NGHIÊN CỨU SỰ LAN TRUYỀN VẾT NỨT TRONG DẦM BÊ TÔNG: TỪ THỰC NGHIỆM ĐẾN MÔ PHỎNG

Đại học Quốc Gia Hà Nội Trường đại học Công Nghệ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP    ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU SỰ LAN TRUYỀN VẾT NỨT TRONG DẦM BÊ TÔNG: TỪ THỰC NGHIỆM ĐẾN MÔ PHỎNG SINH VIÊN THỰC HIỆN: TRỊNH VĂN LONG MÃ SINH VIÊN: 18020838 Khóa QH-2018-I/CQ , Ngành Cơ kỹ thuật Hà Nội , Tháng 12 Năm 2022 Đại học Quốc Gia Hà Nội Trường đại học Công Nghệ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP    ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU SỰ LAN TRUYỀN VẾT NỨT TRONG DẦM BÊ TÔNG: TỪ THỰC NGHIỆM ĐẾN MÔ PHỎNG GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS VŨ THỊ THÙY ANH Khóa QH-2018-I/CQ, Ngành Cơ kỹ thuật Hà Nội, Tháng 12 Năm 2022 NGHIÊN CỨU SỰ LAN TRUYỀN VẾT NỨT TRONG DẦM BÊ TÔNG: TỪ THỰC NGHIỆM ĐẾN MÔ PHỎNG Trịnh Văn Long Khóa QH-2018-I/CQ, Ngành Cơ kỹ thuật Tóm tắt đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu trình bày phương pháp mô phát triển vết nứt dầm bê tơng có vết nứt mồi phương pháp thực nghiệm phương pháp mô sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (thông qua phần mềm Abaqus) Kết cho thấy phù hợp kết thực nghiệm kết mơ phỏng, hay nói cách khác, phần mềm Abaqus cho phép mô vết nứt thực kết cấu dầm bê tông Điều sở cho phép thực việc khảo sát lan truyền vết nứt kết cấu bê tông phần mềm Abaqus nhằm thay cho việc thí nghiệm, thay cho việc lấy liệu thực tế phục vụ cho công việc liên quan tới ứng dụng cơng nghệ trí tuệ nhân tạo, qua giúp tiết kiệm thời gian, cơng sức hạn chế rủi ro khơng đáng có công việc liên quan tới việc thu thập liệu Từ khóa: vết nứt, dầm bê tơng, lan truyền, thực nghiệm, Abaqus LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thực với hướng dẫn khoa học TS Vũ Thị Thùy Anh Các số liệu kết trình bày đồ án trung thực, đáng tin cậy không trùng với nghiên cứu khác tiến hành Các thơng tin trích dẫn đồ án rõ nguồn gốc rõ ràng Sinh viên thực Trịnh Văn Long LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giảng viên hướng dẫn TS Vũ Thị Thùy Anh tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi thường xuyên động viên để em hoàn thành đồ án Em xin trân trọng cảm ơn tập thể thầy cô giáo Khoa Cơ học kỹ thuật & Tự Động Hóa, Trường Đại học Cơng nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian em thực đồ án Em xin cảm ơn thầy cô, anh chị bạn bè nhóm nghiên cứu GS.TSKH Nguyễn Đình Đức ln động viên tận tình giúp đỡ em Sinh viên Trịnh Văn Long MỤC LỤC Mở đầu Ý nghĩa khoa học thực tiễn nghiên cứu………………………………… Đối tượng phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.Giới thiệu bê tông 1.1.1 Bê tông dầm bê tông 1.1.2 Sự cần thiết phải nghiên cứu lan truyền nứt dầm bê tông 12 1.2 AI gì? 13 1.3 Tầm quan trọng liệu 18 CHƯƠNG : MÔ PHỎNG LAN TRUYỀN VẾT NỨT TRONG DẦM BÊ TƠNG CĨ VẾT NỨT MỒI BAN ĐẦU 20 2.1 Phần mềm Abaqus 20 2.1.1 Khái niệm 20 2.1.2 Những sản phẩm phần mềm Abaqus 22 2.1.3 