Chương 1: Tổng quan Phương tiện lưu trữ nỗi Shirashima, Japan Kamigoto, tinh Nagasaki , Japan Can cứ lưu trữ dầu nỗi ở Shirashima, J apan với công suất 5,6 triệu kiloliters, kích thước mỗi module: 397x82x25,l được xây dựng vào năm 1996. Căn cứ lưu trữ dầu noi ở Kamigoto, tinh Nagasaki, Japan với công suất 4,4 triệu kiloliters, kích thước mỗi module: 390x 97x 27,6m xây dựng năm 1988.3 Tổng quan nghiên cứu và sự cần thiết tiến hành nghiên cứu 1.1 Ly thuyết Hydroelastic Một kết cấu nổi siêu lớn (VLFS) điển hình có kích thước ngang lớn từ vài trăm mét đến vài kilomet mà độ day của VLFS chỉ vài mét. Với tỉ số giữa chiều dày và kích thước theo phương ngang nhỏ, VLFS ứng xử như một tâm dan hồi khi xét các phản ứng theo phương thăng đứng. Nói cách khác, phản ứng VLFS theo chiều thăng đứng không thể chỉ xét bởi các chuyển động của một vật rắn cứng tuyệt đối.
Do đó, cần phải tính toán độ uốn của một VLFS khi thiết kế. Mặt khác, nếu áp lực thay đôi chuyển động của kết cấu nỗi cũng bị ảnh hưởng. Mối quan hệ tương hỗ nay được gọi là sự tương tác của cau trúc chất lỏng. Nếu chuyển động của vật thé nỗi bao gôm các bién dạng dan hồi, tương tác kết cầu-chất lỏng được gọi là hydroelastic.
Với tỉ số giữa chiều dày và kích thước theo phương ngang nhỏ và kích thước lớn hơn nhiều so với bước sóng của sóng biên, ứng xử của VLFS tác động Chương 1: Tổng quan đáng kế đến áp lực chat lỏng xung quanh. Do đó phân tích hydroelastic là cần thiết dé đánh giá ứng xử của một VLFS. Khác với những con tau và kết cau nổi ngoài khơi, kết cấu VLFS có ứng xử hydroelastic là chủ yếu. Sự so sánh ứng xử này khi chịu tải trọng tập trung được minh hoa theo sơ đô trong Hình 1.
10 như là một biện pháp hợp lý dé phân biệt VLFS với các tàu thuyén thông thường dưới dang ứng xử toan phan, một chiều dải đặc trưng là A, đã được dé xuất bởi Suzuki va Yoshida [1].1) kc Tai trong tap trung Tại ũng tsp tungg R Chiéu dai dac trung +4222!2!112 PRERR ESF = Lực đây nỗi Tàu thông thường VLFS Hình 1. Phan ứng toàn phan của tấm dưới tác dụng của tải trọng tĩnh Chuyên động chủ Chuyển động của vật yêu của vật thê thê không cứng Chiêu dài kết câu à - Chiêu dài đặc trưng ` | Đàn hôi Sự đàn hôi VLFS Chuyên động của vật thê cứng > Cứng —=—¬— —E====- > 1 Chiêu dai kêt câu Chiêu dài của sóng Hình 1. Sơ đồ phản ứng toàn phần của kết cau nổi A, được phân tích từ mô hình dầm có mặt cắt không đôi trên nền đàn hồi; Z7 là độ cứng uốn của dam và &, là hang số đàn hôi của lực hôi phục thủy tĩnh. tương ứng với chiều dài vùng bị uốn cục bộ bởi tải trọng tập trung Hình 1.
Điều này cho thấy răng ảnh hưởng của tải trọng tác dụng vào kết cấu và sự biến dạng đàn hôi được giới hạn trong vùng có độ dài 4. Chương 1: Tổng quan Theo đó nếu chiều dài của kết câu nhỏ hơn chiều dài đặc trưng thì ứng xử của kết cầu là chuyển động cứng tuyệt đối nếu nó lớn hơn chiều dài đặc trưng, như trong VLFS thì phản ứng là biến dạng dan hồi. Cho đến nay nhiều mô hình số học đã được phát triển dé phân tích ứng xử hydroelastic của nhiều loại VLFS trong môi trường sóng biển. Từ bước phân tích đơn giản nhất là thực hiện với mô hình kết câu một phương (mô hình dầm) và vùng chất long 2 phương: cho đến việc phân tích một cách chỉ tiết chính xác hơn với mô hình kết cau và vùng chất lỏng theo 3 phương.
