Điều kiện biên của bài toán Lifting trong Sacs

Làm việc với Sacs, điều kiện biên là một trong những vấn đề rất quan trọng, quyết định tới kết quả phân tích đầu ra của bài toán, với những điều kiện biên khác nhau dẫn tới kết quả cũng khác nhau.
Tất nhiên gán điều kiện biên thiếu thì mô hình sẽ không thể chạy, nhưng nếu gán đủ mà không đúng cũng nguy hiểm không kém.
Tùy từng quan niệm tính toán, chúng ta sẽ có những cách gán khác nhau, hinh dưới đây sẽ cho chúng ta một cách khả thông dụng và thường được sử dụng khi phân tích bài toán dạng lifting.

 

Hai cái liên kết soft spring lấy x=y=10, đơn vị là gì đó hả admin?

 

Hình như độ cứng lò xo thường đặt đơn vị là KN/m thì phải.

Bạn admin vẫn chưa giải thích là tại sao trong hình có nhiều dây cáp vậy?

 

Theo tôi bạn Admin gán stiffness = 10 kN/m tại 2 điểm góc như vậy là không hợp lý vì giá trị độ cứng này tương đối lớn do đó sẽ phản ánh không đúng bản chất thực tế làm việc của hệ kết cấu bởi trong quá trình lifting không có support nào tại 2 điểm đó cả. Lý do đưa liên kết lò so tại 2 điểm đó là để hệ kết cấu ổn định (không biến hình) khi chương trình giải bài toán. Tôi gợi ý các bạn gán giá trị đó thật nhỏ, ví dụ 0.01 kN/m hoặc 0.001kN/m. Một lưu ý nữa là sau khi chạy xong các bạn phải kiểm tra phản lực (reaction) tại các điểm liên kết lò so này phải thật nhỏ thì kết quả mới hợp lý.

 

Hook point thì thông thường chọn điểm trên của CoG theo mô hình của phần mềm SACS sau đó thêm CoG shift load vào thì nó sẽ tạo một mô men xoay tương đối lớn nên không hiểu là reaction ở các spring thêm vào có nhỏ được không? Các bạn có kinh nghiệm cho ý kiến

 

Hình đính kèm của Mr. Admin đã trả lời cho câu hỏi của bạn, một một tổ hợp có shift load chúng ta phải điều chỉnh hook point sao cho nó nằm trên Shifted CoG, chính vì vậy trong hình của Mr Admin mới có đến 5 hook point cùng rất nhiều dây cáp tương ứng với 5 vị trí CoG khác nhau. Have fun!

 

Admin vẫn chưa trả lời câu hỏi tại sao có nhiều hook point. Trong thực tế lúc lifting chỉ dùng một sơ đồ cáp duy nhất. Việc dùng 5 hook point, 5 sơ đồ cáp khác nhau có thể hiện đúng sự làm việc của một sơ đồ cáp duy nhất lúc lifting? Nếu vừa cho shift load vào, vừa dịch hook point thì khi đó tổng hợp các ngẫu lực do shift load gây ra bằng không (bao gồm cả lực và mô men). Vậy thì bỏ shift load vào làm gì?

 

Việc mô hình nhiều cụm giây như hình là để tính cho 5 trường hợp:
1- Hook point và COG của kết cấu cùng năm trên trục z
2- Hook point và COG lêch nhau so với phương +x
3- Hook point và COG lêch nhau so với phương - x
4- Hook point và COG lêch nhau so với phương +y
5- Hook point và COG lêch nhau so với phương - y
Chiều dài lệch nhau (shift load) thường là 5%L, hoặc 5%B tương ứng, trong đó L, W là length và Width của kết cấu.
Để không phải tính lại từ đầu cho từng trường hợp, trong Sacs hỗ trợ chúng ta một công cụ đó là file *gapinp, tác dụng của file này là nó sẽ lọc những trường hợp mà mình khái báo đảm bảo chúng chạy không đồng thời nhau. Tức là dù mô hình 5 trường hợp nhưng khi phân tích chỉ phân tích trường hợp một
Còn về chuyện đưa tải shift làm gì, thì bạn hiểu thế này.
Nguyên nhân gây ra tải shift load là do COG bị lệch so với ban đầu, khi mã cẩu được lifting lên, xu hướng chung là sẽ về trường hợp 1. Tức là các trường hợp khác phải thông qua một cặp ngẫu lực để về được trạng thái 1, gọi là shift load.
Đối với trường hợp 1, tải shift load = 0
Các trường hợp còn lại đều khai báo tải shift load.

