Phân tích ứng xử động tàu cao tốc có xét đến độ cong thanh ray và tương tác với đất nền

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐINH HÀ DUY PHÂN TÍCH ỨNG XỬ ĐỘNG TÀU CAO TỐC CÓ XÉT ĐẾN ĐỘ CONG THANH RAY VÀ TƯƠNG TÁC VỚI ĐẤT NỀN Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số ngành: 60 58 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp.HCM, 09 - 2013 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 1: TS Lương Văn Hải Cán hướng dẫn 2: TS Nguyễn Thời Trung Cán chấm nhận xét 1: TS Lê Văn Phước Nhân Cán chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Trọng Phước Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày 13 tháng năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS Chu Quốc Thắng TS Nguyễn Trọng Phước TS Lương Văn Hải TS Lê Văn Phước Nhân TS Hồ Hữu Chỉnh 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: ĐINH HÀ DUY MSHV: 10210212 Ngày, tháng, năm sinh: 09/03/1987 Nơi sinh: Bến Tre Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 605820 I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích ứng xử động tàu cao tốc có xét đến độ cong ray tương tác với đất II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Sử dụng mơ hình tính tốn để phân tích ứng xử tàu cao tốc Sử dụng ngơn ngữ lập trình Matlab để thiết lập cơng thức tính tốn ví dụ số Kết ví dụ số đưa kết luận quan trọng ứng xử tàu cao tốc III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21/01/2013 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 21/06/2013 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1: TS LƯƠNG VĂN HẢI CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2: TS NGUYỄN THỜI TRUNG Tp HCM, ngày tháng năm 20… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BAN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TS Lương Văn Hải TS Nguyễn Thời Trung TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Họ tên chữ ký) i LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình dân dụng cơng nghiệp nằm hệ thống luận cuối khóa nhằm trang bị cho học viên cao học khả tự nghiên cứu, biết cách giải vấn đề cụ thể đặt thực tế xây dựng… Đó trách nhiệm niềm tự hào học viên cao học Để hoàn thành luận văn này, cố gắng nỗ lực thân, nhận giúp đỡ nhiều từ tập thể cá nhân Tôi xin ghi nhận tỏ lòng biết ơn tới tập thể cá nhân dành cho giúp đỡ q báu Đầu tiên tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Lương Văn Hải thầy TS Nguyễn Thời Trung Quý thầy đưa gợi ý để hình thành nên ý tưởng đề tài, góp ý cho tơi nhiều cách nhận định đắn vấn đề nghiên cứu, cách tiếp cận nghiên cứu hiệu Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM truyền dạy kiến thức quý giá cho tôi, kiến thức khơng thể thiếu đường nghiên cứu khoa học nghiệp sau Tôi xin gửi lời cảm ơn đến ThS Trần Minh Thi giúp đỡ nhiều 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 q Thầy Cô dẫn thêm để bổ sung kiến thức hồn thiện thân Xin trân trọng cảm ơn Tp HCM, ngày 20 tháng năm 2013 ĐINH HÀ DUY ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Với nhu cầu vận chuyển hành khách ngày tăng cao, hệ thống tàu cao tốc quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học giới Hiện hệ thống tàu cao tốc quốc gia giới xúc tiến xây dựng, tiêu