BTL Lý Thuyết Độ Tin Cậy CTB

33
BTL LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY KHOA XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN-DẦU KHÍ Mục Lục A.SỐ LIỆU ĐỀ BÀI...................................... 2 Sơ đồ:3-H............................................... 2 1.Sơ đồ..............................................2 2.Số liệu công trình.................................2 3.Số liệu tải trọng,số liệu sóng.....................2 4.Thông số công trình................................2 5.Yêu cầu............................................3 B.PHƯƠNG PHÁP TÍNH.................................... 3 1.Chia cột làm 3 phần tử.............................3 2.Xác định ma trận M,K...............................5 3.Xác định tần số dao động riêng và các dao động.....9 4.Xác định các ma trận độ cứng K1,ma trận khối lượng M1..................................................10 5.Xác định các giá trị 1,2......................11 6.Trong khoảng và ,chia ra làm 20 khoảng đều nhau,xác định các tần số tại các điểm chia và các phổ sóng tương ứng......................................12 7.Ứng với các tấn số sóng tại các điểm chia,xác định lực ngang F ,F ,F ................................13 8.Xác định giá trị hàm truyền H(i ) tại các điểm chia ....................................................20 ---------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------- SV.NGUYỄN VĂN LUÂN_MSSV:1356.56 Page 1 of 33

description

Bài tập lớn Lý thuyết độ tin cậyKhoa XD CTB- Dầu khí Đại học xây dựng

Transcript of BTL Lý Thuyết Độ Tin Cậy CTB

BTL L THUYT TIN CY KHOA XY DNG CNG TRNH BIN-DU KHMc Lc

A.S LIU BI.2S :3-H.21.S .22.S liu cng trnh.23.S liu ti trng,s liu sng.24.Thng s cng trnh.25.Yu cu.3B.PHNG PHP TNH.31.Chia ct lm 3 phn t.32.Xc nh ma trn M,K53.Xc nh tn s dao ng ring v cc dao ng.94.Xc nh cc ma trn cng K1,ma trn khi lng M1.105.Xc nh cc gi tr 1,2116.Trong khong v ,chia ra lm 20 khong u nhau,xc nh cc tn s ti cc im chia v cc ph sng tng ng.127.ng vi cc tn s sng ti cc im chia,xc nh lc ngang F ,F ,F138.Xc nh gi tr hm truyn H(i) ti cc im chia209.Xc nh phng sai chuyn v ti dng dao ng th I,II,III2110.Xc nh tin cy chuyn v nh ct23

A.S LIU BI. S :3-H.1.S . Cho ct thp ng t di bin chu tc dng ca ti trng sng nh hnh v sau:

2.S liu cng trnh.M sd(m)a(m)D(m)b(m)

314.531.150.2

3.S liu ti trng,s liu sng.M sHs(m)To(s)M(T)

H9.59.854

4.Thng s cng trnh.

Trng lng ring ca thp : = 78.5 (kN/m)

Trng lng ring ca nc bin : = 10.25 (kN/m)

Moduyn n hi ca thp : E = 2.1x10(kN/m)Notes:i. B qua khi lng nc km;ii. B qua cn nht;iii. Thuyt minh th hin trn giy A4.5.Yu cu. Xc nh tin cy v chuyn v ti nh ct khi bit chuyn v cho php:

[]= H=0.005H B.PHNG PHP TNH. Trnh t thc hin:1. Chia ct ra lm 3 phn t bng nhau;2. Xc nh ma trn M,K ca h;3. Xc nh tn s dao ng ring,cc dng dao ng ;4. Xc nh ma trn M,K;5.

Xc nh , ,cc tn s ng vi gi tr bng 0(zero)ca ph;6.

Trong khong ,,chia lm 20 khong u nhau,xc nh tn s ti cc im chia v cc ph sng tng ng;7.

ng vi cc tn s sng ti cc im chia,xc nh lc ngang F,F,F;8. Xc nh gi tr hm truyn H(i ) ti cc im chia;9. Xc inh phng sai chuyn v ti dao ng th I;10. Xc nh tin cy chuyn v nh ct; 1.Chia ct lm 3 phn t. S tnh:

Ta chia on tr ct chu ti sng thnh cc on nh bng nhau,trn mi on ny ta coi ti trng sng l phn b u.Ta xc nh ti trng phn b u theo cng thc Morison vi im cn xt l trung im ca cc on.i vi bi ton ny,ta chia tr ct lm 3 on bng nhau v bng H/3.

