|

Hotline: (84-24) 3.942.8737

tạp chí điện tử của bộ giao thông vận tải

Phó Tổng Biên tập phụ trách: Nguyễn Văn Hường

Giấy phép hoạt động số: 499/GP-BTTTT
do Bộ Thông tin và Truyền thông cấp ngày 10/11/2016

Địa chỉ: Số 106 Thái Thịnh - Đống Đa - Hà Nội

Đường dây nóng : Tel: (84-24) 3.942.8737

Nghiêm cấm sao chép dưới mọi hình thức nếu không được Tạp chí Giao thông vận tải chấp thuận bằng văn bản.

Chủ nhật, 30/10/2016, 05:40

Xác định tải trọng sóng ngẫu nhiên lên phần tử dây neo công trình biển nổi

Tạp chí GTVT - Dựa trên kết quả xây dựng mặt sóng ngẫu nhiên, từ đó xác định được thành phần vận tốc và gia tốc của các phần tử nước.

ThS. Nguyễn Thị Thu Lê

PGS. TS. Lê Hồng Bang

PGS. TS. Đỗ Quang Khải

Trường Ðại học Hàng hải Việt Nam

Người phản biện:

TS. Nguyễn Hoàng

TS. Lê Thanh Bình

TÓM TẮT: Dựa trên kết quả xây dựng mặt sóng ngẫu nhiên, từ đó xác định được thành phần vận tốc và gia tốc của các phần tử nước. Bài báo trình bày cách sử dụng công thức Morison để tính toán tải trọng sóng ngẫu nhiên tác dụng lên phần tử kết cấu mảnh đặt xiên trong không gian, từ đó xây dựng thuật toán và chương trình tính tải trọng sóng ngẫu nhiên lên phần tử dây neo công trình biển nổi theo phương pháp phần tử hữu hạn.

TỪ KHÓA: Tải trọng sóng ngẫu nhiên, phần tử dây neo, công thức Morison, lực quán tính, lực cản ma sát.

Abstract: Base on the result of the establishment of the random wave surface, velocity and acceleration components of water participles were determined. By using Morrison’s equation to calculate random wave load affecting slender structural elements with slanting axis, this paper presents the establishment method of algorithm and program to determine the random wave load on any element of offshore mooring lines by finite element  method.

KEYWORDS: Random wave load, element of offshore mooring lines, Morrisons equation, inertial forces, frictional resistances.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, trong tính toán hệ dây neo công trình biển nổi, ở Việt Nam đang sử dụng các phần mềm như Arian7, Hydrostar… đều là các phần mềm có bản quyền. Để chủ động về mặt công nghệ cần thiết phải có chương trình tính của Việt Nam. Vì vậy, việc xây dựng thuật toán tính hệ dây neo là một việc làm hết sức cần thiết. Ở Việt Nam, việc tính hệ dây neo mới dừng ở mức độ xét các bài toán dây neo phẳng với tải trọng sóng tiền định. Để xác định tải trọng sóng ngẫu nhiên lên mô hình kết cấu không gian hệ dây neo công trình biển nổi theo phương pháp phần tử hữu hạn, khi đó dây neo được chia thành nhiều phần tử, cần thiết phải xác định tải trọng sóng ngẫu nhiên lên từng phần tử dây neo bằng cách sử dụng công thức Morison dựa trên các giá trị vận tốc và gia tốc của các phần tử nước. Trong thực tế, các phần tử dây neo công trình biển nổi nằm ở tư thế bất kỳ trong nước biển, số lượng phần tử lớn, vì vậy các tác giả sẽ xây dựng thuật toán và chương trình tính tải trọng lên phần tử bất kỳ của hệ dây neo công trình biển nổi.

