I. Giới Thiệu Chung
Sự phát triển của khoa học công nghệ đã thúc đẩy nhu cầu tìm kiếm và phát minh ra các loại vật liệu mới với đặc tính cơ học vượt trội. Trong số đó, tấm vật liệu phân lớp (FGMs) đã được phát triển như một giải pháp hiệu quả để khắc phục những nhược điểm của vật liệu composite truyền thống. FGMs là sự kết hợp giữa hai loại vật liệu khác nhau, thường là gốm và kim loại, với đặc tính vật liệu biến thiên liên tục theo chiều dày. Điều này giúp giảm thiểu sự tập trung ứng suất và tăng cường độ bền cho sản phẩm. Các ứng dụng của FGMs rất đa dạng, từ thiết bị trong nhà máy điện hạt nhân đến các bộ phận trong công nghiệp hàng không. Việc phân tích kết cấu và ứng xử của FGMs là rất cần thiết để đảm bảo tính hiệu quả trong ứng dụng thực tế.
II. Tổng Quan Về Phân Tích Tấm Vật Liệu Phân Lớp Chức Năng FGMs
Phân tích tấm vật liệu FGMs thường được thực hiện thông qua lý thuyết đàn hồi ba chiều hoặc lý thuyết tấm lớp tương đương. Lý thuyết tấm cổ điển (CPT) là một trong những mô hình đơn giản nhất, nhưng không thể phản ánh đầy đủ các hiện tượng như khóa cắt. Để khắc phục điều này, lý thuyết biến dạng cắt bậc cao (HSDT) đã được phát triển, cho phép mô phỏng chính xác hơn các ứng xử của tấm vật liệu phân lớp. Sử dụng phần tử MITC3, một phương pháp hiệu quả để phân tích tấm FGMs, giúp loại bỏ hiện tượng khóa cắt và cải thiện độ chính xác của kết quả. Phương pháp này đã được áp dụng thành công trong nhiều nghiên cứu và cho thấy sự vượt trội trong việc mô phỏng ứng xử của FGMs.
III. Phần Tử Hữu Hạn Trơn ES MITC3
Phần tử MITC3 được cải tiến thành phần tử ES-MITC3, cho phép khử hiện tượng khóa cắt và làm trơn trên cạnh. Phần tử này sử dụng hai bậc tự do bổ sung tại mỗi nút, giúp cải thiện tính chính xác trong phân tích tấm vật liệu phân lớp chức năng. Việc áp dụng phần tử ES-MITC3 trong các bài toán phân tích tĩnh đã cho thấy kết quả đáng khích lệ, với độ chính xác cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Các ví dụ số đã chứng minh rằng phần tử này có khả năng mô phỏng tốt các ứng xử của FGMs dưới tải trọng khác nhau, từ đó mở ra hướng đi mới cho nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế.
IV. Phân Tích Các Ví Dụ Số
Phân tích tĩnh của tấm FGMs sử dụng phần tử ES-MITC3 đã được thực hiện qua nhiều ví dụ số, bao gồm tấm vuông chịu tải trọng phân bố đều và tấm xiên liên kết gối tựa đơn. Kết quả cho thấy phần tử ES-MITC3 không chỉ cải thiện độ chính xác mà còn giảm thiểu thời gian tính toán. Các thành phần ứng suất và độ võng được phân tích chi tiết, cho thấy sự phân bố ứng suất đồng đều hơn trong tấm FGMs. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng lý thuyết biến dạng cắt bậc cao cùng với phần tử MITC3 là một bước tiến quan trọng trong nghiên cứu và ứng dụng FGMs.