-Quy i khi lng,ti trng v cc nt: Vic quy i ti trng v khi lng v nt da trn phng php phn t hu hn.Coi vt th lin tc l mt tp hp nhiu phn t nh hn,c s lng kch thc hu hn.Gi thit rng cc phn t ch lin kt vi nhau cc nt.Khi cc ti trng(trong v ngoi)cng vi khi lng(bn thn ng,nc trong ng,nc km,...)s c quy i v cc nt ny. i vi mi phn t ring bit,ti trng nt c xc nh da trn s phn b ti trng theo chiu di phn t hoc cc on phn t .Tng t i vi khi lng cng theo chiu di phn t (khi lng bn thn) hoc theo cc on ca phn t (khi lng nc km,nc trong ng...) khi phn t na chm.Cui cng ti trng nt v khi lng nt c tnh nh tng cc lc nt v khi lng nt ca cc phn t quy t ti nt ang xt.*Quy i khi lng v nt. Xt h 3 bc t do,khi lng tp trung ti cc on (nh hnh v).B qua khi lng nc km, cn nht. Khi lng bn thn quy i ti cc on tng ng l q1,q2. Ta c:

q1= +

=>q1 = +

= 78.5**+=51.39(kN)

q2==*V

=

=78.5**= 46.86(kN)2.Xc nh ma trn M,K a)Xc nh ma trn khi lng M.

V biu momen xc nh phn lc V(m3) ,V (m2):

Cc php tnh thc hin:

Tnh V =?

: V*35/6-529.74*35/6-46.86*3*13/3-51.39*17/6*17/12=0

V=669.53(kN)

=(1)( 1)=1/EI(1/2*1*35/6)2/3*1+1/EI(1/2*1*35/6)2/3*1=35/9EI

==(1)(2)=1/EI(1/2*1*35/6)1/3*1=35/36EI

=(2)(2)=1/EI(1/2*1*35/6)2/3*1*2=35/9EI

=(1)(M)=1/EI(2/3*35/6*218.59)1/2*1*2=850.07/EI

= (2)(M) =1/EI(2/3*35/6*218.59*1/2*1)+1/EI(2/3*17/6*218.59*0.696)+1/EI(2/3*3*218.59*0.321 =833.06/EIPhng trnh chnh tc:

Thay cc gi tr vo biu thc trn ta c:

V biu Momen (M) t ta xc nh c cc phn lc ti gi A v B.Phn lc ta coi cng chnh l m2 v m3 cn tm. Suy ra ta c ma trn khi lng M:

M= (kg) b)Xc nh ma trn (K) cng ca kt cu. Gi s t mt lc P=1(kN) t ti cc nt ca ct (Hnh).Ct lm vic nh mt dm conxon ,s dng l thuyt kt cu ta tnh c chuyn v ti cc nt. Ta c:

==1/EI(1/2*17.5*17.5)*2/3*17.5

=

==

=1/EI(1/2*35/3*35/3)245/18 =

=( =1/EI(1/2*35/3*35/3)2/3*35/3

=

= = =1/EI(1/2*35/6*35/6)140/9

=

= = =1/EI(1/2*35/6*35/6)175/18

=

==1/EI(1/2*35/6*35/6)2/3*35/6

= Trong :

E =2.1x10 (kN/m)

I= = =0.087 (m)

Thay Ev I vo cc chuyn v ri vit di dng ma trn,ta c ma trn mm D:

D== (m) Ma trn K c xc nh bng biu thc:

K=D

(D l ma trn nghch o ca ma trn mm D) S dng phn mm Matlab ta tnh c ma trn nghch o D. Lnh Matlab: K=D^-1 Ta c ma trn K:

K= (1/m)3.Xc nh tn s dao ng ring v cc dao ng. Ta bit ma trn M v ma trn K,t d dng tm c tr ring(TR) v cc vc t ring (VR) ca K v M bng chng trnh Matlab,vi lnh: [phi,lamda]=eig(K,M) Ta c kt qu: Ma trn cc dao ng ring:

