7. CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN
3.2.1 Phõn tớch cơ chế phỏt sinh và ngăn chặn mất ổn định flutter
Xột mặt cắt ngang cầu tiết diện hộp cú cỏc dạng hỡnh chữ nhật, fairing, hỡnh thang, spoiler và slot (Hỡnh 3.3) sẽ được mụ phỏng trong “hầm giú số” với giả thiết rằng cỏc thụng số động lực của kết cấu nhịp như m, I, B, D, 0, 0, ... được lấy trong bảng 2.6. Hỡnh 3.4 thể hiện phổ vận tốc và ỏp suất dũng xung quanh tiết diện từ kết quả “hầm giú số”. Sau đõy là cỏc phõn tớch trực quan hỡnh ảnh kết quả mụ phỏng.
Hỡnh 3.3 Cỏc tiết diện ngang cầu
Tiết diện hỡnh chữ nhật. Hỡnh 3.4a thể hiện phổ vộc tơ vận tốc giú và phổ ỏp suất xung quanh bề mặt kết cấu. Sự tỏch dũng xảy ra rất mạnh tại mộp đún giú và hỡnh thành xoỏy khớ di chuyển và gắn chặt lờn trờn bề mặt tiết diện. Bề rộng cầu càng lớn dũng xoỏy khớ càng gắn chặt. Hơn nữa, dũng xoỏy khớ vẫn xuất hiện mạnh ở vựng đuụi của tiết diện.
a) Phổ vận tốc và phổ ỏp suất dũng đối với tiết diện hỡnh chữ nhật
b) Phổ vận tốc và phổ ỏp suất dũng đối với tiết diện fairing
c) Phổ vận tốc và phổ ỏp suất dũng đối với tiết diện hỡnh thang
d) Phổ vận tốc và phổ ỏp suất dũng đối với tiết diện spoiler
e) Phổ vận tốc và phổ ỏp suất dũng đối với tiết diện slot
Tiết diện fairing.Dựa vào hỡnh 3.4b, cú thể nhận thấy rằng khụng cú sự tỏch dũng ở mộp đún giú và chỉ xảy ra ở mộp cuối fairing phớa dũng tới. Sau khi tỏch dũng, dũng xoỏy khớ được hỡnh thành trờn bề mặt tiết diện yếu hơn so với tiết diện hỡnh chữ nhật; và dũng xoỏy khớ ở vựng đuụi cũng yếu hơn.
Tiết diện hỡnh thang. Thực chất đõy là dạng tiết diện fairing. Điều này cú nghĩa rằng dũng khớ tương tỏc với tiết diện hỡnh thang cú những đặc tớnh tương tự như đối với tiết diện fairing. Tuy nhiờn, dựa vào hỡnh 3.4c, một đặc tớnh khớ động khỏc nhau cơ bản là khụng cú sự tỏch dũng tại mộp trờn của fairing nờn dũng xoỏy khớ càng yếu hơn trờn bề mặt tiết diện và tại vựng đuụi so với tiết diện fairing.
Tiết diện spoiler. Cũng như đối với tiết diện fairing, tại mộp đún giú khụng xảy ra sự tỏch dũng mà sự tỏch dũng diễn ra ở mộp cuối fairing phớa dũng tới (Hỡnh 3.4d). Khỏc với tiết diện fairing, dũng khớ gắn chặt trờn bề mặt đún giú nhiều hơn và cường độ dũng xoỏy khớ trờn bề mặt tiết diện cũng như phớa vựng đuụi yếu hơn.
Tiết diện slot. Dạng tiết diện này (Hỡnh 3.4e) cú đặc tớnh dũng tương tự như đối với tiết diện fairing. Tuy nhiờn, do cấu tạo thờm khe hở ở giữa tiết diện nờn cú sự trộn dũng giữa phớa trờn và phớa dưới tiết diện nờn chờnh lệch ỏp suất bề mặt tiết diện giảm đi; nghĩa là lực khớ động tự kớch giảm đi.
Ngoài ra, bảng 3.3 thể hiện kết quả tớnh toỏn vận tốc flutter tới hạn ứng với flutter xoắn (1DOF) và flutter uốn-xoắn (2DOF) đối với cỏc dạng tiết diện ở trờn.
Bảng 3.5 Vận tốc flutter tới hạn đối với năm dạng tiết diện phõn tớch
Dạng tiết diện Vận tốc flutter tới hạn của mụ hỡnh (m/s) Flutter xoắn (1DOF) Flutter uốn-xoắn (2DOF)
Hỡnh chữ nhật 12.6 10.2
Fairing 15.4 12.4
Hỡnh thang 17.2 15.2
Spoiler 17.4 14.3
Slot > 17.4 > 15.2
Từ kết quả mụ phỏng và vận tốc flutter tới hạn, cú cỏc nhận xột như sau: Tiết diện hỡnh chữ nhật cú sự xuất hiện sự tỏch dũng rất mạnh tại mộp dũng tới. Dũng xoỏy khớ sau khi tỏch dũng lại gắn chặt trở lại bề mặt tiết diện. Đõy là loại tiết diện cú vận tốc flutter tới hạn nhỏ nhất;
Tiết diện fairing khắc phục được nhược điểm của tiết diện hỡnh chữ nhật là sự tỏch dũng khụng xảy ở mộp đún giú mà xảy tại mộp cỏc cuối fairing; tuy nhiờn sự tỏch dũng tại mộp cuối này yếu hơn, ỏp suất dũng tại mặt trờn và mặt dưới tiết diện yếu hơn và cường độ dũng vựng đuụi cũng nhỏ hơn. Như vậy, tiết diện fairing cú vận tốc flutter tới hạn cao hơn tiết diện chữ nhật nờn ổn định flutter tốt hơn;
Tiết diện hỡnh thang do triệt tiờu sự tỏch dũng tại mộp fairing phớa trờn tiết diện nờn nõng cao được ổn định flutter hơn so với tiết diện fairing;
So với tiết diện fairing, tiết diện spoiler cũng cú đặc tớnh dũng tương tự nhưng ỏp suất tại mặt trờn và dưới của tiết diện yếu hơn và cường độ dũng vựng đuụi nhỏ hơn. Do đú, tiết diện spoiler ổn định flutter hơn tiết diện fairing;
Do cấu tạo slot ở giữa nờn cú sự trộn dũng dẫn đến chờnh lệch ỏp suất mặt trờn và dưới tiết diện ngang nhỏ hơn. Vỡ vậy, tiết diện slot cú vận tốc flutter tới hạn cao nhất; núi cỏch khỏc nú cú đặc tớnh khớ động tốt nhất.
Qua phõn tớch cơ chế phỏt sinh flutter của cỏc dạng tiết diện ở trờn, cú thể nờu ra một số nguyờn tắc nhằm ngăn chặn mất ổn định flutter xảy ra là: (1) Ngăn ngừa sự tỏch dũng; (2) Hạn chế dũng xoỏy khớ gắn chặt trở lại trờn bề mặt tiết diện; và (3) Giảm chờnh lệch ỏp suất bề mặt của tiết diện.