Nghiên cứu ứng xử của phần tử NS MITC3 khi phân tích tấm composite nhiều lớp

Luận văn thạc sĩ phân tích hcmute nghiên cứu ứng xử của phần tử ns mitc3 khi phân tích tấm composite nhiều lớp sử dụng lý, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Trần Hoàng Phong
• Người hướng dẫn: TS. Châu Đình Thành
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Xử Phần Tử NS MITC3 Trong Phân Tích Tấm Composite Nhiều Lớp
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. TỔNG QUAN
• 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
• 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC HIỆN NAY
• 1.3. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
• 1.4. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
• 1.4.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.4.2. Giới hạn của đề tài
• 1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.6. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.7. LÝ THUYẾT LAYERWISE CHO TẤM COMPOSITE
• 1.7.1. CÁC THÀNH PHẦN CHUYỂN VỊ
• 1.7.2. CÁC THÀNH PHẦN BIẾN DẠNG
• 1.7.3. CÁC THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT
• 1.8. CÔNG THỨC PHẦN TỬ TẤM NS – MITC3
• 1.8.1. XẤP XỈ PHẦN TỬ HỮU HẠN TẤM TAM GIÁC 3 NÚT
• 1.8.2. KỸ THUẬT KHỬ KHÓA CẮT MITC3
• 1.8.3. CÔNG THỨC PHẦN TỬ HỮU HẠN TRƠN NS – MITC3
• 1.8.4. TẤM COMPOSITE 3 LỚP, HÌNH VUÔNG CHỊU TẢI TRỌNG PHÂN BỐ ĐỀU
• 1.8.5. TẤM COMPOSITE 3 LỚP, HÌNH VUÔNG CHỊU TẢI TRỌNG HÌNH SIN
• 1.8.6. TẤM COMPOSITE [0/90/90/0], HÌNH VUÔNG CHỊU TẢI TRỌNG HÌNH SIN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về tấm composite

Tấm composite nhiều lớp đang trở thành lựa chọn hàng đầu trong các ngành công nghiệp hiện đại nhờ vào những ưu điểm vượt trội của chúng. Phân tích tấm composite là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng, giúp hiểu rõ hơn về ứng xử của các vật liệu này dưới tác động của tải trọng và môi trường. Các nghiên cứu hiện tại cho thấy rằng việc sử dụng nguyên lý phân tích layerwise cho phép mô phỏng chính xác hơn các ứng suất và biến dạng trong từng lớp của tấm composite. Điều này đặc biệt quan trọng trong thiết kế và tối ưu hóa kết cấu, nơi mà độ bền và tính ổn định là rất cần thiết. Theo Noor và Burton, lý thuyết đàn hồi ba chiều có thể cải thiện tính chính xác của ứng suất cắt ngang, nhưng chi phí tính toán lại tăng lên đáng kể. Do đó, lý thuyết layerwise được ưa chuộng hơn trong nhiều ứng dụng thực tiễn.

II. Phương pháp MITC3 trong phân tích tấm composite

Phương pháp MITC3 là một trong những kỹ thuật tiên tiến được sử dụng để loại bỏ hiện tượng khóa cắt trong phân tích tấm composite. Phần tử NS MITC3 được phát triển nhằm cải thiện độ chính xác của các phép tính trong điều kiện tấm rất mỏng. Kỹ thuật này cho phép loại bỏ hiện tượng khóa cắt, giúp cho việc phân tích ứng xử của tấm composite trở nên chính xác hơn. Bằng cách sử dụng lý thuyết layerwise, phần tử NS-MITC3 có thể mô phỏng chính xác hơn các trường ứng suất theo chiều dày tấm. Kết quả cho thấy rằng phần tử NS-MITC3 có thể đạt được độ chính xác tương đương hoặc tốt hơn so với các phương pháp khác trong một số trường hợp cụ thể.

III. Ứng dụng thực tiễn của phần tử NS MITC3

Phần tử NS-MITC3 không chỉ có giá trị trong lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong thiết kế và phân tích kết cấu. Việc sử dụng công thức phần tử tấm NS-MITC3 cho phép các kỹ sư và nhà thiết kế dự đoán chính xác hơn về ứng xử của tấm composite dưới tải trọng khác nhau. Điều này có thể giúp giảm thiểu rủi ro trong thiết kế và cải thiện độ bền của các sản phẩm cuối cùng. Hơn nữa, việc lập trình tính toán bằng ngôn ngữ Matlab cho phép thực hiện các phép tính phức tạp một cách nhanh chóng và hiệu quả, từ đó hỗ trợ cho việc ra quyết định trong thiết kế kết cấu.

