Sử dụng ansys để mô phỏng khí động lực học của tiết diện cầu sử dụng thanh điều khiển

ĐẶT VẤN ĐỀ Đối tượng nghiên cứu ở đây là sử dụng phần mềm tính toán ANSYS để nghiên cứu sự ảnh hưởng của gió lên cầu cáp treo khi có và không có thanh điều khiển.. Việc dùng phần mềm chi

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

SỬ DỤNG ANSYS ĐỂ MÔ PHỎNG KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA TIẾT DIỆN CẦU SỬ DỤNG

THANH ĐIỀU KHIỂN

Tp Hồ Chí Minh, 11/2009

S 0 9

S KC 0 0 3 8 3 8

KHOA : CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY NGÀNH : CƠ TIN KỸ THUẬT - -

LỜI CẢM ƠN

Nhà trường đã tạo điều kiện để chúng em có thể làm quen với thực tế trong việc thực hiện nghiên cứu đề tài, giúp chúng em có thêm nhiều kinh nghiệm để thực hiện đồ án tốt nghiệp sau này,

em xim chân thành cảm ơn:

- Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo, phòng Quản lý Khoa học & Quan hệ Quốc tế, Thư viện trường và Khoa Xây Dựng & Cơ Học ứng Dụng, cùng toàn thể quý Thầy Cô đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho chúng em

- Gửi lời tri ân đến thầy Phan Đức Huynh đã hướng dẫn, giúp đỡ chúng em tận tình chúng em trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài

- Sau cùng chúng em chân thành cảm ơn gia đình và các bạn đã giúp đỡ hoàn thành nghiên cứu đề tài

Sinh viên thực hiện

………

………

Tp.HCM, ngày … tháng … năm 2012

Giáo viên hướng dẫn

TS Phan Đức Huynh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Sự bố trí thêm các thanh điều khiển này có tác dụng thay dòng khí qua tiết diện, làm giảm lực gió tác dụng lên tiết diện.

Cầu Millau ở Pháp

Cầu Cần Thơ ở Việt Nam

Mục lục

Lời cảm ơn 1

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 2

Tên đề tài 3

Tóm tắt đề tài

Mục lục 4

Phần 1 ĐẶT VẤN ĐỀ I Đối tượng nghiên cứu 6

II Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 6

III Những vấn đề còn tồn tại 6

Phần 2 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I Mục đích nghiên cứu 7