biểu nước Mỹ, Trung Quốc, Singapore, Đức, Anh… kể Việt Nam Luận văn tập trung phân tích ứng xử động tàu cao tốc có xét đến độ cong ray tương tác với đất thông qua việc sử dụng phương pháp phần tử chuyển động MEM (Moving Element Mothod) Ý tưởng phương pháp MEM phần tử xem di chuyển tải trọng xem đứng yên, điều hoàn toàn ngược lại với phương pháp PTHH truyền thống Cách thiết lập ma trận khối lượng, ma trận độ cứng ma trận cản cho toán động lực học tàu cao tốc chạy ray trình bày Ngồi ra, mơ hình tương tác tuyến tính phi tuyến bánh xe đường ray khảo sát để xét đến ảnh hưởng toán tương tác kết cấu Các kết phân tích số triển khai nhằm tìm hiểu ảnh hưởng yếu tố quan trọng đến ứng xử hệ thống tàu ray, ví dụ vận tốc tàu, độ cong ray, bước sóng ray, bán kính bánh xe, độ cứng đất nền… Các kết nghiên cứu luận văn hy vọng tài liệu tham khảo hữu ích nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho công việc bảo dưỡng đường ray iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công việc tơi thực hướng dẫn thầy TS Lương Văn Hải thầy TS Nguyễn Thời Trung Các kết luận văn thật chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm công việc thực Tp HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2013 ĐINH HÀ DUY iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ii LỜI CAM ĐOAN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT x CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Những kỷ lục chạy thử tàu cao tốc 1.3 Những thuận lợi sử dụng hệ thống đường sắt cao tốc 1.4 Những cố xảy sử dụng hệ thống đường sắt cao tốc 1.5 Tình hình nghiên cứu 1.5.1 Các cơng trình nghiên cứu nước .9 1.5.2 Các cơng trình nghiên cứu nước 11 1.6 Mục tiêu hướng nghiên cứu 12 1.7 Cấu trúc luận văn 13 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 2.1 Mơ hình tàu cao tốc 14 2.2 Mô hình chuyển động hệ thống tàu cao tốc 15 2.3 Mơ hình ray-nền 18 2.4 Mơ hình liên kết bánh xe ray 19 2.5 Phương pháp phần tử chuyển động 21 2.6 Tổng lực tương tác động hệ số động 23 2.7 Giải pháp thực 23 2.8 Phương pháp Newmark 25 2.9 Thuật toán 27 v 2.9.1 Thông số đầu vào 27 2.9.2 Giải toán theo dạng gia tốc .28 2.9.3 Giải toán theo dạng chuyển vị 28 2.10 Lưu đồ tính tốn 29 CHƯƠNG VÍ DỤ SỐ 30 3.1 Ví dụ 1: Kiểm chứng chương trình Matlab 31 3.2 Ví dụ 2: Lựa chọn mơ hình tính tốn 33 3.3 Ví dụ 3: Phân tích ứng xử động tàu cao tốc thay đổi biên độ độ nhám ray 39 3.4 Ví dụ 4: Phân tích ứng xử động tàu cao tốc thay đổi bước sóng độ nhám ray 44 3.5 Ví dụ 5: Phân tích ứng xử động tàu cao tốc thay đổi biên độ bước sóng độ nhám ray 49 3.6 Ví dụ 6: Phân tích ứng xử động tàu cao tốc thay đổi khối lượng thân xe 54 3.7 Ví dụ 7: Phân tích ứng xử động tàu cao tốc thay đổi bán kính xe 58 3.8 Ví dụ 8: Phân tích ứng xử động tàu cao tốc thay đổi độ cứng đất 63 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 4.1 Kết luận 69 4.2 Kiến nghị 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 KẾT QUẢ CÔNG BỐ ĐẠT ĐƯỢC TỪ LUẬN VĂN 76 PHỤ LỤC 78 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 86 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tàu cao tốc ETR200 Hình 1.2 Tàu cao tốc Shinkansen Nhật Bản năm 1964 Hình 1.3 Tàu siêu tốc hệ thiết kế Central Japan Railway Hình 1.4 Mơ hình tàu cao