Ưu điểm Abaqus 23 2.2 Lý thuyết học phá hủy vết nứt 28 2.3 Mô lan truyền vết nứt dầm bê tông có vết nứt mồi ban đầu phần mềm Abaqus 29 CHƯƠNG : KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .32 CHƯƠNG : SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG - THỰC NGHIỆM VÀ NHẬN XÉT 32 KẾT LUẬN 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 PHỤ LỤC 34 Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng biểu Danh mục hình ảnh Mở đầu Tính cấp thiết đề tài Với phát triển mạnh phần mềm tính tốn nay, có nhiều phần mềm thương mại cho phép mô phát triển vết nứt kết cấu Ý nghĩa việc mơ ngồi việc nghiên cứu ứng xử kết cấu, giúp kỹ sư nhanh chóng đưa giải pháp phù hợp để gia cố, sửa chữa, đảm bảo cho kết cấu bê tông làm việc giới hạn an toàn cho phép Ngoài ra, nghiên cứu tương quan vết nứt bề mặt mô thực tế đóng vai trị quan trọng hệ thống phát tự động vết nứt, hệ thống giám sát Đó chủ đề quan tâm nhiều nhà nghiên cứu nước nay, yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng mặt đường các cơng trình xây dựng, với ưu điểm rút ngắn thời gian ước tính độ an tồn kết cấu cơng trình, giảm nhiều chi phí phịng thí nghiệm Phương pháp áp dụng kỹ thuật thị giác máy tính thuật tốn để kiểm tra tương quan mơ hình vết nứt bề mặt mô với vết nứt bề mặt thực tế từ tập ảnh ưu tín Việc phát vết nứt bề mặt bê tơng cần đảm bảo nhanh chóng đáng tin cậy Các điều đòi hỏi cần thiết phải xây dựng thuật tốn thay cho việc thu thập liệu vết nứt bề mặt bê tông, đồng thời liệu cần phải đảm bảo độ xác xác thực với vết nứt thực tế Do đề tài nghiên cứu lan truyền vết nứt dầm bê tông: từ thực nghiệm đến mô hoàn toàn thiết thực Ý nghĩa khoa học thực tiễn nghiên cứu Đối với khoa học: Bằng việc kiểm chứng kết thực nghiệm kết mô phỏng, xây dựng mô hình mơ tự động vết nứt kết cấu dầm bê tông dựa kết hợp phương pháp phần tử hữu hạn mở rộng (XFEM) tảng phần mềm Abaqus kết hợp với MATLAB, từ tạo liệu với số lượng lớn liệu vết nứt bề mặt bê tông Đối với thực tiễn: Bộ liệu vết nứt bề mặt bê tông thu nguồn liệu đáng tin cậy, sử dụng toán nhận diện ảnh nhằm phát tự động vết nứt phục vụ việc tự động phát vết nứt hệ thống giám sát để ứng dụng giao thơng cơng trình xây dựng nhằm đánh giá chất lượng mặt đường cơng trình với ưu điểm rút ngắn thời gian ước tính độ an tồn kết cấu cơng trình giảm bớt chi phí bảo dưỡng Đghiên cứuvà phương pháp nghiên cứu Đối tượng: Vết nứt bề mặt mô phương pháp phần tử hữu hạn mở rộng (XFEM) dựa tảng phần mềm Abaqus phân tích q trình hình thành vết nứt thí nghiệm dầm phịng thí nghiệm Kết so sánh sở cho việc tạo tự động mơ nhằm mục đích lấy liệu đường lan truyền vết nứt kết cấu dầm bê tông - Mô phần mềm Abaqus - Nghiên cứu lan truyền vết nứt dầm bê tơng có vết nứt mồi ban đầu *Phương pháp nghiên cứu: Xây dựng lộ trình thực nghiệm uốn ba điểm dầm bê tơng để thấy lan truyền vết nứt bề mặt dầm Mô phần mềm Abaqus để so sánh đối chiếu với kết thực nghiệm So sánh, đánh kết mô thực nghiệm Ứng dụng phương