Tóm tắt luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu tương tác giữa ống dẫn và nền san hô

1<br /> Më ®Çu<br /> <br /> 1. TÝnh cÊp thiÕt cña ®Ò tµi:<br /> Đặc điểm nổi bật của các loại công trình biển đảo nói chung là điều<br /> kiện thi công khó khăn, chịu các loại tải trọng và môi trường khắc<br /> nghiệt, song có ý nghĩa rất lớn về mặt an ninh quốc phòng và kinh tế<br /> biển. Do đó, nghiên cứu, lựa chọn trước các giải pháp tối ưu cho các<br /> công này phục vụ cho thời bình, thời chiến và cả phát triển kinh tế quốc<br /> dân là vấn đề cấp bách hiện nay.<br /> Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về vật liệu san hô và nền san hô<br /> làm số liệu đầu vào cho việc xây dựng mô hình, phương pháp tính, tác<br /> giả lựa chọn vấn đề “Nghiên cứu tương tác giữa ống dẫn và nền san<br /> hô” làm nội dung nghiên cứu của luận án.<br /> Môc ®Ých cña luËn ¸n:<br /> - Nghiên cứu tổng quan về san hô và bài toán tương tác giữa kết cấu<br /> công trình dạng ống dẫn và nền, xây dựng mô hình san hô phục vụ cho<br /> việc giải bài toán tương tác giữa ống dẫn và nền san hô.<br /> - Xây dựng, đề xuất mô hình, phương pháp giải bài toán tương tác<br /> giữa ống dẫn và nền san hô dưới tác dụng của tải trọng: sóng xung kích<br /> do nổ hoặc kết hợp đồng thời tải trọng sóng xung kích và một số dạng<br /> áp lực trong của ống.<br /> - Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố hình học, tải trọng, vật lý đến<br /> sự làm việc của ống dẫn trong nền san hô.<br /> - Góp phần lựa chọn các giải pháp hợp lý tăng khả năng làm việc của<br /> ống dẫn trong nền san hô phục vụ an ninh quốc phòng và kinh tế biển.<br /> 2. §èi t­îng, ph¹m vi nghiªn cøu cña luËn ¸n:<br /> - Tập hợp, phân tích những kết quả nghiên cứu về tính chất cơ lý của<br /> vật liệu san hô và nền san hô ở một số đảo thuộc quần đảo Trường Sa.<br /> - Nghiên cứu giải bài toán tương tác giữa ống dẫn và nền san hô theo<br /> mô hình bài toán phẳng bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH).<br /> - Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của ống dẫn trong<br /> nền san hô.<br /> - Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình ống dẫn trong nền san hô chịu<br /> tải trọng do nổ trong nền và nổ trong không khí gây ra.<br /> 3. Néi dung luËn ¸n:<br /> Luận án bao gồm 117 trang thuyết minh, trong đó có 25 bảng, 63 đồ<br /> thị, hình vẽ, 83 tài liệu tham khảo, 21 trang phụ lục.<br /> Mở đầu: Trình bày tính cấp thiết của đề tài, mục đích, đối tượng,<br /> phạm vi và phương pháp nghiên cứu của luận án.<br /> <br /> 2<br /> <br /> Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu về san hô và bài toán<br /> tương tác giữa ống dẫn và nền.<br /> Chương 2: Tính tương tác giữa ống dẫn và nền san hô bằng phương<br /> pháp phần tử hữu hạn.<br /> Chương 3: Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của<br /> ống dẫn trong nền san hô.<br /> Chương 4: Nghiên cứu phản ứng động của ống dẫn trong nền san hô<br /> bằng thực nghiệm.<br /> Kết luận và kiến nghị: Trình bày các kết quả chính, những đóng góp<br /> mới của luận án và các kiến nghị xuất phát từ vấn đề nghiên cứu.<br /> 4. Ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu:<br /> Nghiên cứu bằng lý thuyết kết hợp với thực nghiệm. Khi nghiên cứu<br /> lý thuyết để tính toán kết cấu, sử dụng phương pháp PTHH. Phương<br /> pháp thực nghiệm được sử dụng để kiểm chứng các kết quả nghiên cứu<br /> bằng lý thuyết và xem xét phản ứng động của ống dẫn trong nền san hô<br /> dưới tác dụng của sóng xung kích (SXK) do nổ.<br /> 5. CÊu tróc luËn ¸n:<br /> Phần mở đầu, 4 chương, kết luận chung, tài liệu tham khảo và phụ lục.<br /> Néi dung chÝnh cña luËn ¸n<br /> Ch­¬ng 1: tæng quan t×nh h×nh nghiªn cøu vÒ san h«<br /> vµ bµi to¸n t­¬ng t¸c gi÷a èng dÉn vµ nÒn<br /> <br /> Trình bày các kết quả nghiên cứu trong nước và trên thế giới về vật<br /> liệu san hô, nền san hô và các mô hình, phương pháp tính tương tác giữa<br /> kết cấu ống dẫn và nền nói chung. Từ nội dung nghiên cứu, trên cơ sở<br /> các vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu và phát triển, tác giả luận án tập<br /> trung vào vấn đề: “Nghiên cứu tương tác giữa ống dẫn và nền san<br /> hô”. Theo đó, luận án sẽ tập trung giải quyết các nội dung chủ yếu sau:<br /> 1) Nghiên cứu tổng quan về san hô, nền san hô và bài toán tương tác<br /> giữa kết cấu dạng ống dẫn và nền nói chung và đối với nền san hô nói<br /> riêng nhằm làm rõ tính cấp thiết, phương pháp nghiên cứu của luận án.<br /> 2) Xây dựng mô hình, phương pháp giải bài toán tương tác giữa ống<br /> dẫn và nền san hô theo mô hình bài toán phẳng chịu tác dụng đồng thời<br /> của áp lực trong ống và sóng xung kích do bom đạn nổ gây ra.<br /> <br /> 3<br /> <br /> 3) Xây dựng hệ phương trình, thuật toán và chương trình tính tương<br /> tác giữa ống dẫn và nền san hô theo mô hình bài toán phẳng, trong đó kể<br /> đến sự tách, trượt giữa ống dẫn và nền, giữa lớp đất bù và nền chịu tác<br /> dụng đồng thời của: áp lực trong của ống, tải trọng sóng xung kích do<br /> bom đạn nổ gây ra bằng phương pháp PTHH.<br /> 4) Khảo sát số trên kết cấu cụ thể, nghiên cứu ảnh hưởng của một số<br /> yếu tố đến sự làm việc của ống dẫn trong nền san hô, đưa ra các kiến<br /> nghị phục vụ tính toán, thiết kế loại kết cấu này.<br /> 5) Nghiên cứu thực nghiệm xác định phản ứng động của ống dẫn<br /> trong nền san hô chịu tác dụng của SXK do nổ gây ra nhằm kiểm tra độ<br /> tin cậy của chương trình tính.<br /> Ch­¬ng 2: tÝnh T­¬ng t¸c gi÷a èng dÉn vµ nÒn san h«<br /> B»ng ph­¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n<br /> <br /> 2.1. Đặt vấn đề<br /> Đặc thù của vật liệu san hô và nền san hô là loại vật liệu dòn, quan hệ<br /> ứng suất – biến dạng gần như tuyến tính và là loại vật liệu làm việc một<br /> chiều (chỉ chịu nén, không chịu kéo), do đó khi tính toán các công trình<br /> làm việc trong nền san hô thì một trong những điểm khó là đưa ra được<br /> mô hình tính thích hợp, thể hiện được tính chất này của nền - đặc biệt<br /> đối với bài toán tương tác động lực học. Điều này sẽ được khắc phục khi<br /> ta đưa vào phần tiếp xúc giữa kết cấu và nền một loại phần tử đặc biệt,<br /> đó là phần tử tiếp xúc. Trong chương này, nghiên cứu tính toán bài toán<br /> tương tác giữa ống dẫn và nền san hô, trong đó tập trung việc xây dựng<br /> mô hình, đề xuất phương pháp giải, xây dựng thuật toán, chương trình<br /> máy tính, tính toán số, kiểm tra độ tin cậy của chương trình tính đã lập.