 

Tôi thấy câu trả lời của Mr Admin chưa được thỏa đáng lắm. Việc có đến 5 hook point cho 5 trường hợp khác nhau là đúng nhưng nói rằng shift load để đưa về trạng thái 1 là không hợp lý. Tại sao lại phải đưa về trạng thái 1?? Với mỗi một trường hợp shift load tương ứng ta áp dụng một ngẫu lực mô men vào hệ để đưa CoG của hệ về vị trí mà ta muốn. Muốn hệ đạt trạng thái cân bằng tĩnh như tôi đã đề cập trong bài mô hình slings trong bài toán lifting chúng ta phải shift cả vị trí hook point về nằm ngay phía trên vị trí CoG mới. Lúc này hệ cân bằng thể hiện bằng phản lực ngang tại các điểm gắn spring rất nhỏ và có sự phân bố lại lực căng trong từng sling, CoG shift về cần lift point nào thì sling gắn vào điểm đó sẽ có lực tăng lên và ngược lại. Bạn Seastar hỏi là nếu áp dụng shift load vào như vậy thì làm thay đổi phân bố nội lực trong hệ kết cấu: đúng vậy và kết cấu cũng phải được kiểm tra đảm bảo trong các trường hợp shift này.
Một ý nữa tôi thấy Mr Admin đề xuất sử dụng 5%L hoặc 5%B tôi không biết là căn cứ vào tiêu chuẩn nào hay không nhưng theo DNV Rules thì tối thiểu CoG envelope/box phải có kích thước là 1x1/1x1x1m. Thực hành tính toán thường shift CoG về các vị trí gắn padeye/trunnion một đoạn 1m để đảm bảo yêu cầu trên và vì vậy mỗi lần shift sẽ có delta X & delta Y chứ không chỉ là +x, -x, +y và -y như bạn nói. Khi xác định được chính xác CoG của hệ nhờ WCR hoặc weighing report người ta sẽ điều chỉnh CoG của hệ về vị trí đã xác định để tính toán.

 

Chúng ta bàn luộn càng lúc càng sôi nổi, vấn đề càng được rõ hơn. Hôm qua mình trao đổi về vấn đề có cần tính CoG shift khi áp dụng API không và hôm nay chúng ta lại trao đổi CoG shift (CoG envelope study) được tính như thế nào.

Cả 2 bạn admin và BrianNg hiện tại đều cho rằng vừa tính Shift load vừa làm động tác có thể tạm gọi là "Hook point shift" ??? Theo tôi thì khi tính CoG shift cho 4 trường hợp là 4 góc của hình vuông 1x1m thì người ta sẽ để nguyên sơ đồ tính trường hợp ko shift và thêm vào 4 trường hợp tải shift load; trong một trường hợp thì shift load được chia thành 4 lực đặt tại 4 điểm treo và 4 lực này phải đảm bảo rằng tổng hợp 4 lực theo phương đứng phải bằng 0, tổng moomen gây ra bởi 4 lực so với CoG ban đầu bằng momen gây ra bởi sự lệch CoG. Kết quả là chúng ta sẽ có thứ quan trọng: lực căng trong các dây cáp sẽ khác đi (phân phối lại lực căng trong dây cáp, dây thì lớn hơn, dây thì nhỏ hơn so với lúc chưa shift và chúng ta quan tâm đến cái lớn hơn), nội lực của kết cấu có thay đổi. Đến đây nếu bạn nào đồng ý với phương pháp này thì chuyển xuống đọc và thảo luận mục dưới.

Mà đã có moomen cưỡng bức đặt vào thì không bao giờ có chuyện reaction tại lò xo là ~ 0 đươc; Reaction tại lò xo ~ 0 trong trường hợp ban đầu, đó là trường hợp Chưa Shift CoG, khi đó hệ cân bằng tĩnh như bạn BrianNg nói.

 

Theo mình tìm hiểu và được biết thông thường khi cẩu một kết cấu nào đó thì người ta thường buộc thêm dây vào một số điểm trên kết cấu để có thể điều chỉnh độ lệch bằng sức kéo của công nhân thông qua dây cáp đó. Vì vậy trong mô hình tính toán sẽ thêm vào các liên kết soft spring có độ cứng k nhỏ. Mr BrianNg, nếu đúng như bạn nói thì trong tính toán lifting của topside HSD mà mình tham khảo đưa ra độ cứng k rất lớn "Soft springs (spring stiffness, k = 50kN/m) located at joint 7102 and joint 7800 are provided for analytical lateral stability, as shown in Figure3.1" Có sự sai sót nào trong tính toán chăng.