2. CÔNG THỨC MORISON

Xét 1 thanh hình trụ nằm trong chất lỏng, chất lỏng chuyển động với vận tốc, gia tốc theo phương nằm ngang là v, a. Thanh hình trụ cũng chuyển động theo phương nằm ngang với vận tốc, gia tốc tương ứng là u, ü. Khi đó chất lỏng chảy vòng quanh thanh hình trụ có vận tốc theo phương z bằng 0, bài toán trở thành bài toán phẳng. Theo Morison [3], lực do sóng tác dụng lên phần tử chiều dài thanh hình trụ là: q = qM + qD             (1)

Trong đó: qM- Lực quán tính do sóng tác dụng lên thanh hình trụ được tính theo công thức:

qM = ρ.A.a + Ca.ρ(a - ü)               (2)

ρ - Khối lượng riêng của nước; A - Diện tích tiết diện ngang của thanh; Ca - Phụ thuộc vào hình dạng tiết diện thanh; 

qD - Lực cản ma sát gây nên do ma sát giữa dòng chảy và mặt trụ được tính theo công thức:

qD = 1/2 . CD.D|v - u|(v-u)                     (3)

D - Kích thước ngang lớn nhất của tiết diện thanh hình trụ thẳng góc với phương của dòng chảy.

CD - Hệ số lực cản, phụ thuộc vào hình dạng tiết diện, số Reynolds của dòng chảy và độ nhám bề mặt của thanh, có thể tra theo bảng [1].

Như vậy, lực tác dụng của sóng lên 1 phần tử chiều dài hình trụ là:

q = ρ.A.a + Ca.ρ.A.(a-ü) +   1/2. CD.ρ.D|v-u|(v-u)           (4)

3. TẢI TRỌNG SÓNG NGẪU NHIÊN TÁC DỤNG LÊN PHẦN TỬ DÂY NEO BẤT KỲ

Thiết lập hệ tọa độ: Hệ tọa độ tổng thể xyz, hệ tọa độ cục bộ xiyizi có trục xi dọc theo trục phần tử j (đi từ nút đầu sang nút cuối), các trục còn lại tạo với trục xi một tam diện thuận.

hinh1
Hình 3.1: Phần tử dây neo trong hệ tọa độ tổng thể

Các phần tử dây neo nằm xiên trong không gian, được đặc trưng bởi véc-tơ đơn vị cj dọc theo trục thanh và các cosin chỉ phương tương ứng cxj, cyj, czj:

hinh2
Hình 3.2: Cosin chỉ phương của phần tử dây neo thứ j
ct567

 

 

 

 

 

Từ công thức (5), ta thay thế v và a bằng vnan là thành phần vận tốc và gia tốc của chất lỏng thẳng góc với thanh, ta xác định được tải trọng phân bố vuông góc với trục phần tử:

ct89

 

 

 

 

 

 

 

hinh3
Hình 3.3: Đồ thị xác định
ct10

 

 

 

 

 

 

hinh4
Hình 3.4: Đồ thị tra giá trị CDt

4. VÍ DỤ TÍNH TOÁN VÀ KẾT QUẢ

vidu

 

 

 

 

 

 

hinh33
Hình 3.4: Đồ thị tra giá trị CDt

 

* Xác định các thành phần vận tốc và gia tốc của phần tử nước [2,5]

 Với sóng là một quá trình ngẫu nhiên, ta xác định được:

Thành phần vận tốc của phần tử nước theo phương ngang và phương đứng:

vidu2

 

 

 

 

 

 

* Xây dựng sơ đồ thuật toán:

11
Hình 4.2: Sơ đồ thuật toán tính tải trọng lên phần tử dây neo

 

* Kết quả tính toán:

Xác định tọa độ nút đầu và nút cuối của phần tử;

Xét hướng sóng chính tới phần tử dây neo hợp với phương X một góc;

Nhập thông số phần tử dây neo;

- Tọa độ nút đầu của phần tử theo phương X: 12,5

- Tọa độ nút đầu của phần tử theo phương Y: 0,2

- Tọa độ nút đầu của phần tử theo phương Z: 1,6

- Tọa độ nút cuối của phần tử theo phương X: 24,8

- Tọa độ nút cuối của phần tử theo phương Y: 0,2

- Tọa độ nút cuối của phần tử theo phương Z: 1,6

* Xác định tải trọng sóng lên phần tử dây neo (theo mục 3)

