Phân Tích Ứng Xử Bất Ổn Định Của Tấm Tăng Cứng Trong Điều Kiện Chịu Tải Nén Và Áp Lực Ngang

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng phân tích ứng xử bất ổn định của tấm tăng cứng dưới tải nén và áp lực ngang, cung cấp kiến thức chuyên sâu.

• Tác giả: Phạm Thị Anh Phương
• Người hướng dẫn: PGS. Trương Tích Thiện
• Trường học: Trường Đại Học Kinh Tế Công Nghiệp Long An
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Phân Tích Ứng Xử Bất Ổn Định Của Tấm Tăng Cứng Chịu Tải Nén Và Áp Lực Ngang
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Long An

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
• 1.1. Tính cần thiết của đề tài
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.3. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
• 1.4. Kết luận
• 1.5. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.7. Câu hỏi nghiên cứu và giả thuyết nghiên cứu
• 1.8. Phương pháp nghiên cứu
• 1.9. Các khái niệm cơ bản
• 1.9.1. Trạng thái ổn định kết cấu
• 1.9.2. Trạng thái bất ổn định kết cấu
• 1.9.3. Bất ổn định dạng nén
• 1.9.4. Bất ổn định dạng uốn
• 1.9.5. Bất ổn định dạng xoắn
• 1.9.6. Bất ổn định do uốn và xoắn đồng thời
• 1.9.7. Lý thuyết tấm mỏng
• 1.9.7.1. Tấm đẳng hướng
• 1.9.7.2. Tấm Composite
• 2. PHÂN TÍCH BẤT ỔN ĐỊNH VÀ HẬU BẤT ỔN ĐỊNH CỦA TẤM ĐẲNG HƯỚNG
• 2.1. Phân tích bất ổn định tấm chịu nén đơn trục
• 2.2. Thông số vật liệu. Điều kiện biên – tải trọng
• 2.3. Kết quả tính toán
• 2.4. Phân tích hậu bất ổn định tấm chịu tải kết hợp
• 2.4.1. Phân tích tuyến tính
• 2.4.2. Phân tích phi tuyến (biến dạng lớn)
• 3. BẤT ỔN ĐỊNH VÀ HẬU BẤT ỔN ĐỊNH CỦA TẤM VẬT LIỆU COMPOSITE
• 3.1. Phân tích bất ổn định tấm composite chịu nén đơn trục
• 3.2. Phân tích hậu bất ổn định tấm composite chịu tải kết hợp
• 3.2.1. Phân tích tuyến tính (bài toán biến dạng bé)
• 3.2.2. Phân tích phi tuyến (biến dạng lớn)
• 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 4.1. Những ưu điểm chính của luận văn
• 4.2. Những thiếu sót chính của luận văn. Hướng phát triển
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về đề tài

Trong xây dựng hiện đại, tấm tăng cứng là một dạng kết cấu quan trọng, thường được sử dụng trong các công trình kiến trúc. Việc phân tích ứng xử bất ổn định của tấm tăng cứng khi chịu tải nén và áp lực ngang là cần thiết để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả của kết cấu. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng tấm dễ bị mất ổn định khi chịu tác động của lực nén và áp lực ngang. Do đó, việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để phân tích tấm là một hướng đi hợp lý. Luận văn này sẽ sử dụng FEM để phân tích tấm đẳng hướng và tấm composite, từ đó đưa ra các kết quả so sánh với lý thuyết đã có.

1.1. Tính cần thiết của đề tài

Việc sử dụng tấm tăng cứng trong xây dựng hiện đại mang lại nhiều lợi ích, như khả năng chịu lực lớn và giảm trọng lượng. Tuy nhiên, tấm thường mỏng và dễ bị mất ổn định khi chịu tải nén và áp lực ngang. Do đó, nghiên cứu về ứng xử bất ổn định của tấm là rất quan trọng. Các lý thuyết tính toán và phân tích trạng thái ổn định cho dạng kết cấu này cũng phức tạp hơn các dạng kết cấu khác. Việc nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa lý thuyết mà còn có giá trị thực tiễn cao trong thiết kế và thi công các công trình xây dựng.

