I. Tổng Quan Ứng Xử Dầm Sandwich Giới Thiệu Mục Tiêu
Chương 1 này trình bày tổng quan về cấu trúc composite, bối cảnh nghiên cứu của luận án. Điểm nổi bật của chương này là: Các ứng dụng của vật liệu composite trong các lĩnh vực kỹ thuật. Tổng quan về các lý thuyết dầm composite. Tổng quan về các phương pháp phân tích và số. Tổng quan về hành vi của tải trọng cơ học - thủy - nhiệt. Mục tiêu và tính mới của luận án. Vật liệu composite với ưu điểm về tỷ lệ độ cứng/trọng lượng và độ bền/trọng lượng cao, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật như hàng không vũ trụ, kỹ thuật cơ khí, xây dựng, v.v. Cấu trúc composite có thể được phân loại thành hai loại chính: cấu trúc composite lớp và cấu trúc biến đổi chức năng.
1.1. Ứng Dụng Vật Liệu Composite Trong Kỹ Thuật
Vật liệu composite, đặc biệt là dầm sandwich, ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Ưu điểm của chúng là khả năng chịu tải cao so với trọng lượng, độ bền vượt trội và khả năng tùy biến để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khác nhau. Từ hàng không vũ trụ đến xây dựng dân dụng, dầm sandwich chứng tỏ vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và độ an toàn của các công trình. Hình 1.1 trong tài liệu gốc cho thấy ứng dụng của vật liệu composite trong kỹ thuật.
1.2. Phân Loại Cấu Trúc Composite Lớp Và Biến Đổi Chức Năng
Cấu trúc composite lớp được tạo thành từ các lớp mỏng liên kết với nhau, với hướng sợi có thể thay đổi để đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất kết cấu. Nhược điểm của các cấu trúc này là sự không liên tục vật liệu tại các giao diện lớp, có thể dẫn đến sự tập trung ứng suất và hiệu ứng phân lớp. Để khắc phục nhược điểm này, các cấu trúc biến đổi chức năng đã được phát triển, trong đó các tính chất của vật liệu thành phần thay đổi liên tục theo một hướng nhất định và do đó không có hiệu ứng giao diện.
II. Thách Thức Nghiên Cứu Ứng Xử Dầm Sandwich Tổng Quan
Các ứng dụng tiềm năng của vật liệu composite trong các lĩnh vực kỹ thuật đã dẫn đến sự phát triển của lý thuyết cấu trúc composite. Các dầm composite là một trong những thành phần kết cấu quan trọng nhất của các công trình kỹ thuật, thu hút nhiều nghiên cứu với các lý thuyết, phương pháp số và phân tích khác nhau. Đối với các mô hình dầm composite, có thể tham khảo các công trình trước đây của Ghugal và Shimpi [1], Sayyad và Ghugal [2] để có cái nhìn tổng quan về các lý thuyết dầm composite.
2.1. Đánh Giá Các Lý Thuyết Dầm Composite Hiện Nay
Nhiều lý thuyết dầm đã được phát triển, có thể chia thành ba loại chính: lý thuyết cổ điển, lý thuyết biến dạng cắt bậc nhất và lý thuyết biến dạng cắt bậc cao. Lý thuyết cổ điển bỏ qua các hiệu ứng biến dạng cắt ngang và do đó chỉ phù hợp với các cấu trúc mỏng. Để khắc phục vấn đề này, lý thuyết biến dạng cắt bậc nhất tính đến hiệu ứng biến dạng cắt ngang, tuy nhiên nó yêu cầu một hệ số điều chỉnh cắt để điều chỉnh sự phân bố không đầy đủ của ứng suất cắt ngang qua chiều dày của nó [3, 4].
