Luận văn thạc sĩ: Mô hình phần tử hữu hạn theo dõi và đánh giá hư hỏng liên kết bulông

Luận văn thạc sĩ trình bày mô hình phần tử hữu hạn sử dụng trở kháng để theo dõi và đánh giá hư hỏng của liên kết bulông trong kỹ thuật xây dựng.

• Tác giả: Ngô Thanh Mộng
• Người hướng dẫn: TS. Hồ Đức Duy
• Trường học: Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Xây Dựng Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp
• Đề tài: Mô Hình Phần Tử Hữu Hạn Theo Dõi Hư Hỏng Liên Kết Bulông Trong Kỹ Thuật Xây Dựng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Trong lĩnh vực kỹ thuật xây dựng, việc đảm bảo an toàn và độ bền cho các kết cấu là cực kỳ quan trọng. Mô hình phần tử hữu hạn được sử dụng để phân tích và theo dõi tình trạng của các liên kết bulông, một phần không thể thiếu trong các công trình xây dựng. Việc theo dõi hư hỏng bulông không chỉ giúp phát hiện sớm các vấn đề mà còn hỗ trợ trong việc đánh giá độ bền của kết cấu. Nghiên cứu này nhằm mục đích mô phỏng và phân tích các mẫu dầm nhôm, so sánh tín hiệu trở kháng giữa mô phỏng và thực nghiệm, từ đó xác định được mức độ hư hỏng của liên kết bulông.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu này là phát triển một mô hình phần tử hữu hạn để theo dõi và đánh giá hư hỏng của liên kết bulông. Cụ thể, nghiên cứu sẽ tìm hiểu các thay đổi trong tín hiệu trở kháng trước và sau khi có hư hỏng trong liên kết bulông. Từ đó, đánh giá được mức độ hư hỏng và đưa ra các khuyến nghị cho việc bảo trì và sửa chữa trong công trình xây dựng.

II. Cơ sở lý thuyết

Mô hình phần tử hữu hạn là một công cụ mạnh mẽ trong việc phân tích kết cấu. Phương pháp này cho phép mô phỏng các điều kiện thực tế của công trình xây dựng và đánh giá độ an toàn của nó. Trong nghiên cứu này, kỹ thuật xây dựng sẽ được áp dụng để phân tích các mẫu dầm nhôm dưới các điều kiện khác nhau, từ đó xác định được ảnh hưởng của hư hỏng bulông tới tính toàn vẹn của kết cấu. Các tham số trong mô hình sẽ được xác định dựa trên các nghiên cứu trước đây và các tiêu chuẩn hiện hành trong ngành xây dựng.

2.1. Phương pháp theo dõi hư hỏng

Phương pháp theo dõi hư hỏng trong nghiên cứu này sử dụng tín hiệu trở kháng để xác định tình trạng của liên kết bulông. Các thay đổi trong tín hiệu trở kháng sẽ được phân tích để phát hiện các dấu hiệu của hư hỏng. Nghiên cứu sẽ sử dụng phần mềm Comsol 4.0 để mô phỏng các thí nghiệm và so sánh kết quả với dữ liệu thực nghiệm, từ đó đưa ra các kết luận chính xác về mức độ hư hỏng và khả năng phục hồi của các kết cấu.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả từ mô hình phần tử hữu hạn cho thấy sự thay đổi rõ rệt trong tín hiệu trở kháng khi có hư hỏng bulông. Các thí nghiệm thực tế cũng xác nhận rằng mức độ hư hỏng có thể được đánh giá thông qua các chỉ số trở kháng. Việc phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng không chỉ giúp bảo vệ an toàn cho người sử dụng mà còn tiết kiệm chi phí bảo trì cho công trình xây dựng. Các kết quả này có thể áp dụng vào thực tiễn để cải thiện quy trình bảo trì và nâng cao độ bền của các kết cấu.

