CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU. Tình hình nghiên cứu ngoài nước:. Tình hình nghiên cứu trong nước:.
Mục tiêu, ý nghĩa nội dung nghiên cứu. Mục tiêu nghiên cứu:. Ý nghĩa nghiên cứu. LÝ THUYẾT MÔ HÌNH CZM.
Phá hoại trong kết cấu:. Vùng phát triển nứt:. Giới thiệu về vùng phát triển nứt. Ứng xử trong vùng phát triển nứt:.
Mô hình CZM đại diện cho vùng phát triển nứt:. Ứng xử trong mô hình CZM:. Phương pháp mô phỏng số áp dụng mô hình CZM:. Phương pháp sử dụng phần tử liên kết bề mặt:.
Phương pháp sử dụng hàm làm giàu XFEM/GFEM:. Phần tử với sự bất liên tục:. Các phương pháp khác:. Phương pháp sử dụng trong luận văn:.
MÔ HÌNH PTHH MÔ PHỎNG KẾT CẤU GỒM 2 LỚP VẬT LIỆU. Lựa chọn hàm thế năng của mô hình CZM:. Belz và Rice [22,1991]:. Xu và Needleman [24,1993]:.
Park và các cộng sự [52,2009]:. Lựa chọn hàm thế năng:. Hiệu chỉnh các thông số của mô hình CZM ứng với các loại vật liệu trong mô phỏng:. Mô hình phần tử hữu hạn trong ABAQUS:.
Các loại phần tử :. Mô hình vật liệu:. Ảnh hưởng của mật độ lưới chia phần tử đến ứng xử của mô hình:. Thuật toán giải phi tuyến:.
CÁC VÍ DỤ MÔ PHỎNG SỐ. Dầm composite DCB[67,1992]:. Giới thiệu về thí nghiệm và mục tiêu phân tích:. Thông số về hình học và mô hình vật liệu:.
Kết quả mô phỏng:. Nhận xét kết quả:. Dầm bê tông có vết nứt mồi thẳng đứng[72,2007]:. Giới thiệu về thí nghiệm và mục tiêu phân tích:.
Thông số về hình học và mô hình vật liệu:. Kết quả mô phỏng:. Nhận xét kết quả:. Dầm bê tông cốt thép gia cường tấm FRP[59,2012]:.
Giới thiệu về thí nghiệm và mục tiêu phân tích:. Thông số về hình học và mô hình vật liệu:. Kết quả mô phỏng:. Nhận xét kết quả:.
Dầm BTCT gia cường bê tông SFRC và tấm FRP[59,2012]:. Giới thiệu thí nghiệm và mục tiêu phân tích:. Thông số về hình học và mô hình vật liệu:. Kết quả mô phỏng.
Nhận xét kết quả:. Nhận xét tổng hợp:. Ảnh hưởng của mô hình CZM:. Ảnh hưởng lưới chia phân tử:.
Ảnh hưởng của phân tích mixed-mode:. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Hướng phát triển đề tài. 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO.
83 x LÝ LỊCH TRÍCH NGANG. 90 xi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 3-1: Các dạng phá hoại trong kết cấu. 5 Hình 3-2: Vùng phát triển nứt trong kết cấu ứng với mode I. 6 Hình 3-3: Các loại ứng xử trong vùng phát triển nứt [13,1998].