Kết quả thu được: Tải trọng vuông góc với trục tại điểm giữa của phần tử ở thời điểm lúc ban đầu là:

qnx = 0

qny = -0,07kN/m

qnz = 0,023kN/m

Tải trọng dọc theo trục tại điểm giữa phần tử

qtx = 2,175.10-3kN/m

qty = 0

qtz = 0

5. KẾT LUẬN

Dựa vào các thông số sóng tại một vùng biển, áp dụng chương trình tính là kết quả của bài báo, ta sẽ xác định được tải trọng sóng ngẫu nhiên tác động lên một điểm bất kỳ của phần tử dây neo. Từ tải trọng này ta có thể xác định được véc-tơ tải trọng nút của phần tử dây neo để từ đó tính toán được tải trọng sóng ngẫu nhiên tác dụng lên hệ dây neo công trình biển nổi. 

Tài liệu tham khảo

[1]. GS. TS. Nguyễn Xuân Hùng (1999), Động lc hc công trình bin, NXB. Khoa học Kỹ thuật.

[2]. Deo M.C. (2013), Waves and Structures, Indian Institute of Technology Bombay Powai, Mumbai.

[3]. A. H. Techet (2004), Morrison’s Equation.

[4]. Offshore standard DNV-OS-E301, Enviromental conditions and enviromental loads, Det Norske Veritas, 2004.

[5]. J.M.J Journee andW.W.Massie (2001), Offshore hydromechanics, Delft university of Technology.

[6]. Chu Quốc Thắng (1997), Phương pháp phần tử hữu hạn, NXB. Khoa học Kỹ thuật.

Bình luận

Tin nên đọc

Audi Q2 sẵn sàng cho những hành trình khám phá mới tại Việt Nam

Audi Q2 sẵn sàng cho những hành trình khám phá mới tại Việt Nam

26/10/2016 - 06:59

Phong cách thể thao trẻ trung, công nghệ tiên tiến kết hợp cùng thiết kế ấn tượng, Audi Q2 đã sẵn sàng để đặt hàng từ bây giờ tại Việt nam.

Bảo vệ môi trường là nhiệm vụ sống còn

Bảo vệ môi trường là nhiệm vụ sống còn

26/10/2016 - 05:38

Ô nhiễm môi trường vẫn tiếp tục gia tăng, xảy ra nhiều sự cố gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất của nhân dân.

Tại sao xe thể thao lại có gầm thấp?

Tại sao xe thể thao lại có gầm thấp?

26/10/2016 - 05:30

Gầm xe cao hay thấp được xác định bởi khoảng cách từ mặt đường đến mặt dưới của khung xe.

Hàng chục trường ở Thanh Hóa trả lại tiền cho phụ huynh

Hàng chục trường ở Thanh Hóa trả lại tiền cho phụ huynh

25/10/2016 - 17:45

Sau chỉ đạo của Chủ tịch UBND TP.Thanh Hóa về chấn chỉnh lạm thu đầu năm học, 25 trường đã trả lại tiền thu sai quy định cho phụ huynh.

Cùng chuyên mục

Ứng dụng mạng LoRaWan 'chìa khóa' thành công bãi đỗ xe thông minh

Ứng dụng mạng LoRaWan "chìa khóa" thành công bãi đỗ xe thông minh

01/07/2020 - 06:12

Công nghệ mạng không dây tầm xa LoRaWan và ứng dụng của mạng này là chìa khóa nâng hiệu quả của các điểm trông giữ ô tô thông minh hiện nay

Ứng dụng Geocrete trong xây dựng nền đường đắp trên đất yếu khu vực đồng bằng sông Cửu Long  và TP. Hồ Chí Minh.

Ứng dụng Geocrete trong xây dựng nền đường đắp trên đất yếu khu vực đồng bằng sông Cửu Long và TP. Hồ Chí Minh.

20/12/2019 - 06:34

Bài báo giới thiệu công nghệ thi công ứng dụng chất phụ gia Geocrete cho nền đường đắp qua khu vực đất yếu tại vùng đồng bằng sông Cửu Long và TP. Hồ Chí Minh.

