Bi Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Trang B GIO DC V O TO TRNG I HC GIAO THễNG VN TI BI TP THIT K TI U V TIN HC NG DNG Giáo viên hng dn: GS.TS Nguyn Vit Trung Hc viên thc hin : Trn Quc Tun Lp : Xây dng ng ô tô v ng TP - K16 H Ni: 9/2009 Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Lp: Xd Bi Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Trang Thiết kế ranh thoát nớc I Đặt vấn đề Khi xây dựng đờng dặc biệt đờng miền núi vùng trung du, khối lợng xây dựng giá thành công trình thoát nớc đờng chiếm phần đáng kể tổng giấ thành xây dựng Trong công trình phần dẫn nớc từ nơi cao xuống thấp nơi có địa hình dốc công trình thủy lực nh bậc nớc, dốc nớcthờng đợc sử dụng Khi dòng nớc đổ xuống hạ lu, phần lợng thừa biến thành động năng, vận tốc tăng lên, nên sau lòng dẫn bị xói lở nghiêm trọng ảnh hởng đến an toàn công trình Do nhiệm vụ tính toán tiêu phải tìm biện pháp tiêu huỷ lợng dòng chảy, điều chỉnh lại phân bố lu tốc, làm giảm mạch động để dòng chảy trở trạng thái tự nhiên đoạn ngắn nhất, rút ngắn đoạn gia cố hạ lu Thiết kế tiêu phải đảm bảo mục tiêu trên, nhiên thiết kế phải hợp lý tiết kiệm vật liệu II.nội dung bàI toán Thiết kế dốc nớc BT+ bể tiêu mặt cắt chữ nhật với hàm mục tiêu giá thành a2 a1 a3 a4 a1 Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Lp: Xd Bi Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Trang a7 a5 a8 a6 a5 Mặt cắt ngang dốc nớc bể tiêu a1: Chiều dày vách dốc (m) a2: Chiều rộng thân dốc (m) a3: Chiều dày đáy dốc (m) a4: Chiều cao thân dốc (m) a5: Chiều dày thành bể (m) a6: Chiều sâu bể (m) a7: Bề rộng đáy bể (m) a8: Chiều dày đáy bể (m) Xác định bề rộng đáy có lợi dốc nớc a2: a = 0,7655 QTK Kiểm tra lu lợng lu tốc chảy thân dốc: - Tính chiều sâu dòng chảy thân dốc: a = Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Q = TK a vCP a Lp: Xd Bi Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Trang - Xác định lu lợng dòng chảy thân dốc: QTT = v. v = C R.id ; ( R = a a ;C = a + 2.a a.nb a a a + 2.a ) QTT QTK 100% < 5% Chiều sâu a4 đạt QTK QTT QTK 100% > 5% => tăng chiều sâu a4 tính lại QTK Tính độ sâu đầu dốc (không có ngỡng) - Dốc ngỡng nên độ sâu đầu dốc độ sâu phân giới hk: Q hk = ; =1 gb Tính độ sâu cuối dốc - Tính chiều dài đờng mặt nớc l: l= iJ = k Với J= J0 + Jk + Nếu chiều dài đờng mặt nớc < chiều dài cuối dốc=> Dốc dài, độ sâu cuối dốc hcd=a4 + Nếu chiều dài đờng mặt nớc > chiều dài cuối dốc=> Dốc ngắn, độ sâu cuối dốc hcd>a4 Kiểm tra xem có phải làm công trình tiêu không - Tính độ sâu liên hợp với độ sâu trớc nớc nhảy h= a4( độ sâu cuối dốc ) 8hk3 h' h" = + h' - Tính độ sâu nớc hạ lu công trình hh Biết QTK , a7 (= bh) ,ih phơng pháp thử dần xác định đợc hh Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Lp: Xd Bi Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Trang - Nếu h>hh phải làm CT tiêu (Bể tiêu năng) Tính toán tiêu năng: Kích thớc bể tiêu ( chiều sâu bể a6, chiều dài bể Lb) + Tính chiều sâu bể tiêu năng: - Giả sử chiều sâu bể d=h - hh - Tính chiều sâu liên hợp hc: hc=E01.c vtt2 Trong đó: E 01 = a + + a6 2g => tra bảng thông qua F( ) : F ( c ) = c c QTK - Tính : z = 2g 1 2 '' a h h (hc ) QTK a 1,1.