Đề tài Tính toán và điều khiển chủ động bất ổn định khí động lực học của cầu có nhịp chính dài 3000m bằng các tấm mỏng (Winglets) (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Tính toán và điều khiển chủ động bất ổn định khí động lực học của cầu có nhịp chính dài 3000m bằng các tấm mỏng (Winglets) (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG TÍNH TOÁN VÀ ĐIỀU KHIỂN CHỦ ĐỘNG BẤT ỔN ĐỊNH KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CẦU CÓ NHỊP CHÍNH DÀI 3000M BẰNG CÁC TẤM MỎNG (WINGLETS) MÃ SỐ: T2009 - 58 NGƯỜI CHỦ TRÌ: PHAN ĐỨC HUYNH THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2010
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM  ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG TÍNH TOÁN VÀ ĐIỀU KHIỂN CHỦ ĐỘNG BẤT ỔN ĐỊNH KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CẦU CÓ NHỊP CHÍNH DÀI 3000M BẰNG CÁC TẤM MỎNG (WINGLETS) MÃ SỐ: T2009-58 THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT NGƯỜI CHỦ TRÌ : PHAN ĐỨC HUYNH ĐƠN VỊ : KHOA XD&CHUD TP. HỒ CHÍ MINH – 2010
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN VÀ ĐIỀU KHIỂN CHỦ ĐỘNG BẤT ỔN ĐỊNH KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CẦU CÓ NHỊP CHÍNH DÀI 3000M BẰNG CÁC TẤM MỎNG (WINGLETS) MÃ SỐ: T2009-58 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS. PHAN ĐỨC HUYNH TP. HCM – 2010
4. TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: TÍNH TOÁN VÀ ĐIỀU KHIỂN CHỦ ĐỘNG BẤT ỔN ĐỊNH KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CẦU CÓ NHỊP CHÍNH DÀI 3000M BẰNG CÁC TẤM MỎNG (WINGLETS) Mã số: T2009-58 Chủ nhiệm đề tài: Ts. Phan Đức Huynh Tel.: (84-8)909999271 E-mail: phanduchuynh@gmail.com Cơ quan chủ trì đề tài: Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM Cơ quan và cá nhân phối hợp thực hiện: Thời gian thực hiện: Từ tháng 12 năm 2008 đến tháng 12 năm 2009 1. Mục tiêu: - Tính toán bất ổn định khí động của cầu nhịp dài dưới tác động của gió. - Điều khiển dao động của cầu bằng các tấm mỏng nhằm gia tăng độ giảm chấn khí động - Khảo sát các vị trí, kích thước, số lượng của các tấm mỏng cần thiết để tăng vận tốc tới hạn của cầu nhằm làm giảm chi phí thiết kết và thi công. 2. Nội dung chính: 2.1 Kết quả chính đạt được - Tính toán mode dao động và tần số riêng của cầu nhịp dài bằng phương pháp phần tử hữu hạn. - Mô phỏng dòng rối trong không gian 3 chiều. - Tính toán bất ổn định khí động của cầu cáp treo dưới tác dụng của gió trong trường hợp chưa điều khiển và điều khiển. - Khảo sát ảnh hưởng của các mode dao động, số lượng và kích thước cánh mỏng, sự tương quan giữa vị trí cánh mỏng và các mode. 2.2 Điểm mới
5. - Tính toán và tìm tần số riêng của cầu nhịp dài bằng phương pháp phần tử hữu hạn. - Dòng rối được mô phỏng số trong không gian 2 chiều và phát triển lên không gian 3 chiều để thấy được sự thay đổi của dòng rối dọc theo cầu. - Sự bất ổn định của cầu treo cho trường hợp chưa điều khiển và điều khiển được khảo sát cho các trường hợp 2 chiều và 3 chiều, thấy được sự ảnh hưởng của số mode, kích thước cánh, vị trí cánh 3. Địa chỉ ứng dụng - Các trường đại học, trung tâm và viện nghiên cứu, cụ thể chuyên ngành về cơ, xây dựng, kết cấu và điều khiển - Kết quả nghiên cứu có thể mở rộng và ứng dụng cho các công trình chịu ảnh hưởng của gió như nhà cao tầng, tháp cao, công trình biển,
6. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI - Hiện nay, nhu cầu xây dựng các cầu có nhịp dài tại Việt Nam và thế giới là rất lớn. Cùng với sự gia tăng chiều dài nhịp chính, bên cạnh yêu cầu về vật liệu, dây cáp, tiết diện cầu, kỹ thuật thi công thì độ ổn định của cầu dưới tác động của động đất và gió là những vấn đề đã và đang nghiên cứu cụ thể tại các nước như Mỹ, Nhật, Trung Quốc, Châu Âu - Tại Việt Nam, những cầu treo có nhịp trung bình và dài đang được đầu tư xây dựng như cầu Phú Mỹ, cầu Thuận Phước, cầu Rạch Miễu trong đó khu vực đồng bằng sông Cửu Long chiếm vị trí quan trọng vì mạng sông ngòi chằng chịt, việc xây dựng các cầu nhịp lớn nhằm phát triển kinh tế là việc làm cấp thiết. Vì thế, cơ sở lý thuyết về bất ổn định khí động lực học và phương pháp nâng cao độ ổn định hoặc giảm dao động của cầu cần được nghiên cứu cụ thể. - Đề tài đưa ra cơ sở lý thuyết về bất ổn định và đề nghị cách thức điều khiển chủ động nhằm làm giảm dao động của cầu. Kết quả nghiên cứu có thể mở rộng và ứng dụng cho các công trình chịu ảnh hưởng của gió như nhà cao tầng, tháp cao, công trình biển, MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - Tính toán bất ổn định khí động của cầu nhịp dài dưới tác động của gió. - Điều khiển dao động của cầu bằng các tấm mỏng nhằm gia tăng độ giảm chấn khí động - Khảo sát các vị trí, kích thước, số lượng của các tấm mỏng cần thiết để tăng vận tốc tới hạn của cầu nhằm làm giảm chi phí thiết kết và thi công. CÁCH TIẾP CẬN - Sử dụng lý thuyết phần tử hữu hạn cho bài toán dao động riêng - Sử dụng phương pháp số để xác định đáp ứng của hệ. Dựa vào đáp ứng này để tìm vận tốc tới hạn. - Sử dụng các phương pháp xử lý số liệu: FFT
7. - Lý thuyết về hàm ngẫu nhiên cho dòng rối - Sử dụng các công cụ lập trình PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Thu thập các nghiên cứu về mô phỏng dòng rối, các phương pháp xử lý số liệu, tính toán dao động tự do của cầu bằng giải tích và bằng phương pháp số. - Nghiên cứu các phương pháp ổn định động lực cầu như: Tuned mass damper, viscoelastic damper - Đưa ra hướng nghiên cứu mới dựa trên nền tảng của ổn định dao động là gia tăng khả năng giảm chấn của cơ hệ. PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu lý thuyết dòng rối 2 chiều và 3 chiều - Nghiên cứu đáp ứng của cầu: tiết diện cầu (2D) và toàn dầm cầu (3D) NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Tính dao động tự do của cầu cáp treo để tìm các dạng dao động và tần số riêng bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM). - Mô phỏng số dòng rối trong không gian 3 chiều tác động lên toàn bộ nhịp cầu. - Tính toán bất ổn định khí động của cầu cáp treo dưới tác dụng của gió trong trường hợp chưa điều khiển. - Xây dựng phương pháp điều khiển. - Tính toán bất ổn định khí động trong trường hợp điều khiển. - Khảo sát ảnh hưởng của các mode (dạng) dao động, số lượng và kích thước cánh mỏng, sự tương quan giữa vị trí cánh mỏng và các mode. - Viết bản thiết minh đề tài.