tốc nhanh Hình 1.5 Mơ hình tàu cao tốc di chuyển Trung Quốc Lào .4 Hình 1.6 Tai nạn Đức (1998) Hình 1.7 Tai nạn Trung Quốc (2011) Hình 1.8 Tai nạn Nhật Bản (2013) Hình 1.9 Tai nạn Khánh Hòa (2013) .8 Hình 1.10 Tai nạn Hà Nội (2013) .8 Hình 2.1 Mơ hình thực tế tàu cao tốc 14 Hình 2.2 Mơ hình lý thuyết tàu cao tốc 15 Hình 2.3 Mơ hình khối lượng treo động 16 Hình 2.4 Mơ hình khối lượng treo động liên kết Hertzian 17 Hình 2.5 Mơ hình ray-nền thực tế 19 Hình 2.6 Mơ hình ray-nền lý thuyết 19 Hình 2.7 Mơ hình liên kết bánh xe ray thực tế .20 Hình 2.8 Mơ hình liên kết bánh xe ray lý thuyết 20 Hình 2.9 Ray với vùng liên kết 20 Hình 2.10 Mơ hình FEM truyền thống .21 Hình 2.11 Mơ hình MEM 21 Hình 2.12 Hệ tọa độ phương pháp MEM 22 Hình 2.13 Lưu đồ tính tốn 29 Hình 3.1 Mơ hình khối lượng treo động 31 Hình 3.2 Chuyển vị bánh xe u3 32 Hình 3.3 Chuyển vị điểm tương tác umid 33 Hình 3.4 Mơ hình khối lượng treo liên kết Hertzian 34 vii Hình 3.5 Chuyển vị thân xe u1 trường hợp 35 Hình 3.6 Chuyển vị giá chuyển hướng u2 trường hợp 36 Hình 3.7 Chuyển vị thân xe u1 trường hợp 36 Hình 3.8 Chuyển vị giá chuyển hướng u2 trường hợp 37 Hình 3.9 Chuyển vị thân xe u1 trường hợp 37 Hình 3.10 Chuyển vị giá chuyển hướng u2 trường hợp 38 Hình 3.11 Chuyển vị thân xe u1 biên độ độ nhám ray thay đổi 40 Hình 3.12 Chuyển vị giá chuyển hướng u2 biên độ độ nhám ray thay đổi .40 Hình 3.13 Chuyển vị bánh xe u biên độ độ nhám ray thay đổi 41 Hình 3.14 Chuyển vị điểm tương tác umid biên độ độ nhám ray thay đổi .41 Hình 3.15 Tổng lực tương tác động Qt biên độ độ nhám ray thay đổi 43 Hình 3.16 Hệ số động DAF biên độ độ nhám ray thay đổi .43 Hình 3.17 Chuyển vị thân xe u1 bước sóng độ nhám ray thay đổi 45 Hình 3.18 Chuyển vị giá chuyển hướng u2 bước sóng độ nhám ray thay đổi .45 Hình 3.19 Chuyển vị bánh xe u bước sóng độ nhám ray thay đổi 46 Hình 3.20 Chuyển vị điểm tương tác umid bước sóng độ nhám ray thay đổi .46 Hình 3.21 Tổng lực tương tác động Qt bước sóng độ nhám ray thay đổi 48 Hình 3.22 Hệ số động DAF bước sóng độ nhám ray thay đổi 48 Hình 3.23 Chuyển vị thân xe u1 biên độ bước sóng độ nhám ray thay đổi .50 Tài liệu tham khảo 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1 http://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90%C6%B0%E1%BB%9Dng_s%E1%B A%AFt_cao_t%E1%BB%91c [2 http://nld.com.vn/20130606091038588p0c1038/tau-cao-toc-the-he-moi.htm [3 http://www.dailystar.com.lb/News/International/2013/Mar-02/208564-highspeed-bullet-train-derails-in-japan-media.ashx#axzz2OhRIV1lU [4 http://vnexpress.net/gl/xa-hoi/2013/02/tau-trat-banh-hang-tram-khach-honloan/ [5 http://phapluattp.vn/2013060610124047p1015c1074/toa-tau-trat-khoiduong-ray-tram-met.htm [6 Mathews PM Vibrations of a beam on elastic foundation Zeitschrift fur Angewandte Mathematik ubd Mechanik 1958; 38:105-115 [7 Mathews PM Vibrations of a beam on elastic foundation Zeitschrift fur Angewandte Mathematik ubd Mechanik 1959; 39:13-19 [8 Jezequel L Response of periodic systems to a moving load Journal of Applied Mechanics (ASME) 1981; 48:613-618 [9 Trochanis AM, Chelliah R, Bielak J Unifiled approach for beams on elastic foundation for moving load Journal of Geotechnical Engineering 1987; 112:879-895 [10 Ono K, Yamada M