= Ma trn tr ring :

= Xc nh tn s dao ng ring:

= Lnh Matlab: Omega=sqrt(lamda) Ta c ma trn tn s ring ca kt cu:

= (rad/s) V cc dao ng ring: 4.Xc nh cc ma trn cng K1,ma trn khi lng M1. a)Tm ma trn cng K1 h ta suy rng Ma trn K1 c xc nh theo cng thc:

K1=*K* S dng Matlab tnh K1 ta c:

K1= (N/m) b)Tm ma trn khi lng M1 h ta suy rng:

M1= *M* S dng Matlab tnh M1 ta c:

M1= (kg) 5.Xc nh cc gi tr 1,2 Ta c ph song theo Pieron-Moskowiz:

S= () Vi:

A=4 =4* =1.2135 ( )

B= ==0.0538 ( ) Vy ta c ph song c dng sau:

S = () V th ph sng Pierson-Moskowitz: Ta s dng Matlab v,lnh l: W=0.1:0.2:4; y=1.2135*exp(-0.0538./w.^4)./w.^5; plot(w,y) gird on th ph sng Pierson-Moskowitz:

6.Trong khong v ,chia ra lm 20 khong u nhau,xc nh cc tn s ti cc im chia v cc ph sng tng ng.

T th ta suy ra gi tr v ng vi gi tr S()=0 l:

=0.25

=3.5 Khong cch gia 2 im chia:

= =0.1625 (rad/s) Gi tr tn s ng vi 21 im chia :

=( 0.25 0.4125 0.575 0.7375 0.9 1.0625 1.225 1.3875 1.55 1.7125 1.875 2.0375 2.2 2.3625 2.525 2.6875 2.85 3.0125 3.175 3.3375 3.5 ) (rad/s)

Gi tr ph sng S tng ng vi : S=( 0.0013 15.846 11.8 4.637 1.893 0.859 0.43 0.233 0.134 0.082 0.052 0.034 0.023 0.016 0.012 0.0086 0.006 0.0049 0.0038 0.0029 0.0023 )

7.ng vi cc tn s sng ti cc im chia,xc nh lc ngang F ,F ,F S kt cu cng trnh: Xc nh ti trng sng theo Morison

F(t)= CV+a(kN) Trong :

C= 0.5CD

Vi = 1044.85 (kg/)

C= 0.65 1.05 (theo tiu chun API ) , y ta ly C= 1 Thay vo ta tnh c :

=CA

Vi A = =3.14=1.039(m)

C=2 (vi tit din trn) Thay vo ta c :

tnh ti trng sng ta i xc nh ln lt cc thng s sau: a/Xc nh s sng k Ta c :

=>

S dng phn mm Matlab gii phng trnh trn tm gi tr k ng vi 21 im tn s

Lnh Matlab tnh K vi =0.25: k=solve(0.25^2=9.81*k*tanh(k*14.5)) Tnh tng t cho 20 gi tr cn li ta thu c kt qu sau:

=( 0.25 0.4125 0.575 0.7375 0.9 1.0625 1.225 1.3875 1.55 1.7125 1.875 2.0375 2.2 2.3625 2.525 2.6875 2.85 3.0125 3.175 3.3375 3.5 ) k = 0.0213 0.0361 0.0525 0.0714 0.0941 0.1219 0.1563 0.1975 0.2453 0.299 0.3584 0.4232 0.4934 0.569 0.6499 0.7363 0.828 0.9251 1.0276 1.1355 1.2487 ) b/ Xc nh vn tc v gia tc sng ti cc nt Ta c:

V=

a =

S dng phn mm Matlab tnh Vv atrn,lnh Matlab: Vx=w.*cosh(k.*z)./sinh(k.*d) ax=i.*w.^2.*cosh(k.*z)./sinh(k.*d)

