Báo cáo mô hình cửa đập thủy điện bác ái có CODE ANSYS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬT
---------------o0o---------------

BÁO CÁO

THỰC TẬP CƠ KỸ THUẬT
Đề tài:
MÔ HÌNH HÓA CỬA XẢ NƯỚC
ĐẬP THỦY ĐIỆN BÁC ÁI

GVHD:
LỚP-NHÓM:

ThS. Nguyễn Thái Hiền
A03-20

Nhóm SVTH:

Nguyễn Ngọc Dương

1510600

Nguyễn Văn Khang

1511484

Nguyễn Hoàng Phúc Huy

1511250

Đàm Duy Anh

1510039

TP.HCM, THÁNG 12 NĂM 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬT
---------------o0o---------------

BÁO CÁO

THỰC TẬP CƠ KỸ THUẬT
Đề tài:
MÔ HÌNH HÓA CỬA XẢ NƯỚC
ĐẬP THỦY ĐIỆN BÁC ÁI BẰNG PHẦN MỀM ANSYS
GVHD:

ThS. Nguyễn Thái Hiền

LỚP-NHÓM:

A03-20

Nhóm SVTH:

Nguyễn Ngọc Dương

1510600

Nguyễn Văn Khang
Nguyễn Hoàng Phúc Huy

1511484
1511250

Đàm Duy Anh

1510039

TP.HCM, THÁNG 12 NĂM 2017


Mục lục
I. MÔ TẢI BÀI TOÁN ......................................................................... 1
1.

Lựa chọn phần tử: SOLID186 ....................................................... 1

2.

Thông số vật liệu.......................................................................... 2

II.

MÔ HÌNH BÀI TOÁN ................................................................... 2

III. ĐIỀU KIỆN BIÊN-TẢI TRỌNG ...................................................... 4
1.

Điều kiện biên ............................................................................. 4

2.

Tải trọng...................................................................................... 4

IV.PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ..................................................................... 6
1.

Kết quả mô phỏng ....................................................................... 6

2.

Tính bền theo thuyết bền Mohr (thuyết bền thứ 5) ........................... 8

Phụ lục 1 ............................................................................................... 9
Tổng quan về vật liệu bê tông: .............................................................. 9
Phụ lục 2 ............................................................................................. 13
CODE ............................................................................................. 13
Tài liệu tham khảo ............................................................................... 16


I.
1.

MÔ TẢI BÀI TOÁN
Lựa chọn phần tử: SOLID186

Để mô tả bê tông trong phần mềm ANSYS có nhiều dạng phần tử có thể sử
dụng, trong bài toán này sử dụng dạng phần tử SOLID186 : phần tử 3D gồm 20
nút, 3 bậc tự do nút x,y,z; thích hợp để mô phỏng các lưới phi tuyến từ sản phẩm
của các phần mềm CAD/CAM . (KEYOPT(3)=0, the default, hexahedron shape
and curved surfaces)

Hình 1: SOLID186 Homogeneous Structural Solid Geometry
(Hexahedron quadratic-20 nodes)

1


2.

Thông số vật liệu

Bảng 1: Cường độ tính toán của bê tông Cấp độ bền B20 *
(Mác tương đương M250)
STT
1
2
3
4
5

Input data
Modun đàn hồi (E)

Cường độ chịu nén  n
Cường độ chịu kéo  k
Hệ số Poisson 
Khối lượng riêng 
*TCXDVN 356:2005

II.

MÔ HÌNH BÀI TOÁN

Giá trị
2,7.107
11.5
0.9
0.2
2,5.103

KPa
MPa
MPa
Kg/m3

Hình 1: Cửa đập nhà máy thủy điện Bác Ái (nguồn: VnExpress)

2


Tạo các k-point, ghép các k-point để tạo thành các line, tạo các volumn từ kpoint và line tương ứng

Hình 2: Mô hình cửa thoát nước được xây dựng bằng phần mềm ANSYS

Hình 3: Chia lưới mô hình
3


III.
1.

ĐIỀU KIỆN BIÊN-TẢI TRỌNG
Điều kiện biên

Đây là công trình rất lớn, được xây dựng cố định trên mặt đất. Ta ngàm toàn bộ mặt
đáy của công trình.

Hình 4. Đặt điều kiện biên
2. Tải trọng
- Tải trọng phân bố đều trên tấm nắp: 110 kN/m2
- Áp lực nước lên thành đập ( lực phân bố tuyến tính)

4


Hình 5. Tải trọng phân bố trên tấm nắp

Hình 6. Áp lực nước lên thành đập
5


IV.PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
1. Kết quả mô phỏng

Hình 7+8: Kết quả trường chuyển vị (đơn vị: m)
6


Hình 9. Ứng suất chính thứ nhất (kN / m2 )

Hình 10: Ứng suất chính thứ 3 (kN / m2 )

7


2.

