Phân tích động lực học phi tuyến của vỏ thoải hai độ cong có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tác dụng của tải trọng khí động

Báo cáo trình bày thuật toán phần tử hữu hạn (PTHH) và kết quả phân tích động lực học phi tuyến của vỏ thoải có hai độ cong có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng TMD (tuned mass damper), chịu tác dụng của lực khí động theo mô hình Scanlan. Hệ phương trình vi phân phi tuyến mô tả dao động của hệ vỏ - TMD được các tác giả giải bằng cách kết hợp tích phân trực tiếp Newmark và lặp Newton-Raphson, lập trình tính trong môi trường Matlab.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích động lực học phi tuyến của vỏ thoải hai độ cong có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng chịu tác dụng của tải trọng khí độngCơ kỹ thuật & Kỹ thuật cơ khí động lực PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC PHI TUYẾN CỦA VỎ THOẢI HAI ĐỘ CONG CÓ GẮN THIẾT BỊ TIÊU TÁN NĂNG LƯỢNG CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG KHÍ ĐỘNG NGUYỄN THÁI CHUNG*, NGUYỄN TRANG MINH**, DƯƠNG THỊ NGỌC THU*** Tóm tắt: Báo cáo trình bày thuật toán phần tử hữu hạn (PTHH) và kết quả phân tích động lực học phi tuyến của vỏ thoải có hai độ cong có gắn thiết bị tiêu tán năng lượng TMD (tuned mass damper), chịu tác dụng của lực khí động theo mô hình Scanlan. Hệ phương trình vi phân phi tuyến mô tả dao động của hệ vỏ - TMD được các tác giả giải bằng cách kết hợp tích phân trực tiếp Newmark và lặp Newton-Raphson, lập trình tính trong môi trường Matlab. Một số kết quả khảo sát số cho thấy hiệu quả giảm dao động đối với vỏ của thiết bị TMD và ảnh hưởng của một số tham số TMD đến đáp ứng động của vỏ. Kết quả bài báo là cơ sở khoa học cho việc lựa chọn các tham số hợp lý của TMD nhằm giảm dao động và tăng khả năng ổn định cho các kết cấu dạng vỏ ứng dụng trong kỹ thuật, như kết cấu mái che trong ngành xây dựng, công trình hầm trú ẩn, các kết cấu khí cụ bay.Từ khóa: Vỏ, TMD, Lực khí động. 1. MỞ ĐẦU Đến nay, tính toán với vỏ có một độ cong đã được nhiều nghiên cứu công bố[1],[2],[3], còn đối với vỏ có hai độ cong đã được một số tác giả nghiên cứu bằng phươngpháp giải tích [4],[5],[6] thu được nhiều kết quả, còn nghiên cứu để giảm dao động cho cáckết cấu vỏ trong kỹ thuật là vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Nhằm định hướngứng dụng thiết bị TMD giảm dao động cho vỏ, bài báo thiết lập thuật toán, chương trìnhmáy tính phân tích động lực học phi tuyến của vỏ thoải hai độ cong có gắn TMD, chịu tácdụng của lực khí động. Kết quả nghiên cứu của bài báo là cơ sở khoa học góp phần lựachọn các tham số hợp lý cho thiết bị TMD, nhằm giảm dao động, nâng cao hiệu quả sửdụng cho vỏ chịu tác dụng của lực khí động ứng dụng trong các lĩnh vực kỹ thuật. 2. ĐẶT BÀI TOÁN, CÁC GIẢ THUYẾT Xét vỏ thoải vật liệu đẳng hướng, có hai độ cong, có gắn TMD theo phương pháp tuyến củavỏ, vỏ chịu tác dụng của tải trọng khí động sinh ra do dòng khí chuyển động (Hình 1). Hình 1. Mô hình bài toán. Bài toán được giải quyết trên cơ sở các giả thiết: Vỏ mỏng thỏa mãn giả thuyếtKrirchhoff – Love; vật liệu vỏ đàn hồi tuyến tính; chuyển vị của vỏ là bé.146 N.T.Chung, N.T.Minh, D.T.N.Thu, “Phân tích động lực học .... tải trọng khí động”.Nghiên cứu khoa học công nghệ 3. MÔ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN3.1. Mô hình phần tử hữu hạn của vỏ Rời rạc vỏ bởi các phần tử phẳng 4 nút, mỗi phần tử vỏ là tổ hợp của 2 loại: phần tửtấm 4 nút chịu kéo (nén), mỗi nút 2 bậc tự do (ui, vi) và phần tử tấm 4 nút chịu uốn,xoắn kết hợp, mỗi nút 4 bậc tự do (wi, xi, yi, zi) - hình 2 [1],[2],[3],[7]. z y 4 3 1 2 x Z b) PhÇn tö vá w4 w3 v4 v3  z4  y4  z3  y3 4 3 4 Y u4 u3 w1  x4 w2 3  x3 v1 v2  y1  y2  z1  z2 O X 1 u1 2 u2 1  x1 2  x2 a) M« h×nh PTHH cña vá c) PhÇn tö biÕn d¹ng ph¼ng d) PhÇn tö tÊm uèn, xo¾n Hình 2. Mô hình hóa vỏ bằng hữu hạn phần tử vỏ phẳng.3.2. Phần tử TMD Phần tử TMD gồm 2 nút I, J, được mô tả bởi tổ hợp 2 phần tử: đàn hồi và cản nhớt mắcsong song với nhau (Hình 3). Hình 3. Mô hình phần tử TMD. ...