Phương pháp khảo sát và nghiên cứu thực nghiệm công trình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CHUYÊN ĐỀ
CAO HỌC XÂY DỰNG

PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT VÀ
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

10/18/2013

1


TÀI LIỆU CHÍNH CỦA MÔN HỌC

1. Lý thuyết mô hình
2.“Analyse de l’influence de la configuration sur le
comportement en statique d’un profilé en T, fait de composite
thermoplastique à haute résistance et fibres de carbone”,
Hoang Phuong Hoa, 2009.

10/18/2013

2


NỘI DUNG TRÌNH BÀY

1

4

10/18/2013

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔN HỌC

2

LÝ THUYẾT MÔ HÌNH

3

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG

3


MỤC TIÊU CỦA MÔN HỌC

Trang bị cho người học nắm được kiến thức về xây
dựng mô hình thí nghiệm, các thiết bị phục vụ công
tác thí nghiệm và các phương pháp nghiên cứu thực
nghiệm công trình.

10/18/2013

4

LÝ THUYẾT MÔ HÌNH

Khái quát về mô hình hóa: Mô hình hóa
được xem như là một phương pháp cảm
thụ trực tiếp để nghiên cứu trạng thái và
quy luật phát triển của đối tượng khảo sát.

10/18/2013

5


LÝ THUYẾT MÔ HÌNH

Trong phương pháp mô hình hóa để
nhận được các thông tin, tín hiệu và hình
ảnh của một hiện tượng một quá trình hay
một vật thể thường gọi là Nguyên hình.
Công việc sẽ được tiến hành khảo
sát trên những đối tượng tự nhiên hay
nhân tạo, mà chúng có sự tương ứng
khách quan với hiện tượng nghiên cứu
gốc, được gọi là Mô hình.
10/18/2013

6

LÝ THUYẾT MÔ HÌNH

Phương pháp mô hình hóa trong khoa
học kỹ thuật cũng như trong thực tế
sản xuất có thể giải quyết nhiều nhiệm
vụ khác nhau sau đây:
Tiến hành nghiên cứu tính chất, đo đạc
và thu thập số liệu của một đối tượng
mà nguyên hình không cho phép hoặc
không có khả năng thực hiện;
1.

10/18/2013

7


LÝ THUYẾT MÔ HÌNH

2.

3.

Kiểm tra xác minh kết quả nghiên cứu lý
thuyết, xác định phạm vi áp dụng các giả
thiết tính toán, dùng để xây dựng một lý
thuyết nào đó, hoặc chính xác hóa các công
thức tính toán nhận được;
Chọn các thông số tối ưu cho các đối tượng,
thiết kế kiểm tra mức độ đúng đắn của các

phương pháp thiết kế trong trường hợp
không có phương pháp tính toán đáng tin
cậy hoặc chỉ có những phương pháp quá
phức tạp, khó khăn.

10/18/2013

8


CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA

Mô hình hóa vật lý: Được thực hiện đối với những mô
hình của các quá trình, hiện tượng vật thể được
gọi chung là đối tượng nghiên cứu mà trong quá
trình khảo sát cần bảo tồn những tính chất vật lý
của đối tượng nghiên cứu đó. Tùy theo yêu cầu và
bản chất của đối tượng nguyên hình, mô hình của
nó có thể thực hiện theo những nguyên tắc sau:
1. Tương tự hình học;
2. Tương tự cơ học.

10/18/2013

9


CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA

Mô hình hóa toán học: Quá trình nghiên cứu được tiến

hành trên một đối tượng mô hình có bản chất vật lý
hoàn toàn khác với đối tượng nguyên hình, nhưng
những phương trình và biểu thức biểu diễn trạng thái
làm việc của chúng dưới dạng toán học hoàn toàn
giống nhau. Mô hình hóa toán học khác với mô hình
hóa vật lý ở chỗ nó nhằm mục đích thay thế quá trình
khảo sát đo đạc phức tạp khi giải quyết những đối
tượng cụ thể bằng việc làm trên mô hình tương tự toán
học trên một bàn tính. Ở đây, quá trình vật lý của đối
tượng nghiên cứu với mô hình của nó không được
thiết lập, mà mô hình tương tự được dựng lên bằng
các liên hệ toán học để giải quyết.
10/18/2013

