Báo cáo mô hình cửa đập thủy điện bác ái có CODE ANSYS

Thành phần: - Bê tông là một loại đá nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời cát, đá, sỏi và chất kết dính thường là xi măng, nước và có thể thêm phụ gia.. Cấu trúc: - Bê tông có cấu t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬT

-o0o -

BÁO CÁO

THỰC TẬP CƠ KỸ THUẬT

Đề tài:

MÔ HÌNH HÓA CỬA XẢ NƯỚC ĐẬP THỦY ĐIỆN BÁC ÁI

TP.HCM, THÁNG 12 NĂM 2017

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬT

-o0o -

BÁO CÁO

THỰC TẬP CƠ KỸ THUẬT

Đề tài:

MÔ HÌNH HÓA CỬA XẢ NƯỚC ĐẬP THỦY ĐIỆN BÁC ÁI BẰNG PHẦN MỀM ANSYS

TP.HCM, THÁNG 12 NĂM 2017

Mục lục

I MÔ TẢI BÀI TOÁN 1

1 Lựa chọn phần tử: SOLID186 1

2 Thông số vật liệu 2

II MÔ HÌNH BÀI TOÁN 2

III ĐIỀU KIỆN BIÊN-TẢI TRỌNG 4

1 Điều kiện biên 4

2 Tải trọng 4

IV.PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 6

1 Kết quả mô phỏng 6

2 Tính bền theo thuyết bền Mohr (thuyết bền thứ 5) 8

Phụ lục 1 9

Tổng quan về vật liệu bê tông: 9

Phụ lục 2 13

CODE 13

Tài liệu tham khảo 16

1

1 Lựa chọn phần tử: SOLID186

Để mô tả bê tông trong phần mềm ANSYS có nhiều dạng phần tử có thể sử dụng, trong bài toán này sử dụng dạng phần tử SOLID186 : phần tử 3D gồm 20 nút, 3 bậc tự do nút x,y,z; thích hợp để mô phỏng các lưới phi tuyến từ sản phẩm của các phần mềm CAD/CAM (KEYOPT(3)=0, the default, hexahedron shape and curved surfaces)

Hình 1: SOLID186 Homogeneous Structural Solid Geometry

(Hexahedron quadratic-20 nodes)

2

2 Thông số vật liệu

Bảng 1: Cường độ tính toán của bê tông Cấp độ bền B20 *

(Mác tương đương M250)

*TCXDVN 356:2005

Hình 1: Cửa đập nhà máy thủy điện Bác Ái (nguồn: VnExpress)

3

Tạo các point, ghép các point để tạo thành các line, tạo các volumn từ k-point và line tương ứng

Hình 2: Mô hình cửa thoát nước được xây dựng bằng phần mềm ANSYS

Hình 3: Chia lưới mô hình

4

III ĐIỀU KIỆN BIÊN-TẢI TRỌNG

1 Điều kiện biên

Đây là công trình rất lớn, được xây dựng cố định trên mặt đất Ta ngàm toàn bộ mặt đáy của công trình

Hình 4 Đặt điều kiện biên

2 Tải trọng

- Tải trọng phân bố đều trên tấm nắp: 110 kN/m2

- Áp lực nước lên thành đập ( lực phân bố tuyến tính)

5 Hình 5 Tải trọng phân bố trên tấm nắp

Hình 6 Áp lực nước lên thành đập

6

IV.PHÂN TÍCH KẾT QUẢ

1 Kết quả mô phỏng

Hình 7+8: Kết quả trường chuyển vị (đơn vị: m)

7

Hình 9 Ứng suất chính thứ nhất 2

(kN m/ )

Hình 10: Ứng suất chính thứ 3 2

(kN m/ )

8

2 Tính bền theo thuyết bền Mohr (thuyết bền thứ 5)

Bê tông là vật liệu bền nên ta tính bền theo thuyết bền Mohr:

 

   

k

k n





  (*)

1 906.305(kN m/ ); 3 163.895(kN m/ )

 

0.9

11.5

k

k n





Vậy hệ thỏa bền

9

Phụ lục 1

Tổng quan về vật liệu bê tông:

1 Thành phần:

- Bê tông là một loại đá nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá, sỏi)

và chất kết dính (thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia

- Vật liệu rời còn gọi là cốt liệu, cốt liệu có 2 loại bé và lớn Loại bé là cát có kích thước (1-5)mm, loại lớn là sỏi hoặc đá dăm có kích thước (5-40)mm

