Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu dao động của vỏ composite tròn xoay chứa chất lỏng

Luận án tiến sĩ nghiên cứu dao động của vỏ composite tròn xoay chứa chất lỏng, phân tích ứng dụng trong kỹ thuật và vật liệu hiện đại.

• Tác giả: Vũ Quốc Hiến
• Người hướng dẫn: GS. Trần Ích Thịnh
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật
• Đề tài: Nghiên cứu dao động của vỏ composite tròn xoay chứa chất lỏng
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Dao động tự do của vỏ trụ, vỏ trụ bậc composite không và có chứa chất lỏng
• 1.2. Các nghiên cứu về dao động của vỏ trụ không và có chứa chất lỏng
• 1.3. Các nghiên cứu về dao động của vỏ trụ bậc không và có chứa chất lỏng
• 1.4. Dao động tự do của vỏ nón, vỏ nón–trụ, nón–trụ-nón, nón–nón-nón composite không và có chứa chất lỏng
• 1.5. Các nghiên cứu về dao động của vỏ nón không và có chứa chất lỏng
• 1.6. Các nghiên cứu về dao động của vỏ nón–trụ, nón-trụ-nón, nón-nón-nón không và có chứa chất lỏng
• 1.7. Nghiên cứu thực nghiệm dao động tự do của vỏ composite không và có chứa chất lỏng
• 1.8. Phương pháp PTLT (hoặc ma trận độ cứng động lực) tính dao động tự do của vỏ composite tròn xoay chứa chất lỏng
• 1.8.1. Các bước giải của phương pháp
• 1.8.2. Các phương pháp tính ma trận truyền T(ω)
• 1.8.3. Các phương pháp tính tần số dao động
• 1.8.4. Phương pháp giải trực tiếp. Thuật toán William-Wittrick
• 1.8.5. Phương pháp giải sử dụng đường cong đáp ứng
• 1.9. Tổng quan về các nghiên cứu tại Việt Nam
• 1.10. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG TỰ DO CỦA KẾT CẤU VỎ TRỤ BẬC COMPOSITE CHỨA VÀ KHÔNG CHỨA CHẤT LỎNG
• 2.1. Mô hình tính dao động tự do của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng
• 2.2. Mô hình vỏ trụ composite chứa chất lỏng
• 2.3. Quan hệ của hằng số vật liệu
• 2.4. Quan hệ giữa ứng suất, biến dạng và nội lực
• 2.5. Quan hệ giữa biến dạng và chuyển vị của vỏ trụ Composite
• 2.6. Quan hệ giữa nội lực và chuyển vị của vỏ trụ Composite
• 2.7. Phương trình chuyển động của vỏ trụ Composite chứa chất lỏng
• 2.8. Phương trình chất lỏng
• 2.9. Ma trận độ cứng động lực của vỏ trụ Composite chứa chất lỏng
• 2.10. Tính toán tần số dao động của vỏ trụ bậc Composite chứa và không chứa chất lỏng
• 2.11. Điều kiện liên tục của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng
• 2.12. Ma trận độ cứng động lực của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng
• 2.13. Kết quả và thảo luận
• 2.14. Kiểm tra độ tin cậy của kết quả
• 2.15. Kết quả tính tần số dao động của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng
• 2.16. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG TỰ DO CỦA KẾT CẤU VỎ TRÒN XOAY NÓN–TRỤ, NÓN-TRỤ-NÓN VÀ NÓN-NÓN-NÓN COMPOSITE CHỨA VÀ KHÔNG CHỨA CHẤT LỎNG
• 3.1. Mô hình tính dao động tự do của vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng
• 3.2. Mô hình vỏ nón composite chứa chất lỏng. Quan hệ giữa ứng suất, biến dạng và nội lực
• 3.3. Quan hệ giữa biến dạng và chuyển vị (với R(x)=R1+x
• 3.4. Quan hệ giữa nội lực và chuyển vị
• 3.5. Phương trình chuyển động của vỏ nón chứa chất lỏng. Ma trận độ cứng động lực của vỏ nón Composite chứa chất lỏng
• 3.6. Tính toán tần số dao động của vỏ nón-trụ Composite chứa chất lỏng
• 3.7. Mô hình vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng
• 3.8. Điều kiện liên tục của vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng
• 3.9. Ma trận độ cứng động lực của vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng
• 3.10. Kết quả và thảo luận
• 3.11. Kiểm tra độ tin cậy của kết quả
• 3.12. Ảnh hưởng của khối lượng riêng vật liệu vỏ và chất lỏng đến dao động tự do của vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng
• 3.13. Tính toán tần số dao động của vỏ nón-trụ-nón Composite chứa chất lỏng
• 3.14. Mô hình vỏ nón-trụ-nón composite chứa chất lỏng
• 3.15. Điều kiện liên tục của vỏ nón-trụ-nón composite chứa chất lỏng
• 3.16. Ma trận độ cứng động lực của vỏ nón-trụ-nón composite chứa chất lỏng
• 3.17. Kết quả và thảo luận
• 3.18. Tính toán tần số dao động của vỏ nón-nón-nón Composite chứa chất lỏng
• 3.19. Mô hình vỏ nón-nón-nón composite chứa chất lỏng
• 3.20. Điều kiện liên tục cho vỏ nón-nón-nón composite chứa chất lỏng
• 3.21. Ma trận độ cứng động lực của vỏ nón-nón-nón composite chứa chất lỏng
• 3.22. Kết quả và thảo luận
• 3.23. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TẦN SỐ DAO ĐỘNG TỰ DO CỦA KẾT CẤU VỎ TRÒN XOAY NÓN-TRỤ, NÓN-TRỤ-NÓN COMPOSITE CHỨA CHẤT LỎNG
• 4.1. Chế tạo mẫu thí nghiệm
• 4.2. Vật liệu chế tạo mẫu thí nghiệm và cơ tính
• 4.3. Các loại mẫu thí nghiệm
• 4.4. Đồ gá mẫu thí nghiệm
• 4.5. Thiết bị đo, ghi dữ liệu
• 4.6. Quy trình thực hiện thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm đo tần số dao động tự do
• 4.7. Kết quả đo dao động tự do của vỏ nón-trụ composite
• 4.8. Kết quả đo dao động tự do của vỏ nón-trụ composite mẫu CT-27
• 4.9. Kết quả đo dao động tự do của vỏ nón-trụ composite mẫu CT-14
• 4.10. Kết quả đo dao động tự do của vỏ nón-trụ-nón composite
• 4.11. Kết luận chương 4
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu và mục tiêu nghiên cứu

