I. Giới thiệu
Nghiên cứu hiện tượng phá hoại cục bộ trong kết cấu dầm và tấm bằng vật liệu bán giòn là một lĩnh vực quan trọng trong kỹ thuật xây dựng. Các vật liệu như bê tông và đá vôi thường không hoàn toàn giòn, nhưng chúng có hành vi gần giống như vật liệu giòn khi chịu tải. Mô hình hóa hiện tượng này giúp dự đoán hành vi của kết cấu trong thực tế. Mô hình phá hoại cục bộ cổ điển có ưu điểm là tính toán đơn giản, nhưng lại gặp khó khăn trong việc hội tụ và phụ thuộc vào mật độ lưới chia. Do đó, nhiều mô hình phi cục bộ đã được đề xuất để khắc phục những nhược điểm này. Tuy nhiên, việc áp dụng các mô hình này thường dẫn đến chi phí tính toán cao và kết quả không chính xác về bề rộng vùng hư hại.
1.1. Tình hình nghiên cứu
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc mô phỏng hiện tượng phá hoại cục bộ cần phải xem xét đến các yếu tố như năng lượng phá hủy và kích thước phần tử. Mô hình phi cục bộ thường dẫn đến dự đoán bề rộng vùng hư hại lớn hơn thực tế. Việc sử dụng tham số kích thước để điều chỉnh bề rộng vùng hư hại đã được nghiên cứu, nhưng vẫn gặp khó khăn trong việc giảm chi phí tính toán. Mô hình trường pha cũng đã được đề xuất, nhưng chưa hoàn toàn phù hợp với các vật liệu bán giòn. Do đó, việc cải tiến mô hình phá hoại cục bộ là cần thiết để nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong dự đoán hành vi của kết cấu.
II. Mô hình hóa và phân tích
Mô hình hóa hiện tượng phá hoại cục bộ được thực hiện thông qua việc sử dụng các phương pháp tính toán hiện đại. Mô hình cải tiến đề xuất sử dụng biến dạng tương đương theo bi-energy norm, một tiêu chuẩn mới giúp phản ánh tốt hơn ứng xử của vật liệu bán giòn. Biến dạng này được xác định dựa trên năng lượng biến dạng lớn nhất, với sự điều chỉnh để xem xét đặc tính chịu nén tốt hơn chịu kéo của vật liệu. Việc áp dụng mô hình này không chỉ giúp giảm thiểu chi phí tính toán mà còn nâng cao độ chính xác trong dự đoán hành vi của kết cấu. Kết quả từ các ví dụ số sẽ được so sánh với kết quả thực nghiệm để xác nhận tính chính xác của mô hình.
2.1. Phân tích ứng suất và biến dạng
Phân tích ứng suất và biến dạng trong kết cấu dầm và tấm sử dụng vật liệu bán giòn là một phần quan trọng trong nghiên cứu. Các phương trình cơ bản của cơ học vật rắn biến dạng được áp dụng để mô tả hành vi của vật liệu dưới tải trọng. Mô hình hóa ứng suất và biến dạng giúp xác định mức độ hư hại tại các điểm khác nhau trong kết cấu. Việc sử dụng phần tử đa giác trong mô hình hóa cho phép tăng độ chính xác và giảm số lượng phần tử cần thiết, từ đó giảm thiểu chi phí tính toán mà vẫn đảm bảo tính chính xác trong dự đoán.
III. Kết quả và thảo luận
Kết quả từ mô hình hóa cho thấy rằng mô hình cải tiến có khả năng dự đoán chính xác hơn về hiện tượng phá hoại cục bộ so với các mô hình truyền thống. Các ví dụ số cho thấy rằng việc áp dụng biến dạng tương đương theo bi-energy norm giúp cải thiện đáng kể độ chính xác trong việc xác định vùng hư hại. So sánh với các kết quả thực nghiệm cho thấy mô hình cải tiến có thể dự đoán chính xác hơn về bề rộng và hình dạng của vùng hư hại. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế và đánh giá độ an toàn của các kết cấu sử dụng vật liệu bán giòn.
3.1. Ứng dụng thực tiễn
Mô hình hóa hiện tượng phá hoại cục bộ có thể được áp dụng rộng rãi trong ngành xây dựng, đặc biệt là trong thiết kế các công trình sử dụng vật liệu bán giòn. Việc hiểu rõ hành vi của vật liệu dưới tải trọng giúp các kỹ sư đưa ra các giải pháp thiết kế an toàn và hiệu quả hơn. Mô hình cải tiến không chỉ giúp dự đoán chính xác hơn mà còn giảm thiểu chi phí tính toán, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng trong thực tế. Các nghiên cứu tiếp theo có thể mở rộng mô hình này để áp dụng cho các loại vật liệu khác và các điều kiện tải trọng khác nhau.