pháp lấy liệu tự động dựa việc kết hợp phương pháp đồng mức (Level set method) phần mềm Matlab để thực việc mô tự đồng xuất liệu - Bài nghiên cứu dựa sở lý thuyết kết hợp phương pháp thực nghiệm mô phần mềm Sử dụng lý thuyết học phá hủy, phương pháp X-FEM để nghiên cứu vết nứt kết cấu Vật liệu bê tông Mô phần mềm mô abaqus Nghiên cứu lan truyền vết nứt kết cấu Nội dung đồ án bao gồm Nội dung nghiên cứu Đồ án bao gồm phần mở đầu, ba chương nội dung chính, kết luận tài liệu tham khảo Cấu trúc cụ thể đồ án sau: Mở đầuTrong nội dung chương cụ thể sau: Chương 1: Giới thiệu chung sở lý thuyết, phương pháp sử dụng đồ án Chương 2: Mơ hình hóa Mmơ lan truyền vết nứt dầm bê tông phần mềm Abaqus Chương 3: Xây dựng lộ trình thực nghiệm, thực nghiệm phịng thí nghiệm phân tích Kkết thực nghiệm Chương 4: So sánh, đánh giá kết mô thực nghiệmSo sánh kết nhận xét Ứng dụng phương pháp lấy liệu tự động dựa việc kết hợp phương pháp đồng mức (Level set method) phần mềm Matlab để thực việc mô tự đồng xuất liệu Kết luận: Tổng kết kết đồ án đề xuất hướng nghiên cứu Tài liệu tham khảo CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 1.1 Giới thiệu vết nứt bề mặtề bê tông 1.1.1 1.1.1 Bê tông dầm bê tông Bê tông vật liệu xây dựng sử dụng rộng rãi bê tơng có ưu điểm chống cháy tốt, giá thành hợp lý, quy đình gia cơng đơn giản khả thích ứng rộng Hầu hết cơng trình xây dựng, móng, mặt lát vỉa hè, cầu đường lộ sử dụng vật liệu bê tông Bê tông loại vật liệu đá nhân tạo hình thành việc trộn thành phần: cốt liệu thô, cốt liệu mịn, chất kết dính, theo tỷ lệ định (được gọi cấp phối bê tông)[1] Trong bê tông, chất kết dính (xi măng + nước, nhựa đường, phụ gia ) làm vai trò liên kết cốt liệu thô (đá, sỏi, sử dụng vật liệu tổng hợp bê tông nhẹ) cốt liệu mịn (thường cát, đá mạt, đá xay, ) đóng rắn, làm cho tất thành khối cứng đá Chất kết dính xi măng loại, thạch cao, vơi chất kết dính hữu (polime) Thành phần hỗn hợp bê tông phải đảm bảo cho sau thời gian rắn phải đạt tính chất cho trước cường độ, độ chống thấm Về bản, bê tơng loại vật liệu giịn, có cường độ chịu nén cao, bền môi trường, dễ giới hóa, tự động q q trình sản xuất thi cơng, đồng thời tạo nhiều loại bê tơng có tính chất khác bê tơng nhựa, bê tông Alphalt, bê tông Polime… Nhưng bê tông lại có cường độ chịu kéo thấp độ dẻo dái kém, nên dễ xảy vết nứt nhiều mức độ, hình thức khác trình sử dụng q trình xây dựng Nó làm cho độ bền kết cấu bê tông bị suy giảm tuổi thọ bị rút ngắng, ln tồn hạn chế kết cấu bê tông cơng trình xuống cần dần theo thời gian nên vết nứt xuất điều tránh khỏi Nguyên nhân hình thành phát triển vết nứt phần lớn ứng suất uốn bên vật liệu, mà chất khả chịu uốn bê tơng bên cạnh ngun nhân bất ổn định thể tích hay phản ứng hóa học gây phá hủy Trong tính ổn định thể tích liên quan tới yếu tố độ ẩm, nhiệt độ phản ứng hóa học xảy với thành phần nguyên liệu bê tông Tác động tượng nứt bê tông đến độ bền (tuổi thọ) bê tông, đặc biệt kết hợp với xâm thực tổn hại nghiêm