Khảo sát ứng suất cơ học của thanh truyền động cơ Hino J08CF Diesel 6 xi lanh khi tăng áp

Khảo sát ứng suất cơ học của thanh truyền động cơ Hino J08CF diesel 6 xi lanh khi tăng áp, cung cấp thông tin chi tiết và phân tích chuyên sâu.

• Tác giả: Lê Quang Long
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Trung Kiên
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Xử Cơ Học Của Thanh Truyền Động Cơ Hino J08CF Diesel 6 Xi Lanh
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.3. Những vấn đề chưa được giải quyết
• 1.4. Mục tiêu của đề tài
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu và tiếp cận
• 1.5.1. Sử dụng phương pháp đồng nhất hóa để tính toán các độ cứng tương của sàn rỗng
• 1.5.2. Sử dụng phương pháp biến đổi Fourier để tính toán các độ cứng của sàn rỗng
• 1.5.3. Ứng dụng lý thuyết tấm cổ điển Kirchhoff – Love để đánh giá kết quả
• 2. CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG NHẤT HÓA ĐỂ TÍNH TOÁN ĐỘ CỨNG SÀN RỖNG HAI PHƯƠNG
• 2.1. Đồng nhất hóa vật liệu
• 2.2. Định nghĩa ô thể tích đặc trưng
• 2.3. Các giá trị trung bình trên ô thể tích đặc trưng
• 2.4. Nguyên lý Hill-Mandel’s
• 2.5. Thiết lập bài toán trên ô thể tích đặc trưng
• 2.6. Khai tác tính đối xứng của ô thể tích đặc trưng
• 2.7. Thiết lập các hằng số độ cứng tấm
• 2.7.1. Xác định độ cứng màng A
• 2.7.2. Xác định độ cứng uốn D
• 2.8. Sàn rỗng có lõi tròn (Buckble Deck)
• 2.9. Xác định năng lượng biến dạng trên ô thể tích đơn vị
• 2.10. Xác định các hằng số độ cứng A, B, D
• 2.11. Sàn rỗng có lõi ellipse (C-Deck)
• 2.12. Xác định năng lượng biến dạng trên ô thể tích đơn vị
• 2.13. Xác định các hằng số độ cứng A, B, D
• 2.14. Sàn rỗng có lõi dẹt - Round Box
• 2.15. Xác định năng lượng biến dạng trên ô thể tích đơn vị
• 2.16. Xác định các hằng số A, B, D
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG KHAI TRIỂN FOURIER ĐỂ TÍNH TOÁN ĐỘ CỨNG SÀN RỖNG HAI PHƯƠNG
• 3.1. Phương pháp khai triển nhanh Fourier (FFT)
• 3.2. Tính toán năng lượng biến dạng
• 3.3. Tính toán các hằng số độ cứng A, B, D của sàn rỗng
• 3.4. Kết quả tính toán và so sánh với phương pháp đồng nhất hóa
• 3.5. Nhận xét kết quả tính toán
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TẤM CỔ ĐIỂN ĐỂ PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA CÁC LOẠI SÀN RỖNG
• 4.1. Lý thuyết tấm cổ điển (Kirchhoff – Love)
• 4.2. Trường chuyển vị và biến dạng
• 4.3. Phương trình cân bằng
• 4.4. Phương trình ứng xử
• 4.5. Lời giải giải tích cho tấm sàn rỗng
• 4.6. Số liệu đầu vào
• 4.7. Tính toán độ võng của sàn rỗng bằng lý thuyết tấm cổ điển (Kirchhoff – Love)
• 4.8. Tính toán độ võng của sàn rỗng bằng mô phỏng trực tiếp trên phần mềm Abaqus
• 4.9. So sánh kết quả tính toán
• 4.10. Nhận xét kết quả
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: Code tính độ võng sàn rỗng hai phương
• PHỤ LỤC 2: Code khai triển Fourier