II Phương pháp nghiên cứu 7

III Nội dung nghiên cứu 7

1 Cơ sở lý thuyết 7

1.1.Giới thiệu phương pháp CFD (Computational Fluid Dynamics) 7

1.2.Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn 10

2 Giới thiệu sơ lược về 2 phần mềm dụng để tính toán 11

2.1.Giới thiệu sơ lược phần mềm Gambit 11

2.2.Giới thiệu sơ lược phần mềm Ansys 11

3 Quá trình thực hiện trong phần mềm 13

3.1 Khi cầu không có thanh điều khiển 13

3.1.1 Thao tác thực hiện trong phần mềm Gambit 13

3.1.1.1.Trường hợp góc nghiêng mặt cắt ngang của cầu là 0o 13

3.1.1.2.Trường hợp góc nghiêng mặt cắt ngang của cầu là 2 o 18

3.1.2 Tính toán trong phần mềm Ansys 21 3.1.2.1.Trường hợp góc nghiêng mặt cắt ngang của cầu là 0 o 21

3.1.2.2.Trường hợp góc nghiêng mặt cắt ngang của cầu là 2 o 26

3.2 Khi cầu có thanh điều khiển 32

3.2.1 Thao tác thực hiện trong phần mềm Gambit 32

3.2.1.1.Khi thanh điều khiển nghiêng góc 30 o 32

3.2.1.2.Khi thanh điều khiển nghiêng góc 45 o 35

3.2.1.3.Khi thanh điều khiển nghiêng góc 60 o 38

3.2.2 Tính toán trong phần mềm Ansys 41

3.2.2.1.Khi thanh điều khiển nghiêng góc 30 o 41

3.2.2.2.Khi thanh điều khiển nghiêng góc 45 o 44

3.2.2.3.Khi thanh điều khiển nghiêng góc 60 o 48

3.3 So sánh đồ thị khi có và không có thanh điều khiển 51

3.3.1 Khi không có thanh điều khiển và khi thanh điều khiển nghiêng 30 o 51

3.3.2 Khi không có thanh điều khiển và khi thanh điều khiển nghiêng 45 o 52

3.3.3 Khi không có thanh điều khiển và khi thanh điều khiển nghiêng 60 o 53

3.3.4 Khi thanh điều khiển nghiêng 30 o và nghiêng 45 o 4

3.3.5 Khi thanh điều khiển nghiêng 30 o và nghiêng 60 o 55 3.3.6 Khi thanh điều khiển nghiêng 45 o và nghiêng 60 o 56

4 Nhận xét kết quả đạt được 57 PHẦN 3 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

I Kết luận 58

II Đề nghị 58 Tài liệu tham khảo 59

PHẦN 1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Đối tượng nghiên cứu ở đây là sử dụng phần mềm tính toán ANSYS để nghiên cứu sự ảnh hưởng của gió lên cầu cáp treo khi có và không có thanh điều khiển

 Cầu Severn được xây dựng bằng cách sử dụng dầm hộp được sếp thành từng lớp và đạt được

sự ổn định đối với lực gió trong khoảng thời gian dài

 Cầu Akashi Kaikyo được thiết kế với độ ổn định theo chiều dọc trog nhịp trung tâm nằm dọc theo đường tâm của dầm cứng loại giàn nhằm cải thiện sự ổn định khí động lực học

 Đối với những cây cầu treo có nhịp chính dài hang cây số, thì phương pháp điều khiển kiểm soát nhằm đạt được sự ổn định khí động lực học đã được nghiên cứu (Dung, et al 1996, Miyata 1994)

 Các nghiên cứu về điều khiển khí động lực học bằng cách sử dụng những tấm điều khiển winglets và flaps được đề xuất và phát triển (Kobayashi, et al 1992, 1996, 1998, 2001 và 2005)

III Những vấn đề còn tồn tại

Ở đây ta chỉ xét thanh điều khiển ở 1 vị trí cố định nên ta chỉ nhận xét khí động lực học của cầu tại 1 tiết diện cắt ngang, ta chưa xét thanh điều khiển được đặt dọc cầu và việc đặt các thanh đó như thế nào cho hợp lý

Việc dùng phần mềm chia lưới Gambit còn nhiều hạn chế do việc điều chỉnh lưới chia sao cho thật hoàn hảo là rất khó, do trong tương lai ta có thể áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong việc tính toán khí động lực học của cầu cho ta kết quả chính xác hơn

PHẦN 2 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Tìm ra sự ảnh hưởng của gió đến cầu cáp treo khi có thanh điều khiển và khi không có thanh điều khiển

Sử dụng phần mềm tính toán Ansys và phần mềm chia lưới chuyên dụng để mô phỏng và tính toán sự tác động của gió đến cầu cáp treo khi có thanh điều khiển và khi không có thanh điều khiển

1 Cơ sở lý thuyết

1.1 Giới thiệu phương pháp CFD (Computational Fluid Dynamics)

Các nhà khoa học ngày xưa khi nghiên cứu chuyển động của dòng chảy sông, sóng biển, gió bão, không khí… phải kết hơp giữa việc tính tay, thực nghiệm và các phương pháp giải tích, lý, hóa, sự truyền nhiệt…Khi chưa có máy tính thì việc tính toán một vấn đề phức tạp rất lâu, có những bài toán đã chiếm hàng chục năm trong đời nhà khoa học Hay những bài toán thiết kế được tiến hành rất công phu trên giấy, sau đó mang ra thực nghiệm, nếu thực nghiệm thất bại, phải tiến hành tính toán lại được lặp lại hang chục có thể là hàng trăm lần

