4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
3.4. Trường hợp 3: ∆ Z= 8.0m
3.4.1. Mô hình hóa kết cấu cửa van
- Các cao trình tính toán: + Cao trình đỉnh van: +2.82 + Cao trình đáy van: -11.30 + Cao trình gối bản lề: -3.30 + Tọa độ gối bản lề: O(12,0,8.0)
+ Tọa độ điểm treo C của tai van: C(6.04,0,11.86)
+ Tọa độ điểm treo xy lanh thủy lực trên trụ pin: F(18.2,0,15.58)
Hình 3.17.Kết cấu van trường hợp ∆Z = 8.0m
3.4.2. Phân tích kết cấu van cung theo bài toán không gian
3.4.2.1. Trường hợp 3a: Cửa van nằm trên ngưỡng
- Hiển thị chuyển vị: Chuyển vị tại một số điểm ở bản mặt van ứng với tổ hợp tải trọng TH1 cho ở bảng 3.21. Chuyển vị ngang lớn nhất tại nút 761 có U1 = 0.079057m.
Bảng 3.21 - Chuyển vị tại một số nút ở bản mặt van
TABLE: Joint Displacements
Joint OutputCase U1 U2 U3 R1 R2 R3
Text Text m m m Radians Radians Radians
761 th1 0.079057 6.934E-15 -0.010497 5.449E-16 0.004167 2.188E-15
762 th1 0.059765 5.565E-15 -0.005557 1.017E-15 -0.000235 -1.434E-15
763 th1 0.060178 4.513E-15 -0.005701 4.091E-15 0.002414 -9.368E-15
764 th1 0.061907 3.985E-15 -0.006207 -8.215E-15 0.003785 -8.901E-15
- Lực dọc và mô men uốn trong càng van: Lực dọc P và mômen uốn M3 càng van cho ở bảng 3.22. Lực dọc lớn nhất P=-3137.06kN và mômen uốn lớn nhất M2= -1411.16kNm
Bảng 3.22 - Lực dọc và mô men uốn trong càng van
TABLE: Element Forces - Frames
Frame Station OutputCase P V2 V3 T M2 M3
Text m Text KN KN KN KN-m KN-m KN-m 113 0 th1 -3137.06 -34.11 -271.75 108.27 -1411.16 -120.08 113 4.01382 th1 -3130.35 -11.38 -271.75 108.27 -320.41 -28.78 113 8.02763 th1 -3123.65 11.36 -271.75 108.27 770.34 -28.75 114 0 th1 -2178.57 -44.69 -261.53 -75.42 -1402.00 -145.84 114 4.09481 th1 -2184.79 -21.32 -261.53 -75.42 -331.09 -10.70 114 8.18963 th1 -2191.02 2.05 -261.53 -75.42 739.82 28.75
- Lực dọc và mômen uốn trong giàn chính: Lực dọc lớn nhất ở phần tử 1406 dầm chính dưới có P=3083.69kN và mômen uốn tương ứng M2=654.79kNm và M3=43.32kNm. Lực dọc trong thanh cánh hạ giàn chính trên lớn nhất bằng P=2160.41kN và mô men tương ứng M2=743.04kNm.
Bảng 3.23 - Nội lực trong một số phần tử giàn chính trên và dưới
TABLE: Element Forces - Frames
Giàn chính Frame P V2 V3 T M2 M3 Text KN KN KN KN-m KN-m KN-m Trên TXGC 1381 -695.58 -5.06 7.46 -2.45 38.12 -5.70 CHGC 1397 2160.41 5.26 108.58 -1.67 743.04 24.90 Dưới TXGC 1389 -550.97 -2.42 6.75 1.21 35.37 -1.65 CHGC 1406 3083.69 10.86 76.82 -5.28 654.79 43.32
- Trọng lượng van: G=3158,18kN cho ở bảng 3.24. Vị trí trọng tâm van cách gối bản lề theo phương ngang 1 đoạn g=10.03m.
Bảng 3.24 - Phản lực liên kết tại các gối tựa
TABLE: Joint Reactions
Joint OutputCase F1 F2 F3 M1 M2 M3 Text Text KN KN KN KN-m KN-m KN-m 351 DEAD 3.407E-10 -22.953 -224.64 71.0418 0 73.9089 1303 DEAD 1.858E-10 22.953 -224.64 -71.0418 0 -73.9089 366 DEAD 0 0 1803.73 0 0 0 838 DEAD 0 0 1803.73 0 0 0 G (KN) = 3158.18 g (m) = 10.03
3.4.2.2. Trường hợp 3b: Cửa van bắt đầu rời khỏi ngưỡng
- Gán áp lực nước, lực ma sát FS, FTvà điều kiện liên kết tại gối bản lề và xi lanh thủy lực. Cho chạy chương trình, ta có kết quả tính toán các phản lực liên kết tại các gối tựa, phản lực liên kết đơn tại xy lanh thủy lực chính là lực kéo van. Nhưng mômen ma sát FT lại phụ thuộc vào phản lực liên kết tại gối bản lề, mà phản lực này lại chưa biết, nên cần phải tiến hành giải lặp.