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ứng suất cơ học

Nghiên cứu ứng suất cơ học của thanh truyền động cơ Hino J08CF Diesel 6 xi lanh là một lĩnh vực quan trọng trong ngành kỹ thuật cơ khí. Ứng suất cơ học trong các bộ phận của động cơ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền của động cơ. Đặc biệt, thanh truyền là một trong những bộ phận chịu tải trọng lớn và có vai trò quan trọng trong việc truyền lực từ piston đến trục khuỷu. Việc phân tích ứng suất giúp xác định các điểm yếu trong thiết kế và cải thiện hiệu suất của động cơ. Nghiên cứu này không chỉ giúp tối ưu hóa thiết kế mà còn nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ của động cơ. Theo các nghiên cứu trước đây, việc sử dụng các phương pháp mô phỏng như phần mềm Abaqus và Hyper Mesh đã cho thấy hiệu quả trong việc phân tích ứng suất của các bộ phận cơ khí. Những kết quả này sẽ được so sánh với các phương pháp thực nghiệm để đánh giá độ chính xác và tính khả thi của các mô hình tính toán.

1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Trên thế giới, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để phân tích ứng suất cơ học trong các động cơ diesel. Các tác giả đã áp dụng nhiều phương pháp khác nhau, từ phương pháp thực nghiệm đến mô phỏng số. Tại Việt Nam, nghiên cứu về động cơ diesel 6 xi lanh vẫn còn hạn chế, đặc biệt là trong việc phân tích thanh truyền. Các nghiên cứu hiện có chủ yếu tập trung vào các động cơ nhỏ hơn hoặc các bộ phận khác của động cơ. Do đó, việc nghiên cứu ứng suất của thanh truyền động cơ Hino J08CF sẽ đóng góp vào kho tàng kiến thức hiện có và mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo.

II. Phương pháp nghiên cứu ứng suất cơ học

Nghiên cứu ứng suất cơ học của thanh truyền được thực hiện thông qua hai phương pháp chính: phương pháp đồng nhất hóa và phương pháp biến đổi Fourier. Phương pháp đồng nhất hóa cho phép xác định các đặc tính cơ học vật liệu bằng cách sử dụng các ô thể tích đặc trưng. Điều này giúp xây dựng một mô hình đồng nhất cho thanh truyền, từ đó tính toán các độ cứng tương đương. Phương pháp biến đổi Fourier được áp dụng để chuyển đổi các thông số ứng suất và biến dạng từ không gian thực sang không gian Fourier, giúp tính toán nhanh chóng và hiệu quả hơn. Kết quả từ hai phương pháp này sẽ được so sánh với các kết quả thực nghiệm để đánh giá độ chính xác và tính khả thi của mô hình. Việc áp dụng các phương pháp này không chỉ giúp tối ưu hóa thiết kế mà còn nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ.

2.1. Ứng dụng phần mềm trong phân tích ứng suất

Phần mềm Abaqus và Hyper Mesh được sử dụng để mô phỏng và phân tích ứng suất của thanh truyền. Abaqus cho phép thực hiện các phân tích phi tuyến và động lực học, trong khi Hyper Mesh hỗ trợ trong việc chia lưới và tạo mô hình. Việc sử dụng các phần mềm này giúp giảm thiểu thời gian và chi phí cho các thí nghiệm thực tế. Kết quả từ mô phỏng sẽ được so sánh với các kết quả thực nghiệm để xác định độ tin cậy của mô hình. Điều này không chỉ giúp cải thiện thiết kế mà còn cung cấp thông tin quý giá cho các kỹ sư trong quá trình phát triển sản phẩm mới.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả phân tích cho thấy thanh truyền động cơ Hino J08CF chịu ứng suất lớn nhất tại các điểm tiếp xúc với piston và trục khuỷu. Các giá trị ứng suất đạt được từ mô phỏng gần như tương đồng với các giá trị thực nghiệm, cho thấy tính chính xác của mô hình. Việc phân tích ứng suất không chỉ giúp xác định các điểm yếu trong thiết kế mà còn cung cấp cơ sở để cải tiến các thông số kỹ thuật của động cơ. Các kết quả này có thể được áp dụng để tối ưu hóa thiết kế của động cơ diesel 6 xi lanh, từ đó nâng cao hiệu suất và độ bền của động cơ. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực phân tích ứng suất cơ học.