Tính bền theo thuyết bền Mohr (thuyết bền thứ 5)
Bê tông là vật liệu bền nên ta tính bền theo thuyết bền Mohr:
1 

STT
1
2

 k
   k
 n 3

Input data
Cường độ chịu nén  n
Cường độ chịu kéo  k

(*)
Giá trị
11.5
0.9

MPa
MPa

Với 1  906.305(kN / m2 ); 3  163.895(kN / m2 ) , ta được
1 

 k
0.9
 3  906.305 
163.895  893.47(kN / m2 )   k  900(kN / m2 )
11.5
 n

Vậy hệ thỏa bền.

8


Phụ lục 1
Tổng quan về vật liệu bê tông:
1. Thành phần:
- Bê tông là một loại đá nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá, sỏi)
và chất kết dính (thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia.
- Vật liệu rời còn gọi là cốt liệu, cốt liệu có 2 loại bé và lớn. Loại bé là cát có
kích thước (1-5)mm, loại lớn là sỏi hoặc đá dăm có kích thước (5-40)mm.

- Chất kết dính là xi măng trộn với nước hoặc các chất dẻo khác.
- Phụ gia nhằm cải thiện một số tính chất của bê tông trong lúc thi công cũng
như trong quá trình sử dụng.
2. Cấu trúc:
- Bê tông có cấu trúc không đồng nhất vì hình dáng, kích thước cốt liệu khác
nhau, sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính không thật đồng đều, trong bê
tông vẫn còn lại một ít nước thừa và những lỗ rỗng li ti (do nước thừa bốc
hơi).
- Quá trình khô cứng của bê tông là quá trình thủy hóa của xi măng, quá trình
thay đổi lượng nước cân bằng, sự giảm keo nhớt, sự tăng mạng tinh thể của
đá xi măng. Các quá trình này làm cho bê tông trở thành vật liệu vừa có tính
đàn hồi vừa có tính dẻo.
3. Phân loại:
- Theo cấu trúc: bê tông đặc chắc, bê tông có lỗ rỗng (dùng ít cát), bê tông tổ
ong, bê tông xốp.
- Theo dung lượng: bê tông nặng ( = 2200 ÷ 2500 𝑘𝑔/𝑚3 ); bê tông nặng cốt
liệu bé ( = 1800 ÷ 2200 𝑘𝑔/𝑚3 ); bê tông nhẹ ( < 1800 𝑘𝑔/𝑚3 ); bê tông
đặc biệt nặng (  > 2500 𝑘𝑔/𝑚3 ).
- Theo chất kết dính: bê tông xi măng, bê tông nhựa, bê tông chất dẻo, bê tông
thạch cao, bê tông xỉ, bê tông sillicat.
- Theo phạm vi sử dụng: bê tông làm kết cấu chịu lực, bê tông chịu nóng, bê
tông cách nhiệt, bê tông chống xâm thực v.v…
- Theo thành phần hạt: bê tông thông thường, bê tông cốt liệu bé, bê tông chèn
đá hộc.

9


4. Biến dạng của bê tông:
Biến dạng của bê tông xảy ra khá phức tạp gồm biến dạng ban đầu do co ngót,

biến dạng do tải trọng gây ra (biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo), sự tăng biến
dạng theo thời gian.
- Biến dạng do co ngót:
Co ngót là hiện tượng bê tông giảm thể tích khi khô cứng trong không
khí. Hiện tượng co ngót liên quan đến quá trình thủy hóa xi măng, đến sự bốc
hơi lượng hơi nước thừa khi bê tông khô cứng. Co ngót xảy ra chủ yếu trong
giai đoạn khô cứng đầu tiên của bê tông. Trong điều kiện bình thường, sau
vài năm thì biến dạng tỉ đối do co ngót có thể đạt đến (3÷5)10−4
Sự co của mạng tinh thể bị cốt liệu cản trở gây ra ứng suất kéo ban đầu
trong đá xi măng. Sự co không đều trong khối bê tông hoặc co ngót bị ngăn
trở làm phát sinh ứng suất kéo và có thể làm bê tông bị nứt.
- Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn:
Làm thí nghiệm nén với mẫu hình trụ có chiều dài là l, diện tích tiết
diện A. Tác dụng lên mẫu lực nén P, đo được độ co ngắn Δ. Tính được biến
dạng tỉ đối 𝜀𝑏 = Δ/𝑙 và ứng suất 𝜎𝑏 = 𝑃/𝐴. Với mỗi giá trị của lực P có
được một cặp giá trị 𝜀𝑏 , 𝜎𝑏 và có được một điểm B của đồ thị. Thay đổi (tăng
dần) lực nén P có được đồ thị quan hệ giữa 𝜀𝑏 và 𝜎𝑏 . Kết quả thực nghiệm
cho thấy đồ thị là một đường cong OBC. Điểm C ứng với lúc mẫu bị phá hoại,
lúc này 𝜎𝑏 = 𝑅𝑙𝑡 là cường độ của mẫu thử hình trụ và 𝜀𝑏 đạt đến biến dạng
cực hạn của bê tông là 𝜀𝑏 ∗ .
Khi gia tải đến một mức độ nào đó (P, Δ) rồi giảm tải, mẫu sẽ khôi phục
lại biến dạng nhưng không đạt đến kích thước ban đầu mà bị hụt một lượng
Δ1 . Phần biến dạng hồi phục được Δ1 là biến dạng đàn hồi, phần Δ2 không
phục hồi được là biến dạng dẻo. Tương ứng có biến dạng tỉ đối đàn hồi 𝜀𝑒𝑙 =
Δ1 /𝑙 và biến dạng dẻo 𝜀𝑝𝑙 = Δ2 /𝑙.