10


CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA

Tùy thuộc những tham số đặc trưng được sử dụng trong khi
mô hình hóa, mô hình khảo sát có thể là mô hình số hoặc
mô hình loại suy:
Mô hình số được xây dựng bằng cách lập các chương trình
tính toán chuyên dụng và quá trình nghiên cứu sự biến
động của đối tượng được tiến hành trên máy tính điện tử;
phương pháp này có thể giải quyết những bài toán để xác
định trạng thái ứng suất, biến dạng của kết cấu công trình
trên cơ sở tính toán trực tiếp từ những phương trình trong
lý thuyết cơ học hay bài toán thống kê trong tính toán công
trình khi các tham số phụ thuộc vào các yếu tố ngẫu nhiên.

10/18/2013

11


CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA

Mô hình loại suy chính là mô hình tương
tự điện. Nó dựa trên cơ sở giống nhau
giữa các liên hệ toán học viết cho đối
tượng nghiên cứu và viết cho những
mạch điện được thiết kế tương ứng.
Mạng điện này được gọi là mô hình
tương tự điện.
10/18/2013

12


CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA

Chẳng hạn, để thiết lập mô hình tương tự điện
của một dầm chịu uốn có liên kết đơn giản
đã dựa trên cơ sở sự giống nhau của các
phương trình sau:
Đối với dầm
Đối với mạng điện
dM x =
dx Qx

2

d Mx
q

=

dUx
=rIx
dx
2
d U
x
=
ri


2

dx2

dx

x

x
10/18/2013

13

CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA

Mô hình hóa vật lý: Biểu hiện khách quan giữa nguyên hình
và mô hình trong lý thuyêt mô hình hóa là sự tương tự. Ý
nghĩa của sự tương tự là việc tồn tại của hai hệ thống đối
tượng nghiên cứu N (nguyên hình) và M (mô hình) có các
tham số trong hệ là Xi và xi tương ứng với nhau.
Biểu thức tổng quát biểu diễn hệ M có thể viết:

ϕ=
f

j

( x1 ,

x2

, x3
,...,

xi ,..., xn

trong đó j=1,2,3,…,m.

)

Đối với hệ N:

φ= f

j

(X1, X 2


, X 3 X ,...,
i
,...,
10/18/2013

Xn )

trong
đó

j=1,
2,3,

…,m.

14


CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA

Hai hệ thống M và N sẽ tương tự nhau trong
trường hợp khi những phần tử xác định (X i
và xi) của chúng khi cùng trong một thời

điểm có thể thỏa mãn được liên hệ sau:
Xi = φi(xi)
Và
xi = Φi(Xi) với I = 1,2,3,…,n.
khi đó nếu có sự tồn tại của của hệ N ắt sẽ có
hệ M và ngược lại.
10/18/2013

15


CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA

Cơ sở lý luận của phương pháp mô hình hoá là
lý thuyết tương tự. Một trong những nhiệm
vụ cơ bản của lý thuyết này là xây dựng mối
liên hệ phụ thuộc giữa các tham số của
những quá trình diễn biến trong hệ khảo sát
nguyên hình và mô hình; hay là xác lập
những số tỷ lệ tương tự giữa những phần tử
tương ứng của nguyên hình và mô hình
khảo sát, khi những quá trình xảy ra trong
hai hệ là tương tự.
10/18/2013

16


CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA
Phương pháp phân tích phương trình trạng thái cơ bản

Để xác định được các mối liên hệ giữa nguyên hình và mô hình
tương tự với nó, ta có thể dùng những định lý cơ bản trong
vật lý và trong cơ học có liên quan trực tiếp đến việc xác
định các đặc trưng của đối tượng nghiên cứu như: sự cân
bằng tĩnh học của hệ cơ học, sự phụ thuộc giữa ứng suất
và biến dạng trong quá trình làm việc của vật liệu, các
phương trình cơ bản trong môi trường liên tục…tất cả các
phương trình và liên hệ đó thường là thích ứng đối với toàn
bộ những bài toán cơ học khi chúng được khảo sát trong
điều kiện tĩnh học. Thực tế các công trình xây dựng thường
làm việc dưới tác dụng của tải trọng tĩnh hoặc tải trọng
động với tần số thấp. Việc xây dựng những mô hình tương
tự theo phương pháp này hoàn toàn có thể thoả mãn cho
hàng loạt trường hợp nghiên cứu.
10/18/2013