( E 01 ) - Tính lại chiều sâu bể: d = 1,1hc'' ( hh + z ) Nếu d d1 100% < 5% a = d1 d QTK d d1 F ( ) = ; E02 = E01 + d1 c Nếu 100% > 5% Tính lại từ d a 1,1.( E 02 ) + Tính chiều dài bể; - Tính L1 = vCP 2.a + a (Theo L.A Baraxh) g v CP - Tính L2 = ( a + ).a ( Theo Khu Tin) 2g Vậy Lbể= min(L1 L2) Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Lp: Xd Bi Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Trang Điều kiện ràng buộc: vTT vCP QTT QTK Lbe = min( L1 , L2 ) Hàm mục tiêu: Mục tiêu= giá 1m3 BT[2a1.a4+(a2+2a1).a3 ]Ld+ giá 1m3 đá xây(2a5.a6+a7.a8 )Lbe III.thiết kế chơng trình Số liệu đầu vào: Nhập số liệu chọn kích thớc mặt cắt dốc nớc bể tiêu năng: a1, a3, a5, a7, a8, QTK : Lu lợng thiết kế VCP : vận tốc cho phép Ld : Chiều dài dốc id : Độ dốc dốc nớc a : Hệ số khí nb : độ nhám BT ih : độ dốc đáy hạ lu Giá thành 1m3 BT, 1m3 đá xây: Số liệu đầu ra: a1 a8 giá thành: cha tối u a1 a8 giá thành: tối u Sơ đồ khối: Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Lp: Xd Bi Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Trang Lp: Xd Bi Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Trang Cấu trúc chơng trình: Chơng trình cấu trúc thành mô đun: Giới thiệu Nhập số liệu khai báo số Tính toán Kiểm tra điều kiện ràng buộc Tính toán hàm mục tiêu In kết Bài tập sáng chế Bài làm : Tôi chọn tủ lạnh Trong tủ lạnh áp dụng qui tắc sáng chế nh sau Qui tắc làm ngợc lại : Tủ lạnh làm cho đồ vật đặt lạnh đi, ngợc lại với làm việc máy nớng làm cho đồ vật nóng lên Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Lp: Xd Bi Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Trang Qui tắc chuyển đổi trạng thái hoạt động : Sự hoạt động tủ lạnh biến thể lỏng thành thể khí rắn Qui tắc áp dụng trờng vật lý khác : Trong tủ lạnh áp dụng qui tắc biến điện thành nhiệt Qui tắc ghép số chức vào cá thể : Trong tủ lạnh áp dụng qui tắc ghép thêm phận tạo đá lạnh, lắp thêm bóng đèn để mở cửa tủ lạnh bóng sáng, đóng lại bóng tắt Qui tắc sử dụng nhiều loại vật liệu : Trong tủ lạnh sử dụng nhiều loại vật liệu để chế tạo nh : kim loại, nhựa, cao su, thuỷ tinh Qui tắc phân đoạn thời gian hoạt động phận loại bỏ chúng không cần thiết : Trong tủ lạnh có rơle tự động làm giảm công suất máy đồ vật đặt tủ lạnh giảm nhiệt độ đến nhiệt độ giới hạn Qui tắc thay đổi vai trò phận tuỳ theo hoàn cảnh sử dụng, chức hoạt động : Trong tủ lạnh áp dụng qui tắc để chế tạo cánh cửa Sau xin trình bày qui tắc sáng chế thêm cho tủ lạnh qui tắc ghép thêm số chức Tôi ghép thêm vào tủ lạnh thiết bị đun đợc nớc nóng thiết bị điều hoà không khí nhà để biến tủ lạnh thành máy đa chức SNG CHsố Mỗi học viên chọn máy có thuật toán sáng chế Bài làm Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Lp: Xd Bi Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Trang 10 Máy đợc chọn điện thoại di động Các thuật toán sáng chế nh sau: 1- Thử nghiệm minnimum maximum : Dùng thử nghiệm để chọn tần số, biên độ sóng thích hợp không ảnh hởng đến sức khỏe ngời sử dụng 2- Ghép chức vào cá thể : Ghép chức nh chụp ảnh, nghe Radio vào điện thoại 3- Sử dụng nhiều loại vật liệu tùy thuộc vào chức làm việc phận: Tạo thiết bị có nhiều tính hoạt động 4- Sử dụng nhiều loại vật liệu