để đưa ra sản phẩm hữu dụng cho nhu cầu cuộc sống Ví dụ như việc thiết kế ra một dòng máy bay phải mất hang chục năm, quá trình đó rất lâu dài và tốn kém.Thực nghiệm thiết

kế là điều bắt buộc, kiểm nghiệm lý thuyết, đánh giá kết quả tính toán và kết luận quá trình tính toán.Tuy nhiên quá trình thực nghiệm rất tốn kém, với máy bay có thể lên đến hàng

triệu USD hoặc hơn cho mỗi lần

Quá trình nghiên cứu khoa học, thiết kế với giấy và bút

Sản phẩm chưa ứng dụng CFD

Từ khi xuất hiện máy tính kéo theo sự phát triển của ngành công nghệ thông tin Như một

sự nhảy vọt trong lịch sử tính toán của loài người Rồi đến sự ra đời và phát triển của phương pháp CFD Đã làm cho việc tính toán, thiết kế được giả quyết nhanh chóng, chính xác và ít tốn kém hơn rất nhiều

Đối tượng làm việc của CFD: CFD xâm nhập vào những nơi có sự dịch chuyển của chất lỏng, sự thay đổi về nhiệt độ, khối lượng, nơi mà lưu chất chuyển động phức tạp như dòng chuyển động qua cánh máy bay, dòng không khí qua một cây cầu, dòng lưu chất chuyển đông trong ống phun …

Bằng máy tính CFD dự đoán những thay đổi khối lượng, thể tích… Khi dòng chuyển động, cho ra những kết quả tính toán phức tạp với kết quả chính xác phụ thuộc vào điều liện biên

mà người sử dụng áp đặt vào nó Đó là những kết quả mà việc tính tay rất khó có thể thực hiện

Quá trình nghiên cứu khoa học,thiết kế với máy tính và CFD

Cho ra sản phẩm hữu dụng phức tạp hơn(máy bayF-22USA sản phẩm đỉnh cao ứng dụng CFD)

CFD dùng máy tính để giải những phương trình toán học trên nền tảng của khoa học:

 Người dùng đặt vấn đề

 Kiến thức khoa học biểu thị qua kết quả toán học

 Phần cứng thi hành các tính toán do phần mềm viết ra

 Người dùng kiểm tra rồi phân tích các kết quả của chúng

Công nghệ CFD được áp dụng để nghiên cứu lĩnh vực thủy-khí động lực học rất sớm, và tên gọi CFD cũng bắt nguồn từ đây Lĩnh vực thuộc ngành thủy khí động lực học sử dụng các phương pháp CFD được phát triển sớm, nhanh, rộng rãi, ngày càng nhanh và đạt nhiều thành tự vô cùng to lớn — Cơ học chất lưu và thủy-khí động lựchọc tính toán

(CFD – Computational Fluid Dynamics), hay thường gọi ngắn gọn là khí động lực học tính

toán hoặc đơn giản hơn là tính toán khí động

Một số thành tựu mà phương pháp CFD mang lại :

Công nhiệp hàng không vũ trụ

Tuy vậy độ tin cậy của CFD không đạt 100 %, do điều kiện biên áp đặt, sự khác biệt với

thực tế và những sai sót chủ quan của người sử dụng

Phương pháp CFD dựa trên nền tảng của rất nhiều các phương pháp khác: Phương pháp

rời rạc, Phương pháp khối lượng hữu hạn, Phương pháp phần tử hữu hạn, …

1.2.Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn

Phần mềm ANSYS nói riêng và rất nhiều phần mềm kỹ thuật khác như SAP 2000, SAMCEF,

STAAD III, MEANS, FEAP … Đều được viết dựa trên các khái niệm và cơ sở tính toán của

phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn là 1 phương pháp rất tổng quát và hữu hiệu cho lời giải số nhiều

lớp trong các bài toán kỹ thuật Từ việc phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng trong kết cấu

cơ khí, các chi tiết ô tô, máy bay, tàu thủy, khung nhà cao tầng, dầm cầu ,… đến những bài

toán của lý thuyết trường như: Lý thuyết truyền nhiệt, cơ học chất lỏng, thủy đàn hồi, điện- từ

trường…Với sự trợ giúp của ngành công nghệ thông tin và hệ thống CAD, nhiều kết cấu phức

tạp đã được tính toán và thiết kế chi tiết một cách dễ dàng

Phương pháp phần tử hữu hạn là một phương pháp số dùng để giải các bài toán cơ học, đặc

biệt có hiệu quả để tìm dạng gần đúng của một hàm chưa biết trong miền xác định V của

