Luận Án Tiến Sĩ: Phân Tích Ứng Xử Dầm Sandwich Chức Năng Chịu Tác Dụng Của Tải Trọng Cơ Thủy Nhiệt

• Tác giả: Nguyễn Bá Duy
• Người hướng dẫn: Nguyễn Trung Kiên
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ Kỹ Thuật
• Đề tài: Phân Tích Ứng Xử Của Dầm Sandwich Chức Năng Chịu Tác Dụng Của Tải Trọng Cơ Thủy Nhiệt
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• 1. CHƯƠNG 1: GENERAL INTRODUCTION
• 1.1. Introduction and Objectives
• 1.2. Objective and novelty of the thesis
• 1.3. List of publications
• 2. CHƯƠNG 2: LITERATURE REVIEW ON BEHAVIORS OF FUNCTIONALLY GRADED BEAMS IN HYGRO-THERMO-MECHANICAL ENVIRONMENTS
• 2.1. Composite and functionally graded materials
• 2.2. Homogenized elastic properties of functionally graded beams
• 2.3. Hygral and thermal variations in FG beams
• 2.3.1. Uniform moisture and temperature rise
• 2.3.2. Linear moisture and temperature rise
• 2.3.3. Nonlinear moisture and temperature rise
• 2.4. Theories for behavior analysis of FG beams
• 2.4.1. Classical beam theory (CBT)
• 2.4.2. First-order shear deformation theory (FSDT)
• 2.4.3. Higher-order shear deformation beam theories
• 2.4.4. Quasi-3D beam theory
• 2.4.5. Review of the shear functions
• 2.4.6. Nonlocal elasticity and modified couple stress beam theories
• 2.5. Analytical and numerical methods for analysis of FG beam
• 2.5.2. Differential Quadrature Method (DQM)
• 2.5.4. Finite element method
• 3. CHƯƠNG 3: NOVEL HIGHER-ORDER SHEAR DEFORMATION THEORIES FOR ANALYSIS OF ISOTROPIC AND FUNCTIONALLY GRADED SANDWICH BEAMS
• 3.2. Novel unified theoretical formulation of higher–order shear deformation beam theories
• 3.3. Analysis of static, buckling and vibration of FG beams based on the HSBTs
• 3.4. Analysis of static, buckling and vibration of FG beams based on the Quasi-3D
• 3.5. A novel three-variable quasi-3D shear deformation theory
• 3.5.1. Displacement, strain, and stresses
• 3.5.1.1. Ritz method for solution 1
• 3.5.1.2. Ritz for solution 2
• 3.5.7. Numerical results and discussion
• 3.5.7.1. Example 1: Vibration and buckling responses of RHSBT1, HSBT2 and quasi-3D2 FG beams (Type A, S-S)
• 3.5.7.2. Example 2: Bending, buckling and vibration responses of RHSBT1 FG beams (Type B, S-S)
• 3.5.7.3. Example 3: Buckling and vibration responses of Quasi-3D0 FG beams (Type B, C)
• 4. CHƯƠNG 4: HYGRO-THERMO-MECHANICAL EFFECTS ON THE STATIC, BUCKLING AND VIBRATION BEHAVIORS OF FG BEAMS
• 4.2. Novel Ritz-shape functions for analysis of FG beams with various BCs
• 4.2.1. Moisture and temperature distribution
• 4.2.1.1. A shape functions for Ritz method
• 4.2.1.2. A new hybrid functions for Ritz method
• 4.4. Numerical results and discussions
• 5. CHƯƠNG 5: SIZE DEPENDENT EFFECTS ON THE THERMAL BUCKLING AND VIBRATION BEHAVIOR OF FG BEAMS IN THERMAL ENVIRONMENTS
• 5.2. Geometry of FG beams
• 5.3. Theory of FG micro and nano beams
• 5.3.1. Kinetic and strain
• 5.3.2. Equations of motion
• 5.3.3. Nonlocal elasticity theory for FG nano beams
• 5.3.4. Modified couple stress theory (MCST)
• 5.3.5. Variation formulation for MCST
• 5.3.6. Ritz method for nonlocal theory
• 5.3.7. Ritz method for MCST
• 5.5. Numerical results and discussions
• 5.5.1. Example 1: Vibration responses of FSBT and the Eringen’s nonlocal elasticity theory for FG nano beam (Type A, the various BCs)
• 5.5.2. Example 2: Vibration and the thermal bucking responses of HSBT1 and the MCST for FG micro beam (Type A, the various BCs)
• 6. CHƯƠNG 6: A FINITE ELEMENT MODEL FOR ANALYSIS OF FG BEAMS
• 6.2. Finite element formulation
• 6.2.1. Higher-order shear deformation beam theory
• 6.2.5. Governing Equations of Motion
• 6.2.6. Finite Element Formulation
• 6.3. Numerical results and discussions
• 6.3.1. Example: Vibration and the thermal bucking responses of HSBT1 using FEM for analysis FG beam (Type A, various BCs)
• 7. CHƯƠNG 7: CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
• REFERENCES

I. Tổng Quan Về Phân Tích Ứng Xử Dầm Sandwich Chức Năng

Phân tích ứng xử của dầm sandwich chức năng dưới tải trọng cơ thủy nhiệt là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong cơ kỹ thuật. Dầm sandwich được thiết kế với các lớp vật liệu khác nhau, cho phép tối ưu hóa tính chất cơ học và nhiệt của cấu trúc. Nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về hành vi của dầm dưới các tác động khác nhau mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong kỹ thuật xây dựng và hàng không.

