CHƢƠNG2 CÁC Mễ HèNH PHẦN TỬ HỮU HẠN CẢI BIấN
3.5 Cỏc phần mềm ỏp dụng cho tớnh toỏn giàn tự nõng
3.5.1 Chương trỡnh phõn tớch kết cấu bằng phương phỏp phần tử hữu hạn
Phƣơng phỏp phần tử hữu hạn ứng dụng trong phõn tớch kết cấu đƣợc phỏt triển rất mạnh mẽ trong thập kỷ 60 và những năm đầu của thập kỷ 70. Sơ đồ chung của thuật toỏn này cú thể chia làm cỏc phần chớnh nhƣ sau (theo[5]):
biểu diễn hỡnh học đối tƣợng tớnh toỏn Tạo lƣới phần tử hữu hạn
Khai bỏo toạ độ phần tử Đặc trƣng hỡnh học (F, J ...) Đặc trƣng vật liệu (E, G... ) Mụ tả điều kiện biờn, tải trọng
Xõy dựng cỏc mụ hỡnh phần tử – thiết lập cỏc ma trận cứng và khối lƣợng của từng phần tử và lƣu giữ ma trận độ cứng phần tử,
Xỏc định tải trọng tỏc dụng và đƣa chỳng về cỏc nỳt của lƣới phần tử hữu hạn,
Ghộp nối để cú ma trận độ cứng K, ma trận khối lƣợng M và vộc tơ lực
P tổng thể của hệ vừa lƣu trữ chỳng,
Áp đặt cỏc giàng buộc, cỏc điều kiện biờn cho kết cấu Tớnh toỏn phõn tớch kết cấu và hiển thị kết quả tớnh toỏn
Những chƣơng trỡnh tớnh toỏn kết cấu bằng phần tử hữu hạn phổ biến hiện nay nhƣ SAP86, SAP90, SAP2000 SAMCEF, TRIAS, ASTRAN... và gần đõy là ANSYS đó viết cho cỏc trƣờng hợp phần tử hữu hạn của kết cấu bao gồm: phần tử dàn, phần tử dầm, phần tử màng, phần tử hai chiều, phần tử vỏ và bản chịu uốn, phần tử khối ba chiều, phần tử ống – ống thẳng và ống cong, phần tử biờn – mụ tả cỏc biờn liờn hợp, cỏc dịch chuyển cho trƣớc, cỏc gối tựa lũ xo. Trong chƣơng trỡnh này cú cỏc module phõn tớch kết cấu nhƣ sau:
Bài toỏn tĩnh tỡm chuyển dịch ứng với cỏc tải trọng cho trƣớc.
Bài toỏn phõn tớch động lực học với tải trọng là hàm theo thời gian. Tỡm cỏc dịch chuyển và ứng suất là cỏc hàm thời gian. Thƣờng trong cỏc chƣơng trỡnh phần tử hữu hạn này phõn tớch động lực theo hai phƣơng phỏp: phƣơng phỏp chồng mode và phƣơng phỏp tớch phõn trực tiếp.
Bài toỏn phõn tớch động lực với tải trọng là phổ chấn động của nền do động đất, cho kết quả là cỏc phổ dịch chuyển và phổ ứng suất.
Tuy nhiờn trong cỏc chƣơng trỡnh phần tử hữu hạn thụng dụng này vẫn chƣa cú cỏc phần tử dựng để mụ tả tớnh khụng nguyờn vẹn hoặc mụ tả cỏc hiệu ứng động lực đặc biệt tỏc động lờn kết cấu. Vỡ vậy mục đớch chớnh của luận văn này là thiết lập cỏc ma trận phần tử cho cỏc dạng phần tử đầm cải biờn và ghộp nối chỳng với chƣơng trỡnh phõn tớch kết cấu. Phần chƣơng trỡnh này thiết lập cỏc chƣơng trỡnh con đƣa cỏc tớnh toỏn những thành phần của ma trận độ cứng K sử dụng cỏc cụng thức (2.39) và (2.43) cho phần tử dầm cú kể đến ảnh hƣởng của lực dọc trục và phần tử cọc nền cú kể đến ảnh hƣởng của cặp tƣơng hỗ giữa chuyển vị xoay và chuyờn vị ngang của chõn đế.
Ghộp nối với chương trỡnh phõn tớch kết cấu
Để ghộp nối cỏc module tớnh toỏn cho cỏc phần tử dầm cải biờn vào chƣơng trỡnh phõn tớch kết cấu cú sẵn, chỳng tụi đó chọn chƣơng trỡnh SAP4 làm gốc. Vỡ chƣơng trỡnh này cú phần nguồn kốm theo.