II. Phương pháp nghiên cứu

Luận văn áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để phân tích ứng xử bất ổn định của tấm tăng cứng. Phương pháp này cho phép mô hình hóa và phân tích các trạng thái khác nhau của tấm dưới tác động của tải nén và áp lực ngang. Các mô hình tấm sẽ được xây dựng trong phần mềm ANSYS, cho phép thực hiện các tính toán phức tạp và so sánh với các kết quả lý thuyết. Việc sử dụng FEM giúp đánh giá chính xác hơn về khả năng chịu lực và ổn định của tấm trong các điều kiện khác nhau.

2.1. Các khái niệm cơ bản

Các khái niệm về tấm, ứng xử bất ổn định, và các loại tải trọng sẽ được làm rõ trong phần này. Tấm được định nghĩa là một kết cấu phẳng, có chiều dày nhỏ so với chiều dài và chiều rộng. Ứng xử bất ổn định xảy ra khi tấm chịu tải nén vượt quá một ngưỡng nhất định, dẫn đến sự biến dạng đột ngột. Các loại tải trọng như tải nén đơn trục và áp lực ngang sẽ được phân tích để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của chúng đến khả năng ổn định của tấm.

III. Kết quả nghiên cứu

Kết quả phân tích cho thấy rằng tấm tăng cứng có khả năng chịu tải nén và áp lực ngang tốt hơn so với các loại tấm khác. Cụ thể, khi có áp lực ngang tác động, tải tới hạn của tấm khi chịu tải nén đơn trục sẽ tăng lên. Điều này cho thấy rằng việc kết hợp tải nén và áp lực ngang có thể cải thiện đáng kể khả năng ổn định của tấm. Các kết quả này được so sánh với lý thuyết và cho thấy sự phù hợp cao, chứng minh tính chính xác của phương pháp FEM trong phân tích ứng xử bất ổn định.

3.1. Phân tích tải tới hạn

Phân tích tải tới hạn cho thấy rằng tấm đẳng hướng có tải tới hạn cao hơn so với tấm composite khi chịu tải nén đơn trục. Kết quả này được xác nhận qua các mô hình tính toán trong ANSYS, cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa hai loại tấm. Việc hiểu rõ về tải tới hạn giúp các kỹ sư có thể thiết kế các kết cấu an toàn và hiệu quả hơn, giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công và sử dụng.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Luận văn đã phân tích thành công ứng xử bất ổn định của tấm tăng cứng chịu tải nén và áp lực ngang. Kết quả nghiên cứu không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong thiết kế kết cấu. Hướng phát triển tiếp theo có thể bao gồm việc mở rộng nghiên cứu sang các loại vật liệu khác và các điều kiện tải trọng phức tạp hơn. Việc áp dụng các công nghệ mới trong phân tích kết cấu cũng sẽ là một hướng đi tiềm năng trong tương lai.

4.1. Những thiếu sót chính của luận văn

Mặc dù đã đạt được nhiều kết quả tích cực, luận văn vẫn còn một số thiếu sót. Việc nghiên cứu chỉ tập trung vào hai loại tấm chính, trong khi còn nhiều loại vật liệu khác có thể được xem xét. Hơn nữa, các điều kiện biên và tải trọng thực tế có thể phức tạp hơn so với mô hình lý thuyết. Do đó, cần có các nghiên cứu tiếp theo để khắc phục những thiếu sót này và mở rộng phạm vi nghiên cứu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực kỹ thuật xây dựng hiện đại, kết cấu dạng tấm mỏng tăng cứng ngày càng được ứng dụng rộng rãi do khả năng chịu lực lớn so với khối lượng vật liệu. Theo ước tính, việc sử dụng tấm tăng cứng giúp giảm trọng lượng kết cấu, từ đó giảm tải trọng lên móng và đẩy nhanh tiến độ thi công, đặc biệt trong các công trình nhà cao tầng với hệ khung thép. Tuy nhiên, tấm mỏng dễ bị mất ổn định khi chịu tải nén đơn trục kết hợp với áp lực ngang, gây ra nguy cơ sụp đổ đột ngột và nghiêm trọng cho kết cấu.

