Mô phỏng sự lan truyền độ ẩm trong vật liệu gỗ bằng phương pháp sai phân hữu hạn

Bài viết áp dụng phương pháp sai phân hữu hạn để mô phỏng sự lan truyền ẩm một phương trong kết cấu gỗ, mô hình bằng phần mềm VBA. Mô hình đã được kiểm chứng sự chính xác bằng sự so sánh với phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn.

Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô phỏng sự lan truyền độ ẩm trong vật liệu gỗ bằng phương pháp sai phân hữu hạnTạp chí Khoa học công nghệ Giao thông vận tải Tập 11 - Số 2Mô phỏng sự lan truyền độ ẩm trong vật liệu gỗ bằngphương pháp sai phân hữu hạnModelisation of moisture diffusion in wood by finitedifference methodNguyễn Tuấn AnhNhóm nghiên cứu Khoa học công nghệ ứng dụng cho sự Phát triển bền vững (STASD), Trường Đại học Giaothông vận tải Thành phố Hồ Chí MinhEmail liên hệ: tuananh.nguyen@ut.edu.vnTóm tắt:Gỗ là loại vật liệu hút ẩm, độ ẩm đóng vai trò quan trọng đến độ bền và tuổi thọ của kết cấu gỗ. Dự báo sự lantruyền độ ẩm trong các kết cấu gỗ là hết sức cần thiết nhằm tránh ảnh hưởng đến khả năng chịu lực cũng nhưhạn chế sự xâm nhập của các yếu tố sinh học như nấm mốc, mối mọt gây hư hỏng kết cấu. Nhiều phương phápđược sử dụng để mô phỏng sự lan truyền độ ẩm trong kết cấu gỗ. Phương pháp sai phân hữu hạn là một phươngpháp thể hiện được sự ưu việt trong các bài toán truyền ẩm một hoặc hai chiều về thời gian xử lý nhưng vẫnđảm bảo tính chính xác. Bài báo áp dụng phương pháp sai phân hữu hạn để mô phỏng sự lan truyền ẩm mộtphương trong kết cấu gỗ, mô hình bằng phần mềm VBA. Mô hình đã được kiểm chứng sự chính xác bằng sựso sánh với phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn.Từ khóa: Sai phân hữu hạn; truyền ẩm; vật liệu gỗ; VBA.Abstract:Wood is a hygroscopic material, the service life and the durability of wooden structures is closely related tothe moisture content. Forecasting the moisture diffusion in wood structures is significant to avoid affecting thebearing capacity and limiting the biological attack such as mold, termites causing structural damage. Variousmethods are used to simulate the diffusion of moisture in wood structures. The finite difference method showsits superiority in 1 or 2-dimensional moisture diffusion modelisation in terms of processing time as well asaccuracy. The paper applies the finite difference method to simulate the unidirectional moisture diffusion inwood structures, modeled by VBA software. The finite difference model is verified by the comparison of theanalytical method and the finite element method.Keywords: Finite difference method; moisture diffusion; wood structures; VBA.1. Giới thiệu mw mt  m0 w  (1)Gỗ là một loại vật liệu xây dựng tự nhiên. Nhiều m0 m0tính chất cơ lý của gỗ phụ thuộc vào độ ẩm của Trong đó:nó [1][2]. Qua khảo sát 245 dầm gỗ nhịp lớn,  mw: Khối lượng nước (g);nhận thấy rằng hầu hết các hư hỏng đều bắt  m0: Khối lượng gỗ sấy khô (g);nguồn từ độ ẩm [3].  mt: Khối lượng tổng (g). Độ ẩm w (%) của gỗ được định nghĩa là tỉ số Độ ẩm tương đối là độ ẩm môi trường xunggiữa khối lượng nước và khối lượng gỗ đã sấy quanh, thường được ký hiệu là HR (%). Một khikhô của một mẫu thử gỗ: gỗ để ở một nhiệt độ và độ ẩm tương đối không đổi và đạt được trạng thái độ ẩm cân bằng weq. 90Nguyễn Tuấn AnhBắt đầu từ trạng thái đó, gỗ không hút ẩm cũng Với D là tăng sơ truyền ẩm theo 3 chiều.như không mất độ ẩm. Để mô tả sự truyền ẩm theo một phương, xét Sự lan truyền ẩm là hiện tượng nước trong gỗ một mẫu gỗ hình hộp A có chiều dài e, độ ẩm banđược dịch chuyển từ vùng gỗ có độ ẩm lớn đến đầu đồng nhất wini. Kể từ thời điểm t = 0, để haivùng có độ ẩm thấp hơn. Quá trình truyền ẩm có mặt thoáng tại một độ ẩm tương đối và nhiệt độthể định nghĩa thông qua định luật Fick[4], trong nhất định để mẫu A đạt độ ẩm cân bằng weq. Xétđiều kiện cân bằng nhiệt, định luật được viết dạng sự lan truyền ẩm một phương theo chiều dàitổng quát như sau: tương ứng với chiều dọc của mẫu, dòng ẩm w hướng theo trục x (hình 1).  D  w    w  (2) t Hình 1. Mô hình truyền ẩm theo chiều dọc của mẫu.Tính phi tuyến của bài toán được thể hiện ở hệ số w surf  weq (4)truyền ẩm của mẫu thay đổi theo độ ẩm. Định luậtFick được diễn giải theo sự truyền ẩm một chiều Ngược lại, nếu như xét đến sức kháng mặtnhư sau: ngoài, điều kiện biên trở thành [5]:   w 2  2 w  ...