Đang tải... (xem toàn văn)
I.NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG1.Tìm hiểu mô hình kết cấu dầm ttên nền phi tuyến khi chịu tải trọng là hệ dao động di động, mô hình nền động lực học.2.Tìm hiểu cơ sở lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn để giải bài toán này.3.Viết chương trình máy tính để phân tích ứng xử dầm của bài toán.Đánh giá kết quả và rút ra kết luận
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ MINH THI PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC DẦM TRÊN NỀN PHI TUYẾN CHỊU HỆ DAO ĐỘNG DI ĐỘNG CÓ XÉT ĐẾN KHỐI LƯỢNG NÊN Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Cơng Trình Dân Dụng Và Cơng Nghiệp Mã số ngành: 60 58 02 08 LUẬN VÃN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, 01-2019 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Trọng Phước Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP Hồ Chí Minh ngày tháng năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn Thạc sĩ gồm: Chủ tịch hội đồng Thành viên Thành viên Thư ký Thành viên Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA XÂY DỰNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HÀ MINH THI MSHV: 1670587 Ngày, tháng, năm sinh: 13/08/1993 Nơi sinh: Đồng Tháp Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Cơng Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp Mã số ngành: 60 58 02 08 I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích động lực học dầm phi tuyến chịu hệ dao động di động có xét đến khối lượng II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Tìm hiểu mơ hình kết cấu dầm ttên phi tuyến chịu tải trọng hệ dao động di động, mơ hình động lực học Tìm hiểu sở lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn để giải toán Viết chương trình máy tính để phân tích ứng xử dầm toán Đánh giá kết rút kết luận : 19/8/2018 III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03/12/2018 V.HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DÃN: PGS TS NGUYỄN TRỌNG PHƯỚC Tp HCM, ngày tháng năm 2019 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG NGÀNH PGS TS NGUYỄN TRỌNG PHƯỚC ♦ TRƯỞNG KHOA LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn đến Thầy PGS TS Nguyễn Trọng Phước, người hướng dẫn Luận văn thạc sĩ cho tơi Thầy tận tình hướng dẫn giúp đỡ suốt thời gian thực Luận văn; Thầy tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu tham khảo kiến thức quý giá giúp cho tơi có sở để thực Luận văn Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại học Bách Khoa TP HCM tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức quý giá cho suốt q trình học Sau cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến người thân Ương gia đình tơi, người tạo điều kiện thuận lợi tốt cho tôi, động viên cho hồn thành tốt q trình học tập Xin chân thành cảm ơn! Tp HCM, tháng 01 năm 2019 Học viên Hà Minh Thi TĨM TẮT Luận vãn phân tích động lực học dầm ttên phi tuyến chịu hệ dao động di động có xét đến khối lượng Dầm xét dầm