Chương 1: GIỚI THIỆU 1 1.Giới thiệu chung 1 1. Mô hình khônglưới 1 1. Phân tích giới hạn 4 1. Tình hình phát triển phương pháp Mô hình không lưới cân bằng và phân tích giới hạn trên thế giới 5 1.
Tình hình phát triển phương pháp Mô hình không lưới cân bằng và phân tích giới hạn ở Việt Nam 6 1. Mục tiêu nghiên cứu 7 1. Quy mô nghiên cứu 7 1. Nhiệm vụ thực hiện trong luận văn 7 1.
Cấu trúc của luận văn 8 1. Các chương trình hỗ trợ tính toán 9 V Chương 2: cơ SỞ LÝ THUYẾT 10 2. Đối tượng nghiên cứu 10 2. Định đề Drucker - Giả thiết về tính ổn định của vật liệu tái bền 11 2.
Luật chảy dẻo kết hợp 12 2. Tiêu chuẩn chảy dẻo von Mises 13 2. Bài toán ứng suất phẳng 15 2. Bài toán biến dạng phẳng 15 2.
Hàm xấp xỉ ứng suất-Hàm Airy 17 2. Lý thuyết phân tích giới hạn 18 2. Lý thuyết phân tích giới hạn 18 2. Định lý cơ bản của lý thuyết phân tích giới hạn 22 2.
Định lý cận dưới 22 2. Định lý cận trên 22 2. Định lý tổ họp 23 2. Phương pháp giải của lý thuyết phân tích trực tiếp tải trọng giới hạn 23 2.
Phương pháp tĩnh học và bài toán tĩnh học sử dụng cận dưới 23 2. Phương pháp động học và bài toán động học sử dụng cận trên 24 2. Áp dụng định lý cận dưới vào bài toán trong luận văn 25 2. Hình nón bậc hai 25 2.
Định nghĩa hình nón 26 2. Các dạng hình nón bậc hai 26 2. Lý thuyết mô hình không lưới cân bằng - Phương pháp Element vi Free Galerkin 27 2. Mô hình không lưới - Phương pháp Element Free Galerkin (EFG) 27 2.
So sánh miền ảnh hưởng của hai phương pháp FEM và Free 29 2. Qui trình tính toán của hai phương pháp FEM và Free 29 2. Các dạng của phương pháp không lưới 32 2. Tính toán hàm dạng và đạo hàm của nó theo phương pháp EFG 35 2.
Xấp xỉ bình phương cực tiểu (MLS) 36 2. Hàm trọng số 38 2. Miền ảnh hưởng của phương pháp EFG 40 2. Tích phân nút tương thích ổn định (SCNI) 43 2.
Bài toán nghiên cứu 46 2. Phương trình cân bằng trong bài toán 46 2. Bài toán nghiên cứu trong luận văn 47 2. Trường hợp bài toán biến dạng phẳng 48 2.
Trường hợp bài toán ứng suất phẳng 49 2. Qui trình tính toán 50 Chương 3: CÁC ví DỤ SỐ 52 3. Bài toán về tấm có vết nứt đối xứng ở biên - Bài toán biến dạng phẳng 52 3. Bài toán về tấm có vết nứt thẳng ở giữa - Bài toán ứng suất phẳng 58 3.