- Chất kết dính là xi măng trộn với nước hoặc các chất dẻo khác

- Phụ gia nhằm cải thiện một số tính chất của bê tông trong lúc thi công cũng như trong quá trình sử dụng

2 Cấu trúc:

- Bê tông có cấu trúc không đồng nhất vì hình dáng, kích thước cốt liệu khác nhau, sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính không thật đồng đều, trong bê tông vẫn còn lại một ít nước thừa và những lỗ rỗng li ti (do nước thừa bốc hơi)

- Quá trình khô cứng của bê tông là quá trình thủy hóa của xi măng, quá trình thay đổi lượng nước cân bằng, sự giảm keo nhớt, sự tăng mạng tinh thể của

đá xi măng Các quá trình này làm cho bê tông trở thành vật liệu vừa có tính đàn hồi vừa có tính dẻo

3 Phân loại:

- Theo cấu trúc: bê tông đặc chắc, bê tông có lỗ rỗng (dùng ít cát), bê tông tổ ong, bê tông xốp

- Theo dung lượng: bê tông nặng ( = 2200 ÷ 2500 𝑘𝑔/𝑚3); bê tông nặng cốt liệu bé ( = 1800 ÷ 2200 𝑘𝑔/𝑚3); bê tông nhẹ ( < 1800 𝑘𝑔/𝑚3); bê tông đặc biệt nặng (  > 2500 𝑘𝑔/𝑚3)

- Theo chất kết dính: bê tông xi măng, bê tông nhựa, bê tông chất dẻo, bê tông thạch cao, bê tông xỉ, bê tông sillicat

- Theo phạm vi sử dụng: bê tông làm kết cấu chịu lực, bê tông chịu nóng, bê tông cách nhiệt, bê tông chống xâm thực v.v…

- Theo thành phần hạt: bê tông thông thường, bê tông cốt liệu bé, bê tông chèn

đá hộc

10

4 Biến dạng của bê tông:

Biến dạng của bê tông xảy ra khá phức tạp gồm biến dạng ban đầu do co ngót, biến dạng do tải trọng gây ra (biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo), sự tăng biến dạng theo thời gian

- Biến dạng do co ngót:

Co ngót là hiện tượng bê tông giảm thể tích khi khô cứng trong không khí Hiện tượng co ngót liên quan đến quá trình thủy hóa xi măng, đến sự bốc hơi lượng hơi nước thừa khi bê tông khô cứng Co ngót xảy ra chủ yếu trong giai đoạn khô cứng đầu tiên của bê tông Trong điều kiện bình thường, sau vài năm thì biến dạng tỉ đối do co ngót có thể đạt đến (3÷5)10−4

Sự co của mạng tinh thể bị cốt liệu cản trở gây ra ứng suất kéo ban đầu trong đá xi măng Sự co không đều trong khối bê tông hoặc co ngót bị ngăn trở làm phát sinh ứng suất kéo và có thể làm bê tông bị nứt

- Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn:

Làm thí nghiệm nén với mẫu hình trụ có chiều dài là l, diện tích tiết diện A Tác dụng lên mẫu lực nén P, đo được độ co ngắn Δ Tính được biến dạng tỉ đối 𝜀𝑏 = Δ/𝑙 và ứng suất 𝜎𝑏 = 𝑃/𝐴 Với mỗi giá trị của lực P có được một cặp giá trị 𝜀𝑏, 𝜎𝑏và có được một điểm B của đồ thị Thay đổi (tăng dần) lực nén P có được đồ thị quan hệ giữa 𝜀𝑏 và 𝜎𝑏 Kết quả thực nghiệm cho thấy đồ thị là một đường cong OBC Điểm C ứng với lúc mẫu bị phá hoại, lúc này 𝜎𝑏 = 𝑅𝑙𝑡 là cường độ của mẫu thử hình trụ và 𝜀𝑏 đạt đến biến dạng cực hạn của bê tông là 𝜀𝑏∗.

