Chương 1 nêu phần mở dau, mục tiêu của luận văn và cấu trúc của luận văn. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ở trong và ngoài nước có liên quan đến luận văn được trình bày trong chương 2. Chương 3 trình bay cơ sở lý thuyết của Luận văn, mối liên hệ giữa chuyên vị, biến dạng, nội lực và các hàm năng lượng. Qua đó ta thiết lập phương trình chủ đạo của bài toán và chỉ tiết của các ma trận trong phương trình chủ đạo.
Cuối chương 3 giới thiệu phương pháp số để phân tích bài toán dao động tự do và giải phương trình động lực học. Chương 4 khảo sát sự hội tụ qua các ví dụ số, so sánh với các nghiên cứu trước để chứng minh độ chính xác của phương pháp và chương trình tính trong luận văn. Ngoài ra su ảnh hưởng của các thông số bài toán như hệ số phân bố vật liệu, tỉ số giữa chiều dài và chiều cao tiết diện, vận tốc di chuyển của vật di động và khối lượng của vật di động đến chuyển vị và nội lực của dầm cũng được phân tích một cách chỉ tiết trong chương này. Chương 5 trình bày những kết luận và hướng phát triển của đề tài.
Cuối cùng, các chương trình tính được viết bằng ngôn ngữ lập trình MATLAB và các tải liệu tham khảo có liên quan đến đề tài được trình bày ở phân cuôi luận văn. CHƯƠNG 2 TONG QUAN 2. Giới thiệu Chương này giới thiệu tong quan một loại composite đặc biệt được biết như là vật liệu phân lớp chức năng (FGM), trong đó các đặc tính hữu hiệu cua nó thay đối liên tục theo chiều cao tiết diện dé cải thiện tinh năng chịu nhiệt và cơ của vật liệu composite nhiều lớp. Khái niệm, đặc tính va khả năng ứng dụng của FGM được trình bày ở phần đầu của chương, nội dung chính của chương này dùng để giới thiệu tong quan về tình hình nghiên cứu ở trong và ngoài nước có liên quan mật thiết đến dé tai trong luận văn.
Các yếu tô cơ bản thường được dé cập trong bai toán dầm cũng được giới thiệu. Sự khác biệt giữa các yếu tô trong luận văn và các nghiên cứu trước đó được so sánh chi tiết trong phân cuôi chương này. Vật liệu phân lớp chức năng 2. Khái niệm và đặc tính Vật liệu Composite hiện đang được ứng dụng rat rong rai trong cac nganh công nghiệp tiên tiễn trên thế giới như: hang không, vũ trụ; đóng tau; 6 tô, cơ khí, xây dựng, đồ gia dụng.
do có nhiều ưu điểm nỗi trội so với kim loại: nhẹ, độ bên, mô đun đàn hồi cao, khả năng cách nhiệt, cách âm tốt. Vật liệu Composite là loại vật liệu được tô hợp từ 2 pha vật liệu khác nhau, có tính chất rất khác nhau. Vật liệu composite lớp là loại được sử dụng phố biến, những lớp vật liệu đàn hồi đồng nhất gan kết với nhau nham nâng cao đặc tính cơ học. Tuy nhiên, sự thay đôi đột ngột đặc tính vật liệu tại mặt tiếp giáp giữa các lớp dễ phát sinh ứng suất tiếp xúc lớn tại mặt này gây tách lớp.
Một trong những giải pháp khắc phục nhược điểm này của vật liệu composite lớp là sử dụng vật liệu phân lớp chức năng - Functionally Graded Materials (FGM). Vật liệu phân lớp chức năng (FGM) được định nghĩa là một loại composite mà các đặc tính vật liệu biến đổi liên tục từ mặt này sang mặt khác do đó làm giảm ứng suất tập trung thường gặp trong các loại composite lớp. Sự thay doi dan dan đặc tính của vật liệu sẽ làm giảm ứng suất nhiệt, ứng suất tập trung và ứng suất dư. Vật liệu phân lớp chức năng là một tổ hợp các thành phan vật liệu khác nhau gọi là các Maxel (thép, Mg;Si, gốm, Ni, Cr, Co, AI.) phân bố trong không gian khối vật liệu theo một trật tự nhất định.