3.1. Đánh giá độ bền kết cấu

Đánh giá độ bền của liên kết bulông là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho các công trình. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc theo dõi hư hỏng thông qua tín hiệu trở kháng có thể giúp xác định chính xác mức độ an toàn của kết cấu. Các phương pháp hiện tại như kiểm tra không phá hủy (NDE) có thể được kết hợp với mô hình phần tử hữu hạn để nâng cao hiệu quả trong việc phát hiện và đánh giá hư hỏng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1.1 DAT VAN DE2218.2 MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU. - SE EEEEEE1112121211E1221111111 011111 111tr, 6 1.3 PHAM VI NGHIÊN CỨU.4 CÂU TRÚC CUA LUẬN VĂN. TONG QUAN VE CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC DAY .2 TONG QUAN TINH HINH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHAP TRO KHANG NGOÀI NUGC o.3 TONG QUAN NGHIÊN CUU HU HỎNG LIÊN KET BULÔNG.4 TONG QUAN TINH HINH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHAP TRO KHANG TRONG NƯỚC.5 SU THUAN LOI CUA PHƯƠNG PHAP TRO KHÁNG.---css2cses¿ 20 Vi 2.6 HAN CHE VA THACH THUC HIEN TAI CUA PHUONG PHAP TRO KHÁNG. S1 1 1121111121811 1121110111 11t 1211 1n 1 HH tren 20 Chương 3.

CƠ SỞ LY THUYÊT.-- St S111 EE5E1 515711171 E1EEEEEEEEEE Set errki 23 3.2 PHƯƠNG PHAP TRO KHÁNG.3 HOẠT DONG CUA PHƯƠNG PHAP TRO KHÁNG.4 VAT LIEU ÁP ĐIỆN.5 THAM SO TRONG PHƯƠNG PHAP TRO KHÁNG.1 DIỆN TÍCH CẢM BIEN CUC BỘ.2 PHAM VI TAN SỐ.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP DANH GIA HU HỎNG .7 CAU HINH CHO VIỆC THU THẬP DU LIỆU.8 CÁCH LAY TÍN HIỆU TRO KHANG TỪ PHAN MEM COMSOL 4.9 QUAN HỆ GIỮA MOMEN XOAN VA LỰC KÉO TRONG BULÔNG. CAC VI DU vioceccccccccccccccescscsesvscecevececevecevecsveveveveveveveeseeseevsnsvsesnevseseeen 65 4. E1 SE 1EE11511212111 1121111111111 1011101 111111 ru 65 4.2 MO HINH DAM DON GIẢN KHONG HU HỎNG .3 MÔ HINH DAM BẰNG NHÔM CÓ VET NỨTT.52 cv teexerred 72 44 MÔ HINH TAM TRÒN BẰNG NHOM VỚI KHOANG CÁCH VET NUT THAY ĐỔI.5 MÔ HINH LIÊN KET BULONG TRONG CHI TIẾT NOI COT THÉP.2 HƯỚNG PHÁT TRIEN DE TÀI. St SE EEEE11111111 121 11111 ttk.

124 TÀI LIEU THAM KHẢO. 125 vil DANH MUC HINH ANH Hình 1.1: Sup đồ tháp truyền hình cao 180 m ở Nam Định (Việt Nam 2012).2: Sup đồ cột ang ten cao 150 m ở Quảng Ninh (Việt Nam 2013).3: Sup đồ của sân bay Charles de Gaulle (Pháp 2004).4: Sup đồ của cầu Laval (Canada 2006).5: Sup đồ của cầu Mississippi River (Mỹ 2007). c sen rren 4 Hình 2.1: Sun và các cộng sự (1995) [5] sử dụng phương pháp trở kháng dé kiểm tra kết cầu giàn.2: Theo dõi hai khung chính kết nối với thân máy bay phía sau đến đuôi đứng cua may bay Piper Model 601P [ó6 ].3: Một mô hình % mặt cắt cầu thép (steel bridge section) [17].4: Thí nghiệm đường ống dẫn [18].5: a) Thiết lập thí nghiệm , b) Kết quả trở khang [19].6: Khả năng theo dõi quá trình bảo đưỡng kết câu bêtông [23].7 : Nghiên cứu phan lớp kết cầu composite [27].8: Các thành phan hợp thành mẫu MASSpateh.1: Mô hình 1-D tương tác co-dién giữa miếng PZT và kết cau chủ [4].2: Tóm tắt hoạt động của phương pháp trở kháng.3: Một số hình ảnh PZ/T.4: Tương tác giữa điện và biến dang .-- 2 + Set v21 EE E1 38 Hình 3.5: Cấu hình thiết lập thử nghiệm sử dụng máy phân tích trở kháng HP4194A vill Hình 3.6: Cau hình thiết lập thử nghiệm sử dung máy phân tích trở kháng i52 0 47 Hình 3.7: Quan hệ giữa moment xoắn và lực kéo trong bulông.8: Chi tiết bulOng.9: Chi tiết ren hệ mét.1: Mẫu dầm nhôm thí nghiệm [24] trong phạm vi tần số từ 1-30 kHz.2: Thiết lập mô hình xác định tín hiệu trở kháng của đầm nhôm.3: So sánh kết quả trở kháng mô hình, thí nghiệm và tính toán dầm 1 trong phạm vi tan số từ 1KHz tới 30 KHZ. ¿+ tt E3 x2E£E2EEEEEEEEEEEErkrkrkrees 69 Hình 4.4: So sánh kết quả trở kháng mô hình, thí nghiệm và tính toán dam 2 trong phạm vi tan số từ 1KHz tới 30 KHZ.