2.2. Ưu Điểm Hạn Chế Của Lý Thuyết Biến Dạng Cắt Bậc Cao
Lý thuyết biến dạng cắt bậc cao dự đoán chính xác hơn các lý thuyết khác do phân bố thích hợp của ứng suất cắt ngang. Tuy nhiên, độ chính xác của lý thuyết này phụ thuộc vào việc lựa chọn các hàm hình dạng bậc cao [5, 6]. Ngoài ra, một số tác giả khác đã đề xuất các mô hình và kỹ thuật biến dạng cắt bậc cao để giảm số lượng biến trường. Cách tiếp cận này dẫn đến các lý thuyết biến dạng cắt bậc cao tinh chỉnh, hiệu quả và đơn giản hơn [7-9]. Có thể thấy rằng việc phát triển các mô hình dầm composite đơn giản và hiệu quả là một chủ đề quan trọng được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm.
III. Phương Pháp Phân Tích Dầm Sandwich Phần Tử Hữu Hạn
Ngoài ra, khi xem xét hành vi của dầm ở quy mô nhỏ, các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy hiệu ứng kích thước là rất quan trọng cần được tính đến, điều này dẫn đến sự phát triển của lý thuyết đàn hồi phi cục bộ Eringen [10] để tính đến hiệu ứng tỷ lệ trong đàn hồi, được sử dụng để nghiên cứu sự phân tán mạng lưới của sóng đàn hồi, sự truyền sóng trong vật liệu composite, cơ học trật khớp, cơ học phá hủy và chất lỏng sức căng bề mặt. Sau đó, Peddieson và cộng sự [11] lần đầu tiên áp dụng lý thuyết continuum phi cục bộ vào công nghệ nano, trong đó các biến dạng tĩnh của cấu trúc dầm thu được bằng cách sử dụng mô hình dầm phi cục bộ đơn giản dựa trên lý thuyết đàn hồi phi cục bộ của Eringen [10] và lý thuyết ứng suất cặp sửa đổi (MCST), được phát triển bởi Yang và cộng sự [12] bằng cách sửa đổi lý thuyết ứng suất cặp cổ điển [13-16], có lợi thế vì nó chỉ yêu cầu một tham số tỷ lệ chiều dài vật liệu bổ sung cùng với hai từ continuum cổ điển.
3.1. Lý Thuyết Đàn Hồi Phi Cục Bộ Eringen Tổng Quan
Lý thuyết đàn hồi phi cục bộ của Eringen [10] cho phép tính đến ảnh hưởng của kích thước vật liệu đến tính chất cơ học. Lý thuyết này giả định rằng ứng suất tại một điểm không chỉ phụ thuộc vào biến dạng tại điểm đó mà còn phụ thuộc vào biến dạng tại các điểm lân cận. Điều này đặc biệt quan trọng khi phân tích các cấu trúc nano và micro, nơi các hiệu ứng bề mặt và kích thước trở nên đáng kể. Tài liệu gốc đề cập đến ứng dụng của lý thuyết này trong việc nghiên cứu sóng đàn hồi trong vật liệu composite.
3.2. Ứng Dụng Lý Thuyết MCST Trong Phân Tích Dầm Sandwich
Lý thuyết ứng suất cặp sửa đổi (MCST) được phát triển bởi Yang và cộng sự [12] là một phương pháp khác để tính đến ảnh hưởng của kích thước vật liệu. MCST chỉ yêu cầu một tham số tỷ lệ chiều dài vật liệu bổ sung, giúp đơn giản hóa quá trình tính toán so với các lý thuyết khác. Điều này làm cho MCST trở thành một lựa chọn hấp dẫn để phân tích các cấu trúc micro và nano.
3.3. Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn FEM cho Dầm Sandwich
FEM là một công cụ mạnh mẽ để phân tích các kết cấu phức tạp, bao gồm cả dầm sandwich. FEM cho phép mô phỏng chính xác các đặc tính của dầm sandwich, bao gồm cả sự biến đổi vật liệu và hình dạng. Điều này làm cho FEM trở thành một lựa chọn lý tưởng cho việc thiết kế và tối ưu hóa các dầm sandwich. Chương 6 của tài liệu gốc trình bày một mô hình FEM cho phân tích dầm sandwich.