17


CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA

Phương pháp phân tích thứ nguyên của các
tham số trong hệ khảo sát
Phương pháp này có tính tổng quát, nó có thể
áp dụng cho mọi bài toán mô hình hoá có số
lượng lớn tham số khảo sát, kể cả trường
hợp khi hệ khảo sát chịu tải trọng động hay
hiện tượng mà sự biến thiên phụ thuộc vào
thời gian.
10/18/2013

18


CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA
Phương pháp phân tích thứ nguyên của các tham số
trong hệ khảo sát (tt)
Bằng cách phân tích thứ nguyên của các tham số,
người ta có thể nhận biết rất nhanh các lời giải của
một bài toán mô hình hoá bất kỳ chứa nhiều biến
số khi hệ thống biến số có ảnh hưởng đến lời giải
của bài toán được sắp xếp theo một nguyên tắc
nhất định. Tuy nhiên, lời giải nhận được không
phải luôn cho chúng ta dạng đầy đủ, nhưng nó có
khả năng cho phép tìm được các quy luật tương
tự để giải quyết các bài toán có chứa nhiều biến
số.
10/18/2013

19


CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA
Phương pháp phân tích thứ nguyên của các tham số
trong hệ khảo sát (tt)
Trong khi bài toán khảo sát nhiều biến số thì mục đích
cơ bản của PP phân tích thứ nguyên ở đây là tìm
khả năng giảm bớt số lượng biến số.
Sau khi giảm bớt được số lượng biến số hoặc tập hợp
thành nhóm các biến số theo nguyên tắc phân tích

thứ nguyên hay nhóm của tích nhiều biến số
chúng ta có thể rút ra được phương trình có dạng
biểu diễn sự liên hệ giữa mỗi một biến số cơ bản
với các biến số hoặc nhóm còn lại của hệ khảo
sát.
10/18/2013

20


CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA

Phương pháp phân tích thứ nguyên của các tham số
trong hệ khảo sát (tt)
Khi đã xác định được các dạng của các phương trình
biểu diễn mối quan hệ giữa các biến số, thì bấy
giờ dạng của phương trình liên hệ đó chỉ có giá trị
thứ yếu, sau đó ta chỉ dùng các số hạng riêng lẻ
của phương trình tìm được ở trên để tính toán mối
liên hệ giữa mỗi một biến số đặc trưng tương ứng
của nguyên hình và mô hình.
10/18/2013

21


CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA
Phương pháp phân tích thứ nguyên của các tham số trong hệ
khảo sát (tt)
Ví dụ: Bằng cách phân tích thứ nguyên để giảm bớt số lượng

các biến số của hệ khảo sát là dầm conson chịu tác dụng
của lực phân bố q, chiều dài l, tiết diện bxh, Modul đàn hồi
E và hệ số Poisson µ
Mối liên hệ giữa các biến số trong hệ khảo sát:
F(q,l,b,h,E,µ) = 0
Khảo sát thứ nguyên của các biến số đó ta có thể ghép các
biến số tương ứng thành 4 nhóm không thứ nguyên:
q/El; h/l; b/l và µ
Các tích không thứ nguyên này được liên hệ với nhau dưới
một phương trình có dạng mới để biểu diễn hệ khảo sát:
G(q/El; h/l; b/l, µ) = 0
10/18/2013

22


CÁC DANG MÔ HÌNH HÓA

Phương pháp phân tích thứ nguyên của các tham số trong hệ
khảo sát (tt)
Để triển khai bài toán mô hình hoá, bây giờ chúng ta không cần
quan tâm đến dạng của hàm G, mà chỉ dùng sự liên hệ của
các tham số trong bốn biến số mới của hệ khảo sát, đó là:
Π1 = q/El; Π2 = h/l; Π3 = b/l; Π4 = µ
Từ đó ta có mối liên hệ của các tham số kích thước hình học (l,
b, h), đặc trưng vật liệu (E, µ) và tải trọng tác dụng (q) giữa
nguyên hình khảo sát và mô hình tương tự.

10/18/2013

23