Về phan kết cau, kết câu nổi thường là kết cấu bê tông và kết cấu thép. Chúng được khảo sát như một tam đàn hồi tuyến tính với cạnh tự do. Chuyên động theo phương ngang của hệ thong kết cau là nhỏ nên chỉ xem xét chuyển động theo phương đứng. Đồng thời khi khảo sát ứng xử hydroelastic, lực cản nhớt giữa mặt nước và kết cau thường rất nhỏ so với lực cản tổng quát do quá trình tạo sóng trong một chu kỳ đặc trưng của sóng nên được bỏ qua.
Khi mô hình kết cau, những mô hình bên dưới đã ứng dụng để mô hình VLFS: Mô hình dam (T.2 Các phương pháp phan tích Nhiều bai báo về phân tích hydroelastic của VLFS đã được công bồ cho đến nay. Có thé được tìm thay trong các bài báo đánh giá của Kashiwagi [10], Watanabe va cộng sự [11], Newman [12], Ohmatsu [13] và Suzuki va cộng sự [14]. Một vài nghiên cứu điển hình sử dụng BEM dé phân tích chuyên động của chất long đã được công bố như Yasuzawa và cộng sự [15] thế vận tốc và các đạo hàm của nó được trình bày phương trình tích phân biên. Yago & Endo [16], Yasuzawa va cộng sự [17] và Hamamoto va cộng sự [18] xác định sự phân bố áp suất nước bằng cách sử dung BEM.
Ohkusu & Namba [19] và Namba & Ohkusu [20] giới thiệu một phép tính gần đúng của hàm Green. Mamidipudi va Webster [21] đã tiến hành nghiên cứu về phân tích Chương 1: Tổng quan hydroelastic của một sân bay nổi băng cách kết hợp phương pháp phan tử hữu han cho van dé tam và phương pháp ham Green cho van dé chất lỏng. Wu và cộng sự [22] giải quyết van đề hydroelastic hai chiều (2-D) bang phương pháp phân tích sử dụng các ham riêng. Phan ứng trong thời gian ngắn của VLFS do máy bay hạ cánh va cất cánh đã được phân tích bởi Kimand Webster [23], Watanabe va Utsunomiya [24], và sau đó cho một tải di chuyển bởi Watanabe và cộng sự [25].
Có thé giải quyết van dé hydroelastic cua VLFS là sử dung những phương pháp số gân đúng. Trong phương pháp số gần đúng, có thể kết hợp một số các phương pháp khác nhau dé giải quyết phần kết cầu và phan chất lỏng. Về nguyên tac, bat kỳ phương pháp nào đã dé cập bên trên có thé được áp dụng dé giải quyết van dé dao động của tắm hoặc cấu trúc 3-D có thể được sử dụng để giải quyết phần kết cấu. Trong các phương pháp khác nhau, FEM có thể được coi là phương pháp có triển vọng nhất vì tính đa dụng của nó trong việc xử lý hình học phức tạp của kết cau thực.
Trong một số trường hợp, toàn bộ VLFS có thé được mô hình như một tam nồi. Ở giai đoạn thiết kế sơ bộ, mô hình đơn giản này rất hiệu quả và thường được sử dụng trong quy trình thiết kế thực tế. Để giải quyết phần chất lỏng, phương pháp được sử dụng ở đây là phương pháp phần tử biên. Trong giai đoạn đầu của thiết kế kết cầu VLFS, một mô hình tam đồng nhất đăng hướng thường được sử dụng cho phân tích phan ứng hydroelastic.
