BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN
HÀ PHƢỚC CƢỜNG
PHÂN TÍCH BẤT ỔN ĐỊNH KẾT CẤU SILO
VÁCH TRỤ BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ
HỮU HẠN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Long An - 2019
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN
HÀ PHƢỚC CƢỜNG
PHÂN TÍCH BẤT ỔN ĐỊNH KẾT CẤU SILO
VÁCH TRỤ BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ
HỮU HẠN
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
Mã số: 8.580.201
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. Trƣơng Tích Thiện
Long An – 2019
ii
LỜI CẢM ƠN
Luận văn cao học hoàn thành là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu của
học viên tại Trƣờng Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An. Bên cạnh những nỗ lực của
học viên, hoàn thành chƣơng trình luận văn không thể thiếu sự giảng dạy, quan tâm, giúp
đỡ của tập thể Thầy Cô khoa Kiến trúc Xây dựng, Trƣờng Đại học Kinh tế Công nghiệp
Long An trong quá trình học tập cũng nhƣ hoàn thành Luận văn cao học này.
Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hƣớng dẫn PGS-TS Trƣơng Tích
Thiện cùng tập thể các thầy cô, đồng nghiệp đã tận tình quan tâm, hƣớng dẫn, truyền đạt
kiến thức, kinh nghiệm, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành tốt Luận văn này.
Cũng nhân dịp này, tôi xin trân trọng cám ơn gia đình, bạn bè, tập thể lớp Cao học
Xây dựng khoá 4 đã hỗ trợ tôi trong quá trình học tập và thực hiện Luận văn.
HỌC VIÊN THỰC HIỆN
Hà Phƣớc Cƣờng
iii
BẢN CAM KẾT
Ngoài những kết quả tham khảo từ những công trình khác nhƣ đã đƣợc ghi trong
Luận văn, tôi xin cam kết rằng Luận văn này là do chính tôi thực hiện và Luận văn chỉ
đƣợc nộp tại Trƣờng Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An.
Tôi xin cam đoan rằng: Số liệu và kết quả nghiên cứu trong Luận văn này là hoàn
toàn trung thực và chƣa từng đƣợc sử dụng hoặc công bố trong bất kỳ công trình nào
khác.
Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã đƣợc cảm ơn và các thông tin
trích dẫn trong Luận văn đều đƣợc ghi rõ nguồn gốc.
HỌC VIÊN THỰC HIỆN
Hà Phƣớc Cƣờng
iv
TÓM TẮT
Bất ổn định là một bài toán cổ điển, nhƣng cho đến nay vẫn có rất nhiều công trình
nghiên cứu liên quan đến vấn đề này. Ngƣời đầu tiên đặt nền móng cho việc tính toán bất
ổn định kết cấu là Leonard Euler cách đây hơn 200 năm. Bắt đầu từ thập niên 30 của thế
kỷ trƣớc, ngƣời đại diện cho Euler là S.P.Timoshenko đã tiến thêm một bƣớc dài trong
lĩnh vực tính toán bất ổn định với việc cho ra đời cuốn sách Theory of Elastic Stability.
Sau đó, với hàng loạt công trình tính toán liên quan tới tính toán bất ổn định của các nhà
khoa học khác đã chứng tỏ bất ổn định là một đề tài rất có sức hút, vì nó có ý nghĩa thực
tiễn rất quan trọng. Khi xảy ra mất ổn định dù chỉ của một thanh cũng dẫn tới sự sụp đổ
của toàn bộ kết cấu. Tính chất phá hoại do mất ổn định là đột ngột và nguy hiểm. Vì vậy
khi thiết kế cần đảm bảo ba điều kiện: điều kiện bền, điều kiện cứng và điều kiện ổn định.
Silo là một dạng thiết bị bảo quản kín thƣờng đƣợc sử dụng để lƣu trữ sản phẩm
dạng hạt ở quy mô lớn từ vài trăm đến vài ngàn tấn. Silo có thể dùng để lƣu trữ nhiều loại
vật liệu khác nhau từ sản phẩm nông nghiệp nhƣ lúa, gạo, các loại hạt đến các sản phẩm
công nghiệp nhƣ xi măng, than và một số loại nguyên vật liệu khác. Do đó, kết cấu silo là
giải pháp rất phù hợp cho quá trình bảo quản các sản phẩm dạng hạt ở Việt Nam.