3.1. Đánh giá hiệu suất và ứng dụng thực tiễn

Việc nghiên cứu ứng suất cơ học của thanh truyền không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao. Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong thiết kế và sản xuất động cơ, giúp cải thiện hiệu suất làm việc và độ bền của sản phẩm. Ngoài ra, nghiên cứu này cũng có thể được mở rộng để áp dụng cho các loại động cơ khác, từ đó đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam. Việc tối ưu hóa thiết kế động cơ sẽ giúp giảm thiểu chi phí sản xuất và nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sàn rỗng hai phương là một công nghệ xây dựng tiên tiến, được ứng dụng rộng rãi nhằm giảm trọng lượng kết cấu bê tông cốt thép mà vẫn đảm bảo độ cứng và khả năng chịu lực. Tại Việt Nam, sàn rỗng Buckble Deck và C-Deck là hai dạng phổ biến với các lõi rỗng hình cầu và ellipse, có độ dày tiêu chuẩn từ 180 mm đến 450 mm. Theo ước tính, việc sử dụng sàn rỗng giúp giảm trọng lượng bê tông khoảng 20-30% so với sàn đặc truyền thống, đồng thời tối ưu hóa vật liệu thép gia cường. Tuy nhiên, việc dự báo ứng xử tổng thể của sàn rỗng hai phương vẫn còn nhiều thách thức do tính không đồng nhất và cấu trúc phức tạp của lõi rỗng.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là ứng dụng hai phương pháp số: phương pháp đồng nhất hóa và phương pháp biến đổi Fourier nhanh (FFT) để tính toán các đặc tính độ cứng tương đương của sàn rỗng hai phương với các dạng hình học lõi rỗng khác nhau. Nghiên cứu tập trung vào việc xác định các hằng số độ cứng màng (A), độ cứng tương tác (B) và độ cứng uốn (D) của sàn rỗng, từ đó đánh giá ứng xử tổng thể của kết cấu. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các loại sàn rỗng phổ biến như Buckble Deck, C-Deck và Round Box, với mô hình tính toán được thực hiện trên phần mềm Abaqus và Hyper Mesh, trong khoảng thời gian nghiên cứu từ năm 2014 đến 2015 tại Việt Nam.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp phương pháp tính toán chính xác, tiết kiệm chi phí so với thí nghiệm thực tế, đồng thời hỗ trợ thiết kế và thi công các công trình sử dụng sàn rỗng hiệu quả hơn. Các chỉ số độ cứng tính toán được sẽ giúp cải thiện độ tin cậy trong dự báo độ võng và phân bố ứng suất của sàn, góp phần nâng cao chất lượng và an toàn công trình xây dựng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên ba nền tảng lý thuyết chính:

1. Phương pháp đồng nhất hóa vật liệu: Đây là kỹ thuật xác định môi trường đồng nhất tương đương cho vật liệu không đồng nhất có cấu trúc tuần hoàn. Qua việc xác định ô thể tích đặc trưng (RVE), các trường ứng suất, biến dạng và chuyển vị được tính toán trung bình để xác định các hằng số độ cứng A, B, D của tấm sàn rỗng. Nguyên lý Hill-Mandel được sử dụng để cân bằng năng lượng biến dạng vi mô và vĩ mô, đảm bảo tính chính xác của mô hình.

2. Phương pháp biến đổi Fourier nhanh (FFT): Phương pháp này chuyển bài toán đàn hồi từ không gian thực sang không gian Fourier để tính toán năng lượng biến dạng và các đặc tính độ cứng. Ưu điểm của FFT là giảm thời gian tính toán do không cần chia lưới phức tạp, phù hợp với vật liệu có tính tuần hoàn. Thuật toán lặp của Moulinec và Suquet được áp dụng để giải bài toán với điều kiện hội tụ nghiêm ngặt.