Băng cách bố trí các thành phân hợp thành theo một hướng thống nhất, các thành phan nay là các vat liệu ở thé khong đồng nhất cực nhỏ và được làm từ các thành tố đắng hướng như kim loại, gốm nên vật liệu phân lớp chức năng dễ tạo ra các kết cầu tam, vỏ được ứng dụng ở những nơi có sự thay đổi nhiệt độ lớn, đảm bảo 6n định hình dang, chịu va cham, mai mòn hay rung động. Ké từ nghiên cứu chế tạo thử nghiệm năm 1984 tại Nhật Ban với mục tiêu là lam tam, vỏ chịu nhiệt và cách nhiệt. Vật liệu phân lớp chức năng (FGM) thường được ứng dụng nhiều trong những môi trường có điều kiện làm việc khắc nghiệt như lá chan nhiệt của tàu vũ tru, cây chép sinh học, các bộ phận động cơ, các thiết bị tiếp xúc với nguồn điện công suất lớn. Các kết cấu dạng tam, vỏ là các kết cấu được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hàng không (khung, dầm máy bay, vỏ cabin, khoang hành ly,.); công nghiệp tàu thủy (than, vỏ tau,.); công nghiệp xây dựng (xà, dầm, khung cửa, mái vòm, mái che,.); các hệ thống cơ nhiệt (xylanh, ống xả, đường ống, .); CÁC kết cấu chịu mài mòn (băng tải, 6 trục,.) Ngoài ra ứng dụng hiện nay của vật liệu FGM bao gồm: Kết cau tường kết hợp hai hay nhiều loại chức năng bao gồm nhiệt và sự cách âm.
Các dụng cụ thể thao như gay golf, vợt tennis, van trượt được kết hợp thêm các đặc tính chức năng như tính dan hỏi, tính dẻo, độ cứng. Lớp bọc ngoai cho các xe hơi với đặc tính chức năng lớp bọc ngoài với hạt nhu là hạt dioxit/ mica. Các loại kết cấu phân lớp chức năng: a) Kết cau phân lớp chức năng từng tang: Ví dụ như bộ phận đánh lửa với đặc trưng vật liệu thay đối từ thành phan chịu lửa ceramic sang thành phan metal. b) Kết cấu phân lớp chức năng liên tục: Ví dụ như xương người có đặc trưng vật liệu thay đối trong thành phần xốp và cấu trúc.
Thay đổi trong thành phan xOp xảy ra ngang qua xương vì những mach máu nhỏ bên trong xương. Đặc trưng phân lớp mong muốn có thé được thiết kế điều khiển bằng kết cau bán dẫn, định hướng bán dẫn, đường kính hạt, tính chất liên kết. Kết cau phân lớp chức năng từng tang d. Kết cấu phân lớp chức năng liên tục Hình 2.2: Các loại kết câu phân lớp chức năng Hình 2.
Functionally Graded Material: Design, Processing and Applications. Dordrecht/ Boston/ London: Kluwer Academic. e Ưu điểm của vật liệu FGM: - Áp dụng nhiều loại vật liệu có chức năng khác nhau trong cùng một vật liệu. - Khả năng điêu khiên biên dạng, ứng xử động, chịu hao mòn, ăn mòn,.
Khả năng thiệt kê chịu được môi trường khac nghiệt khác nhau. - Kha năng loại bỏ tập trung ứng suất. - Két hợp nhiêu đặc tính ưu điêm của các vật liệu khác nhau sử dụng trong cùng một vật liệu (ví dụ như ceramic và metal) như là điện trở, su Oxi hóa, độ bên, khả năng kết dính. e Nhược điểm của vật liệu FGM: sản xuất hàng loạt, kiểm tra chất lượng, giá thành.