theo lý thuyết Euler-Bemoulli có chiều dài hữu hạn, nhịp, rời rạc hóa phương pháp phần tử hữu hạn Mơ hình phi tuyến bậc ba với nhiều thông số như: hệ số tuyến tính, hệ số phi tuyến, hệ số lớp cắt, hệ số cản, khối lượng Trên sở phương trình lượng, thiết lập ma trận độ cứng phần tử, ma ừận khối lượng, ma ừận cản Véc-tơ tải phần tử thiết lập thông qua lực tương tác hệ dao động di động dầm bước thời gian Phương trình chuyển động chủ đạo toàn hệ giải phương pháp tích phân số Newmark ừên tồn miền thời gian Một chương trình máy tính viết ngơn ngữ lập trình MATLAB để phân tích ứng xử động dầm cách tìm giá ừị chuyển vị hệ số động dầm Ảnh hưởng khối lượng lên ứng xử dầm thông qua việc khảo sát thông số dầm, tải ừọng với giá ừị biến thiên, cung cấp nhìn rộng ứng xử vật lý dầm Những nhận xét, đánh giá từ kết thu đưa kết luận kiến nghị Các kết nghiên cứu Luận văn hy vọng tài liệu tham khảo hữu ích nhằm tiếp nối nghiên cứu ABSTRACT This thesis presents dynamic analysis of beam on nonlinear foundation to moving oscillator considering the mass of foundation The beam is assumed as Euler-Bernoulli beam theory with finite length, one span, discretized by finite element method The nonlinear foundation fully describes dynamic characteristic parameters including the Winkler linear and nonlinear elastic parameters, the Pasternak shear layer parameter, viscous damping and mass density of foundation Based on the energy equation, set the element stiffness matrix, the mass matrix, the damping matrix The load vector is established by the interaction force between the moving oscillator and the beam at each time step The govering equation of the whole system is solved by the Newmark integral method over time domain A computer program is written in the MATLAB programming language for analyzing the beam's dynamic behavior by finding the displacement value center of beam and the dynamic factor of the beam The affect of foundation mass on the behavior of the beams can be determined by examining the parameters of the beams, the foundation and of the moving oscillator whilst examining the variable values which provides an overview of the beam's behavior LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, ngoại trừ số liệu kết tham khảo từ cơng trình nghiên cứu ghi rõ Luận vãn Thì cơng việc tơi thực hướng dẫn thầy PGS TS Nguyễn Trọng Phước Các kết Luận văn thực xác, nhận xét khách quan, chương trình máy tính tự viết Tôi xin chịu trách nhiệm cơng việc thực Tp HCM, tháng 01 năm 2019 Học viên Hà Minh Thỉ DANH MỤC KÝ HIỆU A Diện tích mặt cắt ngang tiết diện b Bề rộng dầm cv Cản nhớt xe cf Cản nhớt D Độ cứng trụ E Mô-đun đàn hồi fc Lực tương tác dầm Ff Phản lực tổng thể đơn vị độ dài Ff Phản lực tuyến tính đơn vị độ dài Fnl Phản lực phi tuyến đơn vị độ dài Gia tốc trọng trường h Chiều cao tiết diện Hf Chiều sâu tính tốn lớp đàn hồi mơ hình động lực học I Moment qn tính k Độ cứng lò xo đàn hồi kj Thơng số độ cứng tuyến tính knl Thơng số độ cứng phi tuyến