Silo thép dạng vách trụ có kết cấu khá phức tạp, có chiều cao lớn, vách mỏng nên
cần nhiều nghiên cứu để hiểu rõ hơn về ứng xử kết cấu của nó trong môi trƣờng tự nhiên
phức tạp để ngăn ngừa những tai nạn và hƣ hỏng có thể xảy ra, đặc biệt là các đặc trƣng
cơ học của nó cần đƣợc phân tích một cách chính xác. Trong quá trình hoạt động, các tải
trọng chính tác động lên silo là áp lực ngang và ma sát bề mặt trong của vách do các hạt
sản phẩm gây ra. Ngoài ra, với những silo có chiều cao lớn, còn có thêm sự tác động của
tải trọng gió. Với kết cấu vách mỏng, cao chịu tác động của tải trọng ngang nên bài toán
bất ổn định kết cấu silo là bài toán rất quan trọng và cần những phân tích, tính toán chính
xác trong quá trình thiết kế.
v
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................... iii
BẢN CAM KẾT ................................................................................................................ iv
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ..........................................................................................................v
MỤC LỤC ....................................................................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG........................................................................................................ viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................. ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................. xii
Chƣơng 1. TỔNG QUAN..................................................................................................1
1.1. Tổng quan về Silo ......................................................................................................1
1.2. Tình hình nghiên cứu của đề tài ................................................................................6
1.2.1. Nghiên cứu ngoài nƣớc .......................................................................................6
1.2.2. Nghiên cứu trong nƣớc .......................................................................................7
1.3. Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................................8
1.4. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................................8
1.5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .............................................................................9
1.6. Phƣơng pháp nghiên cứu ...........................................................................................9
1.7. Lợi ích của đề tài .....................................................................................................10
1.7.1. Lợi ích khoa học ................................................................................................10
1.7.2. Lợi ích thực tiễn ................................................................................................10
Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ....................................................................................11
2.1. Giới thiệu bài toán bất ổn định ................................................................................11
2.1.1. Trạng thái ổn định của kết cấu ..........................................................................11
2.1.2. Trạng thái bất ổn định .......................................................................................12
2.2. Lý thuyết bất ổn định tấm........................................................................................14
2.2.1. Phƣơng pháp giải tích .......................................................................................14
2.2.2. Lý thuyết tấm cổ điển........................................................................................14
2.2.3. Phƣơng pháp năng lƣợng - Lý thuyết bất ổn định Ritz cho tấm có gân thẳng sử
dụng hàm lƣợng giác ...................................................................................................18
2.3. Lý Thuyết Bền .........................................................................................................21
2.4. Phƣơng pháp quy đổi lực tác dụng lên silo .............................................................22
vi
2.4.1. Áp lực do vật liệu chứa tác dụng lên silo ..........................................................22
2.4.2. Tải gió tác dụng lên silo ....................................................................................24
2.5. Phƣơng pháp phần tử hữu hạn (PP PTHH) .............................................................25
2.5.1. Trình tự giải bài toán tĩnh theo PP PTHH .........................................................26
2.5.2. Ví dụ phân tích dầm chịu uốn bằng PP PTHH .................................................27
2.5.3. Phƣơng pháp phần tử hữu hạn cho bài toán bất ổn định ...................................29
2.5.4. Phân tích bất ổn định kết cấu bằng chƣơng trình ANSYS ................................30
2.6. Qui trình giải bài toán bất ổn định bằng chƣơng trình Ansys Workbench .............34
Chƣơng 3. PHÂN TÍCH ỨNG XỬ KẾT CẤU SILO BẰNG ANSYS WORKBENCH ........35