trọng đến kết cấu bê tông Việc phát vết nứt xây dựng, đặc biệt nước phát triển thường phát thủ cơng Q trình cần nhiều thời gian, nhân lực nỗ lực để có phép đo vết nứt, từ xử lý liệu liên quan Ngoài việc kiểm tra trực quan phương pháp thủ công không hiểu độ xác chi phí Do đó, việc phát vết nứt bề mặt bê tơng nhanh chóng đáng tin cậy mô tự động để thay việc kiểm tra thủ công người cần thiết, giúp tăng độ xác, giảm thiểu nhân lực, chi phí bảo dưỡng sửa chữa Trong bê tông, xi măng cốt liệu thường chiếm 80 - 85%, xi măng chiếm 10 20% khối lượng Hỗn hợp nguyên liệu nhào trộn gọi hỗn hợp bê tông hay bê tông tươi, bê tông thương phẩm Hỗn hợp bê tông sau cứng rắn, chuyển sang trạng thái đá gọi bê tông Cốt liệu đóng vai trị khung chịu lực 20 CHƯƠNG : MÔ PHỎNG LAN TRUYỀN VẾT NỨT TRONG DẦM BÊ TƠNG CĨ VẾT NỨT MỒI BAN ĐẦU 2.1 Phần mềm Abaqus 2.1.1 Khái niệm Abaqus phần mềm lớn hữu hiệu việc mơ kết cấu cơng trình dự án thơng qua phương pháp phần tử hữu hạn Abaqus FEA phần mềm phân tích phần tử hữu hạn kỹ thuật hỗ trợ máy tính, phát hành lần đầu vào năm 1978 Tên logo phần mềm dựa cơng cụ tính tốn bàn tính Vào năm 1972 David Hibbitt nhận Tiến sĩ trường Đại học Brown sau bảo vệ luận văn Cơ học tính tốn sử dụng phương pháp FEA Hibbitt làm việc cho công ty MAEC Analysis Research Corporation với tư cách nhà phát triển mã nguồn sở cho phần mềm công ty MARC Paul Sorensen làm việc MABC, bảo vệ luận văn tiến sĩ Trường Đại học Brown sau làm việc General Motor TS Bengt Karlsson trước làm việc Thụy Điển vào năm 1976 sang Mỹ làm việc MARC Vào năm 1977 David Hibbitt định thành lập công ty để phát triển phần mềm FEA có tên Abaqus Một năm sau Karlsson Sorensen gia nhập công ty Đầu tiên Abaqus sử dụng ngành Kỹ thuật hạt nhân Sau ừng dụng tính tốn kết cấu giàn khoan dầu gas ngồi biển, ngành ơtơ để mơ thiết bị giao thơng 21 Phần mềm Abaqus Abaqus /Standard, Abaqus /Explicit đời năm 1991, vào năm 1999 dời Abaqus /CAE xây dựng mơ hình FEA từ liệu CAD Sau cơng ty đổi tên thành Abaqus, Inc Vào tháng 10/2002 Dassault System mua công ty đổi tên phần mềm thành SIMULIA bao gồm Abaqus ứng dụng phân tích CATIA Phần mềm Abaqus phần mền lớn hữu hiệu việc mô kết cấu thông qua phương pháp phần tử hữu hạn Abaqus [2] bao gồm sản phẩm phân tích chính: Abaqus/Standard (Abaqus/ Tiêu chuẩn) Abaqus/Explicit (tạm dịch “Abaqus/Rõ ràng”) Ngồi cịn có sản phẩm phân tích bổ trợ với mục đích chuyên biệt cho Abaqus/Standard: Abaqus /Aqua, Abaqus /Design , Abaqus /AMS, Abaqus /Foundation Ngoài ra, Giao diện Abaqus Moldflow MSC.ADAMS giao diện tương ứng phần mềm Moldflow ADAMS/Flex Hơn nữa, Abaqus cung cấp trình dịch chuyển đổi liệu từ tiền xử lý (preprocessors – Các phần mềm chia lưới (Tiền xử lí)) bên thứ ba thành đầu vào cho phân tích Abaqus chuyển đổi đầu từ phân tích ABAQUS thành liệu cho hậu xử lý bên thứ ba (Matlab, Mathematica, Maple,…) Abaqus/CAE mơi trường Abaqus hồn chỉnh bao gồm khả tạo mơ hình (Modeling) Abaqus, gửi mô Abaqus đánh giá kết Abaqus / Viewer