ks Thông số kv Độ cứng xe KỊ Ma trận độ cứng phần tử dầm lớp cắt V Chiều dài phần tử dầm L Chiều dài dầm m w Khối lượng bánh xe mf Khối lượng thu gọn Mv Khối lượng thân xe M Moment M; Ma trận khối lượng phần tử dầm Mị Ma trận khối lượng phần tử N‘(x) Hàm dạng chuyển vị phần tử qe Véc-tơ chuyển vị tổng thể phần tử dầm Véc-tơ vận tốc tổng thể phần tử dầm ( Véc-tơ gia tốc tổng thể phần tử dầm Qe Véc-tơ lực nút phần tử Q„c Véc-tơ lực suy rộng khơng bảo tồn T Động toàn hệ Tb Động dầm T Động f u Tổng phần tử Ub Thế dầm u f Thế V Vận tốc xe 1.4 Hình 4.35: Hệ sổ động, Cf-103 (Ns/m2) Hình 4.36: Hệ sổ động, Cf= lơ* (Ns/m2) Nhận xét: Chuyển vị dầm khơng giảm Cf tăng, đồng thòi chuyển vị dầm ứng với mồi giá trị Cf tăng thơng số khối lượng p tăng Vì độ cứng dầm lớn so với độ cứng nền, nên thông số Cf không ảnh hưởng đáng kể Thông số Cf ảnh hưởng đáng kể độ cứng dầm mềm, độ cứng cứng Hệ số động không thay đổi đáng kể c/biến thiên, hệ số động ứng với giá ttị Cf tăng thông số khối lượng p tăng Hệ số động có giá ưị nhỏ miền vận tốc nhỏ (0 —> 20 m/s), đạt giá ttị cực đại ttong miền vận tốc trung bình (30 —> 60 m/s), vận tốc tiếp tục tăng giá trị hệ số động giảm dầm Nguyên nhân tượng tương tự giải thích mục 4.3.2 4.3.6 Ảnh hưởng K đến chuyển vị dầm Mô hình tốn dầm Bernoulli đơn giản đàn nhớt phi tuyến, có xét đến ảnh hưởng khối lượng thể thông qua gia tăng thông số p Thông số Tcta cho biến thiên, thơng số khác tốn khơng thay đổi qui định mục 4.3.1 -o- _ Beta = o Beta = 0.25 —0— Beta = 0.75 l 'EL zx □ tí -t 0.1 0.2 0.3 I_ □ -o- □ OI •a-ữ no 0.4 0.5 X/L Hĩnh 4.37: Chuyển vị dầm, K= 0.75 Hình 4.38: Chuyển vị dầm, K = 0.9 0.7 0.8 0.9 Hình 4.39: Chuyên vị dâm, K = 1.5 -J I - o- Beta = ••••♦•■■■ Beta = 0.25 —A— Beta = 0.5 —o—Beta = 0.75 5Ị\ Ị\ V ” ® - a - -ộ_ _Q_ Q 10 20 30 40 _ - □- O 50 Van toc (m/s) 00 70 80 I Hĩnh 4.40: Hệ sổ động, K=o 75 90 100 12 Van toe (m/s) 'Beta = o - c Beta = 0.25 Beta = 0.5 ỉ *, / z ' / \ \ / / ĩ ĩ / > ý' > - >- _ > - Van toe (m/s) Hình 4.41: Hệ sổ động, K= I - o- Beta = -f Beta = 0.25 —A- Beta = 0.5 —o— Beta = 0.75 í 'í ỉỉ ;■ -Q 10 20 30 40 50 Van toe (m/s) I ! - CI- Bata = \ Bata = 0.25 ■■■■♦■■ Beta = 0.5 - \ -o- Bata = 0.75 \ í S-3-tíTỵ □- 60 70 80 90 100 t / H - Hình 4.42: Hệ sổ động, K = 1.5 3.5 2.5 w Q 1.5 0.5 123456789 Van toe (m/s) 10 Nhận xét: Chuyển vị dầm tăng /ctăng, đồng thời chuyển vị dầm ứng với giá trị /ctăng thông số khối lượng /7 tăng tổng thể hệ số động không thay đổi đáng kể AT biến thiên, hệ số động ứng vói giá trị /ctăng thông số khối lượng //tăng Hệ số động có giá ừị nhỏ ừong miền vận tốc nhỏ (0 —> 20 m/s), đạt giá ừị lớn ừong miền vận tốc trung bình (30 —> 60 m/s), vận tốc tiếp tục tăng giá trị hệ số động giảm dầm Nguyên nhân tượng tương tự giải thích mục 4.3.2 Ngoại trừ trường hợp p = 0, hệ số động ửong miền vận tốc nhỏ (0 —> 10 m/s) tăng đột biến Ta để ý thấy rằng, thông số K tăng hệ số động ừong miền vận tốc nhỏ (0 —> 10 m/s) tăng, giá trị //càng nhỏ hệ số động lớn Điều lý giải sau: K