1.1. Đặc Điểm Của Dầm Sandwich

Dầm sandwich thường được cấu tạo từ hai lớp vật liệu bên ngoài và một lớp lõi bên trong. Lớp lõi có thể là vật liệu nhẹ nhưng có độ bền cao, giúp giảm trọng lượng tổng thể của cấu trúc. Điều này làm cho dầm sandwich trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu tính nhẹ và độ bền cao.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu về phân tích ứng xử của dầm sandwich dưới tải trọng cơ thủy nhiệt giúp cải thiện thiết kế và ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực như hàng không, ô tô và xây dựng. Việc hiểu rõ hành vi của dầm dưới các điều kiện tải trọng khác nhau là rất cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu suất của cấu trúc.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Phân Tích Dầm Sandwich

Mặc dù dầm sandwich có nhiều ưu điểm, nhưng việc phân tích ứng xử của chúng dưới tải trọng cơ thủy nhiệt vẫn gặp nhiều thách thức. Các yếu tố như độ không đồng nhất của vật liệu, sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của dầm. Do đó, việc phát triển các phương pháp phân tích chính xác là rất cần thiết.

2.1. Độ Không Đồng Nhất Của Vật Liệu

Sự không đồng nhất trong cấu trúc của dầm sandwich có thể dẫn đến các điểm yếu trong thiết kế. Việc xác định chính xác các tính chất cơ học của từng lớp vật liệu là rất quan trọng để đảm bảo tính toàn vẹn của cấu trúc.

2.2. Ảnh Hưởng Của Nhiệt Độ Và Độ Ẩm

Nhiệt độ và độ ẩm có thể thay đổi trong quá trình sử dụng, ảnh hưởng đến ứng xử của dầm. Việc nghiên cứu các tác động này giúp cải thiện khả năng chịu tải và độ bền của dầm sandwich trong các điều kiện môi trường khác nhau.

III. Phương Pháp Phân Tích Dầm Sandwich Chức Năng

Để phân tích ứng xử của dầm sandwich dưới tải trọng cơ thủy nhiệt, nhiều phương pháp khác nhau đã được phát triển. Các phương pháp này bao gồm phương pháp phân tích số và phương pháp lý thuyết, giúp mô phỏng chính xác hành vi của dầm trong các điều kiện khác nhau.

3.1. Phương Pháp Phân Tích Số

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là một trong những phương pháp phổ biến nhất để phân tích dầm sandwich. Phương pháp này cho phép mô phỏng chính xác các ứng suất và biến dạng trong dầm dưới tải trọng khác nhau.

3.2. Phương Pháp Lý Thuyết

Các lý thuyết như lý thuyết beam cổ điển và lý thuyết biến dạng cắt bậc cao cũng được áp dụng để phân tích dầm sandwich. Những lý thuyết này giúp hiểu rõ hơn về ứng xử của dầm dưới các điều kiện tải trọng khác nhau.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Dầm Sandwich Chức Năng

Dầm sandwich chức năng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hàng không, ô tô và xây dựng. Những ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn giảm trọng lượng và chi phí sản xuất.

4.1. Ứng Dụng Trong Hàng Không

Trong ngành hàng không, dầm sandwich được sử dụng để chế tạo các bộ phận cấu trúc nhẹ nhưng vẫn đảm bảo độ bền cao. Điều này giúp giảm trọng lượng máy bay và tiết kiệm nhiên liệu.

4.2. Ứng Dụng Trong Xây Dựng

Dầm sandwich cũng được sử dụng trong xây dựng để tạo ra các cấu trúc nhẹ và bền. Chúng giúp giảm chi phí xây dựng và thời gian thi công.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Nghiên Cứu Dầm Sandwich

Nghiên cứu về dầm sandwich chức năng dưới tải trọng cơ thủy nhiệt đang mở ra nhiều cơ hội mới trong thiết kế và ứng dụng. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến trong công nghệ vật liệu và kỹ thuật xây dựng.

5.1. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các vật liệu mới và cải tiến các phương pháp phân tích để nâng cao hiệu suất của dầm sandwich.

5.2. Tác Động Đến Ngành Công Nghiệp

Sự phát triển của dầm sandwich chức năng sẽ có tác động lớn đến nhiều ngành công nghiệp, từ hàng không đến xây dựng, giúp cải thiện hiệu suất và giảm chi phí sản xuất.