IV. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu về ứng xử phần tử NS MITC3 trong phân tích tấm composite nhiều lớp đã chỉ ra rằng phương pháp này có thể cải thiện đáng kể độ chính xác trong các phép tính. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hướng nghiên cứu mở rộng có thể được thực hiện, chẳng hạn như áp dụng phương pháp này cho các loại tấm composite khác nhau hoặc trong các điều kiện biên phức tạp hơn. Việc phát triển thêm các công thức PTHH trơn có thể giúp tối ưu hóa hơn nữa quá trình phân tích và thiết kế kết cấu composite, từ đó nâng cao hiệu quả và độ tin cậy trong các ứng dụng thực tiễn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của vật liệu composite nhiều lớp, việc nghiên cứu ứng xử cơ học của các kết cấu tấm composite trở nên cấp thiết nhằm đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật hiện đại như nhẹ, bền nhiệt, chống ăn mòn và độ bền mỏi cao hơn kim loại từ 2 đến 4 lần. Tại Việt Nam và trên thế giới, vật liệu composite được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp tiên tiến và xây dựng công trình dân dụng, công nghiệp. Tuy nhiên, việc phân tích chính xác trạng thái ứng suất và biến dạng trong từng lớp của tấm composite nhiều lớp vẫn còn nhiều thách thức do tính chất phức tạp của vật liệu và cấu trúc lớp.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển công thức phần tử hữu hạn trơn NS-MITC3 cho phân tích ứng xử tấm composite nhiều lớp theo lý thuyết layerwise biến dạng cắt bậc nhất, nhằm khắc phục hiện tượng khóa cắt và cải thiện độ chính xác trong tính toán ứng suất, biến dạng. Nghiên cứu tập trung vào tấm composite ba lớp với các điều kiện biên và tải trọng điển hình, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn trơn trên miền nút phần tử kết hợp kỹ thuật khử khóa cắt MITC3.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích ứng xử tĩnh trong miền đàn hồi tuyến tính của tấm composite nhiều lớp, chủ yếu tập trung vào tấm ba lớp với các đặc trưng vật liệu và hình học cụ thể, thực hiện tại Việt Nam trong giai đoạn đến năm 2017. Ý nghĩa nghiên cứu được thể hiện qua việc nâng cao độ chính xác và hiệu quả tính toán trong thiết kế kết cấu composite, góp phần thúc đẩy ứng dụng vật liệu composite trong xây dựng và công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên lý thuyết layerwise biến dạng cắt bậc nhất (First-Order Shear Deformation Theory - FSDT) để mô tả ứng xử của từng lớp trong tấm composite nhiều lớp. Lý thuyết này giả định chuyển vị biến đổi theo chiều dày từng lớp, đảm bảo tính liên tục tại vị trí tiếp xúc giữa các lớp, giúp mô phỏng chính xác trường ứng suất theo chiều dày tấm. Khác với lý thuyết lớp tương đương, lý thuyết layerwise không cần hệ số hiệu chỉnh cắt, nâng cao độ chính xác ứng suất cắt ngang.

Phần tử hữu hạn tam giác 3 nút được sử dụng với kỹ thuật khử khóa cắt MITC3 nhằm loại bỏ hiện tượng khóa cắt khi tấm mỏng, giúp phần tử không bị cứng giả tạo do biến dạng cắt không giảm khi chiều dày giảm. Phương pháp làm trơn trên miền nút phần tử (Node-based Smoothed Finite Element Method - NS-FEM) được áp dụng để giảm sự chênh lệch biến dạng giữa các phần tử, cải thiện độ chính xác và tính ổn định của kết quả.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Hiện tượng khóa cắt (Shear Locking): Sai số lớn do biến dạng cắt không giảm khi tấm mỏng.
• Phần tử NS-MITC3: Phần tử tam giác 3 nút kết hợp kỹ thuật MITC3 và phương pháp làm trơn trên miền nút.
• Lý thuyết layerwise: Mô hình chuyển vị và ứng suất theo từng lớp, đảm bảo tính liên tục giữa các lớp.
• Biến dạng màng, uốn, cắt: Các thành phần biến dạng được tính toán và làm trơn trên miền nút phần tử.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mô hình toán học và số liệu mô phỏng ứng xử tấm composite nhiều lớp theo lý thuyết layerwise, được lập trình và tính toán bằng ngôn ngữ Matlab. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các lưới phần tử tam giác 3 nút với kích thước khác nhau (từ 8x8 đến 24x24 phần tử trên mỗi cạnh tấm), nhằm khảo sát độ chính xác và tốc độ hội tụ của phần tử NS-MITC3.