tăng tần số tải nhỏ, vận tốc nhỏ tần số tải nhỏ Khi khối lượng khơng kể đến, có giá trị nhỏ tần số tăng Sự giảm tăng tải làm cho tỷ số oýo)n —*■ trường hợp này, làm cho hệ số động tăng đột biến 4.3.7 Ảnh hưởng Y đến chuyển vị dầm Mơ hình toán dầm Bernoulli đơn giản đàn nhớt phi tuyến, có xét đến ảnh hưởng khối lượng thể thông qua gia tăng thông số p Thông số /ta 6 cho biến thiên, thơng số khác tốn khơng thay đổi qui định mục 4.3.1 x/L Hình 4.43: Chuyên vị dâm, ỵ= 0.25 x/L JJ Hình 4.44: Chuyên vị dâm, ỵ= 0.75 0.5 Hình 4.45: Chuyên vị dâm, ỵ= Hình 4.46: Hệ sổ động, ỵ= 0.25 Van toc (m/s) Hình 4.47: Hệ sổ động, ỵ= 0.75 0 10 20 30 40 50 60 70 Hình 4.48: Hệ sổ động, ỵ= 69 80 90 100 Ta để ý thấy rằng, thông số /càng tăng hệ số động ttong miền vận tốc nhỏ (0 —> 10 m/s) tăng, giá trị p nhỏ hệ số động lớn Và nguyên nhân tượng gần giống vói tượng mục 4.3.6 4.3.8 Ảnh hưởng gia tốc đến chuyển vị dầm Ở mục ta so sánh chuyển vị dầm hai toán, toán hệ dao động di động di chuyển với vận tốc số, toán hệ dao động di động nhanh dần Mô hình tốn dầm Bernoulli đom giản bỏ qua ảnh hưởng lực ngang ttên đàn nhớt phi tuyến, có xét đến ảnh hưởng khối lượng thể thông qua gia tăng thông số p Vận tốc gia tốc hai toán chọn cho tổng thời gian di chuyển dọc dầm nhau, thông số khác tốn khơng thay đổi qui định mục 4.3.1 pd □ N w D'a> / VA VC v"x fU / f □ -o Beta = o -A- Beta = 0.5 -0- Beta = 0.75 r 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 X/L Hĩnh 4.49: Chuyển vị dầm, a = (m/s2), vo = 10 (m/s) 0.2 -0.2 -0.4 E* £-0.6 > to -0.8 o -1 -1.2 -1.4 1.6 Hĩnh 4.50: Chuyển vị dầm, a = 40 (m/s2), Vo = (m/s) -o- Beta = Beta Beta==0.25 (J a —O—Beta = 0.75 “trwV 'í v\ \V □ J/ □X "l LZ 7/ □/ ứỈ b 0.1 0.2 0.3 0.4 Xn' ) 0.5 x/L 0.6 0.7 0.8 0.9 Hĩnh 4.51: Chuyển vị dầm, a = (m/s2), Vo = 20 (m/s) Hĩnh 4.52: Chuyển vị dầm, a = 160 (m/s2), vo = (m/s) Nhận xét: Cùng thời gian hết quảng đường, trường hợp hệ dao động di động di chuyển với vận tốc số cho kết chuyển vị dầm lớn trường hợp di chuyển nhanh dần Ảnh hưởng thông số khối lượng p cho trường hợp di chuyển nhanh dần giống trường hợp vận tốc số Khi thông số ptăng dần chuyển vị dầm tăng dần Khi gia tốc tăng chuyển vị dầm tăng theo, ảnh hưởng thông số pcũng 4.3.9 Ảnh hưởng số lượng hệ dao động di động đến chuyển vị dầm Và cuối cùng, ta khảo sát chuyển vị dầm tăng số lượng hệ dao động di động đồng thời so sánh số lượng hệ dao động di động khoảng cách hai hệ dao động khác Mơ hình tốn dầm Bernoulli đom giản đàn nhớt phi tuyến, có xét đến ảnh hưởng khối lượng thể thông qua gia tăng thông số Ị3 Các thông số khác tốn khơng thay đổi qui định mục 4.3.1 Hệ dao động di động bắt đầu vị trí dầm, ta khảo sát chuyển vị dầm tới hệ dao động di động cuối di chuyển hết chiều dài dầm J / r □V u % yr - a- Beta — Beta —A— Beta —o—Beta _ =0 = 0.25 = 0.5 = 0.75 0.1 0.2 ứ' 0.3 0.4 ị ỉ X7 □/ \ 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 X/L Hĩnh 4.53: Chuyển vị dầm với 10 hệ dao động, khoảng cách hệ = lm J 'v £> X/ '•nXrrKJ \ o