Phát triển phương pháp phần tử hữu hạn trơn CS-DSG3 để tính toán và mô phỏng kết cấu tấm composite nhiều lớp chịu tải trọng di động / Trần Trung Dũng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI CÔNG NGHỆ VÀ KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRƠN CS-DSG3

ĐỂ TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG KẾT CẤU TẤM COMPOSITE NHIỀU

LỚP CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG

(Development of smoothed finite element methods CS-DSG3 for computation and

simulation of laminated composite plate structures subjected to moving loads)

Mã số: T2013.4.167

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Trần Trung Dũng

TP.HCM, 04/2015

Danh sách thành viên tham gia nghiên cứu

i

Danh sách thành viên tham gia nghiên cứu

1. Trần Trung Dũng - Chủ nhiệm đề tài

2. Phùng Văn Phúc - Thành viên đề tài

Mục lục

ii

Mục lục

Danh sách thành viên tham gia nghiên cứu ................................................................ i

Mục lục....................................................................................................................... ii

Danh mục hình vẽ ..................................................................................................... iv

Danh mục các chữ viết tắt......................................................................................... vi

Thông tin kết quả nghiên cứu................................................................................... vii

Chương 1 - Tổng quan ................................................................................................1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài.....................................................................................1

1.2 Tình hình nghiên cứu.........................................................................................2

1.3 Mục tiêu đề tài ...................................................................................................4

Chương 2 - Cơ sở lý thuyết.........................................................................................6

2.1 Giới thiệu kết cấu tấm........................................................................................6

2.2 Lý thuyết cơ vật rắn biến dạng ..........................................................................6

2.3 Tổng quan về vật liệu composite .......................................................................9

2.4 Vật liệu composite nhiều lớp ...........................................................................11

2.5 Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) dựa trên phần tử DSG cho tấm

composite trên nền đàn nhớt..................................................................................20

2.6 Ma trận độ cứng của phần tử CS-DSG3 cho tấm composite trên nền đàn nhớt

...............................................................................................................................25

2.7 Tải di động.......................................................................................................29

Chương 3 - Ví dụ số..................................................................................................34

3.1 Bài toán phân tích tĩnh và dao động tự do tấm đẳng hướng............................34

Mục lục

iii

3.2 Bài toán phân tích tĩnh và dao động tự do tấm composite ..............................38

3.3 Bài toán phân tích dao động tự do của tấm composite nhiều lớp trên nền đàn

hồi ..........................................................................................................................45

3.4 Bài toán phân tích ứng xử tấm composite nhiều lớp trên nền đàn nhớt chịu tải

trọng di động..........................................................................................................46

Chương 4 - Kết luận..................................................................................................49

4.1 Kết luận............................................................................................................49

4.2 Hướng phát triển ..............................................................................................49

Tài liệu tham khảo.....................................................................................................51

Danh mục hình vẽ

iv

Danh mục hình vẽ

Hình 1.1. Một số hình ảnh tấm laminate.....................................................................1

Hình 1.2. Một số dạng tải di động trong thực tế. ........................................................2

Hình 2.1. Phép biến đổi trục tọa độ.............................................................................7

Hình 2.2. Phương của cốt gia cường.........................................................................10

Hình 2.3. Kết cấu tấm composite gia cường sợi một phương trong hệ trục vật liệu

(x1, x2, x3) với trục x1 dọc theo phương cốt sợi.........................................................12

Hình 2.4. Kết cấu tấm composite nhiều lớp..............................................................15

Hình 2.5. Kết cấu tấm composite gia cường sợi một phương trong hệ trục vật liệu

1 2 3 ( , , ) x x x

và hệ trục tọa độ tổng thể

( , , ) x y z . ..........................................................15

Hình 2.6. Hình học ban đầu và hình học bị biến dạng của tấm với các giả thuyết

CLPT, FSDT, HSDT (TSDT). ..................................................................................16

Hình 2.7. Tấm composite laminate trên nền đàn nhớt. .............................................19

Hình 2.8. Thành phần lệch trượt (shear gap) ............................................................21

Hình 2.9. Phần tử tam giác và hệ trục tọa độ địa phương trong phần tử DSG .........24

Hình 2.10. Ba tam giác con (

1

, 2

and

3

) được tạo từ 3 tam giác 1-2-3 trong

phần tử CS-DSG3 bằng cách nối điểm trung tâm O với 3 nút 1, 2 và 3...................25

Hình 2.11. Vị trí của tải đi qua phần tử tam giác......................................................30

Hình 3.1. Mô hình bài toán tấm trên nền đàn nhớt ..................................................35

Hình 3.2. Độ võng không thứ nguyên

2 w wD PB  /( )

của tấm trên nền đàn hồi......35

Hình 3.3. Chuyển vị của tấm khi chiều dài tấm thay đổi..........................................36

Danh mục hình vẽ

v

Hình 3.4. 6 mode dao động tự do của tấm trên nền đàn hồi (a) Mode 1; (b) Mode 2;

(c) Mode 3; (d) Mode 4; (e) Mode 5; (f) Mode 6. ....................................................37

Hình 3.5. 5 tần số dao động đầu tiên của tấm với lưới 21×7. ...................................38

Hình 3.6. Mô hình tấm composite chịu tải phân bố.................................................39

Hình 3.7. Độ võng của tấm composite chịu tải sin ..................................................39

Hình 3.8. Ứng suất sigma_x của tấm composite chịu tải sin...................................40

Hình 3.9. Độ võng của tấm composite chịu tải phân bố đều ...................................40

Hình 3.10. Ứng suất sigma_x của tấm composite chịu tải phân bố đều..................41

Hình 3.11. Mô hình tấm composite 3 lớp (0/90/0) ..................................................42

Hình 3.12. 8 mode với a/t = 5 ..................................................................................42

Hình 3.13. 8 mode với a/t = 10 ................................................................................43

Hình 3.14. 8 mode với a/t = 20 ................................................................................43

Hình 3.15. 8 mode với a/t = 100 ..............................................................................44

Hình 3.16. Dạng mode dao động của tấm 3 lớp (0/90/0):.........................................45

Hình 3.17. Ba tần số đầu của tấm composite trên nền đàn hồi. ................................46

Hình 3.18. Mô hình tấm composite tựa trên nền đàn nhớt chịu tải di chuyển..........47

Hình 3.19. Độ võng tấm với các hệ số nền: k1 = 0, k2 = 100, k3 = 300...................47

Hình 3.20. Độ võng tại tâm tấm với các hệ số: cf1 = 0, cf2 = 500, cf3 = 2000. ..........48