3.1. Phân tích ứng xử kết cấu Silo ..................................................................................35
3.1.1. Kích thƣớc Silo .................................................................................................35
3.1.2. Thông số vật liệu Silo – vật liệu chứa ...............................................................36
3.1.3. Mô hình phần tử hữu hạn ..................................................................................36
3.1.4. Phân tích ứng xử Silo dƣới tác động tải trọng tĩnh ...........................................39
3.1.5. Phân tích ứng xử bất ổn định của Silo ..............................................................48
3.2. Phân tích ứng xử kết cấu Silo có cải tiến ................................................................51
3.2.1. Kết quả phân tích tĩnh .......................................................................................53
3.2.2. Kết quả phân tích bất ổn định ...........................................................................55
3.3. Đánh giá kết quả ....................................................................................................588
3.4. Kết luận .................................................................................................................599
3.5. Kiến nghị .................................................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 61
Tiếng Anh .......................................................................................................................62
PHỤ LỤC
.....................................................................................................................633
vii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. So sánh hiệu quả sử dụng Silo và nhà kho .................................................1
Bảng 2.2.1. Giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam...... 25
Bảng 2.2.2. Hệ số k kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình .....25
Bảng 3.1. Bảng thông số thiết kế Silo [5] .................................................................35
Bảng 3.2. Thông số vật liệu của thép CT3 TCVN [5] ..............................................36
Bảng 3.3. Thông số vật liệu chứa - Cám ..................................................................36
Bảng 3.4. Thông số lƣới mô hình Silo ......................................................................37
Bảng 3.5. Giá trị 5 tải tới hạn bất ổn định của mô hình ............................................48
Bảng 3.6. Thông số vật liệu và kích thƣớc gân tăng cứng ........................................51
Bảng 3.7. Giá trị 5 tải tới hạn bất ổn định của mô hình ............................................55
Bảng 3.8. Bảng so sánh kết quả giữa 2 mô hình .......................................................58
viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Mô hình Silo vách trụ ..................................................................................3
Hình 1.2. Hệ thống Silo trong các trạm trộn bê tông ..................................................4
Hình 1.3. Silo thép với vách trụ có gợn sóng ..............................................................5
Hình 1.4. Phân tích bất ổn định kết cấu vỏ trụ bằng ANSYS .....................................6
Hình 2.1. Các dạng ổn định .......................................................................................11
Hình 2.2. Mô hình thanh chịu nén đúng tâm.............................................................12
Hình 2.3. Các trạng thái của thanh chịu kéo nén đúng tâm ......................................13
Hình 2.4. Sự nguy hiểm của hiện tƣợng bất ổn định của thanh trong kết cấu thực tế ............ 14
Hình 2.5. Mô hình bài toán tấm ................................................................................15
Hình 2.6. Điều kiện biên mô hình tấm khảo sát ........................................................15
Hình 2.7. Mô hình tấm khảo sát ................................................................................16
Hình 2.8. Điều kiện biên bài toán .............................................................................17
Hình 2.9. Sơ đồ áp lực tác dụng lên thành silo do vật liệu chứa gây ra ....................22
Hình 2.10. Sơ đồ áp lực tác dụng lên đáy phễu silo theo chuẩn EuroCode ..............24
Hình 2.11. Tính hệ số khí động theo mô hình ...........................................................25
Hình 2.12. Tính dầm chịu uốn bằng phƣơng pháp PTHH ........................................27
Hình 2.13. Mô hình phần tử SHELL181 trong ANSYS ...........................................33
Hình 2.14. Lƣợt đồ phân tích bất ổn định kết cấu trong ANSYS WB......................34
Hình 3.1. Sơ đồ mô hình Silo [5] ..............................................................................35
Hình 3.2. Mô hình hình học Silo đƣợc import từ SolidWork vào ANSYS ..............37
Hình 3.3. Chỉ số Skewnees của mô hình PTHH của Silo .........................................38
Hình 3.4. Chỉ số Skewnees của mô hình PTHH của đỉnh Silo .................................38
