Tính toán độ bền và ổn định của trạm bơm Trịnh Xá bằng phương pháp phần tử hữu hạn

TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN [5]

Thiết lập điều kiện bổ sung là buộc các chuyển vị trong hệ cơ bản tương ứng với vị trí và phương của các liên kết bị loại bỏ phải bằng với các chuyển vị thực tương ứng trong hệ siêu tĩnh (thường các chuyển vị này bằng 0). Với sự hỗ trợ của các công nghệ về máy tính đến nay có thể nói rằng phương pháp phần tử hữu hạn được coi là phương pháp có hiệu quả nhất cho việc tự động hoá tính toán hàng loạt kết cấu với những kích thước, hình dạng, mô hình vật liệu và điều kiện biên khác nhau.

PHẦN MỀM TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN VÀ ỔN ĐỊNH [11]

Ngoài ra chúng còn có khả năng tích hợp và cho phép người dùng viết thêm các modul tính toán riêng nhờ các Macro ( như Ansys ) , đồng thời tích hợp với các phần mềm CAM ( như Pro/ Engineur ). Công nghệ lập trình theo phương pháp phần tử hữu hạn đang thay đổi theo công nghệ hướng đối tượng, các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng như C++, Fortran 90, đang được sử dụng để phát triển phần mềm.

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TÍNH ĐỘ BỀN VÀ ỔN ĐỊNH CỦA KẾT CẤU SAP2000 [11]

Sự phát triển phần mềm ở mức độ cao sẽ cho phép người kỹ sư thực hiện toàn bộ quá trình từ xây dựng mô hình cho đến thực hiện tính toán và sau cùng là thiết kế, chế tạo. - Bản phi tuyến (Nonlinear version) có khả năng thực hiện phân tích các bài toán tĩnh, động lực học, phi tuyến, thiết kế kết cấu thép, bêtông..với 4 loại phần tử mẫu khác nhau, số lượng nút của kết cấu không giới hạn.

Nội dung cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn

Đến nay có thể nói rằng phương pháp phần tử hữu hạn được coi là phương pháp có hiệu quả nhất để giải các bài toán cơ học vật rắn nói riêng và cơ học môi trường liên tục nói chung như các bài toán thuỷ khí lực học, bài toán về từ trường và điện trường…. Một trong những ưu điểm nổi bật của phương pháp phần tử hữu hạn là dễ dàng lập chương trình để giải trên máy tính, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hoá tính toán hàng loạt kết cấu với những kích thước, hình dạng, mô hình vật liệu và điều kiện biên rất khác nhau. Phương pháp phần tử hữu hạn cũng thuộc loại bài toán biến phân, song nó khác với các phương pháp biến phân cổ điển như phương pháp Ritz, phương pháp Galerkin… ở chỗ nó không tìm dạng hàm xấp xỉ của hàm cần tìm trong toàn miền xác định mà chỉ trong từng miền con thuộc miền xác định đó.

Điều này đặc biệt thuận lợi đối với những bài toán mà miền xác định gồm nhiều miền con có những đặc tính khác nhau, ví dụ như bài toán phân tích ứng suất trong đập, trong nền không đồng chất…. Dạng của đa thức được chọn như thế nào đó để bài toán hội tụ, có nghĩa là đa thức cần phải chọn như thế nào đó để khi tăng số phần tử lên khá lớn thì kết quả tính toán sẽ tiệm cận với kết quả chính xác. (3) Thiết lập hệ phương trình cơ bản của bài toán: Để thiết lập hệ phương trình cơ bản của bài toán giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn ta dựa vào các nguyên lý biến phân.

PHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN KHI CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG TỔNG QUÁT [6]

Hàm xấp xỉ phải chọn như thế nào đó để đảm bảo được một số yêu cầu nhất định, trước tiên là phải thoả mãn các phương trình cơ bản của lý thuyết đàn hồi. Trong ba mô hình trên thì mô hình tương thích được sử dụng rộng rãi hơn cả, còn hai mô hình sau chỉ sử dụng có hiệu quả trong một số bài toán nhất định. (5) Dựa vào các phương trình cơ bản của lý thuyết đàn hồi sẽ xác định được các đại lượng cần tìm khác, chẳng hạn trường ứng suất, trường biến dạng….

Do chuyển vị là hàm của thời gian t nên các điểm của phần tử chuyển dộng với vận tốc bằng đạo hàm bậc nhất của chuyển vị đối với thời gian t. Để thiết lập được phương trình động lực học chuyển động của kết cấu, ta sử dụng phương trình Lagrang 2 loại 2 viết dưới dạng ma trận. Động năng, thế năng và hàm hao tán năng lượng của toàn kết cấu bằng tổng động năng, thế năng và hàm hao tán của các phần tử của hệ được biểu diễn qua véctơ chuyển vị ∆ và véctơ vận tốc nút ∆• của kết cấu có dạng sau.

ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN VÀ ỔN ĐỊNH CHO TRẠM BƠM TRỊNH XÁ - THỊ XÃ TỪ SƠN - TỈNH BẮC NINH

• Giới thiệu tổng quát về công trình [4]

Hệ thống mương cáp động lực đã xuống cấp, thành mương nhiều chỗ bị vỡ, tấm đan nắp mương cũng hư hỏng nhiều, đất, rác rơi vào trong mương cáp dễ gây ẩm, mất an toàn trong quá trình làm việc, cỏ dại mọc cả trong mương cáp. Cống số 1 về mặt kết cấu và tình trạng làm việc tốt, tuy nhiên trên tuyến cấp nước này chưa có lưới chắn rác vì vậy khi các máy bơm hoạt động thì lượng rác và bèo trôi vào bể hút rất nhiều. + Trên tuyến kênh tiêu chính cũng chưa được lắp đặt lưới chắn rác nên hiện tượng bèo, rác thải trôi vào bể hút khá nhiều gây ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của trạm bơm và gây bồi lắng bể hút.

Các thiết bị và chi tiết máy được thay thế không đồng bộ, sản xuất trong nước và của Hàn quốc (một số thiết bị điện) do đó hiện nay chất lượng các máy bơm chính bị giảm kém dẫn đến thường xuyên có các sự cố về các chi tiết hoạt động như bánh xe công tác, gối đỡ, trục bơm, cánh hướng. + Do các máy cắt được sản xuất từ thập niên 60 của thế kỷ trước nên công nghệ đã cũ và lạc hậu vì vậy khả năng cắt dòng kém, độ an toàn về điện không cao, khả năng bảo vệ và cắt khi có sự cố kém. Phương án cuối cùng đơn vị tư vấn lựa chọn là loại máy bơm hướng trục trục đứng do hãng EBARA của Nhật Bản sản xuất tại Việt Nam việc thay thế một chủng loại bơm mới, hiện đại hơn phù hợp với nhu cầu mới là tất yếu.

TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN VÀ ỔN ĐỊNH TRẠM BƠM TRỊNH XÁ DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG TĨNH

• Trình tự thực hiện chương trình tính tải trọng động bằng phần mềm SAP2000 version 12

Sau khi tính toán ta có được chuyển vị U3 là chuyển vị của nút theo phương thẳng đứng như trong Sức bền vật liệu thì chuyển vị này chính là yt là chuyển vị tĩnh do máy phát gây ra. Với Kết quả tính toán ở trên cho thấy nhà máy bơm Trịnh Xá khi thay máy có thể chọn máy bơm có số vòng quay lớn hơn để mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn mà vẫn đảm bảo an toàn cho công trình. Tuy nhiên khi đóng mở máy tần số của lực kích thích tăng hoặc giảm dần ở một thời điểm nào đó tần số của lực kích thích có thể trùng với tần số riêng lúc này cần làm cho tần số của lực kích thích thay đổi nhanh chóng để hiện tượng cộng hưởng không kịp xảy ra.

Biết được các phương pháp tính độ bền và ổn định và trình bày các cơ sở lý thuyết, nêu được ưu điểm và hạn chế của các phương pháp, từ đó nêu được nhiều ưu điểm nổi bật của phương pháp tính toán hiện đại cho kết quả chính xác cao với nhiều điện kiện biên khác nhau. - Tác giả chưa có điều kiện nghiên cứu bài toán khi hệ có nhiều bậc tự do - Tác giả chưa đề cập đến tải trọng động trong quá trình máy vận hành dưới tác dụng của phần nước xả qua ống xả tác động lên. Tác giả cho rằng đề tài nghiên cứu phù hợp với thực tế xây dựng các công trình trạm bơm mới và cải tạo, nâng cấp vì vậy Tác giả hy vọng rằng trong thời gian tới sẽ có điều kiện để được tiếp tục nghiên cứu sâu hơn đề tài này đóng góp những kết quả có tính thuyết phục hơn.

Trong khuôn khổ luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thuỷ, tác giả đã giới thiệu cách tính toán độ bền và ổn định do tải trọng tĩnh và động nói chung và áp dụng cụ thể cho một công trình trạm bơm cụ thể bằng phương pháp phần tử hữu hạn và sử dụng phần mềm tính toán hiện đại. Tác giả hy vọng cuốn luận văn này sẽ là tài liệu tham khảo về cách tính toán độ bền và ổn định do tải trọng tĩnh và động bằng phần mềm SAP2000 cho các nhà quản lý, tư vấn trong các giai đoạn đầu tư xây dựng công trình nói chung và công trình trong ngành Nông nghiệp và PTNT nói riêng.