Bài toán về tấm vuông khoét lỗ vuông ở giữa - Bài toán ứng suất phẳng 62 vii 3. Bài toán về tường dày dạng trụ dưới tác dụng của áp lực phân bố đều bên trong - Bài toán ứng suất phang 65 3. Bài toán biến dạng phẳng cổ điển chịu tải phân bố theo đường (Bài toán Prandtl) - Bài toán biến dạng phẳng 69 Chưong 4: KÉT LUẬN VÀ KIÉN NGHỊ 73 4. Kiến nghị 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 viii DANH MỤC HÌNH VÀ ĐÒ THỊ ----- 0O0----- Trang Hình 2.1: Mô hình vật liệu 11 Hình 2.2: ứng xử của vật liệu theo định đề Drucker 12 Hình 2.3: Luật chảy dẻo kết hợp 13 Hình 2.4: Lực tác dụng lên cấu kiện - Bài toán ứng suất phẳng 15 Hình 2.5: Lực tác dụng lên cấu kiện - Bài toán biến dạng phang 16 Hình 2.6: Mô hình kết cấu 19 Hình 2.7: Nghiệm của bài toán phân tích giới hạn 20 Hình 2.8: Hình nón nguyên thủy và nón đối ngẫu 26 Hình 2.9: Rời rạc hóa miền bài toán 27 Hình 2.10: Lược đồ tính toán của phương pháp EFG do G.Liu thực hiện 28 Hình 2.11: Miền ảnh hưởng của nút 29 Hình 2.12: Qui trình tính toán của hai phương pháp FEMvà MFree 31 Hình 2.13: Hàm xấp xỉ uh(x) trong xấp xỉ bình phương cựctiểu (MLS) 38 Hình 2.14: Miền ảnh hưởng trong phương pháp không lưới 41 Hình 2.15: Xác định kích cỡ miền ảnh hưởng 42 Hình 2.16: cấu trúc vùng Voronoi của hệ bảy nút 44 Hình 2.17: Miền đại diện dùng để tính tích phân nút ổn định của nút đại diện 44 Hình 2.18: Qui trình tính toán của bài toán trong luận văn 51 Hình 3.1: Dạng hình học và tải trọng trong bài toán tấm có vết nứt đối xứng ở biên 52 Hình 3.2: Bố trí nút, vùng voronoi và điều kiện biên của bài toán tấm có vết nứt đối xứng nằm ở biên 53 Hình 3.3: Hệ số tải trọng giới hạn của bài toán ứng với a = L/3 55 Hình 3.4: Hệ số tải trọng giới hạn của bài toán ứng với a = L/2 55 ix Hình 3.5: Hệ số tải trọng giới hạn của bài toán ứng với a = 2L/3 56 Hình 3.6: Dạng hình học và tải trọng trong bài toán tấm có vết nứt thẳng ở giữa 59 Hình 3.7: Bố trí nút, vùng voronoi và điều kiện biên của bài toán tấm có vết nứt thẳng ở giữa tấm 60 Hình 3.8: Hệ số tải trọng giới hạn của bài toán 61 Hình 3.9: Dạng hình học và tải trọng trong bài toán tấm có khoét lồ vuông ở giữa tấm 62 Hình 3.10: Bố trí nút, vùng Voronoi và điều kiện biên của bài toán có khoét lỗ 63 Hình 3.11: Hệ số tải trọng giới hạn của bài toán có khoét lỗ 64 Hình 3.12: Dạng hình học và tải trọng trong bài toán tường dày dạng trụ chịu lực 66 Hình 3.13: Bố trí nút, vùng Voronoi và điều kiện biên của bài toán tường dày 66 Hình 3.14: Hệ số tải trọng giới hạn của bài toán tường dày 67 Hình 3.15: Dạng hình học và tải trọng trong bài toán tải phân bố theo đường 69 Hình 3.16: Bố trí nút, vùng Voronoi và điều kiện biên của bài toán tải phân bố theo đường 70 Hình 3.17: Hệ số tải trọng giới hạn của bài toán tải phân bố theo đường 71 X DANH MỤC BẢNG ----- oOo----- Trang Bảng 3.1: Bảng tính toán số nút trong bài toán cho các trường hợp a=L/3, a=L/2, 2L/3 trong bài toán tấm có vết nứt đối xứng ở biên 53 Bảng 3.2: So sánh các giá trị Ả ứng với số nút và giá trị p = 2,75 trong bài toán tấm có vết nứt đối xứng ở biên 54 Bảng 3.3: So sánh hệ số tải trọng giới hạn của bài toán với các kết quả khác, trường hợp a= 1/3 L, p - 2,75 56 Bảng 3.4: So sánh hệ số tải trọng giới hạn của bài toán với các kết quả khác, trường hợp a= 1 /2 L, p = 2,75 57 Bảng 3.5: So sánh hệ số tải trọng giới hạn của bài toán với các kết quả khác, trường hợp a=2/3 L, p = 2,75 58 Bảng 3.6: Bảng tính toán số nút trong bài toán tấm có vết nứt thẳng ở giữa 59 Bảng 3.7: So sánh các giá trị Ả