Phân tích ứng xử động lực học dầm trên nền đàn nhớt hai thông số có xét đến ảnh hưởng khối lượng nền chịu tải trọng chuyển động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - TRẦN QUỐC TỈNH PHÂN TÍCH ỨNG XỬ ĐỘNG LỰC HỌC DẦM TRÊN NỀN ĐÀN NHỚT HAI THƠNG SỐ CĨ XÉT ĐẾN ẢNH HƢỞNG KHỐI LƢỢNG NỀN CHỊU TẢI TRỌNG CHUYỂN ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã ngành : 60 58 02 08 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS KHỔNG TRỌNG TỒN TP Hồ CHÍ MINH, tháng10 năm 2017 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS KHỔNG TRỌNG TOÀN Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày04 tháng 10năm2017 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ tên Chức danh Hội đồng PGS TS Lương Văn Hải TS Đào Đình Nhân Phản biện TS Trần Tuấn Nam Phản biện TS Nguyễn Văn Giang Ủy viên TS Nguyễn Hồng Ân Ủy viên, Thư ký Chủ tịch Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày 31 tháng 08 năm 2017 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trần Quốc Tỉnh Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 30/12/1989 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp MSHV: 1541870020 I Tên đề tài: Phân tích ứng xử động lực học dầm đàn nhớt hai thơng số có xét đến ảnh hƣởng khối lƣợng chịu tải trọng chuyển dộng II Nhiệm vụ nội dung Thiết lập ma trận khối lượng, ma trận độ cứng, ma trận cản cho phần tử dầm kết cấu xe, xây dựng phương trình vi phân chủ đạo hệ sử dụng phương pháp phần tử chuyển động cải tiến IMEM (Improved Moving Element Method) Sử dụng thuật tốn Newmark lập trình Matlab để giải phương trình vi phân chủ đạo hệ cho toán kiểm chứng khảo sát Kiểm tra mức độ tin cậy chương trình tính cách so sánh kết chương trình tính với kết báo quốc tế công bố Tiến hành thực tốn ví dụ số nhằm khảo sát ảnh hưởng nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến ứng xử động dầm, từ rút kết luận kiến nghị III Ngày giao nhiệm vụ : 14/11/2016 IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 31/08/2017 V Cán hƣớng dẫn: TS Khổng Trọng Toàn CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Cơng việc tơi thực hướng dẫn Thầy TS Khổng Trọng Toàn Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Tôi xin chịu trách nhiệm cơng việc thực Tp HCM, ngày 31 tháng 08 năm 2017 Học viên thực Luận văn Trần Quốc Tỉnh ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cám ơn đế n Bố, Mẹ thành viên gia đin ̀ hđã ủng hộ tạo điều kiện vật chất tinh thần để tơi có những th ̣n lơ ̣i nhấ t suố t khoá ho ̣c vừa qua Và đặc biệt xin chân thành cảm ơn Thầy TS Khổng Trọng Toàn, Thầy đưa gợi ý để hình thành nên ý tưởng đề tài Đồng thời, Thầy tận tụy hướng dẫn, dạy cung cấp cho nhiều kiến thức nhiều tài liệu hữu ích giúp tơi hồn thành nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô thuộc Ban đào tạo Sau đại học, Khoa Xây dựng Trường Đại học Công nghệ Tp.HCM tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình học tập nghiên cứu khoa học Để hoàn thành luận văn này, cố gắng nỗ lực thân, nhận nhiều giúp đỡ tập thể cá nhân Tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS TS Lương Văn Hải, NCS Cao Tấn Ngọc Thân, NCS Hồ lê Huy Phúcđã giúp đỡ tơi nhiều q trình thực luận văn Luận văn thạc sĩ hoàn thành thời gian quy định với nỗ lực thân, nhiên khơng thể khơng có thiếu sót Kính mong quý Thầy, Cô dẫn thêm để bổ sung kiến thức hồn thiện thân Xin trân trọng cảm ơn! Tp HCM, ngày 31 tháng 08 năm 2017 Học viên thực Luận văn Trần Quốc Tỉnh iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văntập trung phân tích ứng xử động học kết cấu dầm Euler-Bernoulli hai mơ hình đàn nhớt hai thông số Pasternak động lực học chịu tải trọng chuyển động.Phương pháp phần tử chuyển động cải tiến IMEM (Improved Moving Element Method) sử dụng để phân tích Dựa ngun lý cân cơng ảo lý thuyết phương pháp phần tử chuyển động, ma trận khối lượng, ma trận độ cứng, ma trận cản phần tử chuyển động phương trình vi phân chủ đạo hệ trình bày cách chi tiết.Việc giải phương trình vi phân thực phương pháp tích phân số dựa thuật tốn Newmark Bên cạnh đó, mơ hình xét đầy đủ thông số độ cứng đàn hồi Winkler, lớp chịu cắt dựa mơ hình Pasternak, cản nhớt thông số khối lượng Tải trọng chuyển động mơ hình hệ thống khối lượng treo gồm thân xe, giá chuyển hướng bánh xe Luận văn xem xét ảnh hưởng củacác thông số đến ứng xử động học dầm thông số độ cứng lớp chịu cắt ks,thông số khối lượng nền, vận tốc tải chuyển động độ gồ ghề mặt dầm.Từ kết nghiên cứu đạt được, tác giả hy vọng tài liệu tham khảo hữu ích nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho công việc thiết kế nghiên cứu tương lai iv ABSTRACT The thesis focuses on analyzing the dynamic response of the Euler-Bernoulli beam structures resting on two models: the two-parameter viscoelastic Pasternak foundation and the dynamic foundation model subjected to the moving load Improved Moving Element Method (IMEM) is used to analyze Based on the principal of the virtual public balancing and the theory of moving element method mass matrices, stiffness matrices, dashpot matrices of the moving elements and the motion differential equation of the system is also represented in details Solving the differential equation is done by the numerical integration based on the Newmark algorithm Besides that, the foundation model also considers the full parameters such as Winkler stiffness, shear layer based on the Pasternak model, viscoelastic dashpot and parameter of mass on a foundation The moving load is modeled the overhanging mass system as the car body, bogie, and wheel-axle The thesis also examines the effect of parameters on the dynamic response of beams such as the parameter shear layer stiffness ks, the parameter of mass on foundation, the velocity of the moving load and the roughness of the beam surface From the research results achieved, the author can hope is one useful reference materials in order to create more favorable conditions for work and research in the future v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG x DANH MỤC CÁC HÌNH xii Chƣơng 1: MỞ ĐẦU 1.1 Sự cần thiết việc nghiên cứu 1.2 Đối tượng nghiên cứu 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.5 Tình hình nghiên cứu giới 1.6 Tình hình nghiên cứu nước 1.7 Cấu trúc luận văn Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Mơ hình dầm đàn nhớt hai thơng số có xét khối lượng 10 2.1.1 Mơ hình hai thông số 10 2.1.2 Mơ hình dầm đàn nhớt hai thơng số có xét khối lượng 12 2.1.3 Mơ hình dầm đàn nhớt hai thơng số có xét khối lượng tải trọng chuyển động 13 2.2 Thiết lập ma trận khối lượng, độ cứng, cản phương tiện chuyển động 15 2.3 Phương pháp phần tử chuyển động MEM 17 2.4 Thiết lập công thức ma trận kết cấu dầm động lực học dùng phương pháp phần tử chuyển động cải tiến IMEM 19 2.5 Giải phương trình chuyển động hệ phương pháp Newmark 23 2.6 Sơ đồ khối giải thuật toán 26 vi Chƣơng 3: BÀI TOÁN KIỂM CHỨNG 27 3.1.1 Bài toán 1: Kiểm chứng toán tải trọng chuyển động dầm với vận tốc không đổi, không xét ảnh hưởng thông số thứ hai thông số khối lượng 28 3.1.2 Bài toán 2: Kiểm chứng toán tải trọng chuyển động dầm với vận tốc thay đổi, không xét ảnh hưởng thông số thứ hai thông số khối lượng 31 3.1.3 Bài toán 3: Khảo sát hội tụ toán tải trọng chuyển động dầm với vận tốc không đổi 34 3.1.4 Bài toán 4: Khảo sát hội tụ toán tải trọng chuyển động dầm với vận tốc thay đổi 37 3.2 Kết luận 40 Chƣơng 4: BÀI TOÁN KHẢO SÁT 41 4.1.1 Bài toán 5: Khảo sát ảnh hưởng thông số thứ hai, biên độ bước sóng độ gồ ghề dầm đến ứng xử động lực dầm tải trọng chuyển động với vận tốc không đổi, không xét ảnh hưởng thông số khối lượng 43 4.1.2 Bài toán 6: Khảo sát ảnh hưởng vận tốc, thơng số thứ hai, biên độ bước sóng độ gồ ghề dầm đến ứng xử động lực dầm tải trọng chuyển động với vận tốc thay đổi, không xét ảnh hưởng thông số khối lượng 47 4.1.3 Bài toán 7: Khảo sát ảnh hưởng đồng thời vận tốc, biên độ bước sóng độ gồ ghề dầm đến ứng xử động lực dầm, không xét ảnh hưởng thông số khối lượng 51 4.1.4 Bài toán 8: Khảo sát ảnh hưởng thông số khối lượng đến ứng xử động lực dầm tải trọng chuyển động với vận tốc không đổi, không xét ảnh hưởng độ gồ ghề dầm 55 4.1.5 Bài toán 9: Khảo sát ảnh hưởng đồng thời thông số khối lượng vận tốc tải trọng đến ứng xử động lực dầm, không xét ảnh hưởng độ gồ ghề dầm 57 vii 4.1.6 Bài toán 10: Khảo sát ảnh hưởng đồng thời thông số khối lượng nền, biên độ bước sóng độ gồ ghề dầm đến ứng xử động dầm tải trọng chuyển động với vận tốc không đổi 59 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64 5.1 Kết luận 64 5.2 Hạn chế kiến nghị hướng phát triển luận văn 66 5.3 Kết nghiên cứu công bố từ luận văn 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC LÝ LỊCH TRÍCH NGANG d1010=abs((u2d(rdof+1,i+1)-d10)/d10); d1212=abs((u2d(rdof+2,i+1)-d12)/d12); d1313=abs((u2d(rdof+3,i+1)-d13)/d13); step=step+1; if d11