Nghiên cứu tính toán tần số dao động riêng công trình biển dạng khung bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Việc giải bài toán động lực học công trình biển dạng khung thực chất là tính toán dao động khung không gian chịu tải trọng của sóng biển. Phương pháp thường dùng hiện nay là phân tích dạng dao động, trong đó xác định tần số dao động riêng của công trình là cần thiết. Nội dung bài báo trình bày thuật toán xác định tần số dao động riêng của khung không gian bằng phương pháp Phần tử Hữu hạn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tính toán tần số dao động riêng công trình biển dạng khung bằng phương pháp phần tử hữu hạn CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 Công thức 5 (theo Kriebel) nếu được khảo sát tính toán thêm cho một số tuyến luồng khác nhau có thể xem xét nghiên cứu bổ sung cho tiêu chuẩn (22 TCN 222 – 95). TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] (2005), 22 TCN 222-95 - Tải trọng tác động (do sóng và do tàu) lên công trình thủy. [2] Trần Minh Quang (2006), Công trình biển, NXB Giao thông Vận tải. [3] D.L. Kriebel, W Seelig, and C Judge (2003), Developement of a unified description of ship generated waves,Proceedings of the PIANC Passing Vessel Workshop Portland, Oregon. [4] Suraya Binti Ab Razak (2008), Propagation of ship included wave on to the Tanjung Piai coastline, Master thesis, Faculty of Civil Engineering, Universiti Teknologi Malaysia. [5] R. M Sorensen (1997), Prediction of vessel-generated waves with reference to vessels common to the upper Mississippi river system, Người phản biện: TS. Phạm Văn Trung NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN TẦN SỐ DAO ĐỘNG RIÊNG CÔNG TRÌNH BIỂN DẠNG KHUNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN COMPUTATIONAL RESEARCH OF SEPARATE OSCILLATION FREQUENCY SEA CONSTRUCTION FRAME TYPE BY FINITE ELEMENT METHOD PGS. TS. ĐÀO VĂN TUẤN Khoa Công trình, Trường ĐHHH Việt Nam ThS. PHAN THANH NGHỊ UBND tỉnh Quảng Ninh Tóm tắt Việc giải bài toán động lực học công trình biển dạng khung thực chất là tính toán dao động khung không gian chịu tải trọng của sóng biển. Phương pháp thường dùng hiện nay là phân tích dạng dao động, trong đó xác định tần số dao động riêng của công trình là cần thiêt. Nội dung bài báo trình bày thuật toán xác định tần số dao động riêng của khung không gian bằng phương pháp Phần tử Hữu hạn. Abstract Solve the dynamics of the frame deformation is essentially computational framework fluctuating load space of ocean waves. Common method is to analyze the current mode of vibration, which defines the oscillation frequency of particular works is necessary. Contents of the paper presents the algorithm determines the frequency of oscillation own space frame with Finite Element Methods. 1. Đặt vấn đề Công trình biển dạng khung chịu tải trọng động của sóng biển, việc giải bài toán động lực học yêu cầu cần xác định tần số dao động riêng của công trình để có thể phân tích dao động của công trình thành các dạng dao động riêng biệt, từ đó biểu diễn phương trình dao động thành các phương trình độc lập. Dựa vào bài toán dao động một bậc tự đo đã có lời giải được xác định sẵn suy ra nghiệm của hệ phương trình dao động của kết cấu. Chính vì vậy việc xác định tần số dao động riêng và các véc tơ riêng là khấu mấu chốt trong việc giải bài toán động lực học công trình. 2. Phương trình dao động hệ n bậc tự do Với hệ n bậc tự do phương trình dao động có dạng:            M u  C u  K u  F (1) Trong đó: M  - Ma trận khối lượng; K - Ma trận độ cứng; C  - Ma trận cản nhớt: C  aM   bK  , a, b là các hệ số; 54 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014  CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 F - Véc tơ tải trọng nút; u- Véc tơ chuyển vị nút. Phương trình này được giải bằng phương pháp phân tích dạng dao động: thực chất là biến đổi hệ (1) thành n phương trình độc lập:  xHi  a  bpi2 xHi 2   pi2 xHi  qHi (2) p i - Tần số dao động riêng của công trình; Dựa vào lời giải của bài toán 1 bậc tự do để có được n nghiệm, sau đó tổng hợp thành các nghiệm của hệ (1). Chính vì vậy để giải được hệ (1) cần xác định các tần số dao động riêng của công trình. 3. Phần tử khung không gian Xét một phần tử khung không gian trong phương pháp Phần tử Hữu hạn u8 x y u7 u 12 u 10 u2 u9 u1 u4 u 11 u6 u3 z u5 Hình 1. Phần tử khung không gian Khi đó tại mỗi nút sẽ có 6 chuyển vị: 3 chuyển vị thẳng, 3 chuyển vị xoay. Như vậy phần tử có 12 bậc tự do. Dựa vào các chuyển vị trên ta thấy phần tử khung không gian là tổng hợp của các trạng thái làm việc sau: kéo nén dọc trục, xoắn, uốn trong mặt phẳng xy, uốn trong mặt phẳng xz. Có thể viết như sau: PT khung không gian = PT dọc trục + PT khung xy + PT khung xz+ PT xoắn       Chính vì vậy các đại lượng K e , M e , C e , F e của phần tử khung không gian sẽ được thành lập từ các đại lượng tương ứng của thanh làm việc ở các trạng thái: kéo nén dọc trục, xoắn, uốn trong mặt phẳng xy, uốn trong mặt phẳng xz. 4. Ma trận độ cứng khung không gian Theo phương pháp Phần tử Hữu hạn ma trận độ cứng của thanh làm việc ở trạng thái thành phần có công thức như sa ...