Hệ dây neo được sử dụng để giữ vị trí của các công trình nổi: ụ nổi, bến nổi, công ngoài khơi. Hệ thống dây neo các công trình nổi được bố trí theo sơ đồ không gian. Hệ dây neo chịu tải trọng của vật nổi, tải trọng bản thân và tải trọng môi trường, với ụ nổi là tải trọng dòng chảy. Do dây neo là hệ mềm có chuyển vị lớn nên việc tính toán dây neo (xác định lực căng) rất phức tạp không giống các hệ đàn hồi tuyến tính có chuyển vị nhỏ.

Hệ dây neo Ụ nổi là hệ không gian, khi chịu tải trọng có chuyển vị lớn, đây là hệ phi tuyến, việc xác định lực căng của dây neo rất phức tạp. Hiện nay trong thiết kế thường sử dụng phương pháp giải tích, áp dụng cho bài toán phẳng không phù hợp với mô hình làm việc của hệ dây neo và không tính được các trường hợp dây neo chịu tải trọng phức tạp. Để giải quyết vấn đề một cách tổng quát cần áp dụng phương pháp số đa năng đó là phương pháp Phần tử hữu hạn cho phép tính toán các hệ cơ học phức tạp tuyến tính và phi tuyến, tính toán được hệ dây neo trong trường hợp tổng quát theo mô hình không gian và chịu tải trọng phức tạp. Vì thế, năm 2018, nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Hàng hải Việt Nam do PGS.TS. Đào Văn Tuấn làm chủ nhiệm, đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tính toán hệ thống dây neo ụ nổi theo mô hình không gian bằng phương pháp phần tử hữu hạn”.

Nghiên cứu nhằm thực hiện hai mục tiêu sau: Xây dựng mô hình tính toán hệ thống dây neo chịu tải trọng dòng chảy và Ụ nổi theo mô hình không gian bằng phương pháp Phần tử hữu hạn; ứng dụng mô đul ANSYS-AQWA để tính hệ dây neo Ụ nổi chịu tải trọng gió, dòng chảy.

Một số kết quả nổi bật của đề tài:

- Đã mô hình hóa được dây neo theo phương pháp phần tử hữu hạn: là hệ thanh có liên kết khớp ở hai đầu, nêu được nội dung chủ yếu của phương pháp Phần tử hữu hạn: xác định ma trận độ cứng phần tử: độ cứng đàn hồi và độ cứng hình học, tải trọng bản thân và dòng chảy tác động lên phân tử dây neo, chuyển hệ trục tọa độ, xác định lực căng trong dây neo.

- Đã so sánh Kết quả tính giữa ANSYS và quy trình thiết kế cho thấy kết quả có sự khác nhau nhưng không lớn, do áp dụng mô hình tính và phương pháp tính khác nhau. Trong quy trình đã phản ánh không đúng sự làm việc của hệ dây neo. 

- Kết quả của chương trình lập theo thuật toán với lời giải giải tích của một dây hoàn toàn trùng lặp cho thấy độ chính xác cao của phương pháp Phần tử hữu hạn. Khi so với kết quả hệ dây neo tính theo ANSYS sai số chuyển vị không quá 10% và lực căng không quá 15,5% sự sai khác này là do ANSYS có thể mô phỏng Ụ nổi là vật di động như trong thực tế. Tuy nhiên nếu không có ANSYS hoàn toàn có thể dùng chương trình của phương pháp PTHH để tính nhưng cần kể đến % chênh lệch.

Về mặt khoa học đề tài đã nêu được phương pháp tính dây theo theo mô hình không gian bằng phương pháp Phần tử hữu hạn, đóng góp vào phương pháp tính dây neo, là tài liệu tham khảo tốt cho nghiên cứu, giảng dạy, thiết kê. Sản phẩm của đề tài là nội dung ứng dụng phương pháp Phần phần tử hữu hạn trong tính toán hệ dây neo Ụ nổi. Ứng dụng tính toán hệ neo Ụ nổi bằng ANSYS-AQWA. Kết quả nghiên cứu cho phép tăng năng suất lao động trong tính toán thiết kế dây neo, mô hình tính sát với thực tế cho kết quả chính xác hơn trong lựa chọn dây neo. Sản phẩm đáp ứng nhu cầu cho các công ty tư vấn thiết kế trong tính toán dây neo Ụ nổi, nghiên cứu về tính toán dây neo bằng phương pháp Phần tử hữu hạn.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16281/2019) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

N.P.D (NASATI)