Hỡnh 3.6 Sơ đồ khối chƣơng trỡnh DIAGANA phục vụ cho phõn tớch và tớnh toỏn kết cấu
SỐ LIỆU VÀO
Số liệu điều khiển Số liệu mụ hỡnh Số liệu tảitrọng Tải tĩnh Tải động tiền định Phổ súng Phần tử Nỳt Vật liệu SỐ LIỆU VÀO Mễ HèNH HOẤ kết cấu thƣợng tầng múng Pt dầm cổ điển Pt dầm với vết nứt Pt dầm liờn kết mềm Pt dầm với pt cải biờn*
Pt nền cải biờn ……….. Thiết lập cỏc ma trận [K]&[M] Tải trọng phõn về nỳt
Giải bài toỏn trị riờng -Tần số riờng -Vộc tơ riờng Tải tiền định Phổ tải trọng Cỏc tổ hợp tải trọng với Htk theo cỏc hƣớng súng tại cỏc pha súng nhất định Phõn tớch tĩnh với cỏc tổ hợp tải trọng để tỡm tổ hợp bất lợi Tớch phõn trực tiếp Phõn tớch động bằng phƣơng phỏp chồng mode
Chƣơng trỡnh DIAGANA là phần mềm đƣợc thiết lập và phỏt triển tại Viện Cơ học dựng để phõn tớch kết cấu. Chƣơng trỡnh đƣợc xõy dựng trờn cơ sở cỏc module cú sẵn của SAP4 và cỏc module mới lập nhƣ cỏc mụ hỡnh dầm cải biờn (đƣợc xõy dựng trong chƣơng 2). Chƣơng trỡnh này đó cải thiện đƣợc những hạn chế về mặt tin học của SAP4, tuõn thủ đỳng quy trỡnh chung của phƣơng phỏp phần tử hữu hạn và những lợi thế của SAP4. Sơ đồ về quy trỡnh tớnh toỏn của chƣơng trỡnh DIAGANA đƣợc thể hiện trong hỡnh 3.6. Mặc dự vẫn cũn một số việc phải tiến hành để hoàn thiện một chƣơng trỡnh phõn tớch kết cấu, chƣơng trỡnh này đó đƣợc cỏc tỏc giả tại Viện Cơ học ỏp dụng để tớnh toỏn, phõn tớch cỏc cụng trỡnh thực tế nhƣ cỏc giàn khoan biển đang làm việc tại mỏ Bạch Hổ, và cỏc cụng trỡnh biển khỏc.
3.5-2. Phần mềm tớnh toỏn tải trọng súng tỏc dụng lờn giàn tự nõng
Chƣơng trỡnh WF2000 là chƣơng trỡnh đƣợc thiết lập và phỏt triển tại Viện Cơ học dựng tớnh toỏn tải trọng súng tỏc động lờn cỏc giàn ngoài biển cú phần tử kớch thƣớc tƣơng đối nhỏ (D/<0,2). Chƣơng trỡnh gồm cỏc phần
Vào số liệu kết cấu và số liệu về súng dũng chảy.
Phần tớnh toỏn cỏc thành phần vận tốc và gia tốc hạt nƣớc tại những điểm cần tớnh tải trọng. Phần này cho phộp ngƣời dựng ỏp dụng cỏc lý thuyết súng khỏc nhau tuỳ thuộc vào số liệu về súng và mụi trƣờng đó cho.
Phần tớnh tải trọng tĩnh cho cỏc phần tử ngập nƣớc. Tớnh lực phõn bố trờn từng phần tử ngập nƣớc của kết cấu. Phõn bố tải trọng về cỏc nỳt của kết cấu nếu cần.
Phần tớnh tải trọng động, tớnh vận tốc trung bỡnh, rồi tớnh biờn độ lực tỏc động là hàm thời gian, khối lƣợng kốm, hệ số cản và độ lệch pha cho từng nỳt (hay từng mức ngang) của phần ngập nƣớc.
Đầu vào của chƣơng trỡnh gồm
Cỏc thụng số kết cấu nhƣ: toạ độ nỳt, kớch thƣớc hỡnh học của phần tử, cỏc thụng số về mức ngang.
Thụng số về chuyển động tƣơng đối của kết cấu so với nƣớc: vận tốc tƣơng đối của kết cấu.
Tham số về súng và mụi trƣờng biển: độ sõu nƣớc biển, chiều cao súng, chu kỳ súng, vận tốc dũng chảy, cỏc hệ số CD và CM, số trạng thỏi súng định toỏn - hƣớng súng và pha súng
Kết quả tớnh của chƣơng trỡnh gồm
Tải trọng tĩnh (chọn modun tớnh là Ery, Stosk5, Cnoidal) - Cƣờng độ tải trọng phõn bố phần tử, tải trọng quy về cỏc nỳt của kết cấu.
Tải trọng động (chọn modun tớnh Dynamic) - Biờn độ lực động là hàm thời gian; Khối lƣợng kốm của từng nỳt của kết cấu, hay quy đổi về mức ngang