¿+ tt E3 x2E£E2EEEEEEEEEEEErkrkrkrees 70 Hình 4.5: So sánh kết quả trở kháng mô hình, thí nghiệm và tính toán đầm 3 trong phạm vi tan số từ 1KHz tới 30 KHZ. ¿+ tt E3 x2E£E2EEEEEEEEEEEErkrkrkrees 70 Hình 4.6: So sánh kết quả trở kháng mô hình, thí nghiệm và tính toán dam 4 trong phạm vi tần số từ [KHz tới 30 kHz.- -:- k s sS 3231323 EEEEEEEEEEErEEkrkree 7] Hình 4.7: Mô hình thí nghiệm dam nhôm có vết nứt [44].8: Mô hình Comsol 4.0 dầm nhôm có vẾt nứt.-- + + cscx + x+e£vzzzree: 74 Hình 4.9: Kết quả tín hiệu trở kháng dam nhôm từ 20 kHz tới 24 kHz trong mô hình Ansys (2005) [4⁄4].10: Kết qua tín hiệu trở kháng dâm nhôm từ 20 kHz tới 24 kHz trong mô hình Comsol 4. --- -cc c1 2111111211110 2111k 1n n kg TH TT kg cv vn 75 Hình 4.11: Kết quả tín hiệu trở kháng dầm nhôm từ 19 kHz tới 23 kHz trong mô hình thí nghiỆm. -- + c2 2222222222222 222101112810 115 111111111111 11 111111111 n nh ren 75 Hình 4.12: Kết quả tín hiệu trở kháng dầm nhôm từ 22 kHz tới 24 kHz mô hình Ansys (2005) [4 4].

- - SE SEEE22125212121212111212112121112221 1 rrre 76 1X Hình 4.13: Kết quả tin hiệu trở kháng dầm nhôm từ 22 kHz tới 24 kHz mô 0010600, 100.14: Kết quả tín hiệu trở kháng dầm nhôm từ 21 kHz tới 23 kHz mô hình thí nghiệm [4“4].15: Kết quả RMSD của mô hình Comsol 4.0 trong phạm vi tần số từ 20 KHz tới 24 kHz. ----- c1 S2 11111 111 11115 1 Kk nu nT kg TT TT TT TT ky chg 78 Hình 4.16: Tâm tròn với khoảng cách vết nứt giảm dan từ miếng PZT.17: Mô hình thí nghiệm tâm tròn bằng nhôm.18: Mô hình Comsol 4.0 tâm tròn bằng nhôm. ---- +2 2 2 xzx+zzxzz£: 80 Hình 4.19: So sánh đáp ứng trở kháng giữa mô hình, thí nghiệm và tính toán trong phạm vi tan số từ 0.5 kHz tới 40 kHz giai đoạn không hư hỏng.20: Kết qua đáp ứng trở kháng mô hình thi nghiệm từ nhóm 0 đến nhóm 4 phạm vi tần số từ 11 KHz tới 40 kHz.21: Kết quả đáp ứng trở kháng mô hình Comsol 4.0 nhóm 0 và nhóm 4 phạm vi tan số từ 11 KHz tới 40 KHz.--¿- Sck SE E111 153111111 1EEE1E15111 E1 te.22: Kết quả đáp ứng trở kháng mô hình Comsol 4.0 nhóm 0 và nhóm 3 phạm vi tan số từ 11 KHz tới 40 KHz.--¿- Sck SE E111 153111111 1EEE1E15111 E1 te.23: Kết quả đáp ứng trở kháng mô hình Comsol 4.0 nhóm 0 và nhóm 2 phạm vi tan số từ 11 KHz tới 40 KHz.--¿- Sck SE E111 153111111 1EEE1E15111 E1 te.24: Kết qua đáp ứng trở kháng mô hình Comsol 4.0 nhóm 0 và nhóm 1 phạm vi tan số từ 11 KHz tới 40 KHz.--¿- Sck SE E111 153111111 1EEE1E15111 E1 te.25: So sánh kết quả RMSD giữa mô hình và thí nghiệm trong phạm vi tần số từ 11 KHz tới 40 kHz.26: Kết quả đáp ứng trở kháng mô hình Comsol 4.0 nhóm 0 và nhóm 4 phạm vi tan số từ 11 KHz tới 150 kHz. St 31111 153111111822 15111 EEkrskd 86 Hình 4.27: Kết quả đáp ứng trở kháng mô hình Comsol 4.0 nhóm 0 và nhóm 3 phạm vi tan số từ 11 KHz tới 150 kHz.