Luận văn thạc sĩ này tập trung phân tích ứng xử bất ổn định và hậu bất ổn định của tấm tăng cứng chịu tải nén và áp lực ngang, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) với phần mềm ANSYS để mô phỏng và so sánh với kết quả giải tích. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi vật liệu tấm đẳng hướng và composite, với mục tiêu xác định tải tới hạn và ảnh hưởng của tải trọng ngang đến khả năng ổn định của tấm. Thời gian nghiên cứu tập trung vào năm 2020 tại trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ an toàn và hiệu quả thiết kế kết cấu tấm mỏng tăng cứng, góp phần phát triển các giải pháp kỹ thuật tối ưu cho ngành xây dựng và công nghiệp vật liệu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết tấm mỏng đẳng hướng và lý thuyết tấm composite. Lý thuyết tấm mỏng đẳng hướng sử dụng các phương trình cân bằng và tương thích biến dạng theo von Karman để mô tả trạng thái ổn định và bất ổn định của tấm dưới tải nén đơn trục và tải phân bố vuông góc. Các khái niệm chính bao gồm:

• Tải tới hạn (Critical load): Giá trị tải trọng tại đó tấm bắt đầu mất ổn định.
• Bất ổn định nén: Ứng xử đột ngột của tấm khi tải nén vượt quá giới hạn chịu tải.
• Hậu bất ổn định (Postbuckling): Ứng xử biến dạng lớn sau khi tấm đã mất ổn định.
• Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Phương pháp số để phân tích ứng xử kết cấu phức tạp.

Đối với tấm composite, luận văn áp dụng lý thuyết tấm composite cổ điển, trong đó ma trận độ cứng màng (A), ma trận uốn màng (B) và ma trận uốn (D) được sử dụng để xác định quan hệ ứng suất – biến dạng. Các phương trình cân bằng và tương thích được mở rộng để phù hợp với tính chất dị hướng của vật liệu composite.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các tài liệu khoa học, bài báo chuyên ngành về kết cấu tấm và phương pháp phần tử hữu hạn, kết hợp với mô phỏng số bằng phần mềm ANSYS. Cỡ mẫu nghiên cứu là mô hình tấm hình chữ nhật với kích thước và thông số vật liệu cụ thể: mô đun đàn hồi 70000 MPa, hệ số Poisson 0.3, kích thước tấm được xác định theo tiêu chuẩn kỹ thuật.

Phương pháp chọn mẫu là mô hình hóa chi tiết tấm đẳng hướng và composite, áp dụng phần tử Shell181 trong ANSYS với các mật độ lưới khác nhau để đánh giá độ chính xác và hội tụ của mô hình. Phân tích được thực hiện theo hai giai đoạn: phân tích tuyến tính (biến dạng nhỏ) và phân tích phi tuyến (biến dạng lớn) nhằm đánh giá tải tới hạn và ứng xử hậu bất ổn định dưới tác động của tải nén đơn trục và tải phân bố vuông góc.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2020, bao gồm giai đoạn thu thập tài liệu, xây dựng mô hình, phân tích số liệu và đối chiếu kết quả với lý thuyết.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tải tới hạn của tấm đẳng hướng chịu nén đơn trục: Kết quả tính toán bằng ANSYS với mật độ lưới 12×48 cho tải tới hạn là 17.15 MPa, sai số so với kết quả lý thuyết chỉ khoảng 1.22%, cho thấy độ chính xác cao của mô hình phần tử hữu hạn.

2. Ảnh hưởng của tải trọng ngang đến tải tới hạn: Trong phân tích biến dạng nhỏ, tải phân bố vuông góc không ảnh hưởng đến tải tới hạn, tuy nhiên trong phân tích biến dạng lớn, tải trọng ngang làm tăng tải tới hạn của tấm đẳng hướng từ 17.15 MPa lên khoảng 16.16 MPa, phù hợp với thực tế.

3. Ứng xử hậu bất ổn định: Các dạng biến dạng mô phỏng cho thấy tấm có thể chịu được biến dạng lớn sau khi mất ổn định ban đầu, với các mode biến dạng đặc trưng được xác định rõ qua mô hình FEM.

