương đương kg thuốc nổ TNT Tuy nhiên, có tường chắn nổ nên sức ảnh hưởng vụ nổ hạn chế Trang 59 Chương Kết luận hướng phát triển CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết luận Tải trọng nổ thành phần xác định mơ hình nổ phương pháp phần tử hữu hạn Một số tính chất vật lý q trình nổ với lượng cao bao gồm lan truyền sóng xung kích trình bày Chương Bên cạnh đó, khảo sát tồn diện mơ hình nổ phần mềm AUTODYN thể Chương Sử dụng mơ hình khối thuốc nổ (dạng hình cầu) tương tác rắn lỏng với vật thể để phân tích phần mềm Các kết tính tốn phần mềm so sánh với kết thực nghiệm báo Sau số kết luận nghiên cứu mơ hình số phân tích vụ nổ: Đỉnh áp suất lịch sử áp suất thu từ chương trình phân tích vụ nổ (AUTODYN) có khác biệt khơng đáng kể mặt giá trị cực đại áp suất so với kết thực nghiệm AUTODYN chương trình tính tốn lựa chọn để phân tích q trình lan truyền tác động sóng nổ lên kết cấu Tuy nhiên, khả ánh xạ nên sử dụng Nếu khơng xét đến q trình cháy lời giải Euler-FCT nên sử dụng cho miền lưu chất xét đến trình cháy lời giải Euler-Godunov hiệu Khi hai sóng tới tương tác theo chiều ngược hình thành nên sóng thứ cấp Và sóng thứ cấp nguyên nhân gây đỉnh áp suất cực đại sau chịu áp lực cực đại ban đầu Trong khu vực gần bề mặt vật thể, tăng áp suất đạt cực đại xem tức thời dẫn đến không liên tục Nhưng điều xảy đỉnh áp suất Các đỉnh biên độ áp suất, độ dốc khoảng cách đỉnh khác phụ thuộc vào cường độ áp suất thời điểm 4.2 Hướng phát triển Do nghiên cứu mơ hình số mơ tả báo cáo đề cập đến phân tích áp suất sóng nổ tác động lên kết cấu Vì vậy, cần có thêm chủ đề nghiên cứu để đưa nhìn tổng quát thực tế cho ảnh hưởng vụ nổ đến kết cấu: - Q trình cháy làm tăng xung lượng sóng nổ Nhưng nghiên cứu chưa thực phân tích q trình cháy hay nhiệt lượng ảnh hưởng đến kết cấu Nếu nghiên cứu thêm trình cháy cân phải bổ sung thêm mơ hình cháy vật liệu thử nghiệm thuốc nổ để phát triển thực phần mềm AUTODYN - Hằng số tỷ lệ nhiệt dung riêng miền lưu chất khơng khí cho số, 1,4 Tuy nhiên, thực tế cho thấy số không phù hợp với miền có áp suất cao nhiệt độ cao (theo Gilmore, 1955) Vì vậy, cần nghiên cứu thêm số để hiệu chỉnh Phương trình trạng thái tính AUTODYN Trang 60 Chương Kết luận hướng phát triển - Hiện tại, mơ hình giàn khoan đơn giản hóa hình học đồng vật liệu Cần có thêm liệu vật liệu kết cầu giàn khoan khối lượng dầu chứa khoan Do chưa có liệu thống kê xác lượng nổ để mơ hình hóa tương đương với khối lượng thuốc nổ TNT - Cần nghiên cứu thêm cách bố trí tường chắn nổ, vị trí giả định nguồn nổ cho phù hợp với mục đích thực tế cụ thể cần thiết Trang 61 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Goldenberg, Terry, "BP suspended from new US federal contracts over Deepwater disaster," The Guardian, London, 2012 [2] Graham-Harrison, "Explosions in Chinese city of Tianjin kill at least 17 and injure hundreds," The Guardian, China, 2015 [3] Colleen Jenkins, Lisa Maria Garza, "Residents return for look at Texas homes after blast," Chicago Tribune, Chicago, 2014 [4] " Europe | Albania minister quits over blast," BBC News, 2008 [5] Barthelemy, Francois; Hornus, Henri; Roussot, Jacques; Hufschmitt, Jean-Paul; Raffoux, Jean-Francois, "Report of the General Inspectocorate [sic] for the Environment: Accident on the 21st of September 2001 at a factory belonging to the Grande Paroisse Company in Toulouse," France, 2001 [6] " Evacuation from Puerto Rico fire," BBC News, 2009 [7] J W.Reed, "Analysis of the Accidental Explosion at Pepcon, Henderson, Nevada," United States of America, 1988 [8] A Zak, "Nedelin Disaster," Rockets: R16 family, Russian, 1960 [9] G F Kinney, Explosive Shocks in Air, New York: The Macmillan Company, 1962 [10] A Grzadziela, "Model of Impact Underwater Detonation," Journal of KONES Powertrain and Transport, vol 19, no 2, pp 191-199, 2012 [11] G E Fairlie, "The Numerical Simulation of High Explosives using AUTODYN2D & 3D," in Institute of Explosive Engineers 4th Biannual Symposium, England, 1998 [12] Jihao Shi, Yuan Zhu, Guoming Chen, Ruoxin Zhang, Zichen Guo, "Assessment on blast loading resistance capacity of corrugations on offshore