Analysis of railway track vibration Journal of Sound and Vibration 1989; 130:269-297 [11 Timoshenko S, Young DH, Weaver Jr W Vibration Problems in Engineering (4th edn) John Wiley: New York, 1974 [12 Warburton GB The Dynamic Behavior of Structures Pergamon Press: Oxford, 1976 [13 Cai CW, Cheung YK, Chan HC Dynamic response of infinite continuons beams subjected to a moving force- an exact method Journal of Sound and Tài liệu tham khảo 73 Vibration 1988; 123(3):461-472 [14 Chen YH, Huang YH Dynamic stiffness of infinite Timoshenko beam on viscoelastic foundation in moving co-ordinate International Journal for Numerical Methods in Engineering 2000; 48:1-18 [15 Venancio Filho F Finite element analysis of structures under moving loads Shock and Vibration Digest 1978; 10:27-35 [16 Hino J, Yoshimura T, Konishi K, Ananthanarayana N A finite element method prediction of the vibration of a bridge subjected to a moving vehicle load Journal of Sound and Vibration 1984; 96(1):45-53 [17 Hino J, Yoshimura T, Ananthanarayana N Vibration analysis of non-linear beams subjected to moving load using the finite element method Journal of Sound and Vibration 1985; 100(4):477-491 [18 Olsson M Finite elemen, modal co-ordinate analysis of structures subjected to moving loads Journal of Sound and Vibration 1985; 99(1):112 [19 Katz R, Lee CW, Ulsoy AG, Scott RA Dynamic stability and response of a beam subject to a deflection dependent moving load Journal of Vibration, Acoustics, Stress and Reliability in Design (ASME) 1987; 109:361-365 [20 Lin Y-H, Trethewey MW Finite element analysis of elastic beams subjected to moving dynamic loads Journal of Sound and Vibration 1990; 136(2):323-342 [21 Frýba L, Nakagiri S, Yoshikawa N Stochastic finite element for a beam on a random foundation with uncertain damping under a moving force Journal of Sound and Vibration 1993; 163:31-45 [22 Thambiratnam DP, Zhuge Y Finite element anaysis of track structures Journal of Microcomuters in Civil Engineering 1993; 8:467-476 [23 Thambiratnam D, Zhuge Y Dynamic anaysis of beams on an elastic foundation subjected to moving loads Journal of Sound and Vibration 1996; 198(2):149-169 Tài liệu tham khảo 74 [24 Nielsen JCO, Igeland A Vertical dynamic interaction between train and track-influence of wheel and track imperfections Journal of Sound and Vibration 1995; 187(5):825-839 [25 C.G Koh, J.S.Y Ong, D.K.H Chua, J Feng, Moving Element for TrainTrack Dynamics, International Journal for Numerical Methods in Engineering 2003, 1549-1567 [26 Thi M Tran, Kok K.Ang, Hai V.Luong, The effect of track irregularity and wheel load to dynamic response of high-speed rail system, Tạp chí Khoa học – Trường ĐH Mở TpHCM 2013 [27 Ang Kok Keng, Tran Minh Thi, Luong Van Hai, Track vibrations during accelerating and decelerating phases of high-speed rails, The Thirteenth East Asia-Pacific Conference on Structural Engineering and Construction EASEC-13, 11-13/09/2013, Sapporo, Japan 2013 [28 Ang Kok Keng, Dai Jian, Tran Minh Thi, Luong Van Hai, Analysis of highspeed rail accounting for jumping wheel phenomenon, The International Conference on Advances in Computational Mechanics (ACOME), 1416/8/2012, Ho Chi Minh City, Vietnam 2013 [29 Lục Duy Thanh Tùng, “Phân tích động lực học toán đường ray xe lửa chịu tải trọng chuyển động”, Luận văn thạc sỹ, ĐH Bách Khoa Tp.HCM 2001 [30 Đỗ Kiến Quốc, Lương Văn Hải, “Động lực học kết cấu”, NXB ĐHQG Tp.HCM 2010 [31] Esveld C Modern Railway Track MRT Productions: Duisburg, Germany 1989 [32 C Esveld Modern Railway Track (2nd Edition) MRT Productions: Duisburg 2001 [33 Đỗ Kiến Quốc, Nguyễn Trọng Phước, “Các phương pháp số động lực học kết cấu”, NXB ĐHQG Tp.HCM 2010 [34 Bathe KJ Finite Element Procedures Prentice-Hall: Englewood Cliffs, N.J Tài liệu tham khảo 75 1996 [35 Grassie SL, Kalousek J Rail corrugation: characteristics, causes and treatments Proceeding of the Institution of Mechanical Engineers 1993; 207:57-68 Kết công bố 76 KẾT QUẢ CÔNG BỐ ĐẠT ĐƯỢC TỪ LUẬN VĂN Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học Vật rắn biến dạng lần thứ XI Thành phố Hồ Chí Minh, 7-9/11/2013 Phân tích ứng xử động tàu cao tốc có xét đến độ cong ray Đinh Hà Duy1 , Trần Minh Thi2, Lương Văn Hải1, Nguyễn Thời Trung3 Khoa kỹ thuật Xây dựng, Đại học Bách khoa Tp.HCM, 268 Lý Thường Kiệt, Phường 14, Quận 10, Tp.HCM Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Tp.HCM, 196 Pasteur, Phường 6, Quận 3, Tp.HCM Bộ Môn Cơ học, Khoa Toán-Tin, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TpHCM Email liên lạc: lvhai@hcmut.edu.vn Tóm tắt Với nhu cầu vận chuyển hành khách nay, hệ thống tàu cao tốc quốc gia giới xúc tiến xây dựng quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học giới Bài báo phân tích ứng xử động đường ray tàu cao tốc thông qua việc sử dụng phương pháp phần tử chuyển động Hai mơ hình tương tác bánh xe đường ray xem xét để kiểm tra phù hợp chúng Đó mơ hình tương tác tuyến tính phi tuyến Các kết phân tích số triển khai để tìm hiểu ảnh hưởng yếu tố đến ứng xử hệ thống tàu ray vận tốc tàu độ cong ray Đây nhân tố chủ yếu gây tượng nhảy bánh xe Hiện tượng xảy có tương tác bánh xe ray, gây nhiều tai nạn tàu cao tốc thảm khốc toàn giới Các kết nghiên cứu tạo điều kiện thuận lợi cho công việc bảo dưỡng đường ray nhằm tránh xảy tượng Từ khóa: Phương pháp phần tử chuyển động (moving element method), tàu cao tốc (high speed train), độ cong ray (track irregularity), nhảy bánh xe (jumping wheel phenomenon), tương tác bánh xe ray (wheel-rail interaction) Kết cơng bố 77 Hội nghị Khoa học tồn quốc Cơ học Vật rắn biến dạng lần thứ XI Thành phố Hồ Chí Minh, 7-9/11/2013 Ảnh hưởng tương tác kết cấu-đất đến ứng xử động tàu cao tốc Đinh Hà Duy1 , Trần Minh Thi2, Lương Văn Hải1, Nguyễn Thời Trung3 Khoa kỹ thuật Xây dựng, Đại học Bách khoa Tp.HCM, 268 Lý Thường Kiệt, Phường 14, Quận 10, Tp.HCM Khoa Xây dựng, Đại học Kiến Trúc Tp.HCM, 196 Pasteur, Phường 6, Quận 3, Tp.HCM Bộ Mơn Cơ học, Khoa Tốn-Tin, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TpHCM Email liên lạc: lvhai@hcmut.edu.vn Tóm tắt Bài báo vận dụng phương pháp phần tử chuyển động để phân tích ứng xử động hệ thống tàu ray cao tốc Ảnh hưởng tương tác kết cấu tàu cao tốc đất phân tích khảo sát Đồng thời nghiên cứu xét đến thay đổi khối lượng thân tàu, bán kính bánh xe độ cứng đất đến đáp ứng động lực học tàu Đây nhân tố tạo nên tượng nhảy bánh xe, nghĩa xảy tương tác tạm thời bánh xe ray Các