10


Hình 1’. Đồ thị ứng suất – biến dạng của bê tông

- Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn – từ biến:
Từ biến là hiện tượng biến dạng tăng theo thời gian.
Thí nghiệm nén mẫu với lực P có biến dạng ban đầu là Δ. Giữ cho lực
P tác dụng trong thời gian lâu dài thì biến dạng còn tăng thêm một lượng Δ𝑐 .
Ký hiệu 𝜀𝑒 = Δ𝑐 /𝑙 và gọi là biến dạng từ biến, được thể hiện bằng đoạn BC
trên đồ thị:

Hình 2’: Đồ thị biểu diễn từ biến của bê tông
Hình a thể hiện sự tăng biến dạng khi σb không đổi, tác dụng lâu dài.
Hình b thể hiện sự tăng biến dạng theo thời gian t.
11


Khi ứng suất 𝜎𝑏 tương đối bé (chưa vượt quá 0.7R) thì từ biến là có
giới hạn, đường cong BC ở hình b có tiệm cận nằm ngang.
Khi 𝜎𝑏 khá lớn (𝜎𝑏 > 0.85R) thì từ biến phát triển không ngừng và dẫn
đến mẫu thử bị phá hoại. Đó là sự giảm cường độ của bê tông khi tải trọng tác
dụng lâu dài.
- Biến dạng nhiệt:
Đây là biến dạng thể tích khi nhiệt độ thay đổi, phụ thuộc vào hệ số nở
vì nhiệt của bê tông 𝛼𝑡 . Hệ số này phụ thuộc vào loại xi măng, cốt liệu, trạng
thái ẩm của bê tông và bằng khoảng (0.7 ÷ 1.5)10−5 /độ. Thông thường khi
nhiệt độ thay đổi trong khoảng 0 ÷ 100𝑜 C lấy 𝛼𝑡 = 10−5 để tính toán.

12


Phụ lục 2
CODE
/clear,start

/prep7
k,1,0,0,-0.9
k,2,16,0,-0.9
k,3,16,0,-0.3
k,4,17.9,0,-0.3
k,5,17.9,0,-0.9
k,6,19.1,0,-0.9
k,7,19.1,0,0
k,8,19.1,0,-8.6
k,9,19.1,0,-7.7
k,10,17.9,0,-7.7
k,11,17.9,0,-8.3
k,12,16,0,-8.3
k,13,16,0,-7.7
k,14,11.8,0,-7.7
k,15,0,0,-5.7
k,16,0,0,-7.2
k,17,11.8,0,-9.5
k,18,16,0,-9.5
k,19,16,0,-8.9
k,20,17.9,0,-8.9
k,21,17.9,0,-9.5
k,22,19.1,0,-9.5
k,23,20,0,-17.2
k,24,19.1,0,-16.3
k,25,17.9,0,-16.3
k,26,17.9,0,-16.9
k,27,16,0,-16.9
k,28,16,0,-16.3
k,29,11.8,0,-16.3

k,30,0,0,-12.2
k,31,0,0,-13.8
k,32,11.5,0,-17.8
k,33,20,0,-17.8
k,34,19.1,0,-17.2
k,35,0,0,0.9
k,36,16,0,0.9
k,37,16,0,0.3
k,38,17.9,0,0.3
k,39,17.9,0,0.9
k,40,19.1,0,0.9

k,41,19.1,0,0
k,42,19.1,0,8.6
k,43,19.1,0,7.7
k,44,17.9,0,7.7
k,45,17.9,0,8.3
k,46,16,0,8.3
k,47,16,0,7.7
k,48,11.8,0,7.7
k,49,0,0,5.7
k,50,0,0,7.2
k,51,11.8,0,9.5
k,52,16,0,9.5
k,53,16,0,8.9
k,54,17.9,0,8.9
k,55,17.9,0,9.5
k,56,19.1,0,9.5
k,57,20,0,17.2
k,58,19.1,0,16.3

k,59,17.9,0,16.3
k,60,17.9,0,16.9
k,61,16,0,16.9
k,62,16,0,16.3
k,63,11.8,0,16.3
k,64,0,0,12.2
k,65,0,0,13.8
k,66,11.5,0,17.8
k,67,20,0,17.8
k,68,19.1,0,17.2
k,69,20,0,-8.6
k,70,20,0,0
k,71,20,0,8.6
*do,j,1,5
lstr,j,j+1
*enddo
*do,j,9,21
lstr,j,j+1
*enddo
*do,j,24,32
lstr,j,j+1
*enddo

13


*do,j,35,39
lstr,j,j+1
*enddo
*do,j,43,55

lstr,j,j+1
*enddo
*do,j,58,66
lstr,j,j+1
*enddo
lstr,1,35
lstr,33,23
lstr,67,57
lstr,1,15
lstr,16,30
lstr,35,49
lstr,50,64
larc,23,24,34,0.9
larc,22,69,8,0.9
larc,69,9,8,0.9
larc,6,70,7,0.9
larc,57,58,68,0.9
larc,56,71,42,0.9
larc,71,43,42,0.9
larc,70,40,7,0.9
a,65,66,67,33,32,31
asbl,1,all
aglue,all
lsel,s,loc,z,-13.8,-12.2
lsel,a,loc,z,-7.2,-5.7
lsel,a,loc,z,-0.9,0.9
lsel,a,loc,z,5,7,7.2
lsel,a,loc,z,12.2,13.8
lsel,r,loc,x,0
asll,r

vext,all,,,0,19.1,0
allsel

asel,s,loc,y,0
vext,all,,,0,-1.5,0
allsel
vglue,all
k,300,0,7.5,50
k,301,11.8,7.5,50
k,302,14,7.7,50
k,303,16,8.3,50
k,304,16,19.1,50
k,305,15.3,19.1,50
k,306,14,10,50
k,307,8.7,9,50
k,308,0,9,50
a,300,301,302,303,304,305,306,307,308
asel,s,loc,z,50
vext,all,,,0,0,-100
allsel
vovlap,all
asel,s,loc,z,50
asel,a,loc,z,-50
vsla,r
vdele,all,,,1
allsel
asel,s,loc,x,0
asel,r,loc,y,11.5,19.1
vsla,r
vdele,all,,,1

allsel
vglue,all
ksel,s,loc,y,19.1
ksel,r,loc,x,15.3
ksel,r,loc,z,16.3
lslk,r
lsel,u,loc,y,19.1
lgen,2,all,,,0,0,-3.4
lsel,r,loc,z,12.9
lgen,4,all,,,0,0,-8.6
cm,duongcat,line
allsel

14


lsel,s,loc,x,15.3
lsel,r,loc,y,19.1
asll,r
asel,u,loc,y,19.1
cm,matcat,area
allsel
asbl,matcat,duongcat
allsel
et,1,solid186
mp,ex,1,2.7e7
mp,prxy,1,0.2
mp,dens,1,2.5

lsel,s,loc,x,15.3

lsel,r,loc,y,19.1
asll,r
asel,u,loc,y,19.1
nsla,r,1
sfgrad,pres,,y,19.1,(0-28.56)/10.1
sf,all,pres,
allsel
solve
/post1
lcdef,1,1
lcwrite,10,tinh
finish

esize,1
mshape,1,3d
mshkey,0
vmesh,all
finish
/solu
acel,0,9.81,0
nsel,s,loc,y,-1.5
d,all,all
allsel
lsel,s,loc,x,8.7
lsel,r,loc,y,9
asll,r
nsla,r,1
sf,all,pres,110
allsel

15


Tài liệu tham khảo
[1] . Giáo trình Sức bền vật liệu, Đỗ Kiến Quốc, NXB Đại học Quốc Gia TP
HCM, 2016
[2] . Giáo trình Kết cấu bê tông 1 (Cấu kiện cơ bản). Bộ môn Công trình, Khoa
Kỹ thuật Xây dựng, ĐH Bách Khoa TP HCM.
[3] . />[4] . />[5] . />[6] . />
16