I. Tổng quan về phương pháp phần tử hữu hạn
Phương pháp phần tử hữu hạn (phương pháp phần tử hữu hạn) đã trở thành một công cụ quan trọng trong phân tích kết cấu. Đặc biệt, trong lĩnh vực phân tích kết cấu vỏ khối, phương pháp này cho phép mô phỏng chính xác các ứng xử của kết cấu tấm/vỏ. Các phần tử vỏ khối tứ giác 8 nút là một trong những loại phần tử phổ biến nhất, tuy nhiên, chúng thường gặp phải hiện tượng khóa cắt và khóa hình thang. Để khắc phục những vấn đề này, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm cải thiện độ chính xác của phương pháp. Việc phát triển các công thức mới cho phần tử vỏ khối không chỉ giúp nâng cao hiệu quả tính toán mà còn mở ra nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành xây dựng và cơ khí chế tạo.
1.1. Các loại phần tử trong phương pháp phần tử hữu hạn
Trong phân tích kết cấu, các loại phần tử được chia thành ba nhóm chính: phần tử vỏ phẳng, phần tử vỏ suy biến và phần tử vỏ khối. Mỗi loại phần tử có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Phần tử vỏ phẳng thường không thể hiện được sự tương tác giữa màng và uốn, trong khi phần tử vỏ khối cho phép tính toán chính xác hơn nhờ vào việc xây dựng từ lý thuyết biến dạng ba chiều. Việc sử dụng phần tử vỏ khối tứ giác 8 nút giúp giảm thiểu hiện tượng khóa cắt, từ đó nâng cao độ chính xác trong phân tích kết cấu vỏ.
II. Kỹ thuật khử khóa trong phân tích kết cấu vỏ khối
Kỹ thuật khử khóa cắt và khóa hình thang là những yếu tố quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác của phân tích kết cấu vỏ khối. Các phương pháp như ANS, EAS và MITC đã được áp dụng để khắc phục hiện tượng khóa cắt. Đặc biệt, việc xấp xỉ lại trường biến dạng cắt và biến dạng thẳng theo phương chiều dày là cần thiết để loại bỏ các hiện tượng không mong muốn này. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các kỹ thuật này không chỉ giúp cải thiện độ chính xác mà còn giảm thiểu thời gian tính toán, từ đó tạo ra những kết quả đáng tin cậy hơn trong phân tích kết cấu.
2.1. Ứng dụng của kỹ thuật khử khóa
Kỹ thuật khử khóa đã được áp dụng thành công trong nhiều bài toán thực tiễn. Các phần tử vỏ khối tứ giác 8 nút đã cho thấy khả năng hội tụ tốt hơn khi sử dụng các phương pháp khử khóa. Việc kết hợp giữa kỹ thuật khử khóa và phương pháp phần tử hữu hạn trơn (S-FEM) đã mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới, giúp nâng cao hiệu quả trong phân tích kết cấu vỏ. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng đồng thời kỹ thuật làm trơn cho biến dạng màng và kỹ thuật xấp xỉ biến dạng uốn có thể mang lại những kết quả vượt trội.
III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn
Kết quả từ các bài toán phân tích cho thấy rằng các phần tử S8-1CS+, S8-2CS+, S8-3CS+, S8-4CS+ đã cho kết quả chuyển vị tốt hơn so với các loại phần tử vỏ khác. Điều này chứng tỏ rằng việc phát triển phương pháp phần tử hữu hạn cho phân tích kết cấu vỏ khối không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong ngành xây dựng và cơ khí chế tạo. Các kết quả này có thể được áp dụng trong thiết kế và phân tích các công trình dân dụng và công nghiệp, từ đó nâng cao tính an toàn và hiệu quả trong xây dựng.
3.1. Tính ứng dụng trong ngành xây dựng
Việc áp dụng các phương pháp mới trong phân tích kết cấu đã giúp cải thiện đáng kể độ chính xác và hiệu quả trong thiết kế kết cấu. Các phần tử vỏ khối tứ giác 8 nút đã chứng minh được khả năng ứng dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng hiện đại. Sự phát triển này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn đảm bảo tính an toàn cho các công trình, từ đó nâng cao chất lượng công trình xây dựng.