IV. Ảnh Hưởng Cơ Thủy Nhiệt Đến Ứng Xử Dầm Sandwich Phân Tích
Điều này được trình bày bởi khuôn khổ lý thuyết trong [12] đã chứng minh rằng một… Chương 4 Hygro-thermo-mechanical effects on the static, buckling and vibration behaviors of FGbeams. Chương này sẽ phân tích ảnh hưởng của môi trường cơ nhiệt ẩm đến ứng xử tĩnh, ổn định và dao động của dầm FG. Chương này được chia thành ba phần chính: -Novel Ritz-shape functions for analysis of FG beams with various BCs. -Moisture and temperature distribution. -Numerical results and discussions.
4.1. Hàm Hình Dạng Ritz Mới Cho Phân Tích Dầm FG
Chương 4 đề xuất các hàm hình dạng Ritz mới để phân tích dầm FG với các điều kiện biên khác nhau. Hàm hình dạng Ritz là một công cụ toán học được sử dụng để xấp xỉ nghiệm của các bài toán kỹ thuật. Các hàm hình dạng Ritz mới được thiết kế để cung cấp kết quả chính xác hơn so với các hàm hình dạng truyền thống.
4.2. Phân Bố Độ Ẩm Nhiệt Độ Trong Dầm Sandwich
Chương 4 cũng xem xét sự phân bố độ ẩm và nhiệt độ trong dầm sandwich. Sự phân bố độ ẩm và nhiệt độ có thể ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử của dầm. Chương này trình bày các mô hình toán học để mô tả sự phân bố độ ẩm và nhiệt độ trong dầm.
V. Ảnh Hưởng Kích Thước Đến Ứng Xử Dầm Nano Trong Môi Trường Nhiệt
Chương 5 Size dependent effects on the thermal buckling and vibration behavior of FG beams in thermal environments. Chương này sẽ phân tích ảnh hưởng của kích thước đến sự ổn định nhiệt và rung động của dầm FG trong môi trường nhiệt. Chương này được chia thành ba phần chính: -Geometry of FG beams. -Theory of FG micro and nano beams. -Numerical results and discussions. Với xu hướng thu nhỏ hóa các thiết bị, dầm nano ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khác nhau. Điều này đòi hỏi phải hiểu rõ về ứng xử của dầm nano trong các điều kiện môi trường khác nhau.
5.1. Hình Học Của Dầm FG Ảnh Hưởng Đến Ứng Xử
Hình dạng và kích thước của dầm FG có ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử của nó. Chương 5 xem xét các loại hình học dầm FG khác nhau và phân tích ảnh hưởng của chúng đến ổn định nhiệt và rung động.
5.2. Lý Thuyết Dầm Micro Nano FG Phân Tích Chi Tiết
Chương 5 trình bày lý thuyết dầm micro và nano FG. Lý thuyết này tính đến ảnh hưởng của kích thước vật liệu đến tính chất cơ học. Chương này bao gồm các phương trình động học và biến dạng, cũng như lý thuyết đàn hồi phi cục bộ và lý thuyết ứng suất cặp sửa đổi.
VI. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Tương Lai Về Dầm Sandwich
Chương 7 Conclusions and Recommendations. Chương này sẽ tóm tắt những đóng góp chính của luận án và đề xuất các hướng nghiên cứu trong tương lai. Nghiên cứu về dầm sandwich vẫn còn nhiều tiềm năng phát triển. Các hướng nghiên cứu trong tương lai có thể bao gồm:
6.1. Tóm Tắt Những Đóng Góp Chính Của Nghiên Cứu
Luận án đã đóng góp vào sự hiểu biết về ứng xử của dầm sandwich trong các điều kiện môi trường khác nhau. Các kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để thiết kế và tối ưu hóa dầm sandwich cho các ứng dụng khác nhau.
6.2. Các Hướng Nghiên Cứu Tương Lai Về Dầm Sandwich
Các hướng nghiên cứu trong tương lai có thể bao gồm: Phát triển các mô hình toán học chính xác hơn để mô tả ứng xử của dầm sandwich. Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại vật liệu mới đến ứng xử của dầm sandwich. Phát triển các phương pháp thiết kế và tối ưu hóa dầm sandwich hiệu quả hơn. Nghiên cứu ứng dụng của dầm sandwich trong các lĩnh vực mới.
