Phân tích ảnh hưởng của yếu tố tiếp xúc tới nội lực đập bê tông trọng lực theo phép phân tích tiếp xúc trong cơ học cổ điển

TONG QUAN VỀ BÀI TOÁN TIẾP XÚC VÀ TINH HÌNH

Trong các ngành kỹ thuật chúng ta gặp rất nhiều trường hợp ha vật thé tiếp xúc với nhau, Vi dụ tgp xúc giữa hai bánh răng ăn khớp, sự ấp xóc giữa bánh vít và trực. “Thực vậy, các hiện tượng tiếp xúc và ma sát được biểu diễn bằng các bắt phương trình phi tuyến ma chúng sẽ tác động đến các chuyền vị (hoặc tốc độ chuyển vị) của. Trong lĩnh vực cơ khí., lồi giải của bài toán tiếp x dhe được ứng dụng rất nhiều như vie thiết kế các bánh răng, quả tình đúc kim loi, quả trình ép đập tắm kim loi thành hình dang như mong muốn (xem Hinh /.3b).

Hiện nay trong quá trình mô phỏng số phần lớn là sử dụng mô hình cơ học một vật thể hai môi trường, tức là cùng một hệ thống mạng lưới phan tử liên tục dùng tinh chất sơ học phần từ khác nhan để phan chia.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHAN TÍCH TIẾP XÚC 2.1. Bài toán tiếp xúc trong cơ học cổ điễn

Chú ý rằng đạo him đu bị hạn ch ti mặt ip xúc, điều kiện (2-8) chỉ đạt được khi đu <0 nghĩa là chuyển vị ảo phải thoả mãn điều kiện rằng buộc và chỉ. Diu lớn hơn sẽ xảy ra trong thực tẾ khi trong lực mg lớn hơn lực đàn hồi của lò xo Kh (gag = h = tròng trường hợp có xả ra tiếp xúc ) và hơn nữa vì đạo hàm cãi <0 tại vị tí tiếp xúc với tâm cứng. Mỗi khi con ắc tiếp xúc với tắm cứng, một phân lực fa xuất hiện, trong cơ học tiếp xúc cổ điển chúng ta thư Ong giả thic ring phản lực giữa con lắc với tắm cứng, là âm, đo đồ áp suất gp xúc chỉ có thể à lực nền.

(2-3) hoàn toàn có thé tim được bằng cách sử dụng phương pháp nhân thức Lagrange Đ làm điều này ta giá thiết ring điều kiện rằng buộc (2-9) xảy ra để thoả mãn yé lu của bài toán Vi vậy phương pháp nhân thức Lagrange bỗ sung vào phương trình năng lượng _(2-.

K]01=IPI+I) 220)

Phương pháp hỗn hợp với bài toán tiếp xúc trong kj thuật. Khi sự tiếp xc diễn ra, mỗi cặp nút tiếp xúc có thé roi vào ba tường hợp: tiếp xúc dinh, tiếp xúc trượt và không tgp xúc. "Trong ba trường hợp này , cúc iu kiện tiếp xúc vả cúc phương trình cân bằng các lực tiếp xúc được trình bày trong các phần sau. Trong béi cảnh của các ph từ hữu hạn, phương trình cân bằng của hai vật rắn được viết trực tiếp như sau:. {U*] tường ứng với các nút có tiếp xúc. “Trong đó;. {U,) liên quan đến các nút còn lại trong kết cấu. {R*) là véc tơ phan lực liên quan đến các nút tiếp xúc. Người ta lập độ cách giữa các cặp nút tiếp xúc khởi đầu từ các chuyển vị của các mit iếp xúc và các độ cách ban đầu [X/} giữa hai vật rắn Vị và. Để thôn mãn các điều kiện tgp xúc và thiết lập các phương trình cân bằng của tiếp xúc, người ta chuyển phương trình (2-27) vào hệ tọa độ cục bộ ~ „với ¡là.

“Trong dé [T] là ma trận xoay tương ứng với phép biến đổi tọa độ giữa hệ tọa.

CF CT THUS}

Hiện nay trong quá trình mô phông số phần lớn là sử dụng mô hình cơ học một vật thé hai môi trường, tức là cũng một hệ thông mạng lưới phin tử liên tục dùng tính chất sơ học phần từ không giống nhau để phân chia các khối vật thé (xem Hình 20). Phin tir Desai là một loại phần tir tiếp xúc có độ dày, độ diy phần tir thông thường là từ 0.01 ~ 0.10m, nó giải quyết khá tốt tính liên tục phân bố ứng suất gần mặt tiếp xúc. + Buse 2: Trong phạm vi của mỗi phần từ ta giá thiết một dang phân bổ xác định nào đó của hàm cin tim, có thé là: hàm chuyển vi, hàm ứng suất, cũng có thể là.