4. So sánh tấm đẳng hướng và composite: Tấm composite có tải tới hạn và khả năng chịu tải tốt hơn do tính dị hướng và ma trận độ cứng phức tạp, phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và trọng lượng nhẹ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân tải trọng ngang làm tăng tải tới hạn trong phân tích biến dạng lớn là do sự tương tác phức tạp giữa tải nén và áp lực ngang, làm tăng cứng tổng thể của tấm. Kết quả này khác biệt với phân tích biến dạng nhỏ, nơi giả định tuyến tính không phản ánh đầy đủ ảnh hưởng của tải trọng ngang.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế cho thấy phương pháp phần tử hữu hạn với phần tử Shell181 trong ANSYS là phù hợp và hiệu quả cho bài toán phân tích bất ổn định tấm mỏng. Việc sử dụng mô hình biến dạng lớn giúp cải thiện độ chính xác và phản ánh đúng ứng xử thực tế của kết cấu.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tải nén – chuyển vị dọc trục, biểu đồ sai số theo mật độ lưới và hình ảnh mô phỏng các mode biến dạng trước, trong và sau khi bất ổn định, giúp trực quan hóa quá trình mất ổn định và hậu bất ổn định của tấm.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phân tích biến dạng lớn trong thiết kế: Khuyến nghị các kỹ sư sử dụng mô hình biến dạng lớn để đánh giá chính xác tải tới hạn và ứng xử hậu bất ổn định của tấm tăng cứng, nhằm đảm bảo an toàn kết cấu trong thực tế.

2. Tối ưu mật độ lưới trong mô hình FEM: Đề xuất sử dụng mật độ lưới khoảng 12×48 cho phần tử Shell181 để cân bằng giữa độ chính xác và thời gian tính toán, giúp nâng cao hiệu quả phân tích.

3. Phát triển vật liệu composite: Khuyến khích nghiên cứu và ứng dụng vật liệu composite trong kết cấu tấm tăng cứng để tận dụng ưu điểm về trọng lượng nhẹ và độ bền cao, đồng thời giảm chi phí bảo trì và tăng tuổi thọ công trình.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực phân tích số: Đề xuất tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về phương pháp phần tử hữu hạn và phần mềm ANSYS cho kỹ sư xây dựng, nhằm nâng cao năng lực thiết kế và phân tích kết cấu phức tạp.

Các giải pháp trên nên được thực hiện trong vòng 1-2 năm tới, với sự phối hợp giữa các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu: Nắm bắt kiến thức về phân tích bất ổn định và hậu bất ổn định của tấm tăng cứng, áp dụng vào thiết kế các công trình có kết cấu tấm mỏng chịu tải nén và áp lực ngang.

2. Nhà nghiên cứu vật liệu composite: Hiểu rõ đặc tính cơ học và ứng xử của tấm composite trong điều kiện tải phức tạp, từ đó phát triển vật liệu mới và cải tiến công nghệ sản xuất.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo cho các môn học về kết cấu, phân tích kết cấu và phương pháp phần tử hữu hạn.

4. Doanh nghiệp xây dựng và tư vấn kỹ thuật: Áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao chất lượng thiết kế, đảm bảo an toàn và tối ưu chi phí thi công các công trình sử dụng kết cấu tấm tăng cứng.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp phần tử hữu hạn có phù hợp để phân tích bất ổn định tấm mỏng không?
   Có, phương pháp phần tử hữu hạn với phần tử Shell181 trong ANSYS cho kết quả chính xác, sai số dưới 2% so với lý thuyết, phù hợp cho cả phân tích biến dạng nhỏ và lớn.

2. Tải trọng ngang ảnh hưởng như thế nào đến tải tới hạn của tấm?
   Trong phân tích biến dạng lớn, tải trọng ngang làm tăng tải tới hạn, giúp tấm chịu được tải nén lớn hơn, điều này phản ánh đúng ứng xử thực tế của kết cấu.

3. Ưu điểm của vật liệu composite trong kết cấu tấm là gì?
   Composite có khối lượng riêng nhỏ, độ bền và độ cứng cao, khả năng chống ăn mòn và lão hóa tốt, giúp tăng tuổi thọ và giảm chi phí bảo trì công trình.

4. Mật độ lưới ảnh hưởng thế nào đến kết quả phân tích?
   Mật độ lưới quá thưa làm giảm độ chính xác, quá mịn làm tăng thời gian tính toán không cần thiết. Mật độ lưới 12×48 được xác định là tối ưu cho mô hình tấm đẳng hướng.

