Luận Án Tiến Sĩ Về Phân Tích Tính Ổn Định Kết Cấu Dầm Bơm Hơi Vật Liệu Composite

• Tác giả: Phan Thi Dang Thu
• Người hướng dẫn: Assoc. Phan Dinh Huan
• Trường học: Hcm City University Of Technology And Education
• Chuyên ngành: Mechanical Engineering
• Đề tài: Phân Tích Tính Ổn Định Kết Cấu Dầm Bơm Hơi Composite
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hcm City

• LÝ LỊCH CÁ NHÂN
• ORIGINALITY STATEMENT
• ACKNOWLEDGEMENTS
• ABSTRACT
• 1. CHAPTER 1: INTRODUCTION
• 1.1. Motivation of the thesis
• 1.2. The objectives and scope of the study
• 1.3. Outline of the thesis
• 1.4. Original contributions of the thesis
• 1.5. Significances of the thesis
• 2. CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW
• 2.1. An overview of fibous composite materials
• 2.2. Advantages of composite
• 2.3. Practical applications of inflating composite structures
• 2.3.1. Civil engineering and architecture
• 2.3.2. Other fields of application
• 2.4. Analyses of inflating structures
• 3. CHAPTER 3: THEORETICAL FORMULATIONS
• 3.1. Overview and basics of Isogeometric Analysis
• 3.2. Advantages of IGA in comparison with FEM
• 3.3. Disadvantages of IGA
• 3.4. B-Spline Basis Functions
• 3.5. NURBS-based elements for IGA
• 3.6. Isogeometric Analysis versus Classical Finite elementing Analysis
• 3.7. Cotinnum-based governign equations of stability problems of inlfating beams
• 3.8. Mathematical description of inflating beams
• 3.9. Virtual work principle
• 4. CHAPTER 4: IGA-BASED BUCKLING ANALYSIS OF INFLATING COMPOSITE BEAMS
• 4.1. IGA-based formulations for the buckling problems of inflating composite beams
• 4.2. Linear eigen buckling
• 4.3. Implementation of an iterative algorithm in solving nonlinear model
• 4.4. Linear buckling analysis
• 4.4.1. Simply-supported beam
• 4.4.2. Fixed – Free beam
• 4.5. Simply-supported beam
• 4.6. Fixed-free beam
• 5. CHAPTER 5: BUCKLING EXPERIMENTS OF INFLATING BEAMS
• 5.1. Material properties and selection of fabrics
• 5.2. The woven fabric materials
• 5.3. Mechanical properties of woven fabric composites
• 5.4. Test of joint’s durable strength
• 5.4.1. Glued joint PVC 1cm
• 5.4.2. Glued joint PVC 1cm thermal
• 5.4.3. Glued joint PVC 2cm thermal
• 5.4.4. Glued joint PVC 2.5 cm with thermal attachment
• 5.5. Inflatable beam specimens
• 5.6. Buckling test set-up
• 5.7. Experimental results and discussion
• 5.7.1. Load vs displacement u relation of beam at pressure
• 5.7.1.1. Beams inflated with different air pressures
• 5.7.1.2. Comparison of 3 beams at pressure p = 80 kPa
• 5.7.2. Load vs displacement v relation of beam at pressure
• 5.7.2.1. Beams inflated with different air pressures
• 5.7.2.2. Comparison of 3 beams at pressure p = 80 kPa
• 5.7.3. Comparison between experimental and IGA numerical methods
• 6. CHAPTER 6: CONCLUSIONS AND FURTHER STUDIES
• LIST OF PUBLICATIONS

I. Giới thiệu

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích tính ổn định của kết cấu dầm bơm hơi composite. Dầm bơm hơi composite là một loại kết cấu mới, có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, hàng không và vũ trụ. Mục tiêu chính của nghiên cứu là xác định tính ổn định của dầm composite khi chịu tải trọng nén trục. Phương pháp phân tích kết cấu được sử dụng là Isogeometric Analysis (IGA), cho phép mô hình hóa chính xác các đặc tính hình học và cơ học của dầm. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về tính ổn định của dầm bơm hơi mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong thực tiễn.

II. Tính toán kết cấu dầm

Phân tích kết cấu dầm bơm hơi composite yêu cầu một phương pháp tính toán chính xác. Trong nghiên cứu này, tính toán kết cấu được thực hiện dựa trên nguyên lý kinh nghiệm Timoshenko. Mô hình 3D của dầm được xây dựng với sự chú ý đến phi tuyến tính hình học. Các phương trình cân bằng phi tuyến được thiết lập dựa trên nguyên lý công việc ảo. Việc sử dụng các hàm cơ sở NURBS trong IGA giúp cải thiện độ chính xác của mô hình. Kết quả cho thấy rằng mô hình này có thể dự đoán chính xác tải trọng tới hạn mà tại đó dầm bắt đầu xuất hiện nếp gấp.

III. Phân tích ứng suất trong dầm

Phân tích ứng suất trong dầm là một phần quan trọng trong việc đánh giá tính ổn định của dầm bơm hơi composite. Nghiên cứu đã thực hiện các thí nghiệm biaxial để xác định các đặc tính cơ học của vật liệu composite. Kết quả cho thấy rằng ứng suất trong dầm thay đổi theo áp suất bơm hơi. Đặc biệt, tải trọng tối đa mà dầm có thể chịu được liên quan chặt chẽ đến sự xuất hiện của nếp gấp đầu tiên. Việc xác định tải trọng tới hạn là rất quan trọng để đảm bảo an toàn trong thiết kế và ứng dụng của dầm bơm hơi.

IV. Thí nghiệm và kết quả

Thí nghiệm được thực hiện để kiểm tra tính ổn định của dầm bơm hơi composite dưới các áp suất khác nhau. Kết quả thí nghiệm cho thấy sự tương đồng giữa các dự đoán từ mô hình IGA và kết quả thực nghiệm. Đặc biệt, đồ thị tải trọng so với độ lún cho thấy rõ ràng sự khác biệt trong hành vi của dầm khi áp suất thay đổi. Sự xuất hiện của nếp gấp đầu tiên được ghi nhận và phân tích kỹ lưỡng. Những phát hiện này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong thiết kế và chế tạo dầm bơm hơi.

V. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tính ổn định của kết cấu dầm bơm hơi composite có thể được phân tích hiệu quả thông qua phương pháp IGA. Các kết quả thu được từ thí nghiệm và mô hình hóa cho thấy rằng dầm composite có khả năng chịu tải tốt và có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa thiết kế dầm và mở rộng ứng dụng của dầm bơm hơi trong các lĩnh vực như xây dựng và hàng không. Việc nghiên cứu sâu hơn về vật liệu composite và các phương pháp phân tích mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của các kết cấu này.