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.