Luận án 'Nghiên cứu dao động của vỏ composite tròn xoay chứa chất lỏng' tập trung vào việc phân tích dao động của các kết cấu vỏ composite dạng tròn xoay khi chứa chất lỏng. Mục tiêu chính là tìm ra lời giải số tin cậy bằng phương pháp phần tử liên tục (PTLT) và thực nghiệm để xác định tần số dao động tự do của các kết cấu như vỏ trụ bậc, vỏ nón-trụ, vỏ nón-trụ-nón, và vỏ nón-nón-nón composite. Nghiên cứu này nhằm hiểu rõ ảnh hưởng của chất lỏng, khối lượng riêng vật liệu, kích thước hình học, và điều kiện biên đến dao động của kết cấu, từ đó hỗ trợ tính toán và thiết kế tối ưu trong kỹ thuật.

1.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu bao gồm các kết cấu vỏ composite như vỏ trụ bậc, vỏ nón-trụ, vỏ nón-trụ-nón, và vỏ nón-nón-nón chứa và không chứa chất lỏng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào dao động tự do của các kết cấu này, sử dụng phương pháp PTLT và thực nghiệm để xác định tần số dao động. Các mẫu thí nghiệm được chế tạo từ vật liệu composite sợi thủy tinh/nền polyester, chứa nước hoặc không chứa nước, nhằm kiểm chứng kết quả lý thuyết.

