4.3. Phân tích, so sánh sự tương tác của sóng xung kích với chướng ngại từ thử nghiệm thực tế với các phương pháp tính toán khác nhau
4.3.2. So sánh phương pháp tính toán theo phần mềm ANSYS-
a. Kết quả mô phỏng thí nghiệm theo phần mềm ANSYS-AUTODYN ANSYS là phần mềm thương mại do công ty phần mềm ANSYS Inc (Hoa Kỳ) phát triển, dựa trên phân tích phần tử hữu hạn (Finite Element Analysis-FEA) để mô phỏng ứng xử của một hệ vật lý khi chịu tác động của các loại tải trọng khác nhau. Phần mềm ANSYS đƣợc sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới để giải quyết các bài toán thiết kế, mô phỏng tối ƣu kết cấu và các quá trình truyền nhiệt, dòng chảy, điện/tĩnh điện, điện từ… và tương tác giữa các môi trường hay các hệ vật lý. Chính vì thế nên phần mềm ANSYS đã trở thành một công cụ mô phỏng rất hữu hiệu trong các lĩnh vực nhƣ công
nghiệp vũ khí, công nghiệp vũ trụ và hàng không, công nghiệp ô tô, y sinh, xây dựng và cầu đường… ANSYS sử dụng phương pháp PTHH để phân tích các bài toán vật lý - cơ học, chuyển các phương trình vi phân, phương trình đạo hàm riêng từ dạng giải tích về dạng số, sử dụng phương pháp rời rạc hóa và gần đúng để giải. Nhờ ứng dụng phương pháp PTHH, các bài toán kỹ thuật đƣợc mô hình hóa và mô phỏng toán học, cho phép lý giải trạng thái bên trong của vật thể, nhƣ thực, khi chịu một tác động bên ngoài [22], [23],[24].
Trong ANSYS WORKBENCH có nhiều thành phần:
Electric(ANSYS); Explicit Dynamics(ANSYS); Fluid Flow(CFX);
Fluid Flow(CFD); HamonicResponse(ANSYS); Linear Bluckling(ANSYS);
Magnetostatic(ANSYS); Modal(ANSYS); Response Spectrum(ANSYS);
shape optimization(ANSYS); Static Structural(ANSYS); Steady-State Thermal(ANSYS); Thermal-Electric(ANSYS); Transient Structural(ANSYS);
Transient Structural(MDB); Transient Thermal(ANSYS).
Các thành phần trên giải quyết rất nhiều bài toán kỹ thuât nhƣ điện, từ trường, nhiệt, nhiệt điện, quang phổ, dòng chảy, khí, kết cấu tĩnh và động, các bài toán tối ƣu…
Ngoài ra còn có các bộ công cụ khác để giải các bài toán riêng rẽ và cũng có thể liên kết với các bài toán trên nhƣ AUTODYN, CFX, Explicit Dynamics(LS-DYNA), Finite Element Modeler, Fluent, Mechanical APDL...
Trong đó, bộ công cụ ANSYS AUTODYN, ANSYS/LS-DYNA thường được ứng dụng để giải quyết các vấn đề kết cấu có độ phi tuyến cao nhƣ bài toán động lực học biến dạng lớn nhƣ biến dạng do nổ, nổ tạo hình, va chạm tốc độ cao, hay trong gia công áp lực… Bộ xử lý có sẵn trong AUTODYN nhìn chung áp dụng hướng tiếp cận sai phân hữu hạn/khối lượng hữu hạn, gồm các bộ xử lý [22], [23],[24]:
Bộ xử lý Lagrange để mô hình hóa các kết cấu và môi trường liên tục của chất rắn.
Các bộ xử lý Euler để mô hình hóa chất lỏng, khí và sự biến dạng lớn.
Các bộ xử lý này gồm các cơ chế chính xác bậc nhất và bậc hai.
Bộ xử lý ALE (Tùy ý lagrange Euler) cho mô hình dòng đặc biệt.
Bộ xử lý shell để mô hình hóa các phần tử kết cấu móng.
Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) thủy động lực học hạt trơn.
Trong nghiên cứu này, tác giả chỉ tập trung vào mô phỏng mô hình tương tác giữa sóng nổ và tấm bê tông như đã có trong thí nghiệm 3 và 4.
Từ các bố trí thí nghiệm như trình bày ở trên, tác giả nghiên cứu trường hợp sóng nổ tác dụng lên tấm bê tông có đặt đầu đo ở chính giữa, lƣợng nổ và kích thước tấm bê tông trong mô phỏng như thí nghiệm 3.
Các đầu đo được đặt tương ứng với các điểm khảo sát trên bề mặt trong chương trình UNDEXLOAD. Trong đó đầu đo 1 được đặt chính giữa tấm để so sánh với thí nghiệm. Mô hình tương tác giữa tấm bê tông có gắn các đầu đo và lượng nổ đặt trong môi trường nước được thể hiện như hình 4.41:
Hình 4.41 Mô hình tương tác giữa lượng nổ với tấm bê tông có gắn đầu đo trong môi trường nước
Tương tác giữa sóng nổ và tấm bê tông được thể hiện theo hình 4.42:
Hình 4.42 Mô hình tương tác giữa lượng nổ và tấm bê tông dưới nước
Kết quả tương tác giữa sóng nổ và tấm theo các đầu đo trên bề mặt tại thời điểm bắt đầu tương tác được thể hiện theo bảng 4.8.
Bảng 4.14 Kết quả áp suất tại các đầu đo trên bề mặt mô hình chướng ngại
Đầu đo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Pmax (KPa) 3433 3433 3433 3433 3433 3433 3433 3433 3433 3433
Áp suất thu được tại đầu đo 1 khi sóng nổ tương tác với tấm bê tông được thể hiện theo hình 4.43.
Hình 4.43 Tương tác của sóng nổ với tấm tại đầu đo 1 Áp suất tại đầu đo chính giữa tấm bê tông từ khi sóng đến trong khoảng 0,0001 s thể hiện theo bảng 4.15.
Bảng 4.15. Giá trị áp suất tại điểm đo giữa tấm theo thời gian
Thời gian (s) Pmax theo AUTODYN (KPa)
0,00000 3433
0,00001 3219
0,00002 2840
0,00003 2681
0,00004 2774
0,00005 2830
0,00006 2497
0,00007 2091
0,00008 1754
0,00009 1764
0,00010 1999
Đồ thị phân bố áp suất tại điểm chính giữa tấm bê tông tính theo phần mềm Autodyn đƣợc thể hiện theo hình 4.44.
Hình 4.44 Phân bố áp suất tại điểm giữa tấm bê tông b. So sánh giữa thử nghiệm và tính toán
So sánh kết quả thí nghiệm tại Trường Sa (hàm p1(t)) với kết quả tính toán theo phần AUTODYN đƣợc thể hiện theo hình 4.45.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
0 0.00002 0.00004 0.00006 0.00008 0.0001
Pmax (KPa)
Thoi gian (s) Ap suat theo thoi gian tai diem giua tam
Theo Autodyn
Hình 4.45 Kết quả phân bố áp lực tại một điểm theo thí nghiệm và phần mềm AUTODYN
Bảng 4.16. Kết quả và sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm hàm sóng p1(t)
Thời gian
Số liệu TN (1)
Số liệu
AUTODYN (3) Sai số
0,00000 3062 3433 12,1
0,00001 2874,4 3219 11,99
0,00002 2686,8 2840 5,7
0,00003 2499,2 2681 7,27
0,00004 2311,6 2774 20,00
0,00005 2124 2830 33,24
0,00006 1750 2497 42,68
0,00007 1300 2091 60,84
0,00008 780 1754 124,87
0,00009 300 1764 488
0,00010 0 1999 không xét
Nhận xét: Phần lớn quãng thời gian tương tác giữa sóng nổ và chướng ngại dựa theo kết quả thử nghiệm (1) và theo phần mềm AUTODYN (3) là chấp nhận đƣợc, cụ thể xét đến hết giá trị 0,00007s; 0,00008s thì sai số lần lƣợt là 24,23%; 35,4%.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
0.00000 0.00002 0.00004 0.00006 0.00008 0.00010
Pmax (KPa)
Thoi gian (s) Theo TN tai Truong Sa Theo AUTODYN