Khi gia tải đến một mức độ nào đó (P, Δ) rồi giảm tải, mẫu sẽ khôi phục lại biến dạng nhưng không đạt đến kích thước ban đầu mà bị hụt một lượng

Δ1 Phần biến dạng hồi phục được Δ1 là biến dạng đàn hồi, phần Δ2 không phục hồi được là biến dạng dẻo Tương ứng có biến dạng tỉ đối đàn hồi 𝜀𝑒𝑙 =

Δ1/𝑙 và biến dạng dẻo 𝜀𝑝𝑙 = Δ2/𝑙

11

Hình 1’ Đồ thị ứng suất – biến dạng của bê tông

- Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn – từ biến:

Từ biến là hiện tượng biến dạng tăng theo thời gian

Thí nghiệm nén mẫu với lực P có biến dạng ban đầu là Δ Giữ cho lực

P tác dụng trong thời gian lâu dài thì biến dạng còn tăng thêm một lượng Δ𝑐

Ký hiệu 𝜀𝑒 = Δ𝑐/𝑙 và gọi là biến dạng từ biến, được thể hiện bằng đoạn BC trên đồ thị:

Hình 2’: Đồ thị biểu diễn từ biến của bê tông Hình a thể hiện sự tăng biến dạng khi σb không đổi, tác dụng lâu dài Hình b thể hiện sự tăng biến dạng theo thời gian t

12

Khi ứng suất 𝜎𝑏 tương đối bé (chưa vượt quá 0.7R) thì từ biến là có giới hạn, đường cong BC ở hình b có tiệm cận nằm ngang

Khi 𝜎𝑏 khá lớn (𝜎𝑏 > 0.85R) thì từ biến phát triển không ngừng và dẫn đến mẫu thử bị phá hoại Đó là sự giảm cường độ của bê tông khi tải trọng tác dụng lâu dài

- Biến dạng nhiệt:

Đây là biến dạng thể tích khi nhiệt độ thay đổi, phụ thuộc vào hệ số nở

vì nhiệt của bê tông 𝛼𝑡 Hệ số này phụ thuộc vào loại xi măng, cốt liệu, trạng thái ẩm của bê tông và bằng khoảng (0.7 ÷ 1.5)10−5/độ Thông thường khi nhiệt độ thay đổi trong khoảng 0 ÷ 100𝑜C lấy 𝛼𝑡 = 10−5 để tính toán

13

Phụ lục 2

CODE

/clear,start

/prep7

k,1,0,0,-0.9

k,2,16,0,-0.9

k,3,16,0,-0.3

k,4,17.9,0,-0.3

k,5,17.9,0,-0.9

k,6,19.1,0,-0.9

k,7,19.1,0,0

k,8,19.1,0,-8.6

k,9,19.1,0,-7.7

k,10,17.9,0,-7.7

k,11,17.9,0,-8.3

k,12,16,0,-8.3

k,13,16,0,-7.7

k,14,11.8,0,-7.7

k,15,0,0,-5.7

k,16,0,0,-7.2

k,17,11.8,0,-9.5

k,18,16,0,-9.5

k,19,16,0,-8.9

k,20,17.9,0,-8.9

k,21,17.9,0,-9.5

k,22,19.1,0,-9.5

k,23,20,0,-17.2

k,24,19.1,0,-16.3

k,25,17.9,0,-16.3

k,26,17.9,0,-16.9

k,27,16,0,-16.9

k,28,16,0,-16.3

k,29,11.8,0,-16.3

k,30,0,0,-12.2

k,31,0,0,-13.8

k,32,11.5,0,-17.8

k,33,20,0,-17.8

k,34,19.1,0,-17.2

k,35,0,0,0.9

k,36,16,0,0.9

k,37,16,0,0.3

k,38,17.9,0,0.3

k,39,17.9,0,0.9

k,40,19.1,0,0.9

k,41,19.1,0,0 k,42,19.1,0,8.6 k,43,19.1,0,7.7 k,44,17.9,0,7.7 k,45,17.9,0,8.3 k,46,16,0,8.3 k,47,16,0,7.7 k,48,11.8,0,7.7 k,49,0,0,5.7 k,50,0,0,7.2 k,51,11.8,0,9.5 k,52,16,0,9.5 k,53,16,0,8.9 k,54,17.9,0,8.9 k,55,17.9,0,9.5 k,56,19.1,0,9.5 k,57,20,0,17.2 k,58,19.1,0,16.3 k,59,17.9,0,16.3 k,60,17.9,0,16.9 k,61,16,0,16.9 k,62,16,0,16.3 k,63,11.8,0,16.3 k,64,0,0,12.2 k,65,0,0,13.8 k,66,11.5,0,17.8 k,67,20,0,17.8 k,68,19.1,0,17.2 k,69,20,0,-8.6 k,70,20,0,0 k,71,20,0,8.6