7 Hình 3-4: CZM ứng với mode I. 8 Hình 3-5: Sơ đồ mô hình CZM[52,2009]. 9 Hình 3-6: Hình dạng chung của hàm thế năng(a) và đạo hàm (b) của nó.10 Hình 3-7: Mô phỏng sử dụng phần tử liên kết bề mặt chèn sẵn.12 Hình 3-8:Mô phỏng sử dụng phần tử liên kết bề mặt chèn sau.13 Hình 4-1: Hình dạng đường ứng xử với các hệ số , khác nhau[52,2009].21 Hình 4-2: Tiêu chuẩn Morh-Coulomb.25 Hình 4-3: Phần tử tứ giác 4 nút.26 Hình 4-4: Phần tử lục diện C3D8R.27 Hình 4-5: Phần tử thanh.27 Hình 4-6: Các loại phần tử liên kết bề mặt [62,2014].28 Hình 4-7: Phần tử S4R với bề mặt dương và bề mặt âm.29 Hình 4-8: Mô hình concrete damaged plasticity.30 Hình 4-9: Quan hệ ứng suất biến dạng khi bê tông chịu nén.31 Hình 4-10: Đường giảm bền theo mô hình của Hordijick[65,1991].32 Hình 4-11: Đường giảm bền theo mô hình của Hillerborg[4,1976].32 Hình 4-12: Ứng suất – biến dạng khi chịu nén của SFRC [68,1996] .33 xii Hình 4-13: Ứng suất biến dạng của mô hình von Mises[73,1913].34 Hình 4-14: Hệ trục tọa độ ứng với vật liệu trực hướng.34 Hình 4-15: Thuật toán điều khiển chuyển vị[69,2000].36 Hình 5-1: Sơ họa kiểu ứng xử trong mô hình CZM .38 Hình 5-2: Thí nghiệm công son kép DCB [67,1992] .39 Hình 5-3: Sơ đồ hình học đơn giản hóa dầm DCB [57,2001].40 Hình 5-4: Biểu đồ ứng suất và sự phân tách theo phương pháp tuyến .42 Hình 5-5: Biểu đồ P- trường hợp 2D không xét CZM .42 Hình 5-6: Mô hình lưới chia 2D có CZM bài toán 1.43 Hình 5-7: Biến dạng mô hình 2D có CZM.43 Hình 5-8: Ứng suất tại đầu chóp vết nứt .44 Hình 5-9: Biểu đồ P - trường hợp 2D có xét CZM.44 Hình 5-10: So sánh các trường hợp mô phỏng khác nhau của bài toán 1.45 Hình 5-11: So sánh ảnh hưởng của mật độ lưới chia đến kết quả mô phỏng.46 Hình 5-12: Thí nghiệm dầm có vết nứt mồi[72,2007].48 Hình 5-13: Sơ đồ chịu lực kết cấu theo Kumar S, Barai SV [58,2007] .49 Hình 5-14:Ứng suất biến dạng của bê tông khi chịu nén.50 Hình 5-15: Ứng suất – bề rộng vết nứt của bê tông khi chịu kéo .51 Hình 5-16: Ứng suất và sự phân tách (mở rộng) theo phương pháp tuyến .52 Hình 5-17: Biểu đồ P CMOD trường hợp 2D không xét CZM.52 Hình 5-18: Lưới chia 2D có xét CZM.53 xiii Hình 5-19: Biểu đồ P –CMOD trường hợp 2D có xét CZM.53 Hình 5-20: So sánh các trường hợp mô phỏng khác nhau của bài toán 2.54 Hình 5-21: Ảnh hưởng của mật độ lưới chia đến kết quả mô phỏng bài toán 2.54 Hình 5-22: Hình ảnh thí nghiệm của dầm[59,2012].56 Hình 5-23: Kích thước hình học dầm thí nghiệm [59,2012] .57 Hình 5-24: Ứng suất - biến dạng khi chịu nén của bê tông bài toán 3.58 Hình 5-25: Ứng suất – bề rộng vết nứt của bê tông bài toán 3 theo Hillerborg[4,1976] .58 Hình 5-26: Biểu đồ Mohr-Coulomb của bê tông bài toán 3.60 Hình 5-27: Ứng suất và sự phân tách(mở rộng vết nứt) theo 2 phương .61 Hình 5-28: Biểu đồ P - trường hợp 3D không xét CZM .62 Hình 5-29: Mô hình lưới chia 3D có CZM bài toán 3.63 Hình 5-30: Sự bóc tách xảy ra tại mặt tiếp xúc.64 Hình 5-31: Biểu đồ P - trường hợp 3D có xét CZM mixed mode.64 Hình 5-32: Biểu đồ P - trường hợp 3D có xét CZM mode I.65 Hình 5-33: So sánh các trường hợp mô phỏng khác nhau của bài toán 3.66 Hình 5-34: Kích thước hình học dầm thí nghiệm [59,2012]: .69 Hình 5-35 :Ứng suất - biến dạng khi chịu nén của bê tông trong bài toán 4.69 Hình 5-36: Ứng suất – bề rộng vết nứt của bê tông trong bài toán 4 theo Hillerborg[4,1976].70 Hình 5-37: Ứng suất – bề rộng vết nứt của bê tông SFRC trong bài toán 4 theo Hillerborg[4,1976].71 xiv Hình 5-38: Biểu đồ Morh-Coulomb của bê tông bài toán 5.72 Hình 5-39: Ứng suất và sự phân tách(mở rộng vết nứt) theo 2 phương .73 Hình 