 

Để hôm nào có thời gian, mình sẽ lên một mô hình simple làm ví dụ để anh em cùng bàn luận dựa trên kết quả phân tích.
Chứ cứ thế này không biết tới bao giờ mới close được vấn đề. ^^

 

Thanks Mr. Quan, theo quan điểm của tôi thì nếu áp dụng điều kiện biên như vậy cho bài toán offshore lifting thì là đã có sai sót. Có thể trong quá trình lift trên bờ cần đến sự hỗ trợ của CN nhất là quá trình mới nâng hoặc đang hạ xuống để hạn chế những chuyển động do quán tính, và nâng hạ êm ái nhưng ngoài biển thì không làm vậy được, đặc biệt lúc hạ topside hoặc jacket xuống. Do vậy sẽ có một giai đoạn khá dài trong quá trình lift hệ không có một restraint nào ở phương ngang. Việc mô hình tính toán phải phù hợp với thực tế làm việc của kết cấu nên nếu gắn độ cứng lò so lớn ở phương ngang tôi cho là không hợp lý. Trong quá trình tính lifting đôi khi ta mắc lỗi gì đó làm bài toán không hội tụ và phải thử dần bằng việc tăng độ cứng lò so để kiểm tra xem nó là lỗi gì nhưng khi tính ra kết quả cuối cùng thì nên gán độ cứng có giá trị nhỏ

 

SEASTAR cho mình hỏi CoG shift load là gì vậy?cái này dùng làm gì?tính thế nào???m mới tìm hiểu SACS nên chưa hiểu rõ lắm mong chỉ giúp?

 

Thanks bác BrianNg, nhưng em thấy hình như người ta vẫn điều chỉnh được mà:

 

Hơi lạ ;.
tôi từng làm nhiều bài toán lifting (cho Load-out, Offshore install) rồi mà chưa bao giờ modeling cả dây chuối (swing rope) vào sơ đồ tính bao giờ8->.

 

Hi Quan52cb2, ý mình nói đến một khía cạnh khác không thể làm được ngoài biển đó là công nhân giữ dây cáp tránh cho mã cẩu lắc qua lăc lại như trên bờ, việc làm đó rất nguy hiểm không thể thực hiện được đặc biết với các heavy lift. Ngoài biển người ta vẫn gắn cáp mà bạn designer gọi là dây chuối nhưng là gắn cố định vào một điểm nào đó, có thể là trên cẩu hoặc trên boong nhằm mục đích tránh mã cẩu bị lắc qua lắc lại, nhanh chóng ổn định và quá trình cẩu diễn ra nhanh hơn.
Về mô hình tính toán, để an toàn chúng ta phải mô hình một trạng thái nguy hiểm nhất trong toàn bộ quá trình lifting. Ngoài ra nếu có swing rope hiện hữu thì bản thân swing rope này chỉ chịu được kéo chứ không chịu được nén trong khi spring chịu cả kéo và nén nên nói là spring để mô hình cho swing rope là không chính xác. Xem các ảnh chụp dưới đây, có lúc người ta gắn swing robe, có lúc không và có gắn thì dây cũng chùng chứ không căng chứng tỏ không làm việc.

 

Bác BrianNg nói đúng, em đồng ý với bác.
Mục đích của dây thừng cột vào các mã hàng có vai trò chủ yếu là để người công nhân tác động thêm vào quá trình lifting để hạn chế dao động của hàng khi lift và góp phần điều chỉnh hướng của mã hàng. Đây hoàn toàn là tiểu tiết, là biện pháp thực tế chứ cũng chẳng có gì là học thuật ở đây cả. Trong sơ đồ tính cho quá trình lifting thì tôi chưa bao giờ và cũng chưa thấy người khác model cả mấy sợi dây thừng vào bao giờ
Mục đích của việc lập ra cái lifting geometric là để: Chọn cáp, chọn Shackle, chọn cẩu, tính pad-eye/trunnion, Spearder bar(đòn gánh) và kiểm tra các yếu tố liên quan tới mã cẩu như vị trí nhận hàng, gối đỡ. Không hiểu ông admin và cộng sự muốn model cái dây thừng vào nhằm mục đích gì??? :-o
Lifting trên bờ:
Quá trình cẩu về nguyên tắc bao giờ cũng có quá trình: 1. căng cáp cho tới khi 2. bắt đầu nhấc hàng lên. Trong quá trình này ở thời điểm hàng bắt đầu nhấc lên bao giờ cũng có sự dao động của hàng vì lý do sai số trong khi tính khiến cho Hook của cẩu và C.O.G không bao giờ tuyệt đối thẳng hàng theo phương đứng. Sự dao động này lớn hay nhỏ phụ thuộc vào sai số của C.O.G khi tính và tác động của gió trời *.