5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu cho các loại kết cấu khác không?
   Kết quả chủ yếu áp dụng cho tấm mỏng tăng cứng chịu tải nén và áp lực ngang, tuy nhiên phương pháp và nguyên lý có thể mở rộng cho các kết cấu dạng tấm khác trong xây dựng và công nghiệp.

Kết luận

• Luận văn đã thành công trong việc phân tích ứng xử bất ổn định và hậu bất ổn định của tấm tăng cứng chịu tải nén và áp lực ngang bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
• Kết quả mô phỏng bằng ANSYS có độ chính xác cao, sai số dưới 2% so với lý thuyết, đặc biệt khi sử dụng mật độ lưới phù hợp.
• Tải trọng ngang có ảnh hưởng tích cực đến tải tới hạn trong phân tích biến dạng lớn, giúp tăng khả năng chịu tải của tấm.
• Vật liệu composite thể hiện ưu thế vượt trội về cơ tính so với tấm đẳng hướng, phù hợp cho các ứng dụng kỹ thuật cao.
• Đề xuất áp dụng phân tích biến dạng lớn và tối ưu mật độ lưới trong thiết kế kết cấu tấm tăng cứng để nâng cao độ an toàn và hiệu quả.

Tiếp theo, nghiên cứu có thể mở rộng phân tích các dạng tải phức tạp hơn và ứng dụng vào thiết kế thực tế các công trình lớn. Độc giả và kỹ sư được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến thiết kế và nâng cao chất lượng công trình xây dựng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI. Tính cần thiết của đề tài .1 Tình hình nghiên cứu trong nước. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài.

Mục tiêu nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Câu hỏi nghiên cứu và giả thuyết nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu.

Các khái niệm cơ bản. Trạng thái ổn định kết cấu. Trạng thái bất ổn định kết cấu. Lý thuyết tấm mỏng.

Tấm đẳng hướng. Lý thuyết bất ổn định tấm mỏng chịu tải nén đơn trục. Tấm đẳng hướng. Lý thuyết bất ổn định tấm mỏng chịu tải nén đơn trục và lực theo phương ngang.

Ứng xử biến dạng lớn của tấm. Phân tích bất ổn định của tấm chịu tải kết hợp. Phân tích sau bất ổn định của tấm chịu tải kết hợp .PHÂN TÍCH BẤT ỔN ĐỊNH VÀ HẬU BẤT ỔN ĐỊNH CỦA TẤM ĐẲNG HƯỚNG. Phân tích bất ổn định tấm chịu nén đơn trục .1 Thông số vật liệu.

Điều kiện biên – tải trọng. Kết quả tính toán. Phân tích hậu bất ổn định tấm chịu tải kết hợp. Phân tích tuyến tính .2 Phân tích phi tuyến (biến dạng lớn) .BẤT ỔN ĐỊNH VÀ HẬU BẤT ỔN ĐỊNH CỦA TẤM VẬT LIỆU COMPOSITE.

Phân tích bất ổn định tấm composite chịu nén đơn trục. Phân tích hậu bất ổn định tấm composite chịu tải kết hợp. Phân tích tuyến tính (bài toán biến dạng bé). Phân tích phi tuyến (biến dạng lớn).

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. Những ưu điểm chính của luận văn. Những thiếu sót chính của luận văn. Hướng phát triển.

47 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO`. 48 vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT STT TỪ VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ 1 PP PTHH Phương pháp phần tử hữu hạn 2 3 4 5 viii DANH MỤC VIẾT TẮT TIẾNG ANH STT TỪ VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ 1 FEM Finite element method 2 ANSYS Analysis System ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Trang Bảng 3. Thông số vật liệu tấm đẳng hướng. Kết quả tính toán tải bất ổn định.

Giá trị lực tới hạn của tấm đẳng hướng dưới các tải phân bố. Giá trị tải phân bố thay đổi theo thời gian tác dụng lên tấm đẳng hướng .5: Giá trị tải tới hạn của tấm đẳng hướn trong trường hợp biến dạng lớn. Thông số vật liệu. Các thông số về lớp composite.

Lực tới hạn của tấm composite chịu nén đơn trục. Kết quả tải bất ổn định tương ứng với các mức tải pz. Giá trị lực phân bố thay đổi theo thời gian tác dụng lên tấm đẳng hướng .6: Giá trị lực tới hạn của tấm composite trong trường hợp biến dạng lớn. 43 iv DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 1.