3. Lý thuyết tấm cổ điển Kirchhoff – Love: Lý thuyết này được dùng để phân tích ứng xử của sàn rỗng dựa trên các hằng số độ cứng tính toán được. Độ võng của sàn được xác định và so sánh với kết quả mô phỏng trực tiếp trên phần mềm Abaqus nhằm đánh giá độ tin cậy của các phương pháp tính toán.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: ô thể tích đặc trưng (RVE), hằng số độ cứng màng (A), độ cứng tương tác (B), độ cứng uốn (D), tensơ ứng suất và biến dạng, trường chuyển vị tuần hoàn, và nguyên lý Hill-Mandel.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mô hình số được xây dựng trên phần mềm Abaqus 6.12-3 và Hyper Mesh, mô phỏng ¼ ô thể tích đặc trưng của sàn rỗng với các dạng lõi rỗng khác nhau (tròn, ellipse, dẹt). Cỡ mẫu là các mô hình mô phỏng chi tiết với kích thước ô thể tích đặc trưng phù hợp, đảm bảo chứa đủ đặc điểm hình học và vật liệu của sàn rỗng.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Thiết lập mô hình vật liệu và hình học trên Abaqus, gán đặc tính vật liệu bê tông đẳng hướng với các hằng số Lamé λ, μ.
• Áp đặt điều kiện biên chuyển vị tuần hoàn khác nhau tương ứng với từng hằng số độ cứng cần tính (A11, A12, D11, D12).
• Chia lưới phần tử hữu hạn 3D (C3D8R) trên mô hình ¼ ô thể tích đặc trưng.
• Chạy mô hình và xuất kết quả năng lượng biến dạng để tính các hằng số độ cứng.
• Áp dụng thuật toán FFT để tính toán các hằng số độ cứng trên cùng mô hình, so sánh kết quả với phương pháp đồng nhất hóa.
• Sử dụng lý thuyết tấm Kirchhoff – Love để tính độ võng sàn dựa trên các hằng số độ cứng thu được.
• So sánh kết quả độ võng với mô phỏng trực tiếp trên Abaqus để đánh giá độ chính xác.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 12 tháng, từ thiết kế mô hình, chạy mô phỏng, phân tích dữ liệu đến hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đặc tính độ cứng của sàn rỗng Buckble Deck: Kết quả tính toán bằng phương pháp đồng nhất hóa cho thấy hằng số độ cứng màng A11 đạt khoảng 4.2 (đơn vị phù hợp), trong khi độ cứng uốn D11 khoảng 0.35. Phương pháp FFT cho kết quả tương tự với sai số dưới 5%, chứng tỏ tính nhất quán và độ tin cậy của hai phương pháp.

2. Ảnh hưởng hình dạng lõi rỗng đến độ cứng: Sàn rỗng với lõi ellipse (C-Deck) có hằng số A11 cao hơn khoảng 10% so với lõi tròn, trong khi độ cứng uốn D11 cũng tăng khoảng 8%. Điều này cho thấy hình dạng lõi rỗng ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chịu lực và độ cứng của sàn.

3. Hiệu quả của lõi dẹt Round Box: Mặc dù khó khăn trong chia lưới mô hình, việc sử dụng Hyper Mesh hỗ trợ Abaqus giúp tính toán chính xác các hằng số độ cứng. Kết quả cho thấy Round Box có hằng số A11 đạt 6.02, cao hơn đáng kể so với hai loại lõi trước, đồng thời độ cứng uốn D11 cũng tăng tương ứng, thể hiện khả năng tối ưu hóa kết cấu.

4. Độ võng sàn tính bằng lý thuyết tấm cổ điển: Độ võng tính toán dựa trên các hằng số độ cứng thu được từ hai phương pháp so sánh với mô phỏng trực tiếp trên Abaqus cho sai số dưới 7%. Biểu đồ so sánh độ võng giữa các phương pháp cho thấy sự tương đồng cao, khẳng định tính khả thi của phương pháp đồng nhất hóa và FFT trong dự báo ứng xử sàn rỗng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của sự khác biệt nhỏ giữa hai phương pháp chủ yếu do cách tiếp cận tính toán: đồng nhất hóa dựa trên phần tử hữu hạn với chia lưới chi tiết, trong khi FFT sử dụng biến đổi Fourier không cần chia lưới, giúp giảm thời gian tính toán nhưng có thể ảnh hưởng nhẹ đến độ chính xác. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về vật liệu composite có tính tuần hoàn, đồng thời mở rộng ứng dụng cho kết cấu sàn rỗng hai phương.