+) Ti z=35/6 (m) ta c vn tc v gia tc tng ng l: V1= (0.8029 0.7699 0.7195 0.6521 0.5681 0.4723 0.3711 0.2764 0.1957 0.1322 0.0852 0.0524 0.0307 0.0171 0.0090 0.0046 0.0022 0.0010 0.0004 0.0002 0.0004 ) m/s

a1=( 0 + 0.2007i 0 + 0.3176i 0 + 0.4137i 0 + 0.4810i 0 + 0.5113i 0 + 0.5018i 0 + 0.4546i 0 + 0.3836i 0 + 0.3033i 0 + 0.2265i 0 + 0.1598i 0 + 0.1068i 0 + 0.0675i 0 + 0.0403i 0 + 0.0228i 0 + 0.0122i 0 + 0.0062i 0 + 0.0030i 0 + 0.0014i 0 + 0.0006i

0 + 0.0088i ) m/

+)Ti z=35/3 (m) ta c vn tc v gia tc tng ng l: V2=( 0.8215 0.8210 0.8200 0.8197 0.8196 0.8199 0.8160 0.8034 0.7767 0.7348 0.6794 0.6143 0.5436 0.4712 0.4005 0.3337 0.2729 0.2191 0.1727 0.1337 0.6105 ) m/s

a2=( 0 + 0.2054i 0 + 0.3386i 0 + 0.4715i 0 + 0.6045i 0 + 0.7376i 0 + 0.8711i 0 + 0.9996i 0 + 1.1147i 0 + 1.2039i 0 + 1.2584i 0 + 1.2738i 0 + 1.2516i 0 + 1.1960i 0 + 1.1132i 0 + 1.0112i 0 + 0.8968i 0 + 0.7777i 0 + 0.6600i 0 + 0.5483i 0 + 0.4463i

0 +12.8207i ) m/

+)Ti z=29/2 (m) ta c vn tc v gia tc tng ng l: V3=( 0.8350 0.8587 0.8959 0.9504 1.0257 1.1263 1.2516 1.3966 1.5525 1.7131 1.8751 2.0375 2.2000 2.3625 2.5250 2.6875 2.8500 3.0125 3.1750 3.3375 21.0000 ) m/s a3=( 0 + 0.0021i 0 + 0.0035i 0 + 0.0052i 0 + 0.0070i 0 + 0.0092i 0 + 0.0120i 0 + 0.0153i 0 + 0.0194i 0 + 0.0241i 0 + 0.0293i 0 + 0.0352i 0 + 0.0415i 0 + 0.0484i 0 + 0.0558i 0 + 0.0638i 0 + 0.0722i 0 + 0.0812i 0 + 0.0908i 0 + 0.1008i 0 + 0.1114i

0 + 4.4100i ) * (1.0e+02) m/

c/Xc nh lch chun ph vn tc Ta c :

=

=

S =

Ta i tm hm mt ph vn tc S S dng phn mm Matlab ta xc nh c hm mt ph vn tc: Svx=Vx.^2.*S T1=Svx(1)/2 T2=Svx(21)/2 T=T1+T2 for i=2:20 T=T+Svx(i) end

T ta tnh c lch chun ca ph vn tc bng Matlab,lnh l: D1=0.1625*T xicmavx=sqrt(T)

(xicmavx l k hiu lch chun ca ph vn tc ) Ta c kt qu nh sau:

=(1.7273 1.9827 2.2607 )

d)Xc nh ti trng sng q: S dng phn mm Matlab tnh cc ti trng sng q,lnh l: q1=CD*sqrt(8/pi).*xicmav1.*V1+C1.*a1 q2=CD*sqrt(8/pi).*xicmav2.*V2+C1.*a2 q3=CD*sqrt(8/pi).*xicmav3.*V3+C1.*a3 Ta c cc gi tr q l:

q1=( 1.3296 + 0.4358i 1.2750 + 0.6896i 1.1915 + 0.8983i 1.0799 + 1.0442i 0.9407 + 1.1101i 0.7821 + 1.0895i 0.6146 + 0.9871i 0.4578 + 0.8328i 0.3240 + 0.6585i 0.2190 + 0.4917i 0.1412 + 0.3470i 0.0868 + 0.2318i 0.0508 + 0.1465i 0.0283 + 0.0876i 0.0150 + 0.0496i 0.0075 + 0.0266i 0.0036 + 0.0135i 0.0016 + 0.0065i 0.0007 + 0.0030i 0.0003 + 0.0013i 0.0007 + 0.0191i ) *(1.0e+03 ) (N/m)