II. Phương pháp nghiên cứu và mô hình toán học

Luận án sử dụng phương pháp phần tử liên tục (PTLT) để xây dựng mô hình toán học cho các kết cấu vỏ composite chứa chất lỏng. Phương pháp này bao gồm các bước giải như tính ma trận truyền, tần số dao động, và sử dụng thuật toán William-Wittrick để giải quyết bài toán động lực học. Các mô hình toán học được xây dựng dựa trên quan hệ giữa ứng suất, biến dạng, và chuyển vị của vỏ composite, cũng như phương trình chuyển động của chất lỏng trong vỏ.

2.1. Mô hình vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng

Mô hình này xác định tần số dao động của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng thông qua ma trận độ cứng động lực. Các yếu tố như khối lượng riêng vật liệu, mức chất lỏng, và điều kiện biên được xem xét để đánh giá ảnh hưởng đến dao động. Kết quả tính toán được so sánh với các nghiên cứu trước đây để kiểm tra độ tin cậy.

2.2. Mô hình vỏ nón trụ composite chứa chất lỏng

Mô hình này tập trung vào vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng, sử dụng ma trận độ cứng động lực để tính toán tần số dao động. Các yếu tố như góc nón, khối lượng riêng chất lỏng, và điều kiện liên tục tại mặt cắt ghép nối được phân tích để hiểu rõ ảnh hưởng đến dao động của kết cấu.

III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy tần số dao động của các kết cấu vỏ composite chứa chất lỏng bị ảnh hưởng đáng kể bởi mức chất lỏng, khối lượng riêng vật liệu, và điều kiện biên. Các kết quả tính toán bằng PTLT được so sánh với kết quả thực nghiệm, cho thấy sự phù hợp cao. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng vỏ nón-trụ-nón và vỏ nón-nón-nón có tần số dao động thấp hơn so với vỏ trụ bậc do sự thay đổi hình học phức tạp.

3.1. Ảnh hưởng của chất lỏng đến dao động

Chất lỏng làm giảm tần số dao động của các kết cấu vỏ composite do tăng khối lượng tổng thể. Mức chất lỏng càng cao, tần số dao động càng giảm. Điều này đặc biệt rõ rệt trong các kết cấu vỏ nón-trụ và vỏ nón-trụ-nón.

3.2. Ảnh hưởng của điều kiện biên

Điều kiện biên như ngàm hoặc tự do có ảnh hưởng lớn đến tần số dao động. Kết cấu với biên ngàm có tần số dao động cao hơn so với biên tự do, do sự hạn chế chuyển động tại các biên.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết luận

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong việc thiết kế và tối ưu hóa các kết cấu vỏ composite chứa chất lỏng trong các ngành công nghiệp như hàng không, đóng tàu, và hóa chất. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm để đảm bảo độ bền và ổn định của các kết cấu trong điều kiện làm việc thực tế. Luận án kết luận rằng phương pháp PTLT là công cụ hiệu quả để phân tích dao động của các kết cấu vỏ composite chứa chất lỏng.

4.1. Ứng dụng trong kỹ thuật

Nghiên cứu được ứng dụng trong thiết kế các bồn chứa hóa chất, bể nuôi trồng thủy sản, và ống dẫn nước bằng vỏ composite. Kết quả giúp tối ưu hóa kích thước và vật liệu để đảm bảo độ bền và ổn định khi chứa chất lỏng.

4.2. Kết luận và kiến nghị

Luận án kết luận rằng dao động của vỏ composite chứa chất lỏng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mức chất lỏng, khối lượng riêng vật liệu, và điều kiện biên. Kiến nghị tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của chất lỏng đến dao động trong các kết cấu phức tạp hơn.