tổng hợp : Thu nhỏ kích thớc 5- áp dụng nguyên lý hoạt động sóng điện từ 6- Giảm tốc độ phản ứng điện hóa : Tăng dung lợng pin 7- Thay đổi quen thuộc : áp dụng nhiều kiểu chuông điện thoại khác vói kiểu truyền thống tạo sinh động 8- Thay đổi vị trí phận tùy theo hoàn cảnh sử dụng : Có thể áp dụng tính để chế tạo phận ống kính chụp ảnh có độ Zoom khác nhau, tăng thị trờng ống kính Bài tập BàI TOáN THIếT Kế TốI ƯU MặT CắT MộT CộT KíN, CHịU NéN ĐúNG TÂM, LIÊN KếT BằNG HàN I GIớI THIệU TổNG QUAN Về BàI TOáN: Đây toán tính toán thiết kế tối u thông số mặt cắt cột kín, chịu nén tâm, liên kết hàn Kết toán cho biết kích thớc tối u mặt cắt cột kín, t ơng ứng với diện tích cần thiết mặt cắt nhỏ nhất, nghĩa giá thành kết cấu rẻ II NộI DUNG Kỹ THUậT CủA BàI TOáN: Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Lp: Xd Bi Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Trang 11 Thông thờng thiết kế chọn mặt cắt kết cấu ng ời kỹ s thờng chọn trớc kích thớc kết cấu theo cấu tạo kinh nghiệm, sau tính duyệt sửa đổi dần đến lúc kết chấp nhận đ ợc Điều chắn cha thể cho phép ngời kỹ s chọn đợc kích thớc tối u mặt cắt nh đơng nhiên giá thành công trình thấp Cấu tạo hình thức mặt cắt đa dạng, sau xác định đợc hình thức mặt cắt chiều dài tính toán cột, cần vào tải trọng tính toán chọn mặt cắt cột Nội dung chọn mặt cắt gồm có xác định kích thớc mặt cắt chiều rộng b chiều cao h chiều dày phần mặt cắt Sau phải kiểm tra lại mặt cắt chọn theo điều kiện ổn định, đồng thời kiểm tra ổn định cục bụng Yêu cầu cụ thể toán đặt là: Chọn mặt cắt cột kín, chịu nén tâm, liên kết hàn Cho biết: chiều dài hình học cột L C, đầu nối chốt, đầu dới ngàm Tải trọng tác dụng: + Tĩnh tải: Pt; hệ số vợt tải nt + Hoạt tải: Ph; hệ số vợt tải nh + Thép làm kết cấu CT3 có R0 Nh toán đặt yêu cầu phải xác định đợc kích thớc tối u mặt cắt cột kín này, với điều kiện mặt cắt phải thoả mãn cho diện tích cần thiết mặt cắt nhỏ nhất, nghĩa giá thành kết cấu rẻ nhng đảm bảo yêu cầu cờng độ ổn định Cụ thể hoá công thức nh sau: GT = F MC * L C * T * G T Trong đó: + GT : giá thành cột kín (đồng) + FMC : diện tích mặt cắt ngang cột (m2) + LC : chiều dài hình học cột (m) + GT : giá thành thép CT3 (đồng/tấn) Điều kiện cấu tạo: b < c bc 210 30 c R0 c b 30 b = : h 70 60 Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Lp: Xd Bi Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Trang 12 Trong đó: + b chiều dày bụng (cm) + c chiều dày cánh (cm) + bc chiều rộng cánh (cm) + b chiều rộng cần thiết mặt cắt (cm) + h chiều cao cần thiết mặt cắt (cm) + Ro cờng độ tính toán chịu lực dọc trục vật liệu (MN/m2) Chọn mặt cắt cột gồm thép nh hình vẽ: Xác định nội lực tính toán cột: N = nt * Pt + nh * Ph Xác định chiều dài tính toán cột: L0 = 0.7 * L Tính diện tích cần thiết mặt cắt: Gỉa thiết độ mảnh , tra bảng xác định Fct = N R0 Bán kính quán tính cần thiết: rct = L0 / Bề rộng cần thiết mặt cắt: bct = rct / y Với y hệ số tra bảng Nếu chọn h = bct bề dày bình quân thép: = Fct 3bct Vậy đến ta chọn sơ kích thớc mặt cắt, tính F (cm2) Mặt cắt mang tính chất sơ bộ, ta dùng công thức gần để kiểm tra sơ mặt cắt Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Lp: Xd