Kết hợp lý thuyết tính ngược và việc sử dụng thiết bị gia tải động FWD để đánh giá khả năng làm việc của mặt đường bê tông xi măng

Kết hợp lý thuyết tính ngược và việc sử dụng thiết bị gia tải động FWD để đánh giá khả năng làm việc của mặt đường bê tông xi măng

20/12/2019 - 06:31

Bài toán tính ngược là một công cụ mới được sử dụng phổ biến trong việc kiểm tra, thiết kế kết cấu mặt đường.

Kiểm tra thiết bị đo và giám sát rung động đa kênh tại Phòng Thí nghiệm Viện Nghiên cứu khoa học và Công nghệ Hàng hải - Trường Đại học Hàng hải Việt Nam

Kiểm tra thiết bị đo và giám sát rung động đa kênh tại Phòng Thí nghiệm Viện Nghiên cứu khoa học và Công nghệ Hàng hải - Trường Đại học Hàng hải Việt Nam

20/12/2019 - 06:31

Thiết bị đo, giám sát rung động đa kênh (MMMVS, Multi-channel Measurement and Monitoring Vibration System) được chế tạo tại Trường Đại học Hàng hải Việt Nam dùng để đo, xử lý đồng thời các tín hiệu dao động xoắn, dao động dọc trên trục truyền bằng phương pháp tem dán biến dạng và các kênh đo dao động gia tốc trên bề mặt động cơ diesel tàu thủy.

Ứng dụng CNTT trong hoạt động vận tải nhằm giảm chi phí logistics

Ứng dụng CNTT trong hoạt động vận tải nhằm giảm chi phí logistics

04/12/2019 - 08:57

Bài báo đề cập tới lợi ích và giải pháp cần thiết để doanh nghiệp Việt Nam ứng dụng công nghệ thông tin (CNTT)...

Nghiên cứu ứng dụng logic mờ trong phân tích tài chính dự án giao thông  theo hình thức hợp tác công - tư

Nghiên cứu ứng dụng logic mờ trong phân tích tài chính dự án giao thông theo hình thức hợp tác công - tư

21/11/2019 - 13:54

Phát triển cơ sở hạ tầng giao thông sẽ tạo điều kiện để phát triển kinh tế - xã hội, đáp ứng tiến trình hội nhập kinh tế...

Đánh giá ảnh hưởng của hệ số tổn thất khí động qua xu-páp nạp, thải đến các thông số vận hành của động cơ Hyundai 2.5TCI-A

Đánh giá ảnh hưởng của hệ số tổn thất khí động qua xu-páp nạp, thải đến các thông số vận hành của động cơ Hyundai 2.5TCI-A

15/11/2019 - 06:34

Hiện nay, việc tính toán chu trình công tác (CTCT) của động cơ đốt trong thường sử dụng các phần mềm mô phỏng (PMMP) chuyên dụng như: Diesel RK, GT - Power, AVL - Boost…

Nghiên cứu sóng hài dòng điện hệ thống cung cấp điện kéo đường sắt đô thị

Nghiên cứu sóng hài dòng điện hệ thống cung cấp điện kéo đường sắt đô thị

13/11/2019 - 10:41

Đường sắt đô thị là loại hình GTVT đáp ứng nhu cầu đi lại của người dân trong các thành phố hiện đại.

Nghiên cứu đặc tính thâm nhập ion clo  của bê tông geopolymer tro bay

Nghiên cứu đặc tính thâm nhập ion clo của bê tông geopolymer tro bay

11/11/2019 - 11:27

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu đặc tính thâm nhập ion clorua của bê tông geopolymer tro bay.

Nghiên cứu đặc điểm đi lại và đề xuất giải pháp phát triển xe đạp công cộng tại các đô thị ở Việt Nam

Nghiên cứu đặc điểm đi lại và đề xuất giải pháp phát triển xe đạp công cộng tại các đô thị ở Việt Nam

11/11/2019 - 09:11

Xe đạp công cộng được nhiều quốc gia trên thế giới xem là mắt xích cuối cùng trong chuỗi vận tải đa phương tiện