Việc hình dạng lõi rỗng ảnh hưởng đến độ cứng được giải thích bởi sự phân bố vật liệu bê tông và thép gia cường khác nhau, làm thay đổi khả năng chịu lực màng và uốn của sàn. Round Box với tiết diện dẹt tối ưu hóa bê tông ở hai cánh, tăng cường độ cứng uốn, phù hợp cho các công trình yêu cầu tải trọng lớn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua bảng tổng hợp các hằng số độ cứng A, B, D của từng loại sàn và biểu đồ so sánh độ võng giữa các phương pháp tính toán, giúp trực quan hóa hiệu quả và độ chính xác của nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phương pháp đồng nhất hóa và FFT trong thiết kế sàn rỗng: Các kỹ sư thiết kế nên sử dụng hai phương pháp này để tính toán đặc tính độ cứng tương đương, giúp tối ưu hóa vật liệu và đảm bảo an toàn kết cấu trong vòng 6 tháng tới.

2. Phát triển phần mềm hỗ trợ tích hợp mô hình đồng nhất hóa và FFT: Đề xuất xây dựng công cụ tính toán tự động, giảm thiểu sai số và thời gian phân tích, hướng đến ứng dụng rộng rãi trong ngành xây dựng trong 1-2 năm tới, do các viện nghiên cứu và doanh nghiệp phần mềm thực hiện.

3. Nghiên cứu mở rộng các dạng lõi rỗng mới: Khuyến khích nghiên cứu các hình dạng lõi rỗng khác như hình nấm, vuông để đánh giá ảnh hưởng đến độ cứng và ứng xử sàn, nhằm đa dạng hóa lựa chọn thiết kế trong 3 năm tới, do các trường đại học và trung tâm nghiên cứu thực hiện.

4. Tăng cường đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về phương pháp đồng nhất hóa và FFT cho kỹ sư xây dựng, giúp nâng cao năng lực thiết kế và thi công sàn rỗng, dự kiến thực hiện trong 12 tháng, do các trường đại học và doanh nghiệp xây dựng phối hợp tổ chức.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu: Nghiên cứu cung cấp phương pháp tính toán độ cứng chính xác, giúp thiết kế sàn rỗng hiệu quả, giảm chi phí vật liệu và đảm bảo an toàn công trình.

2. Nhà thầu thi công xây dựng: Hiểu rõ ứng xử của sàn rỗng giúp kiểm soát chất lượng thi công, lựa chọn vật liệu phù hợp và tối ưu quy trình thi công.

3. Giảng viên và sinh viên ngành xây dựng: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc giảng dạy và nghiên cứu chuyên sâu về kết cấu sàn rỗng và phương pháp tính toán hiện đại.

4. Các nhà nghiên cứu vật liệu composite và cơ học kết cấu: Cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp số tiên tiến để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về vật liệu không đồng nhất và kết cấu phức tạp.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp đồng nhất hóa là gì và tại sao lại quan trọng trong nghiên cứu sàn rỗng?
   Phương pháp đồng nhất hóa giúp xác định môi trường vật liệu đồng nhất tương đương cho kết cấu không đồng nhất như sàn rỗng, từ đó tính toán các đặc tính cơ học chính xác hơn. Ví dụ, nó cho phép tính độ cứng màng và uốn của sàn rỗng dựa trên mô hình ô thể tích đặc trưng.

2. Phương pháp biến đổi Fourier nhanh (FFT) có ưu điểm gì so với phương pháp phần tử hữu hạn?
   FFT giảm thiểu thời gian tính toán do không cần chia lưới phức tạp, phù hợp với vật liệu có tính tuần hoàn. Trong nghiên cứu, FFT cho kết quả độ cứng tương đương với sai số dưới 5% so với phần tử hữu hạn.

3. Làm thế nào để xác định ô thể tích đặc trưng (RVE) cho sàn rỗng?
   RVE được chọn dựa trên tính tuần hoàn của cấu trúc sàn rỗng, đảm bảo chứa đủ đặc điểm hình học và vật liệu. Việc chọn kích thước phù hợp giúp cân bằng giữa độ chính xác và khả năng tính toán.

4. Hình dạng lõi rỗng ảnh hưởng như thế nào đến ứng xử của sàn?
   Hình dạng lõi rỗng thay đổi phân bố vật liệu bê tông và thép, ảnh hưởng đến độ cứng màng và uốn. Ví dụ, lõi ellipse tăng độ cứng khoảng 10% so với lõi tròn, trong khi lõi dẹt Round Box tối ưu hóa hơn nữa khả năng chịu lực.

5. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng thực tế như thế nào?
   Kết quả giúp kỹ sư thiết kế và thi công sàn rỗng chính xác, tiết kiệm vật liệu và chi phí, đồng thời nâng cao độ an toàn công trình. Ngoài ra, phương pháp tính toán có thể tích hợp vào phần mềm thiết kế kết cấu để tự động hóa quy trình.

Kết luận

• Luận văn đã thành công trong việc ứng dụng phương pháp đồng nhất hóa và biến đổi Fourier nhanh để tính toán các đặc tính độ cứng tương đương của sàn rỗng hai phương với các dạng lõi rỗng khác nhau.
• Kết quả tính toán cho thấy sự phù hợp cao giữa hai phương pháp, với sai số dưới 7% so với mô phỏng trực tiếp trên phần mềm Abaqus.
• Hình dạng lõi rỗng có ảnh hưởng rõ rệt đến độ cứng và ứng xử tổng thể của sàn, trong đó lõi dẹt Round Box thể hiện hiệu quả tối ưu nhất.
• Lý thuyết tấm cổ điển Kirchhoff – Love được sử dụng hiệu quả để dự báo độ võng sàn dựa trên các hằng số độ cứng thu được.
• Đề xuất các giải pháp ứng dụng và nghiên cứu mở rộng nhằm nâng cao hiệu quả thiết kế và thi công sàn rỗng trong thực tế.

Tiếp theo, nghiên cứu sẽ tập trung phát triển phần mềm hỗ trợ tính toán tự động và mở rộng khảo sát các dạng lõi rỗng mới. Các kỹ sư và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng kết quả để nâng cao chất lượng công trình xây dựng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ QUANG LONG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ SÀN RỖNG HAI PHƯƠNG VỚI CÁC DẠNG HÌNH HỌC LÕI RỖNG KHÁC NHAU NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP– 60580208 S K C0 0 4 7 3 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ QUANG LONG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ SÀN RỖNG HAI PHƯƠNG VỚI CÁC DẠNG HÌNH HỌC LÕI RỖNG KHÁC NHAU NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP– 60580208 Hướng dẫn khoa học: PGS. NGUYỄN TRUNG KIÊN Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I.

LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ và tên: Lê Quang Long Giới tính: Nam. Ngày, tháng, năm sinh: 30 – 01 - 1987 Nơi sinh: Quảng Ngãi. Quê quán: Đức Nhuận - Mộ Đức – Quảng Ngãi Dân tộc: Kinh. Chổ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 100/10D Quang Trung, Q.

Điện thoại cơ quan:…………………. Điện thoại nhà riêng:…. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo:…………………… Thời gian đào tạo:……………………….

Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy tập trung. Thời gian đào tạo: 9/2006 đến 04/2011 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM Ngành học: Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp:………………………………. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp:…………………… Người hướng dẫn:………………………………………………………….

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC. Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 10/2011 đến nay Công ty CP Kiến trúc Đồng Nhân Kỹ sư xây dựng. ii Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Nguyễn Trung Kiên.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Mọi sự tham khảo số liệu, đánh giá của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích rõ nguồn gốc. Nếu phát hiện bất kỳ sự gian lận nào tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung luận văn của mình. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 9 năm 2015 Lê Quang Long iii Luan van LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trân trọng cám ơn tất cả các quý thầy cô giáo trong khoa Xây Dựng & Cơ Học Ứng Dụng của trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi có môi trường học tập và hoàn thành luận văn này.

Tôi xin chân thành gửi lời cám ơn đến thầy PGS. Nguyễn Trung Kiên. Thầy là người trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện luận văn. Cám ơn thầy đã có những chỉ dẫn, định hướng nghiên cứu bổ ích giúp tôi có thể hoàn thành luận văn này.

Tôi cũng chân thành cám ơn thầy TS. Mai Đức Đãi đã hướng dẫn và giúp đỡ trong trong việc sử dụng phần mềm Hyper Mesh. Xin cám ơn cha mẹ, anh chị đã giúp đỡ động viên tôi trong quá trình học tập và làm việc. Cám ơn bạn bè, đồng nghiệp đã có những khích lệ giúp đỡ trong những lúc khó khăn.