Phương pháp phân tích chủ yếu là phương pháp phần tử hữu hạn trơn (Smoothed Finite Element Method) kết hợp kỹ thuật khử khóa cắt MITC3, phân tích tĩnh ứng xử tấm composite ba lớp chịu tải trọng phân bố đều và tải trọng hình sin. Quá trình nghiên cứu gồm các bước: xây dựng công thức phần tử, lập trình tính toán, mô phỏng các bài toán điển hình, so sánh kết quả với các nghiên cứu tham khảo và đánh giá độ chính xác, hiệu quả.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2017, bao gồm giai đoạn xây dựng lý thuyết, lập trình, tính toán và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Độ chính xác và tốc độ hội tụ của phần tử NS-MITC3:
   Kết quả tính toán chuyển vị tại tâm tấm và ứng suất pháp, ứng suất tiếp của tấm composite ba lớp cho thấy phần tử NS-MITC3 có tốc độ hội tụ ổn định, tương đương hoặc tốt hơn các phần tử làm trơn khác như ES-MITC3, CS-DSG3, ES-DSG3 trong các trường hợp tấm dày và mỏng. Ví dụ, với lưới 20x20x2 phần tử, sai số chuyển vị so với lời giải chính xác chỉ khoảng vài phần trăm.

2. Hiệu quả khử khóa cắt:
   Nhờ kỹ thuật MITC3, phần tử NS-MITC3 loại bỏ được hiện tượng khóa cắt, giúp kết quả độ võng và ứng suất cắt chính xác hơn khi chiều dày tấm giảm. So sánh với phần tử NS-DSG3 cùng phương pháp làm trơn nhưng khác kỹ thuật khử khóa cắt, NS-MITC3 cho kết quả vượt trội hơn trong nhiều trường hợp.

3. Ảnh hưởng của tỷ số cứng lớp lõi và lớp mặt (R):
   Khi R tăng (lớp lõi cứng hơn lớp mặt), sự chênh lệch kết quả giữa các lưới phần tử giảm, tốc độ hội tụ của phần tử NS-MITC3 được cải thiện rõ rệt. Ví dụ, với R = 15, sai số chuyển vị giữa lưới 8x8 và 20x20 là không đáng kể.

4. So sánh với các phương pháp khác:
   Kết quả NS-MITC3 tương đương hoặc tốt hơn các phương pháp phần tử hữu hạn truyền thống theo lý thuyết lớp tương đương biến dạng cắt bậc nhất (FSDT), bậc cao (HSDT) và các phương pháp không lưới sử dụng lý thuyết layerwise. Điều này chứng tỏ tính hiệu quả và độ chính xác của phần tử NS-MITC3 trong phân tích tấm composite nhiều lớp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp phần tử NS-MITC3 đạt được độ chính xác cao là do sự kết hợp giữa kỹ thuật khử khóa cắt MITC3 và phương pháp làm trơn trên miền nút phần tử, giúp giảm thiểu hiện tượng khóa cắt và chênh lệch biến dạng giữa các phần tử. So với các nghiên cứu trước đây, phần tử NS-MITC3 cho phép mô phỏng chính xác trường ứng suất theo chiều dày tấm nhờ lý thuyết layerwise, đồng thời giữ được chi phí tính toán hợp lý.

Biểu đồ so sánh sai số tương đối của chuyển vị và ứng suất theo kích thước phần tử cho thấy phần tử NS-MITC3 có tốc độ hội tụ tốt, đặc biệt khi lưới phần tử mịn. Bảng số liệu minh họa sự phù hợp của kết quả NS-MITC3 với các lời giải tham khảo, khẳng định tính khả thi của phương pháp trong thực tế thiết kế và phân tích kết cấu composite.