q2=( 0.1561 + 0.0446i 0.1561 + 0.0735i 0.1559 + 0.1024i 0.1558 + 0.1312i 0.1558 + 0.1602i 0.1558 + 0.1891i 0.1551 + 0.2170i 0.1527 + 0.2420i 0.1476 + 0.2614i 0.1397 + 0.2732i 0.1291 + 0.2766i 0.1168 + 0.2718i 0.1033 + 0.2597i 0.0896 + 0.2417i 0.0761 + 0.2195i 0.0634 + 0.1947i 0.0519 + 0.1689i 0.0416 + 0.1433i 0.0328 + 0.1190i 0.0254 + 0.0969i 0.1160 + 2.7836i )*( 1.0e+04) ( N/m)

q3=( 0.0181 + 0.0045i 0.0186 + 0.0077i 0.0194 + 0.0112i 0.0206 + 0.0152i 0.0222 + 0.0200i 0.0244 + 0.0260i 0.0271 + 0.0333i 0.0303 + 0.0421i 0.0336 + 0.0522i 0.0371 + 0.0637i 0.0406 + 0.0763i 0.0442 + 0.0901i 0.0477 + 0.1051i 0.0512 + 0.1212i 0.0547 + 0.1384i 0.0582 + 0.1568i 0.0618 + 0.1764i 0.0653 + 0.1970i 0.0688 + 0.2189i 0.0723 + 0.2418i 0.4551 + 9.5750i ) *(1.0e+05) (N/m)

e/Xc nh ti trng ngang F: S quy v lc ti tp trung:

Ta quy i cc lc phn b q v ti trng tp trung ti cc nt ta c cc gi tr F1,F2,F3 (nh hnh v): F1=1/2*H/3*(q1+q2)=35/12*(q1+q2) F2=901*q3*H/7350+1/2*H/3*q2 F3=289/7350*H*q3 S dng phn mm Matlab ta tnh c cc gi tr ti trng tp trung,lnh l: F1=35/12*(q1+q2) F2=901/1260*q3+35/12*q2 F3=289/1260*q3 Ta c kt qu: F1=( 0.8432 + 0.2572i 0.8270 + 0.4156i 0.8021 + 0.5606i 0.7694 + 0.6874i 0.7288 + 0.7909i 0.6827 + 0.8694i 0.6317 + 0.9209i 0.5789 + 0.9488i 0.5251 + 0.9545i 0.4713 + 0.9403i 0.4178 + 0.9079i 0.3659 + 0.8602i 0.3162 + 0.8001i 0.2695 + 0.7305i 0.2264 + 0.6548i 0.1872 + 0.5756i 0.1523 + 0.4965i 0.1219 + 0.4198i 0.0960 + 0.3481i 0.0742 + 0.2830i 0.3387 + 8.1245i)*( 1.0e+04) N F2=( 0.0585 + 0.0162i 0.0588 + 0.0269i 0.0593 + 0.0379i 0.0602 + 0.0492i 0.0613 + 0.0610i 0.0629 + 0.0737i 0.0646 + 0.0871i 0.0662 + 0.1007i 0.0671 + 0.1136i 0.0673 + 0.1252i 0.0667 + 0.1353i 0.0656 + 0.1437i 0.0642 + 0.1509i 0.0627 + 0.1572i 0.0613 + 0.1630i 0.0602 + 0.1689i 0.0593 + 0.1754i 0.0588 + 0.1827i 0.0588 + 0.1912i 0.0591 + 0.2012i 0.3593 + 7.6588i) *(1.0e+05) N

F3=( 0.0042 + 0.0010i 0.0043 + 0.0018i 0.0045 + 0.0026i 0.0047 + 0.0035i 0.0051 + 0.0046i 0.0056 + 0.0060i 0.0062 + 0.0076i 0.0069 + 0.0096i 0.0077 + 0.0120i 0.0085 + 0.0146i 0.0093 + 0.0175i 0.0101 + 0.0207i 0.0109 + 0.0241i 0.0117 + 0.0278i 0.0126 + 0.0318i 0.0134 + 0.0360i 0.0142 + 0.0404i 0.0150 + 0.0452i 0.0158 + 0.0502i 0.0166 + 0.0555i 0.1044 + 2.1962i) *( 1.0e+05) N