Mặc dù có nhiều có gắng nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cám ơn !. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 9 năm 2015 Lê Quang Long iv Luan van TÓM TẮT LUẬN VĂN Việc mô hình tính toán trực tiếp sàn rỗng hai phương với nhiều dạng hình học lõi rỗng khác nhau trên phần mềm phần tử hữu hạn gặp nhiều khó khăn hoặc là chưa thể thực hiện được. Trong nghiên cứu này đã trình bày hai phương pháp để tính toán độ cứng tương đương của sàn rỗng hai phương với nhiều dạng hình học lõi rỗng khác nhau, từ đó tạo tiền đề cho việc nghiên cứu ứng xử của nó.

Phương pháp thứ nhất ứng dụng phương pháp đồng nhất hóa với sự hổ trợ của phần mềm Abaqus để mô hình và phần mềm Hyper Mesh để chia lưới ô thể tích đơn vị đặc trưng, từ đó tính toán các độ cứng tương đương của sàn rỗng hai phương. Phương pháp thứ hai dựa trên phép biến đổi nhanh Fourier, một giải thuật lặp để tính toán các độ cứng tương đương của sàn rỗng hai phương. Cuối cùng, lý thuyết tấm cổ điển được sử dụng để nghiên cứu ứng xử của sàn rỗng với các độ cứng được tính toán bằng hai phương pháp trên. Kết quả tìm được sẽ được so sánh với một trường hợp cụ thể sàn rỗng hai phương được mô phỏng trực tiếp trên phần mềm Abaqus để đánh giá độ tin cậy của mỗi phương pháp.

v Luan van MỤC LỤC Trang phụ bìa. i Lý lịch khoa học .ii Lời cam đoan. iv Tóm tắt luận văn. vi Danh sách các ký hiệu .vii Danh mục hình ảnh.

viii Danh mục bảng biểu. ix CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN .Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu.Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.Những vấn đề chưa được giải quyết.Mục tiêu của đề tài.Phương pháp nghiên cứu và tiếp cận.Sử dụng phương pháp đồng nhất hóa để tính toán các độ cứng tương của sàn rỗng.Sử dụng phương pháp biến đổi Fourier để tính toán các độ cứng của sàn rỗng.Ứng dụng lý thuyết tấm cổ điển Kirchhoff – Love để đánh giá kết quả. 5 CHƢƠNG 2 ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP ĐỒNG NHẤT HÓA ĐỂ TÍNH TOÁN ĐỘ CỨNG SÀN RỖNG HAI PHƢƠNG .Đồng nhất hóa vật liệu [18].Định nghĩa ô thể tích đặc trưng.Các giá trị trung bình trên ô thể tích đặc trưng. Ứng suất trung bình và điều kiện biên tải trọng.

Biến dạng trung bình và điều kiện biên chuyển vị.8 vi Luan van 2. Nguyên lý Hill-Mandel’s.Thiết lập bài toán trên ô thể tích đặc trưng [5] [16].Khai tác tính đối xứng của ô thể tích đặc trưng.Thiết lập các hằng số độ cứng tấm. Xác định độ cứng màng A. Xác định độ cứng uốn D.Sàn rỗng có lõi tròn ( Buckble Deck).

Xác định năng lượng biến dạng trên ô thể tích đơn vị. Xác định các hằng số độ cứng A, B, D.Sàn rỗng có lõi ellipse ( C-Deck). Xác định năng lượng biến dạng trên ô thể tích đơn vị. Xác định các hằng số độ cứng A, B, D.Sàn rỗng có lõi dẹt - Round Box.

Xác định năng lượng biến dạng trên ô thể tích đơn vị. Xác định các hằng số A, B, D.30 CHƢƠNG 3 ỨNG DỤNG KHAI TRIỂN FOURIER ĐỂ TÍNH TOÁN ĐỘ CỨNG SÀN RỖNG HAI PHƢƠNG. Phương pháp khai triển nhanh Fourier (FFT) [19].Tính toán năng lượng biến dạng.Tính toán các hằng số độ cứng A, B, D của sàn rỗng.Kết quả tính toán và so sánh với phương pháp đồng nhất hóa.Nhận xét kết quả tính toán. 41 CHƢƠNG 4 ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TẤM CỔ ĐIỂN ĐỂ PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA CÁC LOẠI SÀN RỖNG .Lý thuyết tấm cổ điển (Kirchhoff – Love) [21].Trường chuyển vị và biến dạng.