- Bước lặp 1: Gán FT=0 vào hai gối bản lề, cho chạy chương trình và xuất kết quả tính toán phản lực liên kết ứng với tổ hợp tải trọng TH2 (cửa van bắt đầu rời khỏi ngưỡng) sang bảng tính Excel như ở bảng 3.25. Thực hiên các phép tính R* và FTtrong bảng Excel này.
Bảng 3.25 - Phản lực gối bản lề (bước lặp 1)
TABLE: Joint Reactions
Joint OutputCase F1 F2 F3 M1 M2 M3
Text Text KN KN KN KN-m KN-m KN-m
351 th2 -32034.14 3322.82 -10527.55 -85.81 0.00 -8962.87 1303 th2 -32034.14 -3322.82 -10527.55 85.81 0.00 8962.87
R* = 33719.66 Ft = 1615.60
Sau khi có Rx = F1, Rz = F3, H* = F2 ở bước lặp 1, tính R* và thay vào công thức (4-1) tính mômen cản do ma sát trượt sinh ra ở gối bản lề chuẩn bị cho bước lặp 2 có FT=1615.60kNm, gán FT này vào mô hình thực hiện bước lặp thứ 2, cho chạy chương trình kết quả cho ở bảng 3.26.
Bảng 3.26- Phản lực gối bản lề (bước lặp 2)
TABLE: Joint Reactions
Joint OutputCase F1 F2 F3 M1 M2 M3
Text Text KN KN KN KN-m KN-m KN-m
351 th2 -32034.14 3322.82 -10527.55 -85.81 0.00 -8962.87 1303 th2 -32034.14 -3322.82 -10527.55 85.81 0.00 8962.87
R* = 33719.66 Ft = 1615.60
Kết quả tính toán sau 2 bước lặp cho thấy chỉ cần 2 bước lặp ta có kết quả đủ độ chính xác yêu cầu.
- Phản lực liên kết tại nút C là lực kéo xy lanh thủy lực, T=2894.61kN.
Bảng 3.27 -Phản lực liên kết tại nút C
TABLE: Joint Reactions
Joint OutputCase CaseType F1 F2 F3 M1 M2 M3
Text Text Text KN KN KN KN-m KN-m KN-m
1405 th2 Combination 0 0 -2894.61 0 0 0
- Cánh tay đòn lực kéo van phụ thuộc vào vị trí gối bản lề (O), vị trí bệ treo xy lanh (F) trên trụ pin, điểm treo xy lanh (C) ở cửa van. Vậy số liệu tính toán gồm có tọa độ các điểm O, E, F và góc mở cửa ϕ. Kết quả tính toán cánh tay đòn lực kéo van và hành trình của xy lanh thủy lực cho ở bảng 3.28
Bảng 3.28 - Xác định hành trình của xy lanh thủy lực
1) Số liệu tính toán Ký hiệu Công thức tính Số liệu
Góc mở tùy chọn ϕ(độ/radian) 80
Tọa độ gối bản lề O Xo(m) 12
Zo(m) 8
Tọa độ điểm treo xy lanh C Xc(m) 6.04
Zc(m) 11.86
Tọa độ bệ treo xy lanh F XF(m) 18.2
ZF(m) 15.58
2) Tên các đại lượng Kết quả
Chiều dài đoạn OC OC(m) OC=SQRT(XCO^2+ZC0^2) 7.10 Chiều dài đoạn OF OF(m) OF=SQRT(XFO^2+ZF0^2) 9.79 Chiều dài đoạn FC CF(m) CF=SQRT(XFC^2+ZFC^2) 12.72
Góc θ
Góc(OC,Ox) θ1=atan(Zco/Xoc) 0.57 32.95 Góc(CF,Ox) θ2=atan(ZFC/XFC) 0.30 17.02
θ(rad/độ) θ=θ1+θ2 0.87 49.96
Cánh tay đòn lực kéo van khi
Góc OC và cánh tay đòn ρ αο α=90ο −θο 40.04 Tọa độ điểm treo xy lanh C*
Xc*(m) 14.77
Zc*(m) 14.54
Chiều dài đoạn OC* OC*(m) OC*=SQRT(XC*O^2+ZC*0^2) 7.10 Chiều dài đoạn FC* FC*(m) FC*=SQRT(XC*O^2+ZC*0^2) 3.58
Góc θ∗
Góc(OC*,Ox) θ1*=atan(ZC*O/XC*O) 1.17 67.08 Góc(C*F,Ox) θ2∗=atan(ZFc*/XFc*) 0.29 16.88
θ∗(rad/độ) θ∗=θ1−θ2 0.88 50.20 Cánh tay đòn lực kéo van
ρ∗ khi mở hoàn toàn ρ∗
(m) ρ=OC*sinθ 5.45
Góc OC* và cánh tay đòn ρ∗ α∗ο α∗=90ο −θ∗ο 39.80
Hành trình xy lanh thủy lực S(m) S=FC-FC* 9.13
Cánh tay đòn trọng lượng bản
thân van khi mở hoàn toàn g*(m) g*=gcosϕ 1.75 Lực kéo van khi mở hoàn toàn T*(KN) T*=Gg*/ρ∗ 1012.42
3.5. Tổng hợp kết quả tính toán và vẽ đường quan hệ giữa vị trí gối bản lề và lực kéo van, cũng như nội lực và chuyển vị của một số bộ phận