Mô phỏng số ứng xử của tấm bê tông dưới tác động của tia nước tốc độ cao

Từ khóa:

Bê tông
mô phỏng
CEL
tia nước tốc độ cao
áp suất
va chạm

https://doi.org/10.59382/j-ibst.2025.vi.vol1-2

Tóm tắt:

Công nghệ sử dụng tia nước áp lực cao đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành Xây dựng. Tuy nhiên, việc hiểu rõ các tương tác phức tạp giữa tia nước tốc độ cao và bề mặt bê tông vẫn là một thách thức lớn do tính chất động học của quá trình này. Bài báo sử dụng phương pháp mô phỏng số với kỹ thuật Eulerian-Lagrangian kết hợp để phân tích ứng xử của tấm bê tông dưới tác động của tia nước tốc độ cao, tập trung vào phân bố áp suất tại vùng va chạm và đặc tính biến dạng của bê tông dưới các vận tốc tia nước từ 100 m/s - 1000 m/s. Kết quả chỉ ra rằng áp suất lớn nhất tại vùng va chạm dao động từ 0,13 GPa đến 1,6 GPa, tập trung tại tâm và giảm dần ra xung quanh. So sánh giữa mô phỏng số và công thức thực nghiệm cho thấy sự tương đồng cao. Các kết quả nghiên cứu cung cấp dữ liệu quan trọng cho ứng dụng thực tế trong sửa chữa, phục hồi, và thiết kế các kết cấu bê tông chịu tác động của tia nước tốc độ cao.

Nội dung:

Tài liệu tham khảo:

[1] Việt, T.T.B., et al. (2022), Kỹ thuật sửa chữa, gia cố và bảo trì kết cấu bê tông cốt thép của công trình dân dụng và công nghiệp. Tạp chí Xây dựng.

[2] Hloch, S., et al.(2020), Effect of pressure of pulsating water jet moving along stair trajectory on erosion depth, surface morphology and microhardness. Wear. 452: p. 203278.

[3] Raj, P., S. Chattopadhyaya, and A. Mondal (2020), A review on continuous and pulsed water jet machining. Materials Today: Proceedings, 2024, 2020. 27: p. 2596-2604.

[4] Yang, Z., et al.(2016), Application of high-pressure water jet technology and the theory of rock burst control in roadway. International Journal of Mining Science, 26(5): p. 929-935.

[5] Natarajan, Y., et al.(2020), Abrasive Water Jet Machining process: A state of art of review. Journal of Manufacturing Processes, 49: p. 271-322.

[6] Huang, L.-Y. and Z.S. Chen (2022), Effect of technological parameters on hydrodynamic performance of ultra-high-pressure water-jet nozzle. Applied Ocean Research, 2022. 129: p. 103410.

[7] Sitek, L., et al.(2013), Effects of water jet on heat-affected concretes. Procedia Engineering, Elsevier, 2013. 57: p. 1036-1044.

[8] Liu, J., M. Wang, and D. Zhang (2017). Numerical simulation of high pressure water jet impacting concrete. in AIP Conference Proceedings. 2017. AIP Publishing.

[9] Liu, J., et al.(2021), Experimental study on broken area evolution characteristics and crack propagation rules of water jet impacting concrete with precracks. Journal of Performance of Constructed Facilities, 2021. 35(1): p. 04020130.

[10] Bodnárová, L., et al.(2011), New potentional of high-speed water jet technology for renovating concrete structures. Slovak journal of civil engineering, 2011. 19(2): p. 1-7.

[11] Masó, M., et al.(2022), A Lagrangian–Eulerian procedure for the coupled solution of the Navier–Stokes and shallow water equations for landslide-generated waves. Advanced Modeling Simulation in Engineering Sciences, 2022. 9(1): p. 15.

[12] Cook, S.S. and P. Character (1928), Erosion by water-hammer. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical, 1928. 119(783): p. 481-488.

[13] Hsu, C.-Y., et al. (2013), A numerical study on high-speed water jet impact. Ocean engineering. 72: p. 98-106.

[14] Zaid, M. and M. Rehan Sadique (2021), A simple approximate simulation using coupled Eulerian–Lagrangian (CEL) simulation in investigating effects of internal blast in rock tunnel. Indian Geotechnical Journal, 51(5): p. 1038-1055.

[15] He, W., et al.(2021), Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) characterization of slamming response and failure mechanism on corrugated sandwich structures. Applied Ocean Research, 116: p. 102862.

[16] Systèmes, D.(2016), Abaqus/CAE User’s Guide. 

[17] George, H.F. and F. Qureshi (2013), Newton’s law of viscosity, Newtonian and non-Newtonian fluids. Encyclopedia of tribology, p. 2416-2420.

[18] Hohnquist, T., G. Johnson, and W. Cook (1993). A Computational Constitutive Model for Concrete Subjected to Large Strains. in High Strain Rates, High Pressures, Quebec City, Canada. 1993.

[19] Johnson, G. and T. Holmquist (1992), A computational constitutive model for brittle materials subjected to large strains, high strain rates, and high pressures, in Shock wave and high-strain-rate phenomena in materials. 1992, CRC Press. p. 1075-1082.

[20] Oucif, C. and L.M. Mauludin (2019), Numerical modeling of high velocity impact applied to reinforced concrete panel. Underground Space, 2019. 4(1): p. 1-9.