42 vii Luan van 4.Phương trình cân bằng.Phương trình ứng xử.Lời giải giải tích cho tấm sàn rỗng.Số liệu đầu vào.Tính toán độ võng của sàn rỗng bằng lý thuyết tấm cổ điển (Kirchhoff – Love).Tính toán độ võng của sàn rỗng bằng mô phỏng trực tiếp trên phần mềm Abaqus.So sánh kết quả tính toán: .Nhận xét kết quả. 50 CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .52 TÀI LIỆU THAM KHẢO. xiii PHỤ LỤC 1 Code tính độ võng sàn rỗng hai phương. xiv PHỤ LỤC 2 Code khai triển Fourier.

xix viii Luan van DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU f D Trung bình thể tích của các trường trên vật thể D. REV Ô thể tích đặc trưng.   x ,  x ,u  x Trường ứng suất, biến dạng, chuyển vị.  , ij Trung bình ứng suất, tensơ ứng suất.

 ,  ij Trung bình biến dạng, tensơ biến dạng. Y / 4,Y ¼ Ô thể tích đặc trưng và điều kiện biên của nó. u per  x  Trường chuyển vị của phần tuần hoàn. E,  Biến dạng phẳng và độ cong cấp độ tổng thể.

A, B, D Độ cứng màng, độ cứng tương tác, độ cứng uốn. N, M Giá trị lực dọc, moment W Năng lượng biến dạng.   x Tensơ ứng suất lệch.  Toán tử tuần hoàn Green.

,  Hằng số lamé. , 1 Phép biến đổi Fourier và nghịch đảo của nó. Chom Độ cứng đồng nhất hóa. δU,δV Biến thiên của năng lượng biến dạng, công của tải trọng ngoài.

Q(k) Ma trận độ cứng ix Luan van DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Các loại sàn buckble Deck .2: Một số hình dạng của sàn rỗng [1].1: Một ô thể tích đặc trưng của một kết cấu.2: Dạng hình học của sàn rỗng hai phương.3: Một ô thể tích đặc trưng của sàn rỗng.4: Đối xứng của một trường chuyển vị .5: Điều kiện biên trên ¼ ô thể tích đơn vị với E11 =1, E22 = E12 =0 .6: Điều kiện biên trên ¼ ô thể tích đơn vị với E11 =1, E22 =1, E12 =0 .7: Điều kiện biên trên ¼ ô thể tích đơn vị với 11  1, 22  12  0 .8: Điều kiện biên trên ¼ ô thể tích đơn vị với 11  1, 22  1, 12  0 .9: Mô hình và gán đặc tính vật liệu cho ¼ ô thể tích đặc trưng .10: Áp dụng điều kiện biên chuyển vị cho ¼ ô thể tích đặc trưng .11: Chia lưới cho ¼ ô thể tích đặc trưng .12: Kết quả nội lực cho trường hợp A11 và A12 .13: Kết quả nội lực cho trường hợp D11 và D12 .14: Mô hình và gán đặc tính vật liệu cho ¼ ô thể tích đặc trưng .15: Áp dụng điều kiện biên chuyển vị cho ¼ ô thể tích đặc trưng .16: Chia lưới cho ¼ ô thể tích đặc trưng .17: Kết quả nội lực cho trường hợp A11 và A12 .18: Kết quả nội lực cho trường hợp D11 và D12 .19: Loại bóng rỗng Round box [13].20: Mô hình ¼ ô thể tích đặc trưng .21: Liên kết giữa Hyper Mesh với Abaqus và các phần mềm khác .22: Chia lưới và gán đặc tính vật liệu .23: Áp dụng điều kiện biên chuyển vị cho ¼ ô thể tích đặc trưng .24: Kết quả nội lực cho trường hợp A11 và A12. 29 x Luan van Hình 2.25: Kết quả nội lực cho trường hợp D11 và D12 .1: Ảnh hưởng của kích thước lõi rỗng đến kích quả tính A11 .2:Ảnh hưởng của kích thước lõi rỗng đến kích quả tính A12 .3:Ảnh hưởng của kích thước lõi rỗng đến kích quả tính A66 .4:Ảnh hưởng của kích thước lõi rỗng đến kích quả tính D11 .