kết số trình bày để phân tích ảnh hưởng tương tác kết cấuđất đến ứng xử động tàu cao tốc tượng nhảy bánh xe Những kết luận rút nhằm phục vụ cho việc thiết kế thi công hệ thống tàu cao tốc tương lai vận tốc tàu ngày tăng lên Từ khóa: Phương pháp phần tử chuyển động (moving element method), tàu cao tốc (high speed train), độ cong ray (track irregularity), nhảy bánh xe (jumping wheel phenomenon), tương tác bánh xe ray (wheel-rail interaction), tương tác kết cấu đất (soil-structure interaction) Phụ lục 78 PHỤ LỤC Một số đoạn mã lập trình Matlab Chương trình Matlab mơ hình khối lượng treo động Koh et al (2003) [25] sử dụng clear clc L=50; %Chieu dai cua duong ray (m) l=0.5; %Chieu dai cua phan tu ray (m) rdof=(L/l+1)*2; %Tong so bac tu cua ray %%Thong so cua ray va nen m=60; %Khoi luong ray tren met dai (kg/m) k=10^7; %Do cung nen (N/m2) muy=0.1; %He so can c=2*muy*sqrt(m*k); %Ns/m2 c=4900; %Ns/m2 Er=2*10^11; %Modun dan hoi (Pa) I=3.06*10^(-5); %Monem quan tinh (m4) EI=Er*I; v=20; %Van toc cua tau cao toc(m/s) ao=0.5; %Bien cua nham ray (mm) lamda=0.5; %Buoc song cua nham ray (m) tolerance=10^(-4); to=0.025; %Tong thoi gian phan tich (s) deltat=0.0001; %Buoc thoi gian (s) syms n1 n2 n3 n4 n1r n2r n3r n4r n1rr n2rr n3rr n4rr r; A=zeros(rdof+3,rdof+3); K=zeros(rdof+3,rdof+3); C=zeros(rdof+3,rdof+3); B=zeros(4,4); D=zeros(4,4); E=zeros(4,4); n1=1/l^3*(2*r^3-3*r^2*l+l^3); %Cac ham dang Hermitian cubic polynomials n2=1/l^3*(r^3*l-2*r^2*l^2+r*l^3); % n la ham chuyen vi n3=1/l^3*(-2*r^3+3*r^2*l); n4=1/l^3*(r^3*l-r^2*l^2); n1r=1/l^3*(6*r^2-6*r*l); n2r=1/l^3*(3*r^2*l-4*r*l^2+l^3); n3r=1/l^3*(-6*r^2+6*r*l); n4r=1/l^3*(3*r^2*l-2*r*l^2); Phụ lục 79 n1rr=1/l^3*(12*r-6*l); n2rr=1/l^3*(6*r*l-4*l^2); n3rr=1/l^3*(-12*r+6*l); n4rr=1/l^3*(6*r*l-2*l^2); for x=1:2:rdof-3 for i=x:x+3 for j=x:x+3 A(i,j)=A(i,j)+B(i+1-x,j+1-x); C(i,j)=C(i,j)+D(i+1-x,j+1-x); K(i,j)=K(i,j)+E(i+1-x,j+1-x); end end end M=A*m; %M=ma tran khoi luong cua ray %%Thong so than xe m1=3500; %kg c1=8.87*10^3;%Ns/m k1=1.41*10^5;%N/m %Thong so gia chuyen huong m2=250; %kg c2=7.1*10^3;%Ns/m k2=1.26*10^6;%N/m %Thong so banh xe m3=350; %kg c3=6.7*10^5;%Ns/m k3=8.0*10^9;%N/m g=9.81;%m/s2 %Cac hang so cua phuong phap Newmark beta=1/4; alpha=1/2; a0=1/(beta*deltat^2); a1=alpha/(beta*deltat); a2=1/(beta*deltat); a3=1/(2*beta)-1; a4=alpha/beta-1; a5=deltat/2*(alpha/beta-2); a6=deltat*(1-alpha); a7=alpha*deltat; y1d=zeros(rdof+3,to/deltat); y2d=zeros(rdof+3,to/deltat); y=zeros(rdof+3,to/deltat); F=zeros(rdof+3,1); for x=1:2:rdof-3 for i=x:x+3 for j=x:x+3 Phụ lục 80 K1(i,j)=K1(i,j)+E1(i+1-x,j+1-x); end end end F1(rdof/2,1)=-(m1+m2+m3)*g;%Luc tuong tac chi la luc yini1=K1\F1; yini=zeros(rdof+3,1);%Cac chuyen vi cua he thong tau cao toc for i=1:rdof+3 yini(i)=yini1(i); end y(:,1)=yini; y(:,2)=yini; tt=0:deltat:to; h=0; j=0; step=0; drop=0; for i=1:to/deltat y(:,i+1)=y(:,i); y1d(:,i+1)=y1d(:,i); y2d(:,i+1)=y2d(:,i); h=h+deltat; for j=1:10000000 R=F+M*(a0*y(:,i)+a2*y1d(:,i)+a3*y2d(:,i))+C*(a1*y(:,i)+a 4*y1d(:,i)+a5*y2d(:,i)); end end y=y*1000; yrdof1=y(rdof+1,:) %Chuyen vi cua than xe (mm) yrdof2=y(rdof+2,:) %Chuyen vi cua gia chuyen huong (mm) yrdof3=y(rdof+3,:) %Chuyen vi cua banh xe (mm) ymid=y(rdof/2,:) %Chuyen vi cua