Một mô hình cau trúc đơn giản như vậy có hiệu quả để xác định các tham số độ cứng toàn phần của kết cau, đáp ứng các yêu cau thiết kế. Tuy nhiên, để tính toán chính xác cần phải có một mô hình cấu trúc chỉ tiết hơn có thé giải thích được các ứng xử của từng bộ phận kết cầu. Trong luận văn sẽ sử dụng phương pháp kết hợp giữa phương pháp phan tử biên (BEM) và phương pháp phan tử hữu han (FEM) trong phân tích tam nổi trực hướng chịu tải trọng di động đê giải bài toán tâm nôi. Chương 1: Tổng quan 1.4 Mục tiêu và hướng nghiền cứu 1.41 Mục tiêu Trong luận văn sẽ sử dụng phương pháp kết hợp giữa phần tử biên (BEM) và phương pháp phan tử hữu han (FEM) trong phân tích động lực hoc tam nổi trực hướng chịu tải trong di động để giải bài toán tam noi VLFS.2 Hướng nghiên cứu Nước được giả định là không nhớt, không nén được và chuyển động không XOÁY.
Theo lý thuyết thé năng tuyến tính, chuyển động của chất lỏng được mô tả bởi phương trình chủ đạo Laplace và các điều kiện biên được tuyến tính hóa. Phương trình Laplace kết hợp với điều kiện biên được giải quyết bằng phương pháp BEM trong đó hàm Green là nghiệm co bản của phương trình Laplace trong một miền chat lỏng vô hạn của không gian ba chiều. Sự chuyển động của kết cấu nỗi và miền chất lỏng xung quanh được kết hợp qua điều kiện của bề mặt tiếp xúc giữa VLES và chất lỏng. Kết cấu nỗi được lý tưởng hóa là một tắm trực hướng có các cạnh biên tự do.
Cuối cùng, hệ phương trình kết hop của tải trọng di động, kết cau nổi và chất lỏng xung quanh được giải quyết băng phương pháp số trong miễn thời gian.5 Cau trúc luận văn Cấu trúc luận van bao gồm các phần như sau: Chương 1 là phần tong quan giới thiệu về kết cấu nổi siêu lớn, lịch sự phát triển và những ưu điểm của kết cau này. Những ứng dụng của kết cau nồi siêu lớn trong thực tế. Mục tiêu và hướng nghiên cứu của đề tài. Chương 2 trình bày những cơ sở lý thuyết dé tính toán.
Chương 3 trình bày mô hình nghiên cứu. Chương 4 trình bày tiễn độ dự kiến của luận văn. 10 Chương 2: Cơ sở lý thuyết CHƯƠNG 2.1 Mô hình cau trúc chat long và các điều kiện biên 2.1 Mô hình cau trúc chat long Hệ chất lỏng và hệ tọa độ được trình bày trong Hình 2. Trục z hướng lên trên và đáy biển được coi là phăng tai z=—h.
VLFS có chiều dài tối đa là 2z theo phương x, chiều rộng tối đa là 2b theo phương y. Vẫn dé hiện tại là xác định ứng xử của VLFS dưới tác động của tải trọng di động. Yd mat tiép xúc giữa phan chim trong tam va nước biên tước H d -h đáy biển PPS FF ///7/7 Hình 2. Hệ cấu trúc chất lỏng và hệ tọa độ Trong phân tích hydroelastie cho tam VLFS, có các giả thiết sau: VLES được mô phỏng như một tam đàn hồi mỏng (có tính trực hướng) với các cạnh tự do Chất lỏng không nén, không nhớt và chuyên động không xoáy.
11 Chương 2: Cơ sở lý thuyết Biên độ của sóng biển và chuyển động của VLFS đều nhỏ và chỉ có chuyển động theo phương thăng đứng của cấu trúc được xem xét (nghĩa là hạn chế tam di chuyền theo chiêu ngang trong phân tích). Mặt dưới của tâm tiếp với chất lỏng ở tất cả các vị trí vì vậy không có khoảng cách giữa tâm và vùng chât lỏng bên dưới nó.2 Điều kiện biên Phương trình Laplace cho chất lỏng lý tưởng: 2 2 2 => Ẹ , + Ẹ , + Ẹ , =0 Ox” Oy az (2.