Tính toán công trình biển dạng khung chịu tải trọng sóng ngẫu nhiên

Nội dung bài báo trình bày áp dụng phương pháp Phần tử hữu hạn và lý thuyết dao động ngẫu nhiên để xác định chuyển vị nút của kết cấu, từ đó xác định được nội lực cũng như phản lực. Kết quả bài báo là thuật toán và chương trình viết bằng ngôn ngữ Mathcad, nội dung bài báo còn nêu kết quả tính toán chuyển vị công trình thực tế khi chịu tải trọng sóng ngẫu nhiên.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính toán công trình biển dạng khung chịu tải trọng sóng ngẫu nhiên THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Tính toán công trình biển dạng khung chịu tải trọng sóng ngẫu nhiên Calculation of offshore structure frame format under random wave loads Đào Văn Tuấn Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, dvtuan1963@gmail.com Tóm tắt Nội dung bài báo trình bày áp dụng phương pháp Phần tử hữu hạn và lý thuyết dao động ngẫu nhiên để xác định chuyển vị nút của kết cấu, từ đó xác định được nội lực cũng như phản lực. Kết quả bài báo là thuật toán và chương trình viết bằng ngôn ngữ Mathcad, nội dung bài báo còn nêu kết quả tính toán chuyển vị công trình thực tế khi chịu tải trọng sóng ngẫu nhiên. Từ khóa: Dao động ngẫu nhiên, tải trọng sóng, phổ sóng, phương pháp phần tử hữu hạn, tính toán công trình biển. Abstract This paper presents the application of finite element method and random oscillations theory to determine displacements of structure, from that determining the internal forces and reaction. The result of paper is the algorithm and program written Mathcad. The paper also indicates calculating results of actual displacement structure under random wave loads. Keywords: Random oscillations, wave load, wave spectrum, finite element method, Ofshore structures calculation. 1. Đặt vấn đề Việt Nam là đất nước có bờ biển dài trên 3000 km, thềm lục địa có giàu tài nguyên và đang được khai thác. Các công trình biển dạng khung hiện có tại Việt Nam là giàn khoan, nhà giàn, đèn biển,… Các kết cấu này đều chịu tải trọng của sóng biển. Chính vì vậy việc tính toán công trình biển dạng khung chịu tải trọng sóng tiền ngẫu nhiên là việc cần thiết. Các chương trình tính toán công trình biển dạng khung của nước ngoài đã có, tuy nhiên để có nó phải mất tiền, không rẻ. Trong nước cũng có nhiều đơn vị nghiên cứu tính toán Công trình biển dạng khung theo mô hình ngẫu nhiên, nhưng đều dựa trên phương pháp phổ, hạn chế của phương pháp này chỉ ứng dụng cho bài toán tuyến tính. Để giải quyết một cách tổng quát hiện nay trên thế giới đi theo mô phỏng theo thời gian thực hay còn gọi là thực nghiệm thống kê, ưu điểm của phương pháp này là có thể giải được cả bài toán phi tuyến. Nhằm từng bước tự chủ về công nghệ nội dung bài báo nêu cơ sở lý thuyết, hiện thực hóa bằng lập chương trình tính và tính toán thông qua ví dụ thực tiễn để minh họa. 2. Sóng ngẫu nhiên Theo lý thuyết sóng ngẫu nhiên: một mặt sóng phẳng ngẫu nhiên có thể phân tích thành tổng các sóng điều hòa với góc lệch pha ngẫu nhiên. Phương trình đường mặt sóng ngẫu nhiên xác định theo công thức: N η ( x , t) := (ai cos(ki x - ωi t + αi)) i=1 Trong đó: ai : biên độ; ki : số sóng;  i : góc lệch pha ngẫu nhiên. HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 251 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Để xác định được hàm  (x, t ) (đường mặt sóng ngẫu nhiên) cần xác định các đại lượng ai , ki và  i . Các đại lượng này được xác định từ phổ sóng cho trước. Các đại lượng động học của sóng ngẫu nhiên là tổng các đại lượng động học của các sóng thành phần (sóng điều hòa) và được xác định theo công thức: N  ai g k  u ( x , z , t) :=   i  cosh k  ( z + d )  cos( k  x - ω  t + α )  ω cosh ( ki d) i  i i i i=1  i  N  ai g k  v( x , z , t) :=   i  sinh k  ( z + d )  sin( k  x - ω  t + α )  ω cosh ( ki d ) i  i i i i=1  i  N  g k  ax( x , z , t) := a  i  cosh k  ( z + d )  sin( k  x - ω  t + α )  i cosh ( ki d ) i  i i i i=1   N g k  az( x , z , t) := - a  i  sinh k  ( z + d )  cos( k  x - ω  t + α )  cosh ( ki d ) i  i  i i i  ...