diem tuong tac (mm) Chương trình Matlab mơ hình khối lượng treo liên kết Hertzian tính theo tuyến tính clear clc L=50; l=0.5; rdof=(L/l+1)*2; v=90; %Chieu dai duong ray(m) %Chieu dai phan tu ray (m) %Tong so bac tu cua ray %Van toc tau cao toc(m/s) Phụ lục 81 to=1; %Tong thoi gian phan tich (s) ao=0.5; %Bien cua nham ray (mm) lamda=0.5; %Buoc song cua nham ray (m) tolerance=10^(-4); deltat=0.0005; %Buoc thoi gian (s) %Thong so cua ray va nen m=60; %Khoi luong ray tren met dai (kg/m) k=10^7; %Do cung nen (N/m2) muy=0.1; %He so can c=2*muy*sqrt(m*k); %Ns/m2 Er=2*10^11; %Modun dan hoi (Pa) I=3.06*10^(-5); %Momen quan tinh (m4) EI=Er*I; syms n1 n2 n3 n4 n1r n2r n3r n4r n1rr n2rr n3rr n4rr r; A=zeros(rdof+3,rdof+3); K=zeros(rdof+3,rdof+3); C=zeros(rdof+3,rdof+3); B=zeros(4,4); D=zeros(4,4); E=zeros(4,4); n1=1/l^3*(2*r^3-3*r^2*l+l^3); %Cac ham dang Hermitian cubic polynomials n2=1/l^3*(r^3*l-2*r^2*l^2+r*l^3); %n la ham dang chuyen vi n3=1/l^3*(-2*r^3+3*r^2*l); n4=1/l^3*(r^3*l-r^2*l^2); n1r=1/l^3*(6*r^2-6*r*l); n2r=1/l^3*(3*r^2*l-4*r*l^2+l^3); n3r=1/l^3*(-6*r^2+6*r*l); n4r=1/l^3*(3*r^2*l-2*r*l^2); n1rr=1/l^3*(12*r-6*l); n2rr=1/l^3*(6*r*l-4*l^2); n3rr=1/l^3*(-12*r+6*l); n4rr=1/l^3*(6*r*l-2*l^2); for x=1:2:rdof-3 for i=x:x+3 for j=x:x+3 A(i,j)=A(i,j)+B(i+1-x,j+1-x); C(i,j)=C(i,j)+D(i+1-x,j+1-x); K(i,j)=K(i,j)+E(i+1-x,j+1-x); end end end M=A*m; %M=Ma tran khoi luong ray Phụ lục 82 %Thong so than xe m1=3500; %kg c1=8.87*10^3; %Ns/m k1=1.41*10^5; %N/m %Thong so gia chuyen huong m2=250; %kg c2=7.1*10^3; %Ns/m k2=1.26*10^6; %N/m %Thong so banh xe m3=350; %kg Rw=0.46; %Ban kinh xe (m) Rr=0.3; %Ban kinh cong ray (m) nuy=0.3; %He so Poison cua ray g=9.81; %m/s2 %Cac hang so cua phuong phap Newmark beta=1/4; alpha=1/2; a0=1/(beta*deltat^2); a1=alpha/(beta*deltat); a2=1/(beta*deltat); a3=1/(2*beta)-1; a4=alpha/beta-1; a5=deltat/2*(alpha/beta-2); a6=deltat*(1-alpha); a7=alpha*deltat; y1d=zeros(rdof+3,to/deltat); y2d=zeros(rdof+3,to/deltat); y=zeros(rdof+3,to/deltat); F=zeros(rdof+3,1); K1=zeros(rdof+3,rdof+3); F1=zeros(rdof+3,1); E1=zeros(4,4); for x=1:2:rdof-3 for i=x:x+3 F1(i)=F(i); for j=x:x+3 K1(i,j)=K1(i,j)+E1(i+1-x,j+1-x); end end end yini1=K1\F1; yini=zeros(rdof+3,1); %Chuyen vi cua he thong tau cao toc y(:,1)=yini; tt=0:deltat:to-deltat; Phụ lục 83 h=0; j=0; drop=0; DAF=zeros((to-deltat)/deltat,1); Qt=zeros((to-deltat)/deltat,1); for i=1:(to-deltat)/deltat y(:,i+1)=y(:,i); h=h+deltat; for j=1:1000 R=F+M*(a0*y(:,i)+a2*y1d(:,i)+a3*y2d(:,i))+C*(a1*y(:,i)+a 4*y1d(:,i)+a5*y2d(:,i)); end end y=y*1000; yu1=y(rdof+1,:); ); %Chuyen vi cua than xe (mm) yu2=y(rdof+2,:); %Chuyen vi cua gia chuyen huong (mm) yu1max=max(abs(yu1)) yu2max=max(abs(yu2)) Chương trình Matlab mơ hình khối lượng treo liên kết Hertzian tính theo phi tuyến clear clc L=50; %Chieu dai duong ray (m) l=0.5; %Chieu dai cua phan tu ray (m) rdof=(L/l+1)*2; %Tong so bac tu cua ray v=90; %Van toc tau cao toc(m/s) to=1; %Tong thoi gian phan tich (s) ar=0.5; %Bien cua nham ray (mm) lamda=0.5; %Buoc song cua nham ray (m) tolerance=10^(-4); deltat=0.0005; %Buoc thoi gian (s) %Thong so cua ray va nen m=60; %Khoi luong ray tren met dai (kg/m) k=1*10^7; %Do cung nen (N/m2) muy=0.1; %He so can c=2*muy*sqrt(m*k); %Ns/m2 