Nghiên Cứu Đặc Trưng Dòng Chảy Các Hạt Bằng Phương Pháp Sph

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

---------------------------------------

TRẦN THỊ THANH HUYỀN

NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƢNG

CỦA DÒNG CHẢY CÁC HẠT

BẰNG PHƢƠNG PHÁP SPH

LUẬN VĂN THẠC SỸ CƠ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2020

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

---------------------------------------

TRẦN THỊ THANH HUYỀN

NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƢNG

CỦA DÒNG CHẢY CÁC HẠT

BẰNG PHƢƠNG PHÁP SPH

Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật

Mã số: 8520101.01

LUẬN VĂN THẠC SỸ CƠ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. Nguyễn Tiến Cƣờng

HÀ NỘI – 2020

i

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

---------------o0o---------------

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Trần Thị Thanh Huyền

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi và được sự hướng

dẫn khoa học của TS. Nguyễn Tiến Cường.

Các nội dung được trình bày trong luận văn “Nghiên cứu đặc trưng của dòng

chảy các hạt bằng phương pháp SPH” là trung thực, đáng tin cậy và không trùng với

bất kỳ một nghiên cứu nào khác đã được thực hiện.

Hà Nội, ngày tháng năm 2020

Ngƣời cam đoan

Trần Thị Thanh Huyền

ii

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện luận văn, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến

thầy giáo hướng dẫn là TS. Nguyễn Tiến Cường đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và thường

xuyên động viên để tác giả hoàn thành nghiên cứu này.

Tác giả trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo tham gia giảng dạy tại Khoa Cơ học

Kỹ thuật và Tự động hóa, Trường Đại học Công nghệ - ĐHQGHN đã luôn quan tâm

và tạo điều kiện trong suốt thời gian tác giả học tập và nghiên cứu.

Tác giả xin chân thành cảm ơn tập thể Ban Lãnh đạo, cán bộ Viện Cơ học đã

giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong công việc để tác giả hoàn thành chương trình

Thạc sỹ nâng cao trình độ chuyên môn của mình.

Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới nhóm nghiên cứu trong seminar tại Phòng Thủy

động lực và Giảm nhẹ thiên tai đã có những góp ý quý báu trong quá trình tác giả thực

hiện luận văn.

Tác giả xin cảm ơn tập thể các cán bộ, chuyên viên Phòng Đào tạo, Trường Đại

học Công nghệ - ĐHQGHN đã tạo điều kiện trong suốt thời gian tác giả học tập.

Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè thân thiết, những người đã luôn

đồng hành, động viên và giúp tác giả hoàn thành luận văn.

Tác giả

Trần Thị Thanh Huyền

1

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.......................................................3

DANH MỤC CÁC BẢNG..................................................................................................4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ............................................................................................5

MỞ ĐẦU..............................................................................................................................7

1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................7

2. Mục tiêu của luận văn .............................................................................................7

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...........................................................................7

4. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................7

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn............................................................8

6. Bố cục của luận văn.................................................................................................8

CHƢƠNG 1 . TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU..................................................9

1.1. Vai trò của dòng chảy hạt.........................................................................................9

1.2. Các hướng tiếp cận giải quyết bài toán dòng chảy hạt ..........................................12

1.3. Xuất xứ và khả năng ứng dụng của phương pháp số SPH.....................................13

1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ............................................................13

1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới........................................................... 13

1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước............................................................. 14

CHƢƠNG 2 . CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MÔ HÌNH HÓA BÀI TOÁN......................16

2.1. Phương pháp SPH ..................................................................................................16

2.1.1. Ý tưởng của phương pháp SPH ............................................................... 16

2.1.2. Các phương trình cơ bản trong SPH........................................................ 16

2.1.3. Hàm Kernel.............................................................................................. 19

2.2. Mô hình hóa chuyển động của dòng chảy các hạt .................................................20

2.2.1. Các phương trình cơ bản theo hướng tiếp cận bằng lý thuyết cơ học đất

đá………..................................................................................................................... 20

2.2.2. Rời rạc các phương trình sử dụng phương pháp SPH ............................. 20

2.2.3. Tính ứng suất theo mô hình đất Drucker-Prager ..................................... 21

2

2.3. Mô hình hóa chuyển động của tường chắn có cấu trúc từ các cấu kiện cứng

dạng khối hộp chữ nhật ......................................................................................................24

2.3.1. Lý do chọn nghiên cứu............................................................................. 24

2.3.2. Mô hình hóa các khối hộp........................................................................ 24

2.3.3. Mô hình hóa tương tác giữa các cấu kiện và sàn ..................................... 25

2.4. Mô hình hóa tương tác giữa dòng chảy hạt với các cấu kiện của tường chắn và

tương tác giữa các cấu kiện với nhau .................................................................................27

CHƢƠNG 3 . TÍNH TOÁN VÀ HIỆU CHỈNH MÔ HÌNH SỐ ..................................29

3.1. Kiểm định mô hình tính toán dòng chảy hạt..........................................................29

3.1.1. Cơ chế phá hủy của dòng chảy hạt .......................................................... 29

3.1.2. So sánh kết quả mô phỏng với kết quả số sử dụng phương pháp MPM . 35

3.2. Hiệu chỉnh mô hình tương tác giữa các cấu kiện...................................................38

3.2.1. Thiết lập bài toán ..................................................................................... 38

3.2.2. Thực hiện thí nghiệm............................................................................... 39

3.2.3. Tính toán hiệu chỉnh mô hình số.............................................................. 41

3.3. Hiệu chỉnh mô hình tương tác giữa dòng chảy hạt và tường chắn dạng khối .......44

3.1.1. Thiết lập bài toán ..................................................................................... 44

3.1.2. Tính toán hiệu chỉnh mô hình .................................................................. 46

CHƢƠNG 4 . THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ BÀI TOÁN.50

4.1. Nghiên cứu đặc trưng của dòng chảy hạt...............................................................50

4.1.1. Mô hình bài toán ..................................................................................... 50

4.1.2. Các kịch bản tính toán............................................................................. 50

4.1.3. Kết quả mô phỏng so với thí nghiệm và hàm thực nghiệm .................... 50

4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của độ dốc tường chắn đến sự ổn định của mái dốc.........52

KẾT LUẬN .......................................................................................................................54

NHỮNG VẤN ĐỀ CÓ THỂ PHÁT TRIỂN TỪ LUẬN VĂN .....................................55

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN

ĐẾN LUẬN VĂN..............................................................................................................56

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................57