nó Tuy nhiên phương pháp phần tử hữu hạn không tìm dạng xấp xỉ của hàm cần tìm trên toàn

miền V mà chỉ trong từng miền con 𝑽𝒆(phần tử) thuộc miền xác định V Do đó phương pháp

này rất thích hợp với hàng loạt bài toán vật lý và kỹ thuật trong đó hàm cần tìm được xác định

trên những miền phức tạp gồm những miền nhỏ có đặc tính hình học, vật lý khác nhau, chịu

những điều kiện biên khác nhau Phương pháp ra đời từ trực quan phân tích kết cấu, rồi được

phát biểu một cách chặt chẽ và tổng quát như một phương pháp biến phân hay phương pháp

dư có trọng số nhưng được xấp xỉ trên mỗi phần tử

Công nghiệp chế tạo ô tô (Ferrari dùng Ansys để tối ưu hóa tiện nghi về nhiệt)

Tư tưởng của phương pháp phần tử hữu hạn là rời rạc hóa cấu trúc một số những điểm hữu hạn (nút phần tử) được đinh nghĩa trong cấu trúc Cấu trúc được xem như là sự kết nối từ những cấu trúc con (những phần tử) trên các đường biên của chúng

Trong phương pháp phần tử hữu hạn miền V được chia thành một số hữu hạn các miền con,

gọi là phần tử, các phần tử này được kết nối với nhau tại các điểm định trước trên biên phần tử liền nhau nhưng không liên kết hoàn toàn với nhau trên khắp từng mặt biên của chúng, gọi là nút Trường chuyển vị, biến dạng, ứng suất được xác định trong từng miền con Mỗi miền con được gọi là một phần tử hữu hạn Dạng phần tử có thể là thanh, thanh dầm, tấm, vỏ, khối Trong phạm vi mỗi phần tử đại lượng cần tìm được lấy xấp xỉ trong dạng một hàm đơn được gọi là hàm xấp xỉ (approximation function) Và các hàm xấp xỉ này dược biểu diễn qua các giá trị của hàm (và có khi cả giá trị đạo hàm của hàm đó) tại các điểm nút trên phần tử Các giá trị này được gọi là các bậc tự do của phần tử

Tùy theo ý nghĩa vật lý của hàm xấp xỉ, người ta có thể phân tích bài toán theo 3 loại mô hình sau :

 Mô hình tương thích

 Mô hình cân bằng

 Mô hình hỗn hợp

2 Giới thiệu sơ lược về 2 phần mềm dụng để tính toán

2.1 Giới thiệu sơ lược phần mềm chia lưới Gambit

GAMBIT là phần mềm CAD có khả năng chia lưới rất mạnh bằng nhiều cách: lưới tam

giác Delauney, lưới tứ diện, lục giác, lưới không cấu trúc…bằng công cụ TGrid Ngoài ra,

sau khi chia lưới, việc làm sạch lưới với giải thuật Laplace, Equipotential cũng được áp

dụng

Có 2 loại lưới: lưới có cấu trúc và lưới không có cấu trúc

 Lưới có cấu trúc dùng dạng: quad/hex

 Lưới không có cấu trúc: dùng các dạng còn lại

Các dạng lưới:

2.2 Giới thiệu sơ lược phần mềm tính toán Ansys

Những năm gần đây,nhờ sự phát triển của công nghệ tính toán cùng với sự phát triển của máy tính điện tử, đã thiết lập và dần dần hoàn thiện các phần mềm công nghiệp, sử dụng

để giải các bài toán cơ học vật rắn, cơ học thủy khí, các bài toán động, bài toán phi tuyến

và tuyến tính, các bài toán về trường điện từ, bài toán tương tác đa trường vật lý ANSYS

là một phần mềm mạnh được phát triển và ứng dụng rộng rãi trên thế giới, có thể đáp ứng các yêu cầu nói trên của cơ học Trong tính toán thiết kế cơ khí, phần mềm ANSYS có thể liên kết với các phần mềm thiết kế mô hình hình học 2D và 3D để phân tích trường ứng suất, biến dạng, trường nhiệt độ, tốc độ dòng chảy, có thể xác định được độ mòn, mỏi và phá hủy của chi tiết Nhờ việc xác định đó, có thể tìm các thông số tối ưu cho công nghệ chế tạo ANSYS còn cung cấp phương pháp giải các bài toán cơ với nhiều dạng mô hình vật liệu khác nhau như: đàn hồi tuyến tính, đàn hồi phi tuyến, độ dẻo, độ nhớt, dẻo nhớt, chảy dẻo,vật liệu siêu đàn hồi, siêu dẻo, các chất lỏng và chất khí …