8.Xc nh gi tr hm truyn H(i) ti cc im chia

() ( )

: l s hng hng th I,ct th j ca ma trn khi lng M

: l tn s ring ca kt cu

: l tn s ring ca ti trng S dng phn mm Matlab tnh cc gi tr hm truyn, lnh l: H1=1./(33728.848^2).*1./(1-w./omega(1,1)).^2 H2=1./(37747.197^2).*1./(1-w./omega(2,2)).^2 H3=1./(66293.578^2).*1./(1-w./omega(3.3)).^2 Ta c kt qu: H1=(0.0901 0.4860 0.0260 0.0083 0.0040 0.0024 0.0016 0.0011 0.0008 0.0006 0.0005 0.0004 0.0003 0.0003 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0001 0.0001 0.0000)* (1.0e-07) H2=(0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0002 0.0002 0.0003 0.0003 0.0004 0.0006 0.0008 0.0012 0.0020 0.0042 0.0130 0.2280 0.0474 0.0079 0.0031 0.0000)*( 1.0e-05) H3=( 0.2422 0.2525 0.2634 0.2751 0.2876 0.3009 0.3152 0.3305 0.3470 0.3647 0.3839 0.4046 0.4270 0.4513 0.4777 0.5066 0.5381 0.5727 0.6108 0.6527 0.0915)*( 1.0e-09)

9.Xc nh phng sai chuyn v ti dng dao ng th I,II,III

Lc sng theo h ta suy rng l:

Chuyn v vi k l bc t do th k ca cng trnh bng cng thc sau:

i l dng dao ng th i ( y ta c dng)Trong nu sng l QTNN dng , c k vng ton bng 0;th lch chun ca chuyn v kt cu s c tnh theo cng thc:

H(iw) l hm truyn dng dao ng th I do ti trng sng tn s omega tc dng V l ph 2 pha nn ta c

l gi tr ti trng sng nhn lin hp chnh bin

Ta c :

Ta t P2=(Pi*)^2=Q*(iw).Q*(-iw) ,dung phn mm Matlab ta tnh c P2,lnh l: F=[F1;F2;F3] % Q*=QQ QQ=phit*F P2=double(QQ.*conj(QQ)) Ti dng dao ng ring th nht,ta i tnh tch phn I,s dng phn mm Matlab tnh,lnh l: H12=H11.*conj(H11) r1=P2(1,:).*S.*H12 I1=r1(1)/2 for j=2:20 I1=I1+r1(j) end I1=(I1+r1(21)/2)*(3.5-0.25)/21 Tng t vi 2 dao ng ring cn li ta tnh c 2 gi tr I tng ng I1=5.6633E-7 I2=1.0708E-7 I3=4.2961E-11 Vy ta xc nh c phng sai l:

S dng phn mm Matlab tnh,lnh l: Xicma2xk=(phi(1,1))^2*I1/(omega(1,1)^4*pi)+(phi(1,2))^2*I2/(omega(2,2)^4*pi)+(phi(1,3))^2*I3/(omega(3,3)^4*pi) Xicma2xk=1.0314E-5 Xicmaxk=sqrt(xicma2xk) Xicmaxk= 0.0032 10/Xc nh tin cy chuyn v nh ct

Ch s tin cy :

Trong

: l gi tr trung bnh ca chuyn v cho php ti nh ct

: l gi tr trung bnh chuyn v ti nh ct

: l phng sai ca chuyn v ti nh ct

: l phng sai ca chuyn v cho php

Sng l qu trnh ngu nhin dng,chun,trung bnh 0 v c tnh cht egodic v h kt cu ang xt l h tuyn tnh nn ta c:

Do chuyn v cho php tin nh nn

Thay s ta tnh c ch s tin cy Vy tin cy ca cng trnh:

BIN HC MNH MNG LY CHUYN CN LM BN MY XANH KHNG LI LY CH C DNG LN------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------SV.NGUYN VN LUN_MSSV:1356.56 Page 24 of 24