ứng với số nút và giá trị p = 3,0 60 Bảng 3.8: So sánh hệ số tải trọng giới hạn của bài toán với các kết quả khác 61 Bảng 3.9: Bảng tính toán số nút trong bài toán tấm vuông khoét lỗ vuông ở giữa 63 Bảng 3.10: So sánh các giá trị Ấ ứng với số nút và giá trị p = 2,8 64 Bảng 3.11: So sánh hệ số tải trọng giới hạn của bài toán với các kết quả khác 65 Bảng 3.12: Bảng tính toán sổ nút trong bài toán tường dày dạng trụ 66 Bảng 3.13: So sánh các giá trị Ả ứng với số nút và giá trị p = 3,0 67 Bảng 3.14: So sánh hệ số tải trọng giới hạn của bài toán với các kết quả khác 68 Bảng 3.15 : Bảng tính toán số nút trong bài toán chịu tải phân bố theo đường 69 Bảng 3.16: So sánh các giá trị Ả ứng với số nút và giá trị p = 2,55 70 Bảng 3.17: So sánh hệ số tải trọng giới hạn của bài toán với các kết quả khác 72 xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẲT 0O0 2D : Two Dimensional BE : Boundary Element CS-FEM : Cell-Based Smoothed Finite Element Method DEM : Diffuse Element Method EFG : Element Free Galerkin ES-FEM : Edge-Based Smoothed Finite Element Method FEM : Finite Element Method FS-FEM : Face-Based Smoothed Finite Element Method LRPIM : Local Radial Point Interpolation Method MFree : Mesh Free MLPG : Meshless Local Peytov - Galerkin MLS : Moving Least Squares MWS : Meshfree Weak - Strong NEM : The Natural Element Method NS-FEM : Node-Based Smoothed Finite Element Method RPIM : Meshless radial point interpolation method SCNI : Stablised Confroming Nodal Intergration SGBEM : The Symmetric Galerkin Boundary Element Method SOCP : Second Order Cone Programming SPH : Smooth Particle Hydrodynamics S-FEM : Smoothed Finite Element Method X-FEM : Extended Finite Element Method xii Chưong 1 GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu chung Theo xu hướng phát triển của ngành xây dựng cũng như những ngành khác theo hướng công nghiệp hóa và hiện đại hóa, kết cấu tính toán dạng 2D ngày càng được sử dụng rộng rãi.
Từ đó, việc phát triển các lý thuyết, phương pháp tính toán cũng như việc nghiên cứu ứng dụng chúng vào thực tể ngày càng trở nên cần thiết. Đây là một lĩnh vực được rất nhiều nhà khoa học trên thế giới cũng như ở Việt Nam quan tâm. Đê đạt được kết quả tính toán chính xác, nhanh chóng và tiết kiệm thời gian cho việc xác định tải trọng phá hoại kết cấu thì ngoài những phương pháp thường dùng như: gia tải từng bước, lý thuyết về đường chảy dẻo ., trong tính toán còn có những phương pháp sổ khác được ứng dụng. Các nhà nghiên cứu trên thế giới đã dùng một hoặc nhiều phương pháp số kểt hợp với nhau để tìm ra lời giải tổt nhất, nhanh nhất.
Một trong những phương pháp mà luận văn đề cập đến đó là phương pháp không lưới kết hợp với việc phân tích giới hạn cùng hàm xấp xỉ ứng suất Airy để tìm ra tải giới hạn thông qua hệ số tải trọng giới hạn của bài toán 2D.1 Mô hình không lưới Trong thời gian gần đây, một trong những phương pháp số được ứng dụng rộng rãi và được xem là công cụ hỗ trợ đắc lực, mạnh mẽ để giải quyết các bài toán kỹ thuật là phương pháp phần tử hữu hạn (gọi tắt là FEM). Hàm dạng trong FEM có bậc thấp cho nên khi giải các bài toán về nứt hay về biến dạng lớn ., người nghiên cứu sẽ gặp một số khó khăn. 1 Hiện nay, phương pháp này vẫn được các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu, cải tiến và phát triển với một số dạng mới như: ES-FEM, S-FEM, CS- FEM, NS-FEM, FS-FEM, XFEM. Để hỗ trợ khắc phục những hạn chế vừa nêu trên, một phương pháp nghiên cứu mới được đề cập đến là phương pháp không lưới.