Bi Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Kiểm tra sơ mặt cắt cột chọn ( Ro): Trang 13 ry = y * b y = L o / ry y = N R0 : Đạt F Nếu không đạt chọn lại F Chọn lại kích thớc mặt cắt, tính F (cm2) Kiểm tra lại mặt cắt ( Ro): Từ kích thớc mặt cắt chọn F, ta tính đợc: + Jx ==> rx = Jx / F; + Jy ==> ry = Jy / F; So sánh rx ry ry nhỏ rx kiểm tra trục y-y ngợc lại Gỉa sử ry < ry: Tính y = Lo / ry = tra bảng xác định y N R0 : Đạt y F Kiểm tra ổn định cục bụng: h0 210 40 + 0.2 max 75 : Đạt b R0 Lu ý: Việc tính toán theo bớc nh trên, nói chung lần thứ cha có đợc mặt cắt hợp lý, độ mảnh giả định cách tuỳ ý Nếu độ mảnh giả định lớn, mặt cắt thờng nhỏ hẹp bụng cánh lại dày, lúc cần mở rộng kích thớc mặt cắt (tức b h), đồng thời giảm bớt Fct, Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Lp: Xd Bi Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Trang 14 tức giảm bớt độ mảnh giả định Nếu độ mảnh giả định nhỏ, mặt cắt rộng lớn, lúc bụng cánh mỏng, không bảo đảm yêu cầu ổn định cục bộ, lúc cần giảm bớt kích thớc mặt cắt, tăng thêm Fct Vậy công việc điều chỉnh cần phải thực nhiều lần chọn đợc mặt cắt hợp lý Nh việc lập trình máy vi tính để chọn mặt cắt tối u cần thiết để giảm bớt thời gian công sức tính toán Tính toán hàm mục tiêu : GT = FMC * LC * T * GT Kiểm tra hàm mục tiêu : GT = min(GTi ) IIi mô hình bàI toán thiết kế tối u tơng ứng: Hàm mục tiêu : GT = giá thành = GT (b, bc, h, b, c) Hàm ràng buộc : * = b < c * = bc 210 30 c R0 * = c b 30 : h 70 60 * = b = * = = N R0 F Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Lp: Xd Bi Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch * = Trang 15 h0 210 40 + 0.2 max 75 : Đạt b R0 BEGIN iv sơ đồ khối chơng trình: NHậP Số LIệU Tính toán số liệu cần thiết Chọn sơ kích thớc mặt cắt Tính kiểm tra sơ ( R0) Không đạt Đạt Chọn LạI kích thớc mặt cắt Tính kiểm tra LạI ( R0) Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Tính kiểm tra ổN ĐịNH CụC Bộ Lp: Xd Bi Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Trang 16 Không đạt Đạt Không đạt Đạt Tính toán hàm mục tiêu Kiểm tra hàm mục tiêu Không tối u Tối u Xuất số liệu END Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Lp: Xd [...]...Bi tp Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Trang 11 Thông thờng khi thiết kế chọn mặt cắt của một kết cấu nào đó thì ng ời kỹ s thờng chọn trớc các kích thớc của kết cấu theo cấu tạo và kinh nghiệm, sau đó tính duyệt và sửa đổi dần đến lúc kết quả là chấp nhận đ ợc Điều này chắc chắn cha thể cho phép ngời kỹ s chọn đợc các kích thớc tối u của mặt cắt và nh vậy đơng nhiên là giá thành công... hiện nhiều lần mới có thể chọn đợc mặt cắt hợp lý Nh vậy việc lập trình trên máy vi tính để chọn mặt cắt tối u là rất cần thiết để giảm bớt thời gian và công sức tính toán Tính toán hàm mục tiêu : GT = FMC * LC * T * GT Kiểm tra hàm mục tiêu : GT = min(GTi ) IIi mô hình bàI toán thiết kế tối u tơng ứng: Hàm mục tiêu : GT = giá thành = GT (b, bc, h, b, c) Hàm ràng buộc : * 1 = b < c * 2 = bc 210... nén đúng tâm, liên kết bằng hàn Cho biết: chiều dài hình học của cột là L C, đầu trên nối chốt, đầu dới ngàm Tải trọng tác dụng: + Tĩnh tải: Pt; hệ số vợt tải