Tuy nhiên, phần tử NS-MITC3 có số bậc tự do phụ thuộc vào số lớp composite, điều này có thể làm tăng chi phí tính toán khi số lớp lớn. So với phần tử ES-DSG3, NS-MITC3 có độ chính xác hơi thấp hơn nhưng vẫn trong giới hạn chấp nhận được, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu cân bằng giữa độ chính xác và hiệu quả tính toán.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng phần tử NS-MITC3 trong thiết kế kết cấu composite:
   Khuyến nghị các kỹ sư và nhà thiết kế sử dụng phần tử NS-MITC3 để phân tích tấm composite nhiều lớp trong các công trình dân dụng và công nghiệp, nhằm nâng cao độ chính xác tính toán ứng suất và biến dạng, đặc biệt với tấm có số lớp từ 3 đến 5.

2. Phát triển phần mềm tính toán tích hợp:
   Đề xuất phát triển phần mềm hoặc module tính toán dựa trên công thức NS-MITC3, tích hợp trong các phần mềm phần tử hữu hạn phổ biến, giúp mở rộng ứng dụng và thuận tiện cho người dùng trong ngành xây dựng và công nghiệp.

3. Mở rộng nghiên cứu cho tấm composite nhiều lớp hơn:
   Khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu mở rộng công thức NS-MITC3 cho tấm composite có số lớp lớn hơn 3, đồng thời tối ưu hóa số bậc tự do để giảm chi phí tính toán, phù hợp với các kết cấu phức tạp trong thực tế.

4. Khảo sát ứng xử động và phi tuyến:
   Đề xuất nghiên cứu ứng xử động và phi tuyến của tấm composite nhiều lớp sử dụng phần tử NS-MITC3, nhằm đáp ứng các yêu cầu phân tích dao động, va chạm và tải trọng phức tạp trong các ứng dụng công nghiệp hiện đại.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Giảng viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật xây dựng và vật liệu composite:
   Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp phân tích hiện đại, giúp nâng cao kiến thức và phát triển nghiên cứu sâu hơn về ứng xử kết cấu composite nhiều lớp.

2. Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình dân dụng và công nghiệp:
   Các kỹ sư có thể áp dụng công thức phần tử NS-MITC3 để phân tích và tối ưu kết cấu composite, đảm bảo độ bền và hiệu quả kinh tế trong thiết kế.

3. Chuyên gia phát triển phần mềm mô phỏng kết cấu:
   Luận văn cung cấp thuật toán và công thức phần tử hữu hạn trơn kết hợp kỹ thuật khử khóa cắt, là tài liệu tham khảo quan trọng để phát triển các công cụ tính toán mới.

4. Doanh nghiệp sản xuất và ứng dụng vật liệu composite:
   Các doanh nghiệp có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để đánh giá và cải tiến sản phẩm composite, nâng cao chất lượng và độ tin cậy trong các ứng dụng thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Phần tử NS-MITC3 có ưu điểm gì so với phần tử hữu hạn truyền thống?
   Phần tử NS-MITC3 kết hợp kỹ thuật khử khóa cắt MITC3 và phương pháp làm trơn trên miền nút giúp loại bỏ hiện tượng khóa cắt, cải thiện độ chính xác và ổn định khi phân tích tấm composite mỏng và nhiều lớp.

2. Lý thuyết layerwise khác gì so với lý thuyết lớp tương đương?
   Lý thuyết layerwise mô tả chuyển vị và ứng suất riêng biệt cho từng lớp, đảm bảo tính liên tục giữa các lớp, trong khi lý thuyết lớp tương đương xem toàn bộ tấm như một lớp duy nhất với đặc trưng vật liệu trung bình, dẫn đến độ chính xác thấp hơn trong ứng suất cắt ngang.

3. Hiện tượng khóa cắt ảnh hưởng thế nào đến kết quả phân tích?
   Khóa cắt làm cho phần tử hữu hạn trở nên cứng giả tạo khi tấm mỏng, dẫn đến sai số lớn trong tính toán độ võng và ứng suất, gây kết quả không phản ánh đúng thực tế.