<br /> 2.2. Đặt bài toán, các giả thiết và phương pháp tính toán<br /> Nghiên cứu sự làm việc của ống dẫn trong nền san hô chịu tác dụng<br /> đồng thời của áp lực trong ống và SXK do nổ gây ra. Mô hình tính của<br /> bài toán đặt ra được xây dựng trên các giả thiết sau:<br /> - Vật liệu ống biến dạng đàn hồi tuyến tính. Chỉ nghiên cứu sự làm<br /> việc của ống – nền sau khi ống dẫn đã được hạ ổn định vào nền san hô.<br /> - Mỗi lớp nền là vật liệu đồng nhất, đẳng hướng, đàn hồi tuyến tính.<br /> Lớp đất bù là đồng nhất.<br /> <br /> 4<br /> <br /> - Hệ ống dẫn và nền làm việc trong điều kiện biến dạng phẳng. Liên<br /> kết giữa ống dẫn và nền san hô, giữa lớp nền gốc và lớp đất bù được<br /> thay thế bằng liên kết nút giữa các phần tử biến dạng phẳng thông qua<br /> liên kết với phần tử tiếp xúc. Liên kết tiếp xúc giữa ống dẫn và nền san<br /> hô, giữa lớp đất bù và lớp nền gốc là liên kết một chiều.<br /> - Bỏ qua ảnh hưởng tốc độ di chuyển dọc trong ống của áp suất.<br /> Để giải bài toán, tác giả luận án sẽ sử dụng phương pháp PTHH.<br /> 2.3. ThuËt to¸n PTHH gi¶i bµi to¸n<br /> 2.3.1. Mô hình PTHH của bài toán<br /> Tách từ hệ thực bán vô hạn ra một miền hữu hạn bao gồm ống dẫn và<br /> một phần nền gọi là miền nghiên cứu (Hình 2.2), miền nghiên cứu được<br /> xác định thông qua phương pháp lặp. Mô hình PTHH thể hiện như trên<br /> hình 2.2b, trong đó phần ống dẫn và nền được thay thế bởi phần tử biến<br /> dạng phẳng dạng tam giác và tứ giác, còn lớp tiếp xúc giữa bề mặt ống<br /> dẫn, giữa lớp đất bù và lớp nền nguyên thổ được thay thế bởi phần tử<br /> tiếp xúc phẳng 4 điểm nút.<br /> <br /> a, Mô hình thực của hệ<br /> <br /> b, Mô hình tính của hệ<br /> <br /> Hình 2.2. Mô hình bài toán và sơ đồ tính<br /> <br /> 5<br /> <br /> 2.3.2. Các phần tử sử dụng<br /> 2.3.2.1. Phần tử tiếp xúc (PTTX):<br /> Hình 2.4 biểu diễn mô hình PTTX sử dụng trong luận án. Mô hình hình<br /> học là dạng hình chữ nhật 4 hoặc 6 nút (Hình 2.4a). Khi có ứng suất pháp<br />  và ứng suất tiếp  theo các phương  và  trong hệ toạ độ cục bộ phần<br /> tử, xuất hiện biến dạng pháp tuyến  và biến dạng tiếp tuyến .<br /> <br /> a,<br /> <br /> b,<br /> <br /> c,<br /> <br /> Hình 2.4. Sơ đồ phần tử tiếp xúc của Goodman (1  6 là ký hiệu các nút)<br /> a, Sơ đồ hình học của phần tử tiếp xúc; b, Quan hệ ứng suất pháp tuyến và biến dạng<br /> pháp tuyến; c, Quan hệ ứng suất tiếp tuyến và biến dạng tiếp tuyến<br /> <br />   <br />   <br /> Quan hệ số gia ứng suất - biến dạng:     Dse   <br /> (2.1)<br />  <br />  <br /> <br /> <br /> k  0 <br /> Trường hợp biến dạng phẳng:  Dse   <br /> (2.2)<br /> <br /> 0 k <br /> <br /> <br /> <br /> với k và k là độ cứng pháp tuyến và phương tiếp tuyến của phần tử.<br /> Quan hệ giữa số gia chuyển vị với các số gia biến dạng:<br />   <br /> (2.8)<br />     Bse Use  ,<br />  <br /> <br /> T<br /> <br /> Ma trận độ cứng phần tử:  Kse     Bse   Dse  Bse  det J d (2.9)<br /> 2.3.2.2. Phần tử biến dạng phẳng:<br /> Phần tử biến dạng phẳng được sử dụng ở đây là loại phần tử tam giác 3<br /> điểm nút và tứ giác 4 điểm nút, mỗi nút có 2 bậc tự do ui, vi. Các phương<br /> trình quan hệ đối với loại phần tử này đã được trình bày trong các tài liệu<br /> về phương pháp PTHH, ở đây tác giả xin phép không trình bày.<br /> 2.3.3. Phương trình giải bài toán tương tác ống dẫn – nền san hô chịu<br /> tải trọng động<br /> Dưới tác dụng của tải trọng động, hệ kết cấu ống dẫn và nền san hô<br /> chuyển động với phương trình có dạng sau:<br /> <br />