nt + Hoạt tải: Ph; hệ số vợt tải nh + Thép làm kết cấu CT3 có R0 Nh vậy bài toán đặt ra là yêu cầu phải xác định đợc các kích thớc tối u của mặt cắt cột kín này, với điều kiện mặt cắt này phải thoả mãn sao cho diện tích cần thiết của mặt cắt là... vẽ: 1 Xác định nội lực tính toán của cột: N = nt * Pt + nh * Ph 2 Xác định chiều dài tính toán của cột: L0 = 0.7 * L 3 Tính diện tích cần thiết của mặt cắt: Gỉa thiết độ mảnh , tra bảng xác định Fct = N R0 Bán kính quán tính cần thiết: rct = L0 / Bề rộng cần thiết của mặt cắt: bct = rct / y Với y là hệ số tra bảng Nếu chọn h = bct thì bề dày bình quân của bản thép: = Fct 3bct Vậy đến đây ta... Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Kiểm tra sơ bộ mặt cắt cột đã chọn ( Ro): Trang 13 ry = y * b y = L o / ry y = N R0 : Đạt F Nếu không đạt chọn lại F Chọn lại kích thớc mặt cắt, rồi tính F (cm2) Kiểm tra lại mặt cắt ( Ro): Từ kích thớc mặt cắt đã chọn và F, ta tính đợc: + Jx ==> rx = Jx / F; + Jy ==> ry = Jy / F; So sánh rx và ry nếu ry nhỏ hơn rx thì kiểm tra đối với trục y-y và ngợc lại Gỉa... đợc hình thức mặt cắt và chiều dài tính toán của cột, thì cần căn cứ vào tải trọng tính toán chọn mặt cắt cột Nội dung chọn mặt cắt gồm có xác định các kích thớc cơ bản của mặt cắt là chiều rộng b và chiều cao h cùng chiều dày các phần của mặt cắt Sau cùng phải kiểm tra lại mặt cắt đã chọn ra theo điều kiện ổn định, đồng thời kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng Yêu cầu cụ thể của bài toán đặt ra là:... Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch * 6 = Trang 15 h0 210 40 + 0.2 max và 75 : Đạt b R0 BEGIN iv sơ đồ khối chơng trình: NHậP Số LIệU Tính toán các số liệu cần thiết Chọn sơ bộ kích thớc mặt cắt Tính kiểm tra sơ bộ ( R0) Không đạt Đạt Chọn LạI kích thớc mặt cắt Tính kiểm tra LạI ( R0) Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Tính kiểm tra ổN ĐịNH CụC Bộ Lp: Xd Bi tp Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Trang... ổn định cục bộ của bản bụng: h0 210 40 + 0.2 max và 75 : Đạt b R0 Lu ý: Việc tính toán theo các bớc nh trên, nói chung lần thứ nhất cha có ngay đợc mặt cắt hợp lý, bởi vì độ mảnh là giả định một cách tuỳ ý Nếu độ mảnh giả định quá lớn, mặt cắt thờng nhỏ hẹp hơn tấm bụng và cánh lại rất dày, lúc này cần mở rộng kích thớc ngoài của mặt cắt (tức là b và h), đồng thời giảm bớt Fct, Hc viờn: Trn Quc Tun... thoả mãn sao cho diện tích cần thiết của mặt cắt là nhỏ nhất, nghĩa là giá thành kết cấu là rẻ nhất nhng vẫn đảm bảo các yêu cầu về cờng độ và ổn định Cụ thể hoá các công thức nh sau: GT = F MC * L C * T * G T Trong đó: + GT : giá thành của cột kín (đồng) + FMC : diện tích mặt cắt ngang cột (m2) + LC : chiều dài hình học của cột (m) + GT : giá thành 1 tấn thép CT3 (đồng/tấn) Điều kiện về cấu tạo:... b 30 1 1 b = : h 70 60 Hc viờn: Trn Quc Tun ng ụtụ v ng TP - K16 Lp: Xd Bi tp Thit k ti u v Phỏt minh sỏng ch Trang 12 Trong đó: + b là chiều dày bản bụng (cm) + c là chiều dày bản cánh (cm) + bc là chiều rộng bản cánh (cm) + b là chiều rộng cần thiết của mặt cắt (cm) + h là chiều cao cần thiết của mặt cắt (cm) + Ro là cờng độ tính toán khi chịu lực dọc trục của vật liệu (MN/m2) Chọn mặt cắt