Hình 3.5. Kết cấu Silo đang làm việc ngoài công trình ............................................39
ix
Hình 3.6. Mô hình điều kiện biên .............................................................................40
Hình 3.7. Khai báo gia tốc trọng trƣờng ...................................................................41
Hình 3.8. Áp lực do cám tác dụng lên silo ................................................................41
Hình 3.9. Áp lực theo phƣơng pháp tuyến trên thân trụ silo.....................................42
Hình 3.10. Áp lực theo phƣơng pháp tuyến trên đáy silo .........................................43
Hình 3.11 Áp lực theo phƣơng tiếp tuyến trên thân silo ...........................................43
Hình 3.12. Áp lực theo phƣơng tiếp tuyến trên đáy silo ...........................................44
Hình 3.13. Sơ đồ ứng suất tác dụng lên silo với tốc độ gió 160 km/h theo chuẩn
Eurocode [5] ..............................................................................................................45
Hình 3.14. Áp lực gió tác dụng lên thân silo ............................................................46
Hình 3.15. Áp lực gió tác dụng lên đáy silo..............................................................46
Hình 3.16. Phân bố trƣờng ứng suất tƣơng đƣơng von-Mises trong Silo .................47
Hình 3.17. Phân bố trƣờng chuyển vị tổng trong Silo ..............................................47
Hình 3.18. Dạng bất ổn định 1 (mode 1)...................................................................49
Hình 3.19. Dạng bất ổn định 2 (mode 2)...................................................................49
Hình 3.20. Dạng bất ổn định 3 (mode 3)...................................................................50
Hình 3.21. Dạng bất ổn định 4 (mode 4)...................................................................50
Hình 3.22. Dạng bất ổn định 5 (mode 5)...................................................................51
Hình 3.23. Mô hình Silo với 3 gân tăng cứng. ..........................................................52
Hình 3.24. Kích thƣớc gân ........................................................................................53
Hình 3.25. Đánh giá chất lƣợng lƣới qua chỉ số Skewnees ......................................53
Hình 3.26. Phân bố Trƣờng ứng suất tƣơng đƣơng von-Mises trong Silo ...............54
Hình 3.27. Phân bố trƣờng chuyển vị tổng trong Silo ..............................................54
Hình 3.28. Dạng bất ổn định 1 (mode 1)...................................................................55
Hình 3.29. Dạng bất ổn định 2 (mode 2)...................................................................56
x
Hình 3.30. Dạng bất ổn định 3 (mode 3)...................................................................56
Hình 3.31. Dạng bất ổn định 4 (mode 4)...................................................................57
Hình 3.32. Dạng bất ổn định 5 (mode 5)...................................................................57
xi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Tên đầy đủ
Ý nghĩa
PP PTHH
Phƣơng pháp phần tử hữu hạn
EC
Tiêu chuẩn Eurocode
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
E
Module đàn hồi
I
Mô men quán tính
fy
Cƣờng độ tính toán thép theo giới hạn chảy của vật liệu
G
Mô đun trƣợt
u, v, w
Các hàm chuyển vị
x, y, z
Tọa độ điểm
W0
Giá trị áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng
k
Hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió thay đổi theo độ cao
c
Hệ số khí động
Lực tác dụng lên vách silo theo phƣơng tiếp tuyến
Áp lực theo phƣơng ngang
Cb
Hệ số khuếch đại lực tại đáy silo
Hệ số ma sát trên vách đứng
xii
1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về Silo
Silo là một dạng thiết bị bảo quản kín thƣờng đƣợc sử dụng để lƣu trữ sản phẩm
dạng hạt ở quy mô lớn từ vài trăm đến vài ngàn tấn [1]. Silo có thể dùng để lƣu trữ nhiều
loại vật liệu khác nhau từ sản phẩm nông nghiệp nhƣ lúa, gạo, các loại hạt đến các sản
phẩm công nghiệp nhƣ xi măng, than và một số loại nguyên vật liệu khác.
Kết cấu Silo có ƣu điểm là có thể xây dựng theo chiều cao nên ít tốn kém mặt bằng
nhƣng vẫn đảm bảo khả năng chứa đƣợc khối lƣợng lớn sản phẩm. Bên cạnh đó, với kết
cấu silo, ngƣời ta dễ dàng trang bị các hệ thống kiểm định chất lƣợng sản phẩm đầu vào,
thiết bị làm sạch và sấy khô, nhờ vậy có thể bảo quản chất lƣợng sản phẩm trong thời
gian dài hơn so với cách bảo quản bằng nhà kho thông thƣờng. Do đó, kết cấu silo là giải
pháp rất phù hợp cho quá trình bảo quản các sản phẩm dạng hạt ở Việt Nam. Ở Đồng
bằng sông Cửu Long cũng đã có một số các cụm silo vào thập niên 70 của thế kỷ trƣớc
nhƣ ở Cao Lãnh (48.000 tấn), Trà Nóc (10.000 tấn), Bình Chánh (12.000 tấn) nhƣng vì
kỹ thuật lạc hậu, thiết bị không đồng bộ nên không đƣợc sử dụng đúng công năng hoặc
bỏ trống [2].
Silo có nhiều ƣu điểm trong lƣu trữ sản phẩm khi so sánh với cách lƣu trữ bằng nhà
kho (bảng 1) [3]
Bảng 1.1. So sánh hiệu quả sử dụng Silo và nhà kho
SỬ DỤNG SILO
SỬ DỤNG NHÀ KHO
Xây dựng Silo không cần diện tích đất so với lƣợng lƣu trử. Tiết kiệm diện tích
đất.