Mô hình tấm chịu nén và bị bất ổn định. Tấm hình chữ nhật chịu tải nén song trục và tải trọng ngang. Các thành phần nội lực trong tấm. Mô hình tấm hình chữ nhật chịu nén đơn trục.

Mối quan hệ giữa hệ số bất ổn định và tỉ lệ kích thước tấm. Mô hình tấm composite. Điều kiện biên mô hình tấm khảo sát. Mô hình tấm khảo sát.

Điều kiện biên bài toán. Mô hình bài toán tấm chịu nén đơn trục. Đồ thị đánh giá mức độ hội tụ lưới của tấm đẳng hướng. Kết quả 4 dạng biến dạng tương ứng với 4 tải bất ổn định đầu tiên.

Dạng bất ổn định thứ nhất tương ứng với các mức tải. Đồ thị mô tả đặt tải phân bố vuông góc theo thời gian. Trường chuyển vị của tấm trước khi bất ổn định. Trường chuyển vị của tấm lúc xảy ra bất ổn định.

Trường chuyển vị của tấm sau khi bất ổn định. Đồ thị tải nén- chuyển vị dọc trục với tải phân bố p0 của tấm đẳng hướng 32 Hình 3. Trường chuyển vị của tấm trước khi bất ổn định. Trường chuyển vị của tấm lúc xảy ra bất ổn định.

Trường chuyển vị của tấm sau khi bất ổn định. Đồ thị tải nén- chuyển vị với tải phân bố p1 của tấm đẳng hướng. Trường chuyển vị của tấm trước khi bất ổn định. Trường chuyển vị của tấm lúc xảy ra bất ổn định.

Trường chuyển vị của tấm sau khi bất ổn định .17: Đồ thị tải nén chuyển vị dọc trục với tải p2 của tấm đẳng hướng. Trường chuyển vị của tấm trước khi bất ổn định. Trường chuyển vị của tấm lúc xảy ra bất ổn định. Trường chuyển vị của tấm sau khi bất ổn định.

Đồ thị tải nén - chuyển vị dọc trục với tải P3 của tấm đẳng hướng. Các mode bất ổn định. Mô hình bài toán. Trường chuyển vị của tấm tương ứng với các mức tải pz.

Dạng biến dạng trước và sau bất ổn định tương ứng với mức tải p0. Dạng biến dạng trước và sau bất ổn định tương ứng với mức tải p1. Dạng biến dạng trước và sau bất ổn định tương ứng với mức tải p2. Dạng biến dạng trước và sau bất ổn định tương ứng với mức tải p3.

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Tính cần thiết của đề tài Trong xây dựng hiện đại ngày nay, các kết cấu dạng tấm hiện đang là một xu hướng phát triển tất yếu trong công trình kiến trúc. Việc sử dụng kết cấu dạng tấm đã tạo ra nhiều lựa chọn cho không gian kiến trúc hiện đại cho con người. Đặc biệt là kết cấu dạng tấm được tăng cứng (Stiffened Panels) với nhiều ưu điểm như khả năng chịu lực lớn (so với khối lượng tấm) nên được sử dụng rất phổ biến trong thực tiễn các ngành công nghiệp và dân dụng.

Ở các nước phát triển như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc… khi xây dựng nhà cao tầng, đặc biệt đối với nhà cao tầng với hệ khung bằng thép, người ta thường sử dụng hệ sàn liên hợp thép – bê tông có sử dụng tấm tôn hình dập nguội (sàn deck). Việc sử dụng hệ sàn này giúp đẩy nhanh hơn thời gian thi công vì đã bớt đi được một số công đoạn trong quá trình thi công so với giải pháp sử dụng dầm sàn truyền thống như tháo lắp cốp pha cột chống, lắp đặt cốt thép cho sàn… Trong nhiều trường hợp do hình dạng hợp lý của tiết diện nên giảm được khối lượng vật liệu, giảm đáng kể trọng lượng bản thân của sàn và các kết cấu phần trên, dẫn tới giảm tải cho móng [1]. Tuy nhiên, loại kết cấu này đòi hỏi quá trình tính toán thiết kế phức tạp. Do kết cấu tấm thường mỏng nên dễ bị mất ổn định khi chịu tác động của lực nén và áp lực ngang.