5-40: Biểu đồ P- trường hợp 3D không xét CZM.74 Hình 5-41: Mô hình lưới chia 3D có CZM bài toán 4.75 Hình 5-42: Sự bóc tách xảy ra tại mặt tiếp xúc.76 Hình 5-43: Biểu đồ P-trường hợp 3D có xét CZM mixed mode.76 Hình 5-44: Biểu đồ P-trường hợp 3D có xét CZM mode I.77 Hình 5-45: So sánh các trường hợp mô phỏng của bài toán 4.78 xv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 4-1: Hàm thế năng ứng với các tác giả.15 Bảng 4-2: Thông số mô hình concrete damaged plasticity theo P.30 Bảng 4-3: Các thông số mô phỏng vật liệu trực hướng.35 Bảng 5-1: Các ví dụ mô phỏng số.38 Bảng 5-2: Thông số composite XAS-913C [57,2001] .41 Bảng 5-3: Thông số mô hình [72,2007]: .50 Bảng 5-4: Thông số vật liệu bê tông [59,2012].58 Bảng 5-5: Thông số vật liệu cốt thép [59,2012].59 Bảng 5-6: Thông số vật liệu tấm dán FRP [59,2012].59 Bảng 5-7: Thông số vật liệu bê tông bài toán 4[59,2012].69 Bảng 5-8: Thông số vật liệu cốt thép bài toán 5.70 Bảng 5-9: Thông số vật liệu SFRC bài toán 4.70 Bảng 5-10: Hiệu quả của mô phỏng khi xét và không xét CZM. GIỚI THIỆU Kết cấu composit được cấu tạo từ nhiều loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong công trình xây dựng ngày nay với mục đích kết hợp ưu điểm của từng loại vật liệu và nâng cao hiệu năng sử dụng.
Tuy nhiên, sự kết hợp này dẫn tới sự phức tạp trong tính toán đặc biệt là tại mặt tiếp xúc giữa các lớp vật liệu nơi có sự hình thành phát triển vết nứt tại bề mặt có thể dẫn đến hiện tượng tách lớp vật liệu. Chính vì lý do đó mà việc phân tích sự tương tác tại mặt tiếp xúc giữa các lớp vật liệu của các dạng kết cấu này trở nên rất quan trọng để hiểu rõ bản chất ứng xử của chúng. Khi kết cấu xuất hiện vết nứt quan hệ ứng suất – biến dạng trong cơ học môi trường liên tục không còn mô tả đúng ứng xử của kết cấu ,do đó ứng xử của kết cấu khi bị nứt thường liên hệ với việc xác định quan hệ trong vùng phát triển nứt của vật liệu. Mô hình CZM(cohesive zone model) được sử dụng để đại diện cho vùng phát triển nứt trong phân tích kết cấu.
Rất nhiều mô hình CZM đã được các tác giả đưa ra với các giả thiết và quan hệ khác nhau. Việc phân tích ứng xử tại mặt tiếp xúc là một vấn đề phức tạp đòi hỏi phải có sự kết hợp giữa mô phỏng vùng phát triển nứt và phân tích phi tuyến kết cấu, dẫn đến công việc này mất rất nhiều thời gian trong cả khâu lựa chọn mô hình và tiến hành phân tích. Việc tìm kiếm những phương pháp mô phỏng hiệu quả với độ tin cậy cao luôn là một nhu cầu thiết yếu. Do đó, mục tiêu của nghiên cứu này là ứng dụng mô hình CZM đại diện cho vùng phát triển nứt vào việc mô phỏng kết cấu.
Để kiểm chứng kết quả, mô phỏng lấy số liệu dựa trên các bài báo đã được công bố có sẵn nhằm so sánh và đánh giá hiệu quả của phương pháp CZM. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước: Mô hình CZM đại diện cho vùng phát triển nứt được giới thiệu bởi Barenblatt[3,1962] dựa trên lí thuyết của Griffith’s[1,1921]. Barenblatte mô tả sự phát triển vết nứt trong vật liệu lí tưởng dựa trên mô hình của mình với giả thiết có lực liên kết phân tử xuất hiện tại bề mặt vết nứt.
Dugdale [2,1961] đề xuất có vùng phát triển nứt tại đầu chóp vết nứt và áp dụng cho vật liệu dẻo lí tưởng. Ứng suất kéo trong vùng phát triển nứt là hằng số và bằng giới hạn chảy của vật liệu. Hillerborg và các cộng sự [4,1976] áp dụng mô phỏng vùng phát triển nứt vào phân tích phần tử hữu hạn. Một mô hình được đề ra để khảo sát sự phát triển của vết nứt.
Needleman[5,1987] đưa ra dạng hàm đa thức và mũ để định nghĩa đường quan hệ ứng suất kéo – bề rộng phân tách trong mô hình CZM.