*do,j,1,5

lstr,j,j+1

*enddo

*do,j,9,21

lstr,j,j+1

*enddo

*do,j,24,32

lstr,j,j+1

*enddo

14

*do,j,35,39

lstr,j,j+1

*enddo

*do,j,43,55

lstr,j,j+1

*enddo

*do,j,58,66

lstr,j,j+1

*enddo

lstr,1,35

lstr,33,23

lstr,67,57

lstr,1,15

lstr,16,30

lstr,35,49

lstr,50,64

larc,23,24,34,0.9

larc,22,69,8,0.9

larc,69,9,8,0.9

larc,6,70,7,0.9

larc,57,58,68,0.9

larc,56,71,42,0.9

larc,71,43,42,0.9

larc,70,40,7,0.9

a,65,66,67,33,32,31

asbl,1,all

aglue,all

lsel,s,loc,z,-13.8,-12.2

lsel,a,loc,z,-7.2,-5.7

lsel,a,loc,z,-0.9,0.9

lsel,a,loc,z,5,7,7.2

lsel,a,loc,z,12.2,13.8

lsel,r,loc,x,0

asll,r

vext,all,,,0,19.1,0

allsel

asel,s,loc,y,0 vext,all,,,0,-1.5,0 allsel

vglue,all k,300,0,7.5,50 k,301,11.8,7.5,50 k,302,14,7.7,50 k,303,16,8.3,50 k,304,16,19.1,50 k,305,15.3,19.1,50 k,306,14,10,50 k,307,8.7,9,50 k,308,0,9,50 a,300,301,302,303,304,305,306,307,308 asel,s,loc,z,50

vext,all,,,0,0,-100 allsel

vovlap,all asel,s,loc,z,50 asel,a,loc,z,-50 vsla,r

vdele,all,,,1 allsel asel,s,loc,x,0 asel,r,loc,y,11.5,19.1 vsla,r

vdele,all,,,1 allsel vglue,all ksel,s,loc,y,19.1 ksel,r,loc,x,15.3 ksel,r,loc,z,16.3 lslk,r

lsel,u,loc,y,19.1 lgen,2,all,,,0,0,-3.4 lsel,r,loc,z,12.9 lgen,4,all,,,0,0,-8.6 cm,duongcat,line allsel

15

lsel,s,loc,x,15.3

lsel,r,loc,y,19.1

asll,r

asel,u,loc,y,19.1

cm,matcat,area

allsel

asbl,matcat,duongcat

allsel

et,1,solid186

mp,ex,1,2.7e7

mp,prxy,1,0.2

mp,dens,1,2.5

esize,1

mshape,1,3d

mshkey,0

vmesh,all

finish

/solu

acel,0,9.81,0

nsel,s,loc,y,-1.5

d,all,all

allsel

lsel,s,loc,x,8.7

lsel,r,loc,y,9

asll,r

nsla,r,1

sf,all,pres,110

allsel

lsel,s,loc,x,15.3 lsel,r,loc,y,19.1 asll,r

asel,u,loc,y,19.1 nsla,r,1

sfgrad,pres,,y,19.1,(0-28.56)/10.1 sf,all,pres,

allsel solve /post1 lcdef,1,1 lcwrite,10,tinh finish

16

Tài liệu tham khảo

[1] Giáo trình Sức bền vật liệu, Đỗ Kiến Quốc, NXB Đại học Quốc Gia TP

HCM, 2016

[2] Giáo trình Kết cấu bê tông 1 (Cấu kiện cơ bản) Bộ môn Công trình, Khoa

Kỹ thuật Xây dựng, ĐH Bách Khoa TP HCM

[3]

https://www.sharcnet.ca/Software/Ansys/16.2.3/en-us/help/ans_elem/Hlp_E_SOLID186.html

[4] https://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BB%87_s%E1%BB%91_Poisson [5] https://phamvana.files.wordpress.com/2012/06/4-bg-betong-co-so-2011-phuluc.pdf

[6] http://thaodocongtrinh.vn/tin-tuc/199-trong-luong-rieng-cua-vat-lieu-xay-dung.html