ANSYS ( Analysis System) là một gói phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (Finite Element Analysis ,FEA) hoàn chỉnh dủng để mô phỏng, tính toán, thiết kế công nghiệp và đang được sử dụng trên thế giới trong hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật: kết cấu, nhiệt, dòng chảy, điện, điện từ, tương tác giữa các môi trường, giữa các hệ vật lý

Trong hệ thống tính toán đa năng của ANSYS, bài toán cơ kỹ thuật được giải quyết bằng phương pháp phần tử hữu hạn lấy chuyển vị làm gốc

Cấu trúc cơ bản một bài toán trong ANSYS gốm 3 phần chính: Tạo mô hình tính (preprocessor), tính toán (solution), xử lý kết quả (postprocessor)

Ngoài 3 bước chính trên, quá trình phân tích bài toán trong ANSYS còn phải kể đến quá trình chuẩn bị (preferences) chính là quá trình định hướng cho bài toán tính trong quá trình này ta cần định hướng xem bài toán sắp giải cần kiểu phân tích nào (kết cấu, nhiệt độ, điện từ ), mô hình hóa như thế nào (đối xứng trục hay đối xứng quay, hay mô hình 3 chiều đầy đủ ), dùng kiểu phần tử nào (Beam , Shelll.Plate…)

Hiểu được các bước phân tính này trong ANSYS sẽ giúp ta dễ dàng hơn trong việc tính toán.Vấn đề đặt ra là làm thế nào để thể hiện ý tưởng trong ANSYS

Một vài hình ảnh khác minh họa về khả năng tính toán của ANSYS FLUENT :

Tác động gió lên máy bay Tác động gió lên nhà cao tầng

Tác động của gió lên cầu Dòng nước chảy qua cột

Tác động không khí lên tàu vũ trụ Xem xét ứng sử của nhiệt độ

3 Quá trình thực hiện trong phần mềm

3.1 Khi cầu không có thanh điều khiển

3.1.1 Thao tác thực hiện trong phần mềm Gambit

3.1.1.1 Trường hợp góc nghiêng mặt cắt ngang của cầu là 0 ̊

Các kích thước mặt cắt ngang của cầu treo khi không có tấm phẳng điều khiển

Tạo mô hình mặt cắt ngang cầu cáp treo với kích thước như trên và một miền không gian bao quanh bên ngoài

Tạo các tọa độ điểm tỉ lệ mặt cắt ngang cầu treo trong gambit :

Khởi động phần mềm GAMBIT, trong Operation → Geometry→Vertex →Apply.Tại

đây ta sẽ tạo được những tọa độ điểm mà khi nối lại sẽ hình thành bề mặt cắt ngang của cầu

Những điểm sau khi tạo được:

Kết hợp những tọa độ điểm để tạo mô hình :

Operation →Geometry →Edge Trong Vertices chọn AB, trong Label chọn AB, sau đó Apply

Tiếp tục làm như vậy cho CD, EF, FA, MN, NP, PQ và QM Ta sẽ tạo được hình mặt cắt ngang của cầu và bề mặt bao quanh

Nhắp chuột phải vào Face chọn Subtract để có thể trừ mặt biên dạng cầu bên trong (vì ta cần chia lưới trên bề mặt cầu).Trong Face chọn Rect và Subtract Faces chọn airfoil

Tiến hành chia nút trên các cạnh :

Operation → Mesh → Edges.Trong Spacing chọn Interval count (chia khoảng các nút bằng

Tương tự như vậy ta sẽ có bảng hiển thị số lượng nút trên các cạnh

Sau khi chọn xong mô hình sẽ được chia nhỏnhư bên dưới

(hình phía trên là hình phóng to ở tâm.)