-
Xây dựng nhà kho phải cần có diện tích
đất lớn. Chiếm rất nhiều đất đai.
-
Silo chứa khoảng 2m2 / Tấn.
-
-
Không phát sinh về diện tích đất khi
muốn tăng lƣợng chứa của silo.
Phát sinh về diện tích đất khi muốn mở
rộng lƣợng lƣu trữ.
-
Thời gian bảo quản nông sản loại hạt -
Thời gian lƣu trử sản phẩm ngắn, khó
-
GVHD: PGS. TS. Trƣơng Tích Thiện
Sức chứa 10m2/Tấn.
HVTH: Hà Phƣớc Cƣờng
2
của silo dài và nhiều và bảo đảm đƣợc
chất lƣợng không giảm.
bản quản cho sản phẩm tốt đến khi xuất
kho.
-
Thời gian lƣu khoảng 3 năm.
-
Thời gian lƣu trữ trong kho là khoảng 1
năm phải xuất kho.
-
Silo có hệ thống bảo quản sẵn, để ngăn chăn sự phá hoại của côn trùng, vi
khuẩn (mọt, mối, ẩm mốc…). Sự thất
thoát là không có.
Lƣu trữ trong kho sẽ bị côn trùng và vi
khuẩn phá hoại là đều không tránh khỏi,
sự thiệt hại đó nằm trong khoảng 2 –
6% lƣợng sản phẩm trong kho.
-
Thời gian nhập và xuất hàng ra nhanh, - Thời gian nhập và xuất hàng phải nói là
có thể vận chuyển trực tiếp tới bến tàu,
rất lâu, bất tiện. Do cần nhiều nhân công
tiết kiệm thời gian hoàn thành hợp đồng
và sức ngƣời.
mua bán.
-
Silo có hệ thống máy đo và điều chỉnh - Do nhiệt độ và độ ẩm luôn thay đổi theo
nhiệt độ và độ ẩm bên trong Silo. Do
mùa, nên các hạt lƣu trữ trong kho
vậy, không làm thay đổi hoạt tính trong
không đƣợc giữ trạng thái ổn định, nhƣ
các hạt nông sản, luôn giữ đƣợc chất
vậy rất khó để bảo quản tính năng và
tƣơi của hạt. Rất thuận tiện việc bảo
chất lƣợng của hạt theo thời gian.
quản.
-
Silo không cần thêm một hệ thống quản - Phải cần một hệ thống quản lý kho, kế
lý nào nữa.
toán kiểm kê.
Tỉ lệ nhân công là 1:10 giảm chí phí - Tỉ lệ nhân công 10:1 tăng chi phí nhân
nhân công.
công, cấp quản lý…
-
-
Silo dựa vào một hệ thống xuất hàng và - Kho thì sự thất thoát khi vận chuyển do
nguyên tắc của nó nên sự thất thoát
đổ tháo và kể cả con ngƣời quản lý nó.
trong vận chuyển là không có.
- Việc lƣu trữ trong kho, có rất nhiều
Theo nhƣ tham khảo ở trên việc đầu tƣ
nhƣợc điểm, tăng thời gian lấy lại vốn
Silo sẽ tiết kiệm thời gian hơn và sinh
cho nhà đầu tƣ.
lời hơn cho các nhà đầu tƣ.
GVHD: PGS. TS. Trƣơng Tích Thiện
HVTH: Hà Phƣớc Cƣờng
3
Hình 1.1. Mô hình Silo vách trụ
Về mặt cấu tạo và hình dáng, silo thƣờng có dạng vách thẳng và vách trụ. Với các
Silo vách trụ, vách trụ có gợn sóng thƣờng đƣợc sử dụng hơn vách trụ phẳng do nó có độ
cứng theo phƣơng đứng tốt hơn.
GVHD: PGS. TS. Trƣơng Tích Thiện
HVTH: Hà Phƣớc Cƣờng
4
Hình 1.2. Hệ thống Silo trong các trạm trộn bê tông
Silo thép dạng vách trụ có kết cấu khá phức tạp, có chiều cao lớn, vách mỏng nên
cần nhiều nghiên cứu để hiểu rõ hơn về ứng xử kết cấu của nó trong môi trƣờng tự nhiên
phức tạp để ngăn ngừa những tai nạn và hƣ hỏng có thể xảy ra, đặc biệt là các đặc trƣng
cơ học của nó cần đƣợc phân tích một cách chính xác.