FGM kết hợp từ 2 loại vật liệu khác nhau, và hiện nay thường gặp nhất là gốm (ceramie) ở một mặt và kim loại (metal) ở mặt còn lại. Trong đó, gốm có đặc tính chịu nhiệt cao, chống hao mòn, chống oxy hóa cao và dẫn nhiệt thấp; kim loại có khả năng chịu lực tốt, tính déo dai cao va khả năng dẫn nhiệt cao. FGM kết hợp từ 2 vật liệu này có ưu điểm của cả 2 loại vật liệu và giảm nhược điểm của từng loại vật liệu. Vì khả năng ứng dụng rộng rãi của FGM trong nhiều lĩnh vực do đó có rất nhiêu nghiên cứu ứng xử của các kết câu sử dụng vật liệu FGM thời gian gan đây.
Sơ lược về tình hình nghiên cứu Kết cầu làm băng vật liệu FGM đã thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học trên thế giới kế cả trong lĩnh vực xây dựng thông qua việc phân tích ứng xử của tam và dam FGM. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện phân tích các ứng xử tĩnh và ứng xử động của kết cau bang vật liệu FGM. Ngoài ra van dé kết cấu chịu tải trọng chuyển động cũng được nhiều nhà khoa học quan tâm. Tải trọng di động là vấn đề thường gặp trong động lực học công trình.
Nghiên cứu tải trọng di động có ý nghĩa quan trọng đến lĩnh vực giao thông. Ví dụ các kết cau chịu khối lượng di động như cầu, dầm cầu trục, đường cáp treo, đường ray, đường bộ, đường băng, đường ham. Có nhiêu nghiên cứu về ứng xử 10 động của câu đường sat, cau đường bộ chịu tải trọng di động. Két câu dâm được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực kỹ thuật như xây dựng, máy móc và hàng không vũ trụ.
Vì tính thực tê, vân đề này cũng được đưa vào nghiên cứu các kêt câu băng vật liệu FGM. Dehestani và các cộng sự (2009) [3] Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ giới han đến van đề khối lượng di động trên dầm. Khối lượng di động có kế đến quán tính của khối lượng có ý nghĩa quan trọng ảnh hưởng đến ứng xử động của kết cau. Ảnh hưởng quán tính ngang là một chủ đề thú vi trong ứng xử động của cau, thiết kế đường sắt và các ứng dụng công trình khác.
Trong nghiên cứu một phương pháp số được áp dụng để xác định ứng xử động của dầm mang khối lượng di động với các điều kiện biên khác nhau. Ảnh hưởng tốc độ của khối lượng di động với các điều kiện biên khác nhau được khảo sát chỉ tiết. Kết quả số cũng chỉ ra răng tốc độ của khối lượng di động có ảnh hưởng trực tiếp đến ứng xử động kết cau công trình, phụ thuộc vào các điều kiện biên khác nhau. Tốc độ giới hạn trong mô hình khối lượng di động được giới thiệu và thu được kết quả số trong các điều kiện biên khác nhau.
Sankar và các công sự (2001-2002) [16][17] Nghiên cứu dam phân lớp chức năng chịu lực ngang. Mô đun đàn hồi Young của dầm được tính toán theo qui luật hàm số mũ dọc theo chiều day, hệ số Poisson không đổi. Phương trình đàn hồi biểu diễn theo sự biến thiên hàm số mũ của hệ số độ cứng đàn hồi. Ly thuyét dầm Euler — Bernoulli duoc phát triển dựa trên giả định mặt cat ngang trước biến dạng vuông góc với trục trung hòa, sau bién dạng cũng vuông góc với trục trung hòa.
Ứng suất và chuyển vị được tìm thấy phụ thuộc vào thông số không thứ nguyên cho sự biến thiên mô đun đàn hồi Young dầm FG. Ta cũng thấy răng lý thuyết dầm phù hợp cho dầm dai, mảnh chịu lực ngang biến thiên. Ứng suất tập trung xuất hiện dầm ngắn hoặc dầm day.