Chú thích *: khi tính toán có những chi tiết không thể modeling chính xác và đầy đủ được nên bao giờ tọa độ của COG cũng có sai số) và dao động chấp nhận trước của người tính liên quan tới Sling (đôi khi sơ đồ tính của lifting đòi hỏi chiều dài dây cáp chênh lệch với chiều dài sợi cáp hiện hữu một khoảng chiều dài nào đó, người tính sẽ phải xem xét và dùng các biện pháp điều chỉnh và để chấp nhận sai số tới mức nào để đưa vào dùng sợi cáp đó chứ không phải lúc nào cũng có dây cáp có chiều dài đáp ứng 100% như tính lifting đưa ra.
Dao động của hàng khi bắt đầu lifting và trong quá trình lifting ảnh hưởng tới an toàn của mã cẩu: Từ một dao động nhỏ do lệch COG kết hợp với gió và dao động của bản thân cẩu sẽ dẫn tới một dao động tổng hợp lớn hơn nếu không được khống chế ngay từ đầu. Có thể dẫn đến: Đứt cáp do tải động lớn quá mức, hàng bị clashing với Boom của cẩu hoặc trạm vào các đối tượng xung quanh (cái này nguy hiểm nhất) và khó kiểm soát vị trí hạ hàng.
Vì như trên mà người ta tìm cách buộc thêm sợi dây thừng vào để quá trình lifting được an toàn và hạ hàng được đúng vị trí.
Lifting trên biển và lifting khi lắp đặt biển:
Cũng các nguyên nhân như trên bờ, tuy nhiên ở ngoài biển yếu tố dao động do bản thân của cẩu sẽ lớn hơn (lúc lifting bao giờ cẩu nổi cũng sẽ có một góc chúi xuống nhất định so với lúc căng cáp).
Ngoài ra thì khi lắp đặt chân đế sợi dây thừng còn có tác dụng cột cho chân đế khỏi chôi ra xa dưới tác động của dòng chảy và sóng khi mà chân đế ở vị trí nổi tự do và cáp cẩu trùng

 

Việc gán liên kết spring trong model Sacs khi phân tích bài toán lifting không dùng để nói tới ảnh hưởng của cáp kéo.
Nó chỉ là điều kiện biên của bài toán, nhằm đảm bảo cho hệ model đủ bậc tự do. khi đó phần mềm Sacs mới phân tích được.

1. Trong hồ sơ procedure lifting sẽ có quy định về tốc độ gió cho phép trong quá trình cẩu (phù hợp với quy định của một số tiêu chuẩn và handbook đề cập tới vấn đề này)
2. Quan điểm của người làm thiết kế là nếu không có dây cáp (sling) như quy định trong hồ sơ thiết kế (Lifting Analysis Report) hoặc quy trình thi công cẩu (Procudure Lifting) thì mã cẩu không được phép tiến hành, trừ khi có những giải trình và phân tích lại.
- Điều này rất khó xảy ra vì trong hầu hết các trường hợp, cán bộ tính toán đã phải chọn cáp cẩu căn cứ vào những cáp có sẵn (catalogue), cũng như khả năng có thể cung ứng cáp cẩu (sling) của đơn vị cẩu lắp...

AE đọc thêm ở link bên dưới để biết thêm thông tin về ảnh hưởng của cáp kéo trong phân tích bài toán lifting
http://offshore.vn/threads/748?nh-huong-cua-day-keo-trong-tinh-toan-thiet-ke-cau-lap-Lifting-

 

Thực ra việc chọn độ cứng lo xo lớn hay nhỏ ko quan trọng vì mục đích của lò xo chỉ là để làm kết cấu ổn định (nếu cần có thể bằng vô cùng tức là fixed luôn). Check thấy phản lực lò xo nhỏ là ok. Mình toàn dùng độ cứng bằng 1000 KNm cho cả hai phương, và phản lực lò xo dưới 50kN là chấp nhận được