Tính Toán Nội Lực Và Chuyển Vị Hệ Khung Có Xét Đến Biến Dạng Trượt Ngang Bằng Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn

• Tác giả: Nguyễn Bá Thành
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Trọng Quang
• Trường học: Đại học Dân lập Hải Phòng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
• Đề tài: Tính toán nội lực và chuyển vị của hệ khung có xét đến biến dạng trượt ngang bằng phương pháp phần tử hữu hạn
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hải Phòng

• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU. MỞ ĐẦU
• 1. BÀI TOÁN CƠ HỌC KẾT CẤU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI
• 1.1. Bài toán cơ học kết cấu
• 1.2. Các phương pháp giải hiện nay
• 1.2.1. Phương pháp lực
• 1.2.2. Phương pháp chuyển vị
• 1.2.3. Phương pháp hỗn hợp và phương pháp liên hợp
• 1.2.4. Phương pháp sai phân hữu hạn
• 1.2.5. Phương pháp hỗn hợp sai phân – biến phân
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
• 2.1. Phương pháp phần tử hữu hạn
• 2.2. Nội dung phương pháp phần tử hữu hạn theo mô hình chuyển vị
• 2.3. Cách xây dựng ma trận độ cứng của phần tử chịu uốn
• 2.4. Cách xây dựng ma trận độ cứng tổng thể của kết cấu
• 2.5. TÍNH TOÁN KHUNG PHẲNG CÓ XÉT ĐẾN BIẾN DẠNG TRƯỢT NGANG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
• 2.5.1. Lý thuyết dầm có xét biến dạng trượt ngang
• 2.5.2. Phương pháp phần tử hữu hạn đối với bài toán khung có xét đến biến dạng trượt ngang
• 2.5.3. Hàm nội suy của phần tử
• 2.5.4. Hàm nội suy chuyển vị và góc xoay tại hai nút đầu phần tử
• 2.5.5. Hàm nội suy lực cắt tại hai nút đầu phần tử. Ma trận độ cứng của phần tử
• 2.5.6. Trường hợp không xét biến dạng trượt ngang
• 2.5.7. Trường hợp có xét đến biến dạng trượt ngang
• 2.5.8. Ma trận độ cứng tổng thể
• 2.5.9. Các ví dụ tính toán khung có xét đến biến dạng trượt ngang
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• Danh mục tài liệu tham khảo

I. Phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn là một kỹ thuật số hiệu quả để giải các bài toán kỹ thuật, đặc biệt trong lĩnh vực phân tích kết cấu. Phương pháp này rời rạc hóa miền khảo sát thành các phần tử nhỏ, liên kết với nhau tại các nút. Mỗi phần tử được mô tả bằng các hàm nội suy, giúp xấp xỉ chuyển vị và nội lực trong phần tử. Phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng rộng rãi trong tính toán kết cấu, đặc biệt khi xét đến biến dạng trượt ngang trong hệ khung. Phương pháp này cho phép tính toán chính xác nội lực và chuyển vị của hệ khung dưới tác dụng của tải trọng tĩnh.

1.1. Mô hình chuyển vị

Trong mô hình chuyển vị, chuyển vị được xem là đại lượng cần tìm. Hàm nội suy biểu diễn gần đúng dạng phân bố của chuyển vị trong phần tử. Mô hình này phù hợp với các bài toán tính nội lực và chuyển vị hệ khung. Các hàm nội suy thường được chọn dưới dạng đa thức, đảm bảo tính hội tụ và độ chính xác khi kích thước phần tử giảm.

1.2. Ma trận độ cứng

Ma trận độ cứng của phần tử được xây dựng dựa trên mối quan hệ giữa chuyển vị và nội lực. Ma trận độ cứng là yếu tố quan trọng trong phương pháp phần tử hữu hạn, giúp thiết lập phương trình cân bằng cho từng phần tử. Khi ghép nối các phần tử, ma trận độ cứng tổng thể được hình thành, cho phép giải bài toán tính toán kết cấu một cách hệ thống.

II. Tính toán hệ khung có biến dạng trượt ngang

Biến dạng trượt ngang là yếu tố quan trọng trong phân tích kết cấu, đặc biệt với hệ khung chịu tải trọng tĩnh. Phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng để tính toán nội lực và chuyển vị của hệ khung có xét đến biến dạng trượt ngang. Phương pháp này sử dụng các hàm nội suy để mô tả chuyển vị và góc xoay tại các nút phần tử, đồng thời xây dựng ma trận độ cứng phù hợp với điều kiện biến dạng.

2.1. Lý thuyết dầm có biến dạng trượt ngang

Lý thuyết dầm có xét đến biến dạng trượt ngang mở rộng từ lý thuyết dầm Euler-Bernoulli. Lý thuyết này cho phép tính toán chính xác hơn chuyển vị hệ khung khi có sự xuất hiện của biến dạng trượt ngang. Phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng lý thuyết này để xây dựng các hàm nội suy và ma trận độ cứng phù hợp.

2.2. Ví dụ tính toán

Các ví dụ tính toán trong luận văn minh họa hiệu quả của phương pháp phần tử hữu hạn trong việc tính toán nội lực và chuyển vị của hệ khung có biến dạng trượt ngang. Kết quả tính toán cho thấy sự chính xác và độ tin cậy của phương pháp này trong phân tích kết cấu.

III. Ứng dụng thực tiễn

Phương pháp phần tử hữu hạn có giá trị thực tiễn cao trong tính toán kết cấu, đặc biệt khi xét đến biến dạng trượt ngang. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong thiết kế và phân tích các công trình dân dụng và công nghiệp. Khả năng tính toán chính xác nội lực và chuyển vị hệ khung giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả trong xây dựng.

3.1. Thiết kế công trình

Trong thiết kế công trình, phương pháp phần tử hữu hạn giúp tính toán chính xác nội lực và chuyển vị của hệ khung, đặc biệt khi có biến dạng trượt ngang. Điều này giúp tối ưu hóa thiết kế và đảm bảo an toàn cho công trình.

3.2. Phân tích kết cấu hiện có

Phương pháp này cũng được áp dụng để phân tích và đánh giá các kết cấu hiện có, giúp xác định các vấn đề tiềm ẩn và đề xuất giải pháp cải thiện. Phương pháp phần tử hữu hạn là công cụ không thể thiếu trong phân tích kết cấu hiện đại.