Nhu trên đã nồi, các him xắp xi thường được chọn dưới dạng da thức nguyên Dang của đa thức này được chọn như thé nào đó để bai toán hội tụ có nghĩa là ta phải chọn đa thie như thể nào đó để khi tang số phần từ lên khá lớn thì kết quả tinh toán sẽ tiệm cận tới kết qua chính xác. ‘Nhu vậy, bằng cách sử dung ma trận L„ ta có thé sắp xếp các thành phần véc to chuyển vỉ nút của phần từ (chuyển vị cả thé) vào vée tơ chuyển vị nit của toàn kết cầu (chuyén vị toàn thé), Nồi cách khác bằng việc sử dụng ma trận định vị L, ta có thể biểu diễn vé tơ chuyển vị cả thể qua vée tơ chuyên vị toàn thé. Giả sử hệ có n chuyển vị nút thi số mã toàn thé là tập hợp số thứ thự từ 1 đến a, 46 là thứ tự sắp xếp các chuyển vị nút trong vée tơ chuyển vị nút của toàn kết cầu A Các số mã này cho biết các chuyển vị nút của từng phần tử la thinh phần nào trong véc tơ chuyển vị nút của toàn kết cấu, đồng thời nó cũng chi ra vị trí các phần tử của tna trận cứng và véc tơ ải phẫ tử trong ma trần cứng và véc to tải của toàn kết cấu.

Trong bước này cần phải xây dựng mô hình thực thể hình dạng hình học khối tiếp xúc, định nghĩa loại hình phần tử „ hằng số thực, đặc tinh vật liệu. Phần mềm thông qua bé mặt khối bin hình tạo phần từ tiếp xúc để định nghĩa mặt tấp xúc , phần từ tiếp xúc với phần từ khổ biến hình bên đưới có đặc trưng. Sử dụng hing số PMIN và PMAX dé chỉ định phạm vi xâm nhập cho phép b an đầu, Sau khi chỉ định PMIN và PMAX,, khi phân tích ban đầu phần mềm có thé sẽ di chuyển mặt mye tiêu đến trạng thai tiếp xúc ban đầu .Nếu xâm nhập ban đầu lớn hơn PMAX, phần mềm có thé điều chỉnh xâm nhập ban đầu của mặt _ mục tiêu, điều tiết.

(Qué tình xử lý kết quả tinh toán aba tod tiếp xúc với qua rin xử lý kết quả các bài toán phí uyễn thông thường là như nhau. "Như vậy trong chương nay tác giả đã giới thiệu sơ qua về các phương pháp tinh tia phường pháp bai toán tiếp xúc cổ điễ cũng như hiện đại. Ap dụng các lý thu. nhân thức Lagrange, phương pháp Penalty và phương pháp phần tử hữu hạn để làm. cơ sở lý thuyết phục vụ cho việc giải quyết bài toán phân tích nội lực cho đập bê tông. trong lực có xét đến ảnh hưởng của tiếp xúc. Trong chương iếp heo sẽ tình bày cụ. thể quá trình mô hình hoá và giải quyết bài toán này dưới sự trợ giúp của phần mm ANSYS. ‘ONG CUA TIẾP XÚC DEN NỘI LỰC DAP BÊ TONG TRONG LỰC. Mô hình tinh toán tắc giá lựa chọn mô hình tính toán 3D cho toàn bộ đập dâng. và đập trin của công trình thủy điện Suỗi Sip 3. ở trên thi phương và chiều của hệ trục tog độ tổng thể được. Trong mô hình quy định như sau:. ~ True X: theo phương đọc trục đập, chiểu từ trái qua phái nhìn tử thượng hu. ~ True Y; theo phương thẳng đứng, chiều tir dưới lên. = Trục Z¿ theo phương ding chảy, chiều từ hạ lưu v thượng lưu SLL. Tổng quan về thuỷ điện Suối Sập 3. “Công tình thủy điện Suỗi Sip 3 được dự kiễn xây dựng trên suối Sập, là nhánh. suối sắp 1 của Sông Dã. Vi tí xây đụng nhà máy gin bản Dung, xã Hồng Ngai, huyện Bắc Y'. Bing 3.1: Các hông sổ chỉnh của công trình. 1 Đặc trưng lưu vực. TIE) Mực nước hạ lưu nhà máy m. Trọng lượng của nước đã quy đổi thành áp lực nước phân bổ lên b mặt kết cầu Do đồ trong mô hình tính toán chi cin khai báo khối lượng riêng của đập, và khai báo. "Để thuận tiện trong quá trình phân tích và đánh giá kết quả, tác giả chỉ xem xét nội lực và chuyển vị tại các điểm đặc biệt trên mặt cắt giữa đập.

Do dé việc đưa khe lớn vio mô hình tính cũng như các thông số như hệ số ma sắt, lực nh và các phần tử iếp xe ti các vĩ tí có xây ra tiếp xúc là cần thiết. Trong chương này tác giả đã tiến hành phân tích nội lực của đập bê tông trọng lực cho 2 trường hợp: không xét đến ảnh hưởng của tiếp xúc và có xót đến ảnh hưởng của tiếp xúc. Vige bo qua yêu tổ này trong thiết kế đập bê tông trong lực là một thiểu sót khá lớn, dẫn đến kết quả phân tích không phản ánh đúng bản chat quá trình lam việc của đập.