cabins based on the P-I model," Process Safety and Enviromental Protection, no 05, pp 237-249, 2017 [13] Jung Min Sohn, Sang Jin Kim, "Numerical Investigation of Structural Response of Corrugated Blast Wall Depending on Blast Load Pulse Shapes," Latin American Journal of Solids and Structures, vol 14, pp 1710-1722, 2017 Trang 62 Tài liệu tham khảo [14] Alex M Remennikov, Timothy A Rose, "Modeling blast load on buildings in complex city geometries," Computers and Structures, vol 83, pp 2197-2205, 2005 [15] Norbert Gebbeken, Paul Warnstedt, Lars Rudiger, "Blast protection in urban areas using protective plants," International Journal of Protective Structures, pp 1-22, 2017 [16] Behnam Mobaraki, Mohammad Vaghefi, "Numerical study of the depth and crosssectional shape of tunnel under surface explosion," Tunnelling and Underground Space Technology, vol 47, pp 114-122, 2015 [17] S Browne, J Ziegler, J E Shepherd, "Numerical Solution Methods for Shock and Detonation Jump Conditions," California Institute of Technology, USA, 2008 [18] J H S Lee, The Detonation Phenomenon, New York: United States of America by Cambridge University Press, 2008 [19] Mhamed Souli, David J Benson, Arbitrary Lagrangian-Eulerian and FluidStructure Interaction, London: Great Britain and the United States by ISTE Ltd and John Wiley & Sons, Inc, 2010 [20] "AUTODYN User's Manual," ANSYS Inc., USA, 2019 [21] N N Fedorova, S A Valger, A V Fedorov, "Simulation of Blast Action on Civil Structures Using ANSYS Autodyn," in International Conference on the Methods of Aerophysical Research, American, 2016 [22] Morgan Johansson, Ola Pramm Larsen, Leo Laine, "Explosion at an intersection in an Urban Enviroment - Experiment and Analyses," Swedish Rescue Agency, Sweden, 2007 [23] E Pask, A Palmer, J Miles, "Breakup of the firewall between the B and C modules of the Piper Alpha platform — II Analysis by finite elements and comparison with hand calculation," Engineering Failure Analysis, vol 7, pp 311322, 2000 [24] Shaikh Atikur Rahman, Zubair Imam Syed, Kurian V John, M S Liew, "Structural Response of Offshore Blast Walls under Accidental Explosion," Advanced Materials Research, vol 1043, pp 278-282, 2014 [25] K Wang, "CALIBRATION OF THE JOHNSON-COOK FAILURE PARAMETERS AS THE CHIP SEPARATION CRITERION IN THE MODELLING OF THE ORTHOGONAL METAL CUTTING PROCESS," McMaster University, Canada, 2016 Trang 63 Tài liệu tham khảo [26] G K Schleyer, M J Lowak, M A Polcyn, and G S Langdon, "Experimental investigation of blast wall panels under shock pressure loading," International Journal of Impact Engineering, vol 34, pp 1095-1118, 2007 Trang 64 Phần lý lịch trích ngang PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên học viên: NGUYỄN THANH HIỀN Ngày, tháng, năm sinh: 30/12/1993 Nơi sinh: Đồng Nai Địa liên lạc: 535/15 ấp Phan Bội Châu, xã Bàu Hàm 2, huyện Thống Nhất, tỉnh Đồng Nai QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Từ tháng năm đến tháng năm Vị trí Nơi đào tạo 2011-2016 Sinh viên Khoa Khoa học ứng dụng, Trường Đại học Bách Khoa, Đại Học Quốc Gia TP.HCM 2017-nay Học viên Cao học Khoa Khoa học ứng dụng, Trường Đại học Bách Khoa, Đại Học Quốc Gia TP.HCM Chuyên ngành Cơ kỹ thuật Cơ kỹ thuật Q TRÌNH CƠNG TÁC: Từ tháng năm đến tháng năm 2016-2018 2018-nay Vị trí Nơi cơng tác Chức vụ Kỹ sư Làm việc Trung tâm Thiết kế Chế tạo Thiết bị Chuyên viên Kỹ sư Làm việc Trung tâm Ứng dụng tiến khoa học công nghệ Chuyên viên Trang 65 ... phá hủy) cho kết cấu giàn khoan 1.7 Mục tiêu nghiên cứu - Ứng dụng phương pháp Arbitrary Lagrangian Euler để mô ứng xử phi tuyến kết cấu giàn khoan tác động tải trọng nổ - Kiểm chứng phương pháp... TÀI: MÔ PHỎNG ỨNG XỬ PHI TUYẾN CỦA KẾT CẤU GIÀN KHOAN DƯỚI TÁC ĐỘNG TẢI TRỌNG NỔ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - - - Nghiên cứu sở lý thuyết Lagrangian, Eulerian ALE Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô. .. chứng kết thực nghiệm Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô lan truyền sóng nổ mơ hình chiều kết cấu Giàn khoan Xây dựng báo cáo nghiên cứu khoa học với chủ đề ? ?Mô ứng xử phi tuyến kết cấu giàn khoan