GVHD: PGS. TS. Trƣơng Tích Thiện
HVTH: Hà Phƣớc Cƣờng
5
Hình 1.3. Silo thép với vách trụ có gợn sóng
Trong quá trình hoạt động, các tải trọng chính tác động lên silo là áp lực ngang và
ma sát bề mặt trong của vách do các hạt sản phẩm gây ra. Ngoài ra, với những silo có
chiều cao lớn, còn có thêm sự tác động của tải trọng gió. Với kết cấu vách mỏng, cao
chịu tác động của tải trọng ngang nên bài toán bất ổn định kết cấu silo là bài toán rất quan
trọng và cần những phân tích, Phƣơng pháp phần tử hữu hạn (PP PTHH) [3] (Finite
Element Method - FEM) đƣợc phát triển bởi Alexander Hrennikoff (1941) và Richard
Courant (1942). Cơ sở của phƣơng pháp này là làm rời rạc hóa miền xác định của bài
toán, bằng cách chia nó thành nhiều miền con (phần tử). Các phần tử này đƣợc liên kết
với nhau tại các điểm nút chung. Trong phạm vi mỗi phần tử đại lƣợng cần tìm đƣợc lấy
xấp sỉ trong dạng một hàm đơn giản đƣợc gọi là hàm xấp xỉ (Approximation function) và
các hàm xấp xỉ này đƣợc biểu diễn qua các giá trị của hàm tại các điểm nút trên phần tử.
Các giá trị này đƣợc gọi là bậc tự do của phần tử đƣợc xem là ẩn số cần tìm của bài toán.
Phƣơng pháp phần tử hữu hạn (PP PTHH) là phƣơng pháp số phổ biến và có độ chính
xác cao khi đƣợc dùng để phân tích kết cấu, đặc biệt là các bài toán bất ổn định kết cấu.
Ngày nay, sự phát triển nhanh chóng của ngành kỹ thuật máy tính đã tạo điều kiện
thuận lợi cho việc ứng dụng các chƣơng trình tính toán mạnh mẽ nhƣ ANSYS hay
GVHD: PGS. TS. Trƣơng Tích Thiện
HVTH: Hà Phƣớc Cƣờng
6
ABAQUS – các chƣơng trình đƣợc xây dựng dựa trên nền tản PP PTHH - để phân tích
ứng xử các kết cấu phức tạp nhƣ kết cấu silo tính toán chính xác trong quá trình thiết kế.
Hình 1.4. Phân tích bất ổn định kết cấu vỏ trụ bằng ANSYS
1.2. Tình hình nghiên cứu của đề tài
1.2.1. Nghiên cứu ngoài nƣớc
Kết cấu silo đã đƣợc phát triển từ thế kỷ 19, đƣợc sử dụng rất phổ biến trong lĩnh
vực nông nghiệp và công nghiệp tại các nƣớc phát triển. Do vậy, kết cấu này thu hút
đƣợc sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học. Một số nghiên cứu trong những
năm gần đây:
- Adam J. Sadowski và J. Michael Rotter (2010) [7] đã sử dụng PP PTHH
thông qua chƣơng trình ABAQUS để phân tích bất ổn định cho silo dƣới tác
động của dòng chảy của sản phẩm đƣợc lƣu trữ trong silo. Trong nghiên cứu
này, nhóm tác giả sử dụng tiêu chuẩn Eurocode EN 1991-4 để tính toán tải
GVHD: PGS. TS. Trƣơng Tích Thiện
HVTH: Hà Phƣớc Cƣờng
7
trọng do sản phẩm trong silo tác động lên thành silo. Các kết quả phân tích
bất ổn định của nghiên cứu rất phù hợp với các hiện tƣợng ngoài thực tế.
- Dhanya Rajendran (2014) [8] cùng các cộng sự đã thực hiện đã thực hiện so
sánh khả năng chịu tải trọng ngang của silo đƣợc xây từ bê tông cốt thép và
silo thép. Từ kết quả nghiên cứu, nhóm tác giả này kết luận silo bê tông cốt
thép có nhiều ƣu điểm hơn so với silo thép.