Er=2*10^11; %Modun dan hoi (Pa) I=3.06*10^(-5); %Momen quan tinh (m4) EI=Er*I; syms n1 n2 n3 n4 n1r n2r n3r n4r n1rr n2rr n3rr n4rr r; A=zeros(rdof+3,rdof+3); K=zeros(rdof+3,rdof+3); C=zeros(rdof+3,rdof+3); Phụ lục 84 B=zeros(4,4); D=zeros(4,4); E=zeros(4,4); n1=1/l^3*(2*r^3-3*r^2*l+l^3); %Cac ham dang Hermitian cubic polynomials n2=1/l^3*(r^3*l-2*r^2*l^2+r*l^3); %n la ham dang chuyen vi n3=1/l^3*(-2*r^3+3*r^2*l); n4=1/l^3*(r^3*l-r^2*l^2); n1r=1/l^3*(6*r^2-6*r*l); n2r=1/l^3*(3*r^2*l-4*r*l^2+l^3); n3r=1/l^3*(-6*r^2+6*r*l); n4r=1/l^3*(3*r^2*l-2*r*l^2); n1rr=1/l^3*(12*r-6*l); n2rr=1/l^3*(6*r*l-4*l^2); n3rr=1/l^3*(-12*r+6*l); n4rr=1/l^3*(6*r*l-2*l^2); for x=1:2:rdof-3 for i=x:x+3 for j=x:x+3 A(i,j)=A(i,j)+B(i+1-x,j+1-x); C(i,j)=C(i,j)+D(i+1-x,j+1-x); K(i,j)=K(i,j)+E(i+1-x,j+1-x); end end end M=A*m; %M=Ma tran khoi luong ray %Thong so than xe m1=3500; %kg c1=8.87*10^3; %Ns/m k1=1.41*10^5; %N/m %Thong so gia chuyen huong m2=250; %kg c2=7.1*10^3; %Ns/m k2=1.26*10^6; %N/m %Thong so banh xe m3=350; %kg Rw=0.46; %Banh kinh banh xe (m) Rr=0.3; %Banh kinh cong ray (m) nuy=0.3; %He so Poison g=9.81; %m/s2 %Cac hang so cua phuong phap Newmark beta=1/4; alpha=1/2; a0=1/(beta*deltat^2); Phụ lục 85 a1=alpha/(beta*deltat); a2=1/(beta*deltat); a3=1/(2*beta)-1; a4=alpha/beta-1; a5=deltat/2*(alpha/beta-2); a6=deltat*(1-alpha); a7=alpha*deltat; y1d=zeros(rdof+3,to/deltat); y2d=zeros(rdof+3,to/deltat); y=zeros(rdof+3,to/deltat); for x=1:2:rdof-3 for i=x:x+3 F1(i)=F(i); for j=x:x+3 K1(i,j)=K1(i,j)+E1(i+1-x,j+1-x); end end end yini=zeros(rdof+3,1); %Chuyen vi cua he thong tau cao toc for i=1:rdof+3 yini(i)=yini1(i); end y(:,1)=yini; tt=0:deltat:to-deltat; h=0; j=0; drop=0; for i=1:(to-deltat)/deltat y(:,i+1)=y(:,i); h=h+deltat; for j=1:1000 R=F+M*(a0*y(:,i)+a2*y1d(:,i)+a3*y2d(:,i))+C*(a1*y(:,i)+a 4*y1d(:,i)+a5*y2d(:,i)); end end y=y*1000; yu1=y(rdof+1,:); %Chuyen vi cua than xe (mm) yu2=y(rdof+2,:); %Chuyen vi cua gia chuyen huong (mm) yu3=y(rdof+3,:); %Chuyen vi cua banh xe (mm) yu4=y(rdof/2,:); %Chuyen vi cua diem tuong tac (mm) Lý lịch trích ngang 86 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: ĐINH HÀ DUY Ngày, tháng, năm sinh: 09/03/1987 Nơi sinh: Bến Tre Địa liên lạc: 508, Âu Cơ, Quận Tân Bình, Tp.HCM ĐTDĐ: 01699913367 Email: dinhhaduybentre@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 2005 - 2010: Kỹ sư Xây dựng, chuyên ngành Xây dựng dân dụng & công nghiệp, Trường Đại học Văn Lang Tp.HCM 2010 - 2013: học viên cao học chuyên ngành Xây dựng công trình dân dụng cơng nghiệp, Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM ... dụ 3: Phân tích ứng xử động tàu cao tốc thay đổi biên độ độ nhám ray  Ví dụ 4: Phân tích ứng xử động tàu cao tốc thay đổi bước sóng độ nhám ray  Ví dụ 5: Phân tích ứng xử động tàu cao tốc thay... 605820 I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích ứng xử động tàu cao tốc có xét đến độ cong ray tương tác với đất II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Sử dụng mơ hình tính tốn để phân tích ứng xử tàu cao tốc Sử dụng ngơn ngữ... Phân tích ứng xử động tàu cao tốc thay đổi biên độ độ nhám ray 39 3.4 Ví dụ 4: Phân tích ứng xử động tàu cao tốc thay đổi bước sóng độ nhám ray 44 3.5 Ví dụ 5: Phân tích ứng