St 31111 153111111822 15111 EEkrskd 86 Hình 4.28: Kết quả đáp ứng trở kháng mô hình Comsol 4.0 nhóm 0 và nhóm 2 phạm vi tan số từ 11 KHz tới 150 kHz. St 31111 153111111822 15111 EEkrskd 87 Hình 4.29: Kết qua đáp ứng trở khang mô hình Comsol 4.0 nhóm 0 va nhóm 1 phạm vi tan số từ 11 KHz tới 150 kHz. St 31111 153111111822 15111 EEkrskd 87 Hình 4.30: So sánh kết qua RMSD giữa mô hình va thí nghiệm trong phạm vi tần số từ 11 KHz tới 150 KHZ.31: So sánh kết quả RMSD giữa mô hình và thí nghiệm trong phạm vi tân số từ 300 KHz tới 450 KHz.32: Chi tiết nối cột thép. -- ¿2 S1 x SE 111181111111 E1111 1115111181 EEtee 91 Hình 4.33: Chỉ tiết vị trí PZ/T.

- c TT E111 121 1 151812101018 H tt ri 92 Hình 4.34: Chi tiết vị trí bulông. -- --¿- 2S 3E SE 1111111 1 1E E18 111 gi 92 Hình 4.35: Đáp ứng trở kháng trong phạm vi tần số 1 kHz tới 12 kHz từ PZT 1 /2022.36: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 1 hư 10 Ÿ%. S2 2E 1 1221 EEE51221111121511121172111121112111 2111112112121 1E 11kg 96 Hình 4.37: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 2 hư 10 Ÿ%. S2 2E 1 1221 EEE51221111121511121172111121112111 2111112112121 1E 11kg 96 Hình 4.38: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 3 hư 10 Ÿ%.

S2 2E 1 1221 EEE51221111121511121172111121112111 2111112112121 1E 11kg 96 Hình 4.39: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 4 hư 10%. S0 1 1 1 111211 121211121112 21 111211111111 11111 1H HH HH 97 Hình 4.40: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 5 hư 10 Ÿ%. S2 2E 1 1221 EEE51221111121511121172111121112111 2111112112121 1E 11kg 97 Hình 4.41: Chỉ số RMSD trong phạm vi tan số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 6 ¡000 77.42: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 7 hư 10 Ÿ%. S2 2E 1 1221 EEE51221111121511121172111121112111 2111112112121 1E 11kg 98 XI Hình 4.43: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 8 ¡000 77.44: Chi số RMSD trong phạm vi tan số 3 kHz tới 7 kHz khi buléng 1 hư 25%.45: Chi số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 2 hư 25%.46: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 3 hư 25%.47: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 4 hư 25%.48: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 5 01055 2772775 100 Hình 4.49: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 6 01055 2772775 100 Hình 4.50: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 7 01055 2772775 100 Hình 4.51: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 8 01055 2772775 101 Hình 4.52: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 1 00107 27727755 101 Hình 4.53: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 2 00107 27727755 101 Hình 4.54: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 3 0m0.55: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 4 00107 27727755 102 xH Hình 4.56: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 5 00107 27727755 102 Hình 4.57: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 6 00107 27727755 103 Hình 4.58: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 7 00107 27727755 103 Hình 4.59: Chỉ số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 8 00107 27727755 103 Hinh 4.60: Chi tiét 8727201 aaẼẼ aaaa.61: Chi số RMSD trong phạm vi tan số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 1 hư 10%.

ooo cc cecccccccececseecevsescessesvsucececscsvscevsusesetevecsvececevsesvenssetstevstevsntesteerestsetseeees 105 Hình 4.62: Chi số RMSD trong phạm vi tần số 3 kHz tới 7 kHz khi bulông 2 hư 10f%.