4. Phần tử NS-MITC3 có thể áp dụng cho tấm composite bao nhiêu lớp?
   Luận văn tập trung nghiên cứu tấm ba lớp, tuy nhiên phương pháp có thể mở rộng cho nhiều lớp hơn, nhưng số bậc tự do sẽ tăng theo số lớp, cần cân nhắc chi phí tính toán.

5. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng trong thực tế như thế nào?
   Kết quả giúp thiết kế và phân tích kết cấu composite chính xác hơn, giảm thiểu sai sót trong tính toán, từ đó nâng cao hiệu quả và độ bền công trình sử dụng vật liệu composite.

Kết luận

• Phát triển thành công công thức phần tử hữu hạn trơn NS-MITC3 kết hợp kỹ thuật khử khóa cắt MITC3 cho phân tích tấm composite nhiều lớp theo lý thuyết layerwise biến dạng cắt bậc nhất.
• Phần tử NS-MITC3 loại bỏ hiệu quả hiện tượng khóa cắt, cải thiện độ chính xác và ổn định trong tính toán ứng suất và biến dạng.
• Kết quả số cho thấy phần tử NS-MITC3 có độ chính xác và tốc độ hội tụ tương đương hoặc vượt trội so với các phần tử làm trơn khác và các phương pháp tham khảo.
• Nghiên cứu giới hạn trong phân tích tĩnh, đàn hồi tuyến tính của tấm ba lớp, mở ra hướng phát triển cho các bài toán phức tạp hơn trong tương lai.
• Khuyến nghị áp dụng và phát triển tiếp công thức NS-MITC3 trong thiết kế kết cấu composite, đồng thời mở rộng nghiên cứu cho các ứng xử động và phi tuyến.

Để tiếp tục phát triển, cần mở rộng phạm vi nghiên cứu cho tấm nhiều lớp hơn, tích hợp vào phần mềm tính toán chuyên dụng và khảo sát các bài toán ứng xử phi tuyến, động. Độc giả và chuyên gia được khuyến khích áp dụng và đóng góp ý kiến để hoàn thiện phương pháp này.

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 TRẦN HOÀNG PHONG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA PHẦN TỬ NS-MITC3 KHI PHÂN TÍCH TẤM COMPOSITE NHIỀU LỚP SỬ DỤNG LÝ THUYẾT LAYERWISE NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP SKC007452 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN HOÀNG PHONG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA PHẦN TỬ NS-MITC3 KHI PHÂN TÍCH TẤM COMPOSITE NHIỀU LỚP SỬ DỤNG LÝ THUYẾT LAYERWISE NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD VÀ CN - 60580208 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN HOÀNG PHONG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA PHẦN TỬ NS-MITC3 KHI PHÂN TÍCH TẤM COMPOSITE NHIỀU LỚP SỬ DỤNG LÝ THUYẾT LAYERWISE NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD VÀ CN - 60580208 Hướng dẫn khoa học: TS. CHÂU ĐÌNH THÀNH Tp.

Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Trần Hoàng Phong. Giới tính: Nam. Ngày, tháng, năm sinh: 21/08/1980.

Nơi sinh: Gia Lai. Quê quán: Xã Mỹ Tài, huyện Phù Mỹ, tỉnh Bình Định. Dân tộc: Kinh. Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 155 Đinh Tiên Hoàng, phường Yên Đỗ, thành phố Pleiku, tỉnh Gia Lai.

Điện thoại cơ quan: 02693.642 Điện thoại cá nhân: 0906486222. Email: hoangphongph41@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy ; Thời gian đào tạo từ tháng 08/1999 đến 08/2004 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Ngành học: Xây dựng dân dụng và công nghiệp Tên đồ án hoặc môn thi tốt nghiệp: Chung cư cho người có thu nhập thấp. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Tháng 8/2004, Đại học Bách khoa Đà Nẵng.

Người hướng dẫn: Thầy NGUYỄN THANH THỊNH: Giáo viên hướng kết cấu Thầy ĐẶNG HƯNG CẦU: Giáo viên hướng dẫn thi công Cô NGUYỄN THỊ THU TRANG: Giáo viên hướng dẫn kiến trúc III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 09/2004 Nhân viên bảo hiểm Công ty Bảo hiểm Bảo Minh Gia Lai đến 01/2005 xây dựng, lắp đặt Từ 02/2005 Phòng Hậu cần - Kỹ thuật, Công an Phó Đội trưởng đến nay tỉnh Gia Lai i Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2017 Người cam đoan Trần Hoàng Phong ii Luan van LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn TS.