- Tawanda Mushiri (2014) [9] và các cộng sự đã sử dụng PP PTHH để phân
tích cho kết cấu silo 5.000 tấn chịu tải trọng đơn điệu (monotonic loads), silo
này đƣợc thiết kế để chứa sản phẩm khai thác từ quặng mỏ. Trong nghiên
cứu này, nhóm tác giả đã đạt đƣợc mục tiêu là phân tích đƣợc lực và áp suất
do quặng tác dụng lên silo, nhƣng chƣa đạt đƣợc mục tiêu phân tích bất ổn
định cho silo…
- Yu Xie (2015) [10] đã thực hiện Luận văn thạc sĩ về vấn đề ứng xử của kết
cấu silo, trong đó có ứng xử bất ổn định. Trong nghiên cứu này, tác giả tiến
hành thực nghiệm với một vài mô hình và so sánh với kết quả tính toán từ
chƣơng trình PTHH. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự phù hợp cao giữa PP
PTHH và thực nghiệm.
1.2.2. Nghiên cứu trong nƣớc
Trong thời gian gần đây, kết cấu silo với nhiều tính năng lƣu trữ nổi trội so với các
nhà kho thông thƣờng đã thu hút đƣợc sự chú ý của nhiều công ty sản xuất, của các nhà
khoa học trong nƣớc. Một số công bố trong nƣớc gần đây có liên quan đến kết cấu silo:
- Nguyễn Tƣờng Long (2010) cùng các cộng sự [4] đã nghiên cứu xây dựng
chƣơng trình tính toán silo dùng ANSYS APDL và VISUAL BASIC. Trong
nghiên cứu này, nhóm tác giả xây dựng mối liên kết giữa Visual Basic và
ANSYS APDL để tính toán và thiết kế silo dạng tròn và dạng vuông.
- Nguyễn Văn Cƣơng và Nguyễn Hoài Tân (2014) [5] nghiên cứu tính toán
thiết kế silo tồn trữ cám viên với năng suất 500 tấn. Mục tiêu của nghiên cứu
GVHD: PGS. TS. Trƣơng Tích Thiện
HVTH: Hà Phƣớc Cƣờng
8
này là kiểm tra bền cho kết cấu đã thiết kế và tính toán thông gió bên trong
silo.
- Ngô Quang Hƣng (2016) [6] đã thực hiện nghiên cứu tính toán kết cấu bản
tròn bê tông cốt thép (thƣờng áp dụng cho silo) theo tiêu chuẩn Việt Nam
TCVN 5574:2012.
Thực tế cho thấy rằng trong quá trình sử dụng silo, có nhiều vấn đề cần đƣợc quan
tâm nghiên cứu nhƣ độ biến dạng của silo, khả năng thông thoáng gió trong silo, kết cấu
thành silo… và những nghiên cứu gần đây tại Việt Nam cũng chủ yếu tập trung vào các
vấn đề này mà chƣa có nhiều công bố về vấn đề ổn định kết cấu silo.
1.3. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam nằm trong nhóm những nƣớc xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới. Theo Bộ
Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, tổng sản lƣợng lúa thu hoạch năm 2016 là 43,6
triệu tấn, tuy nhiên khối lƣợng gạo xuất khẩu chỉ đạt 4,88 triệu tấn. Trong khi đó, hệ
thống lƣu trữ còn thiếu và lạc hậu về kỹ thuật nên gây nhiều khó khăn trong việc lƣu trữ.
Trong bối cảnh này, các kết cấu lƣu trữ silo là giải pháp tối ƣu. Do đó, vấn đề nghiên
cứu, phân tích ứng xử của silo để thiết kế và sản xuất silo phù hợp với hoàn cảnh địa lý
của Việt Nam là cấp bách.
Tại nƣớc ta, tuy có nhiều nghiên cứu về ứng xử bất ổn định tấm mỏng, tấm nhiều
lớp [7-10], nhƣng chủ yếu các nghiên cứu này tập trung phân tích các bài toán mang tính
lý thuyết. Có rất ít những nghiên cứu về ổn định các kết cấu thực tế nhƣ silo đƣợc công
bố trong những năm qua. Do đó, trong Luận văn này, tác giả chọn Đề tài “Phân tích bất
ổn định kết cấu silo vách trụ bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn” dƣới sự hƣớng dẫn của
PGS. TS. Trƣơng Tích Thiện.
1.4. Mục tiêu nghiên cứu
Luận văn này đƣợc thực hiện nhằm đáp ứng các mục tiêu sau:
- Mục tiêu 1: Tìm hiểu tổng quan kết cấu silo vách trụ, bao gồm:
GVHD: PGS. TS. Trƣơng Tích Thiện
HVTH: Hà Phƣớc Cƣờng
- Xem thêm -