I. Tính Cấp Thiết Của Đề Tài
Vật liệu composite là loại vật liệu bao gồm hai hoặc nhiều hơn các vật liệu thành phần, chúng kết hợp với nhau ở mức độ vĩ mô và không hòa tan lẫn nhau. Một thành phần gọi là vật liệu tăng cường, một thành phần gọi là vật liệu nền. Vật liệu tăng cường có thể có dạng sợi, hạt, miếng nhỏ. Vật liệu nền thường là liên tục. Chẳng hạn bê tông được tăng cường bằng sợi thép, nhựa epoxy được tăng cường bởi sợi cac-bon. Với trọng lượng nhẹ, sở hữu độ bền và độ cứng riêng cao, có khả năng chịu va đập và chịu ăn mòn tốt hơn vật liệu truyền thống (kim loại), vật liệu composite được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: công nghiệp hàng không, công nghiệp ô tô, giao thông vận tải, công nghiệp đóng tàu, xây dựng dân dụng. Tính dị hướng tự nhiên của vật liệu composite thể hiện qua đặc trưng cơ học và khả năng chịu nhiệt được tạo nên bởi các tính chất khác biệt của sợi và nền. Bằng công nghệ chế tạo, lựa chọn tỉ lệ các vật liệu thành phần và cấu hình thích hợp ta có thể tạo ra một loại vật liệu composite có những đặc tính theo yêu cầu của người sử dụng. Các kết cấu composite thường có dạng nhiều lớp, các lớp gắn kết với nhau một cách hoàn hảo sao cho không xảy ra sự trượt tương đối, sự bong tách giữa các lớp. Tấm và vỏ composite lớp, đặc biệt là tấm và vỏ có gân gia cường được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như: hàng không vũ trụ, đóng tàu, ô tô, xây dựng dân dụng và công nghiệp, giao thông vận tải. Cùng với sự gia tăng ứng dụng của vật liệu mới nói chung và vật liệu composite nói riêng ở Việt Nam, để có thể tối ưu hóa tính toán và thiết kế các kết cấu bằng vật liệu composite thì hiểu biết về ứng xử cơ học của chúng luôn là một thách thức.
II. Mục Tiêu Nghiên Cứu
Mục tiêu nghiên cứu của luận án bao gồm việc xây dựng các phương trình chủ đạo và thuật toán giải bài toán tĩnh và bài toán dao động riêng của vỏ thoải composite lớp có gân gia cường bằng kỹ thuật san đều tác dụng gân của Lekhnitskii. Nghiên cứu cũng hướng đến việc xây dựng thuật toán, mô hình phần tử hữu hạn phân tích tĩnh và dao động riêng trên cơ sở lý thuyết vỏ bậc nhất, sử dụng phần tử vỏ 3D suy biến mô phỏng đồng thời phần tử vỏ và phần tử gân của panel cầu và panel trụ composite lớp có gân gia cường. Cuối cùng, viết chương trình tính trên nền Matlab để khảo sát ảnh hưởng của các tham số kích thước, tham số vật liệu, cấu hình các lớp đến độ võng và tần số dao động riêng của panel cầu và panel trụ composite lớp có gân gia cường.
III. Phương Pháp Nghiên Cứu
Phương pháp nghiên cứu được chia thành hai phần chính: phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn. Phương pháp giải tích sử dụng lý thuyết biến dạng cắt bậc nhất để thiết lập các phương trình chủ đạo và thuật toán giải bài toán tĩnh và bài toán dao động riêng của kết cấu vỏ thoải composite lớp hai độ cong có gân gia cường bằng kỹ thuật san đều tác dụng gân của Lekhnitskii. Phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng để xây dựng thuật toán, mô hình phần tử hữu hạn và chương trình tính nhằm phân tích tĩnh và dao động riêng trên cơ sở lý thuyết biến dạng cắt bậc nhất, sử dụng phần tử vỏ 3D suy biến mô phỏng đồng thời phần tử vỏ và phần tử gân của panel cầu/trụ composite lớp có gân gia cường.
IV. Tổng Quan Vấn Đề Nghiên Cứu
Chương này trình bày tóm tắt về vật liệu, kết cấu composite và ứng dụng; tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về phân tích tĩnh và dao động riêng của kết cấu vỏ composite lớp không gân và có gân gia cường. Trên cơ sở phân tích các công trình và tài liệu khoa học, luận án đã hệ thống hóa lại những vấn đề đã được nghiên cứu và những điều đang bỏ ngỏ, cần tiếp tục nghiên cứu. Từ đó, tác giả luận án đề xuất hướng nghiên cứu, mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu.
V. Kết Quả Nghiên Cứu
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng kỹ thuật san đều tác dụng gân của Lekhnitskii cho phép thiết lập lời giải giải tích cho độ võng và tần số dao động riêng của vỏ thoải composite lớp hai độ cong có gân gia cường. Các mô hình phần tử hữu hạn được xây dựng cho panel cầu và panel trụ composite lớp có gân gia cường đã cho kết quả kiểm chứng với một số kết quả đã công bố trên các tạp chí chuyên ngành uy tín. Điều này chứng tỏ tính khả thi và hiệu quả của phương pháp nghiên cứu được áp dụng.