Châu Đình Thành đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu tham khảo và các thông tin cần thiết để tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Tôi xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô giáo trong Khoa Xây Dựng của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn. Xin cảm ơn tất cả người thân trong gia đình đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này. Vì kiến thức và thời gian thực hiện luận văn thạc sĩ có hạn nên không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót.

Tôi rất mong được sự đóng góp của quý thầy cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2017 Tác giả Trần Hoàng Phong iii Luan van TÓM TẮT Trong luận văn này, công thức phần tử tấm tam giác 3 nút sử dụng kỹ thuật khử khóa cắt MITC3 và phương pháp làm trơn trên miền nút phần tử (NS) được xây dựng cho ứng xử tấm composite nhiều lớp theo lý thuyết layerwise biến dạng cắt bậc nhất. Phần tử phát triển được gọi là phần tử NS-MITC3.

Nhờ kỹ thuật MITC3, phần tử NS-MITC3 có thể loại bỏ hiện tượng khóa cắt khi bề dày của tấm rất mỏng. Hơn nữa, sự trung bình trường biến dạng màng, uốn và cắt trên miền giới hạn bởi các đoạn thẳng nối trung điểm cạnh và trọng tâm của các phần tử chung nút giúp cải thiện được sự chênh lệch biến dạng giữa các phần tử. Bằng cách sử dụng lý thuyết layerwise, trường ứng suất theo chiều dày tấm được thể hiện chính xác hơn mặc dù dùng lý thuyết biến dạng cắt bậc nhất. Tuy nhiên, số bậc tự do của phần tử NS- MITC3 phụ thuộc vào số lớp của tấm composite được xét.

Tính chính xác và hiệu quả của phần tử NS-MITC3 trong việc phân tích tĩnh một số bài toán tấm composite nhiều lớp được so sánh với kết quả các nghiên cứu khác. Kết quả số cho thấy phần tử NS-MITC3 cho kết quả tương tự với kết quả của các phương pháp khác trong các tài liệu tham khảo, đặc biệt có kết quả tốt hơn trong một số trường hợp. iv Luan van ABSTRACT In this thesis, the node-based smoothed finite element formula of 3-node triangular plate elements which employ the MITC3 technique to remove the shear- locking phenomenon is derived to statically analyze laminated composite plates based on the layerwise theory using the first-order shear deformation theory. These suggested elements are called NS-MITC3.

Thanks to the MITC3 technique, the NS- MITC3 elements can be free from the shear-locking phenomenon when the plate thickness becomes thin. Moreover, the average of the membrane, bending and shear strains over domains limited by segments connecting the middle points of the edges and the centroid points of elements having a common node helps to reduce the strain differences between elements within the structure. By employing the layerwise theory, the stress fields through the plate thickness can be predicted more practically in spite of the first-order shear deformation theory used. However, the number of degree of freedoms of the NS-MITC3 depend on the number of composite layers The accuracy and robustness of the NS-MITC3 in static analysis of laminated composite plates are evaluated by solving several benchmark problems and comparing with other references.

Numerical results show that the NS-MITC3 elements give results similar to other researches. Especially, the NS-MITC3 elements are better than other elements in some cases. v Luan van MỤC LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN LÝ LỊCH KHOA HỌC. I LỜI CAM ĐOAN.

II LỜI CẢM ƠN. VI DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU. VIII DANH SÁCH CÁC HÌNH. X DANH SÁCH CÁC BẢNG.

XII TỔNG QUAN. GIỚI THIỆU CHUNG. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC HIỆN NAY. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.

NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI. Nhiệm vụ của đề tài. Giới hạn của đề tài. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .6 LÝ THUYẾT LAYERWISE CHO TẤM COMPOSITE. CÁC THÀNH PHẦN CHUYỂN VỊ. CÁC THÀNH PHẦN BIẾN DẠNG. CÁC THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT .12 CÔNG THỨC PHẦN TỬ TẤM NS – MITC3.

XẤP XỈ PHẦN TỬ HỮU HẠN TẤM TAM GIÁC 3 NÚT.14 vi Luan van 3. KỸ THUẬT KHỬ KHÓA CẮT MITC3. CÔNG THỨC PHẦN TỬ HỮU HẠN TRƠN NS – MITC3. TẤM COMPOSITE 3 LỚP, HÌNH VUÔNG CHỊU TẢI TRỌNG PHÂN BỐ ĐỀU.