Các lý thuyết tính toán, phân tích trang thái ổn định cho dạng kết cấu này cũng phức tạp hơn các dạng kết cấu khác.1 Tình hình nghiên cứu trong nước Tại Việt Nam, ổn định kết cấu là một trong những lĩnh vực có sức hấp dẫn lớn đối với nhiều nhà khoa học. Một số thành tựu trong những năm gần đây: - Các tác giả Ngô Như Khoa và Đỗ Tiến Dũng (2007) [2] xây dựng được mô hình phần tử có thể áp dụng cho bài toán kết cấu tấm composite có gân tăng cứng ở 2 dạng tổng quát (kết cấu có số lượng gân bất kỳ, hướng gân không nhất thiết phải song song với các cạnh bên của tấm). - Nguyễn Thị Phương (2014) [3] đã sử dụng lý thuyết vỏ Donnell-Karman và phương pháp san đều tác dụng gân của Leckhnitsky và phương pháp Galerkin để xây dựng hệ thức hiển cho phép tìm tải tới hạn và vẽ đường cong tải - độ võng sau tới hạn để phân tích ổn định phi tuyến tĩnh của vỏ bằng vật liệu có cơ tính biến thiên. - Nguyễn Lê Minh (2015) [4] thực hiện luận văn thạc sỹ “Phân tích ổn định cho tấm chữ nhật bằng phương pháp phần tử hữu hạn trơn với 24 bậc tự do”.

Trong luận văn này, tác giả đã sử dụng phần tử MISQ24 để phân tích ổn định tấm Mindlin-Reissner dưới tác động của nhiều dạng tải trọng. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài Ở nước ngoài, vấn đề ổn định kết cấu được bắt đầu từ công trình nghiên cứu bằng thực nghiệm do Piter Musschenbroek công bố năm 1729 và cho đến ngày nay, vấn đề này vẫn tiếp tục thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. - Năm 1989, Reddy [5] và các đồng sự đã đề xuất phần tử tấm chịu uốn được dùng cho bài toán phân tích bất ổn định và dao động tấm mỏng. Satish Kumar, Madhujit Mukhopadhyay (1990) [6] sử dụng một phần tử tấm gân mới để phân tích ổn định cho kết cấu tấm có gân tăng cứng bằng vật liệu composite lớp, phần tử này là một sự tổ hợp của phần tử tam giác ứng suất phẳng của Allman và một phần tử uốn Mindlin –Kirchhoff rời rạc.

- Kolli và Chandrashekhara (1996) [7] sử dụng phần tử đẳng tham số với các hàm nội suy khác nhau cho tấm và dầm để phân tích ứng xử phi tuyến của tấm gân Composite bằng việc sử dụng phần tử tứ giác 9 nút và phần tử gân 3 nút dựa trên lý thuyết tấm của Mindlin … 1. Kết luận Khi tính toán thiết kế kết cấu, nếu chỉ kiểm tra điều kiện bền và điều kiện cứng không thôi thì chưa đủ để phán đoán khả năng làm việc của kết cấu, đặc biệt là kết cấu tấm mỏng. Khi kết cấu tấm nói chung chịu nén hoặc nén cùng với uốn, tuy tải trọng chưa đạt đến giá trị phá hoại và có khi còn nhỏ hơn giá trị cho phép về điều kiện bền và điều kiện cứng nhưng kết cấu vẫn có thể mất khả năng bảo toàn dạng cân bằng ban đầu. Do đó, việc nghiên cứu ổn định kết cấu tấm là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn và đây là lý do học viên chọn đề tài luận văn thạc sỹ “Phân tích ứng xử bất ổn định của tấm tăng cứng chịu tải nén và áp lực ngang” với sự hướng dẫn của PGS.

Trương Tích Thiện. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của luận văn là Phân tích ứng xử bất ổn định và hậu bất ổn định (postbuckling) cho kết cấu tấm tăng cứng chịu tải trọng nén và áp lực ngang bằng 4 phương pháp phần tử hữu hạn. Cụ thể, luận văn này được thực hiện nhằm đáp ứng 3 mục tiêu sau: - Mục tiêu 1: Nghiên cứu lý thuyết tính toán ổn định tấm mỏng. Tìm các tài liệu, các bài báo liên quan đến bài toán phân tích hậu bất ổn định tấm mỏng.