Operation Mesh Group, trong Volume chọn Edges và trong ô Edges chọn NP đặt tên

là FF1 trong ô Label.Sau đó nhắp Apply Tương tự như vậy ta sẽ đặt tên theo nhóm cho các cạnh

còn lại theo bảng sau

Operation →Zones Bên dưới Entity chọn Group Trong Group chọn airfoil, chọn

Type là Wall, trongô Name đánh chữ airfoil, sau đó click Apply Tương tự như vậy ta có

bảng sau:

Airfoil wall Airfoil FF1 Pressure_far_field FF1 FF2 Pressure_far_field FF2 FF3 Pressure_far_field FF3

Cuối cùng ta sẽ vào File →Export, để xuất file sang phần mềm fluent phục vụ cho việc tính toán

(dưới dạng 2D)

3.1.1.2 Trường hợp góc nghiêng mặt cắt ngang của cầu là 2˚

Cũng giống như khi ta tạo tọa độ các điểm trên bề mặt cầu, nhưng khi tạo xong ta sẽ xoay các

điểm này thành các góc ta mong muốn

Các điểm khi chưa xoay

Sau khi tạo xong ta tiến hành xoay, trong Operation → Geometry →Edges click chuột phải vào

Edges, chọn Revolve

Trong Vertices chọn A, trong Angel đánh số 2 (tức là góc nghiêng 2˚).Trong Label đánh A (đặt tên

cho điểm sau khi xoay)

Thực hiện tương tự như vậy cho các điểm B, C, D, E, F sẽ thu được kết quả như sau :

Dùng lệnh Create Stright Edges để nối các điểm sau khi xoay

Hình sau khi nối các tọa độ điểm

Sử dụng lệnh Delete Edges để xóa các tọa độ điểm ban đầu :

Có được hình bề mặt nghiêng góc 2o của cầu treo :

Sau khi hoàn tất việc nghiêng bề mặt cầu, các bước còn lại thực hiện tương tự như khi chưa xoay hình

3.1.2 Tính toán trong phần mềm Ansys

3.1.2.1 Trường hợp góc nghiêng mặt cắt ngang của cầu là 0 ̊

Tính toán ban đầu(đặt điều kiện biên) cho bài toán

Ta mở file chia lưới mặt cắt ngang của cầu ở phần trên bằng cách vào File →Read →Case Vào General → Density based(Giải bài toán dựa trên mật độ khối của không khí)

Vào Model → Viscous_laminar→Editchọn Inviscid (chọn dòng chảy tầng không nhớt)

Material → Air → Create/ edit → Density(Chọn mật độ khối của không khí là 1)

Boundary Conditions (điều kiện biên) lần lượt chọn :

FF1 :Velocity_inlet → component (vận tốc đầu vào) Nhập theo phương X là 50 m/s , theo phương

TrongbảngReference Valueschọn:

 Compute from chọn FF1

 Reference zone chọn fluid (chọn đầu vào FF1 là dòng chảy)

Vào Monitors → Residual monitors,trong ô Absolute Criteria lần lượt chọn conyinuity,

x- velocity, y- velocity đều là 10e-5 (khoảng sai số giữa các lần lặp, khoảng này càng nhỏ thì kết

quả càng chính xác)

Drag →Edit (vẽ đồ thị lực cản)

Lift → Edit(vẽ đồ thị lực nâng)

Trongbảng Solution Initialization chọn FF1 ở mục Compute from

Trong bảng Run Caculation ở ô Iterations chọn 5000.Tức là số vòng lặp mà phần mềm sẽ thực hiện

Kết quả thu được

Biểu đồ giá trị hệ số lực nâng

Biểu đồ giá trị hệ số lực cản

Vector vận tốc

Áp suất tác dụng lên mặt cắt ngang cầu

Kết quả thu được khi đồ thị lực nâng và lực cản hội tụ :

Ta sẽ lặp lại những bước trên cho các góc độ gió tăng từ -18˚, -16˚, -14˚, -12 ˚, -10 ˚,-9 ˚ , -8.5 ˚, -8

˚, -7.5 ˚, -7 ˚, -6 ˚, -4 ˚, - 2 ˚, 0 ˚, 2 ˚, 4 ˚, 6 ˚ , 7 ˚, 7.5 ˚, 8 ˚, 8.5 ˚, 9 ˚, 10 ˚,12 ˚,14˚, 16˚, 18˚ Qua từng góc độ gió ta sẽ thu được kết quả của hệ số lực nâng và lực cản và hệ số moment

