I. Tổng quan
Trong bối cảnh hiện nay, việc nghiên cứu và phát triển các loại vật liệu mới là rất cần thiết. Tấm composite nhiều lớp đã trở thành một trong những lựa chọn hàng đầu trong ngành xây dựng. Chúng không chỉ có độ bền cao mà còn nhẹ, giúp giảm tải trọng cho các kết cấu. Tuy nhiên, việc phân tích và tính toán các kết cấu tấm này gặp nhiều thách thức do tính phức tạp của chúng. Để giải quyết vấn đề này, lý thuyết biến dạng cắt bậc cao (HSDT) đã được phát triển, cho phép mô phỏng chính xác hơn các ứng suất và biến dạng trong tấm. Việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) trong phân tích kết cấu tấm composite là một bước tiến quan trọng, giúp cải thiện độ chính xác và hiệu quả tính toán.
II. Cơ sở lý thuyết
Lý thuyết biến dạng cắt bậc cao (HSDT) được xây dựng dựa trên các giả định về chuyển vị và biến dạng trong tấm. Trường chuyển vị được mô tả bằng các hàm bậc cao, cho phép tính toán chính xác hơn các ứng suất cắt và biến dạng. Các thành phần ứng suất trong tấm được xác định thông qua mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng, giúp hiểu rõ hơn về hành vi của tấm composite dưới tác động của tải trọng. Việc sử dụng phần tử tam giác 3 nút MITC3 trong phân tích giúp khắc phục hiện tượng khóa cắt, một vấn đề thường gặp trong các tấm có chiều dày mỏng. Kỹ thuật khử khóa cắt MITC đã được chứng minh là hiệu quả trong việc cải thiện độ chính xác của các kết quả tính toán.
III. Phương pháp phân tích
Phương pháp phần tử hữu hạn trơn (NS-FEM) được áp dụng để phân tích kết cấu tấm composite nhiều lớp. Kỹ thuật này cho phép tính toán các ứng suất và biến dạng một cách chính xác hơn bằng cách sử dụng các hàm xấp xỉ liên tục. Các ví dụ số được thực hiện để kiểm chứng tính hiệu quả và độ chính xác của phương pháp. Kết quả thu được từ phương pháp NS-MITC3 được so sánh với các phương pháp khác đã được công bố, cho thấy sự cải thiện đáng kể trong việc dự đoán hành vi của tấm composite dưới tải trọng. Việc sử dụng ngôn ngữ lập trình MATLAB trong tính toán giúp tối ưu hóa quy trình và nâng cao khả năng phân tích.
IV. Kết quả và thảo luận
Kết quả phân tích cho thấy rằng phương pháp NS-MITC3 mang lại độ chính xác cao trong việc dự đoán ứng suất và biến dạng của tấm composite. Các ví dụ số cho thấy sự tương đồng giữa kết quả tính toán và các kết quả thực nghiệm, chứng minh tính khả thi của phương pháp. Việc áp dụng lý thuyết biến dạng cắt bậc cao trong phân tích kết cấu tấm không chỉ giúp cải thiện độ chính xác mà còn mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu và ứng dụng vật liệu composite trong xây dựng. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các kết cấu chịu tải trọng lớn mà vẫn đảm bảo tính nhẹ và bền vững.