TẤM COMPOSITE 3 LỚP, HÌNH VUÔNG CHỊU TẢI TRỌNG HÌNH SIN. TẤM COMPOSITE [0/90/90/0], HÌNH VUÔNG CHỊU TẢI TRỌNG HÌNH SIN .46 TÀI LIỆU THAM KHẢO .48 vii Luan van DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU u, v, w Chuyển vị theo trục x, y, z. Q( k ) , Q(sk ) Ma trận độ cứng giảm của lớp (k) trong hệ tọa độ tổng thể.  Góc giữa hướng sợi với trục x của hệ tọa độ tổng thể.

As(k) Độ cứng cắt. xi(k), yi(k) Góc xoay mặt trung bình lớp (k) quanh trục x, y của nút i. ui(k), vi(k), wi(k) Các chuyển vị thẳng tại nút thứ i của phần tử. Ni Các hàm dạng.

,  Các trục tọa độ địa phương của phần tử. Bm Ma trận quan hệ giữa biến dạng màng và chuyển vị nút. Bb Ma trận quan hệ giữa biến dạng uốn và chuyển vị nút. Bs Ma trận quan hệ giữa biến dạng trượt và chuyển vị tại nút.

% (k ) B m Ma trận quan hệ giữa biến dạng màng trơn và chuyển vị nút. % (k ) B b Ma trận quan hệ giữa biến dạng uốn trơn và chuyển vị nút. % (k ) B s Ma trận quan hệ giữa biến dạng trượt trơn và chuyển vị tại nút. KIJ Độ cứng của phần tử.

K Độ cứng của kết cấu. viii Luan van d Chuyển vị kết cấu. F Véc-tơ lực của kết cấu. ix Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Mái công trình sử dụng vật liệu composite .1: Khảo sát tấm composite 3 lớp .2: Hướng sợi của lớp composite thứ (k).1: Phần tử tam giác 3 nút.2: Định nghĩa a, b, c, d trong hệ tọa độ toàn cục oxy .3: Tọa độ các điểm buộc trong hệ tọa độ tự nhiên .4: Chia lưới phần tử tam giác làm trơn trên nút .1: Tấm composite ba lớp, hình vuông chịu tải trọng phân bố đều .2: Độ chính xác và tốc độ hội tụ của chuyển vị tại tâm tấm composite chịu tải trọng phân bố đều cho bởi các PTHH trơn ứng với R = 5 và 15 .3: Độ chính xác và tốc độ hội tụ của ứng suất pháp x tại (a/2,a/2,-h/2) của tấm composite chịu tải phân bố đều cho bởi các PTHH trơn ứng với R = 5 và 15 .4: Độ chính xác và tốc độ hội tụ của ứng suất zx tại (a,a,h/2) của tấm composite chịu tải phân bố đều cho bởi các PTHH trơn ứng với R = 5 và 15 .5: Tấm composite ba lớp, hình vuông chịu tải trọng hình sin .6: Độ chính xác và tốc độ hội tụ của chuyển vị tại tâm tấm của tấm composite chịu tải trọng hình sin cho bởi các PTHH trơn ứng với a/h = 4 và 100 .7: Độ chính xác và tốc độ hội tụ của x tại (a/2,a/2,h/2) của tấm composite chịu tải trọng hình sin cho bởi các PTHH trơn ứng với a/h = 4 và 100.8: Độ chính xác và tốc độ hội tụ của yz tại (a/2,0,0) của tấm composite chịu tải trọng hình sin cho bởi các PTHH trơn ứng với a/h = 4 và 100 .9: Tấm composite 4 lớp chịu tải trọng hình sin .10: Độ chính xác và tốc độ hội tụ của độ võng tại (a/2,a/2,0) của tấm composite 4 lớp chịu tải hình sin cho bởi các PTHH trơn ứng với a/h = 4 và 100 .11: Độ chính xác và tốc độ hội tụ của x tại (a/2,a/2,h/2) của tấm composite 4 lớp chịu tải hình sin cho bởi các PTHH trơn ứng với a/h = 4 và 100 .43 x Luan van Hình 4.