Tuy nhiên việc thay đổi các góc gió quá lớn sẽ làm các mắt lưới ảnh hưởng và kết quả không còn chính xác.Vì vậy thay vì thay đổi góc gió ta sẽ thay đổi góc nghiêng của bề mặt cầu và giữ nguyên góc độ và vận tốc gió hướng vào

3.1.2.2 Trường hợp góc nghiêng mặt cắt ngang của cầu là 2 ̊

Tính toán ban đầu(đặt điều kiện biên) cho bài toán

Cũng giống như khi ta tạo tọa độ các điểm trên bề mặt cầu, nhưng khi tạo xong ta sẽ xoay các điểm này thành các góc ta mong muốn

Các điểm khi chưa xoay

Sau khi tạo xong ta tiến hành xoay, trong Operation → Geometry → Edges

Click chuột phải vào Edges,chọn Revolve

Trong Vertices chọn A, trong Angel đánh số 2 (tức là góc nghiêng 2˚)

Trong Label đánh A (đặt tên cho điểm sau khi xoay)

Thực hiện tương tự như vậy cho các điểm B, C, D, E, F sẽ thu được kết quả như sau :

Dùng lệnh Create Stright Edges để nối các điểm sau khi xoay

Hình sau khi nối các tọa độ điểm

Sử dụng lệnh Delete Edges để xóa các tọa độ điểm ban đầu :

Có được hình bề mặt nghiêng góc 2O của cầu treo :

Sau khi hoàn tất việc nghiêng bề mặt cầu, các bước còn lại thực hiện tương tự như khi chưa xoay hình

Kết quả thu được

Biểu đồ giá trị hệ số lực cản

Biểu đồ giá trị hệ số lực nâng

Xét sự ảnh hưởng của hướng gió đến các giá trị Hệ số lực nâng (Cl), Hệ số lực cản

(Cd), Hệ số moment (Cm)

Bảng giá trị thu được khi đã hoàn tất quá trình thay đổi hướng gió từ -26 O đến 26 O

Góc nghiêng Hệ số lực nâng(Cl) Hệ số lực cản (Cd) Hệ số moment(Cm)

26˚ 0.957 1.81 3.08 24˚ 1.23 1.67 2.99 22˚ 0.293 1.34 2.8 20˚ 0.388 1.35 3.03 18˚ 0.46929 1.2065 2.5006 16˚ 0.249 1.07 2.46 14˚ 0.224 0.981 2.28 12˚ -0.242 0.78 1.952 10˚ -0.4104 0.73018 1.70794 9˚ -0.585 0.683 1.6 8.5˚ -0.686 0.68 1.44 8˚ -0.845 0.618 1.35 7.5˚ -0.8192 0.611 1.33 7˚ -0.91582 0.5915 1.2591 6˚ -0.97271 0.55895 1.21 4˚ -1.1424 0.50885 1.0339 2˚ -1.2974 0.47918 0.71728 0˚ -1.8143 0.44838 0.06702 -2˚ -2.619 0.45412 -0.72045 -4˚ -3.2655 0.50003 -1.4874 -6˚ -3.4081 0.5675 -2.0692 -7˚ -3.0262 0.59567 -2.2033 -7.5˚ -3.0054 0.61328 -2.2699 -8˚ -2.9125 0.62843 -2.2989 -8.5˚ -3.0071 0.67395 -2.4138 -9˚ -2.8532 0.69472 -2.3728 -10˚ -2.6454 0.73493 -2.2311 -12˚ -2.8401 0.84571 -2.3662 -14˚ -2.87 1.06 -2.49

-16˚ -2.9015 1.1757 -2.8476 -18˚ -2.67 1.39 -2.61 -20˚ -2.69 1.49 -2.86 -22˚ -2.97 1.72 -2.56 -24˚ -2.93 1.92 -2.75 -26˚ -2.93 1.92 -2.68

Đồ thị hệ số moment khi không có thanh điều khiển

Trong đó:

 Trục x biểu thị cho góc gió thay đổi

 Trục y biểu thị cho các giá trị của hệ số moment

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4