tập hợp Abaqus/CAE bao gồm chức xử lý, hiển thị kết Mối quan hệ sản phẩm thể hình sau: 22 2.1.2 Những sản phẩm phần mềm Abaqus * Abaqus/Standard: sản phẩm phân tích đa năng, giải loạt vấn đề tuyến tính phi tuyến liên quan đến tĩnh học, động lực học, nhiệt học trường điện từ chi tiết [2] * Abaqus/Explicit: sản phẩm xử lí chuyên biệt cho vấn đề sử dụng công thức explicit dynamic finite element (tạm dịch “phần tử hữu hạn động rõ ràng”) Sản phẩm phù hợp với tốn mơ kiện xảy với thời gian ngắn toán va chạm, nổ,…Hơn nữa, sản phẩm mạnh việc xử lí vấn đề phi tuyến liên quan đến việc thay đổi điều kiện tiếp xúc chẳng hạn mơ hình thành (forming simulations) [2] * Abaqus/CAE (mơi trường Abaqus hồn chỉnh): mơi trường đồ họa, tương tác cho Abaqus Nó cho phép mơ hình tạo cách nhanh chóng dễ dàng cách tạo nhập mô hình để phân tích phân tách mơ hình thành vùng chia lưới (Mesh) Các đặc tính vật lý vật liệu gán cho mơ hình, với tải trọng điều kiện biên Abaqus/CAE chứa tùy chọn mạnh mẽ để chia lưới hình học kiểm tra kết [2] * Abaqus/Viewer: tập hợp khả tùy chọn thêm vào Abaqus/Standard Nó thiết kế để mơ cơng trình ngồi thềm lục địa, chẳng hạn dàn khoan dầu Một số khả tùy chọn bao gồm ảnh hưởng tải trọng sức sóng gió [2] * Abaqus/Design: tập hợp khả tùy chọn thêm vào Abaqus/Standard để thực tính tốn độ nhạy thiết kế (phân tích độ nhạy) [2] * Abaqus/AMS: khả tùy chọn thêm vào Abaqus/Standard Nó sử dụng eigensolver (Bộ giải giá trị riêng/ vector riêng) đa cấp cấu trúc (AMS) tự động trình khai thác dao động tự nhiên [2] * Abaqus/Foundation: cung cấp khả truy cập hiệu vào chức phân tích động học tĩnh học tuyến tính Abaqus/Standard [2] * Abaqus Interface for Moldflow (Giao diện Moldflow Abaqus): Giao diện Abaqus cho Moldflow dịch thơng tin mơ hình phần tử hữu hạn từ phân tích dịng chảy khn để tạo phần tệp đầu vào Abaqus.[2] 23 * ABAQUS Interface for MSC.ADAMS (Giao diện MSC.ADAMS phần mềm Abaqus): Giao diện Abaqus cho MSC.ADAMS cho phép mơ hình phần tử hữu hạn Abaqus đưa vào thành phần linh hoạt dòng sản phẩm MSC.ADAMS Giao diện dựa công thức tổng hợp chế độ thành phần ADAMS/Flex [2] * ABAQUS translators (trình dịch Abaqus): cung cấp trình dịch sau: - abaqus fromnastran dịch tệp liệu đầu vào NASTRAN sang tệp đầu vào Abaqus.[2] - abaqus frompamcrash dịch tệp đầu vào PAM-CRASH thành tệp đầu vào Abaqus [2] - abaqus toOutput2 dịch tệp sở liệu đầu ABAQUS sang định dạng tệp NASTRAN Output2 [2] - abaqus tozaero cho phép bạn trao đổi liệu khí đàn hồi sản phẩm phân tích Abaqus ZAERO.[2] 2.1.3 Ưu điểm Abaqus - Abaqus phần mềm mang tính thương mại cao, thân thiện với người dùng sử dụng vô đơn giản Tất thông tin xử lý qua phần mềm thực thơng qua giai đoạn xử lý số liệu, phân tích xử lý kết Trong phân tích phần tử hữu hạn bằng phần mềm ABAQUS nó cịn có khả tự động lựa chọn lượng tăng tải hay độ xác hội tụ việc điều chỉnh tham số cách phù hợp giúp người dùng bận tâm việc điều chỉnh tham số - Abaqus sở hữu kho phần tử phong phú nên dễ dàng mô thiết kế kết cấu dự án cơng trình theo hình dạng Đồng thời thơng qua mơ xây dựng kết cấu điển hình với việc phân tích theo tính vật liệu sử dụng kim loại, bê tông cốt thép, vật liệu cao phân tử hay phức hợp,… - Có nhiều phần mềm mơ hữu ích ngày Solidworks, Catia, NX, Inventor,…nhưng Abaqus phần mềm lớn hữu hiệu việc mô kết cấu chịu uốn hay kéo cơng trình, dự án thơng qua phương pháp phần tử hữu hạn Ngồi việc sử dụng phần mềm ABAQUS sử dụng nhiều lĩnh vực khác truyền dẫn nhiệt, điện tử học hay phân tích âm thanh… 24 2.2 Lý thuyết học phá hủy vết nứt Cho đến nay, nhiều phương pháp phát triển để xác định đại lượng đặc trưng cho độ bền đứt gãy vật liệu khác nhau, đó, hầu hết phương pháp phát triển sở phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) Tuy nhiên, số hạn chế trình phân tích mơ vết nứt kết cấu phức tạp, đặc biệt vết nứt lớn dần tạo vùng khơng liên tục mơ hình Để khắc phục tượng này, Belytschko Black đề xuất phương pháp XFEM [3,4], khơng gian phần tử hữu hạn tăng cường hàm Jump hàm tiệm cận gần đỉnh vết nứt Giải pháp giúp mô vết nứt hình thức mà khơng cần phải thực lưới lại Đồ án trình bày phương pháp ứng dụng phương pháp XFEM phần mềm Abaqus để xây dựng mơ hình mơ lan truyền vết nứt có vết nứt mồi ban đầu * Phương pháp phần tử hữu hạn mở rộng XFEM: Các nghiên cứu lý thuyết vật liệu tiên tiến hầu hết tập trung vào nghiên cứu ứng xử kết cấu chịu tác dụng tải trọng, tức nghiên cứu kết cấu trước đứt gãy Các nghiên cứu lý thuyết kết cấu có vết nứt xuất nghiên cứu lan truyền vết nứt cịn chia theo hướng chính: a) Nhóm sử dụng lý thuyết Cơ học gãy [5, 6], b) Nhóm sử dụng mô động lực học phân tử [7, 8], c) Và vài phương pháp khác [9, 10] Tuy nhiên, thấy khơng có phương pháp phát triển dựa việc khảo sát hình thành vết nứt, từ đưa mơ hình tốn học vết nứt, khơng có phương pháp phổ quát để nghiên cứu vấn đề kết cấu có vết nứt Ngày nay, với tiến khoa học công nghệ, việc nghiên cứu ứng dụng AI khảo sát phát vết nứt thị giác máy tính ngày thu hút quan tâm nhiều nhóm nghiên cứu dựa ưu điểm vượt trội thời gian 25 thực độ an toàn so sánh với khảo sát người đặc biệt cấu trúc nằm vị trí khó tiếp cận sở hạ tầng lớn Tuy nhiên, để ứng dụng AI, cần phải có liệu đủ lớn, khó khăn lớn cấu trúc làm vật liệu thông minh, hạn chế mức độ phổ biến vật liệu xuất phát từ giá thành chúng, tầm quan trọng việc lựa chọn vật liệu chi tiết quan trọng Vì vậy, việc nghiên cứu thu thập liệu xuất vết nứt kết cấu vào thời điểm quan trọng XFEM phương pháp kỹ thuật số dựa phương pháp phần tử hữu hạn tổng quát (GFEM) phân vùng phương pháp hợp (PUM) Nó mở rộng cách tiếp cận phương pháp phần tử hữu hạn cổ điển (FEM) cách làm phong phú không gian nghiệm cho nghiệm phương trình vi phân với hàm khơng liên tục Sau đó, sửa đổi phương pháp tiếp tục sử dụng vấn đề khác biến dạng cục bộ, trường không liên tục, nứt gãy,… XFEM cho phép tồn không liên tục phần tử cách tăng bậc tự hàm chuyển vị [11]: với vectơ độ dời; vectơ độ dời nút; vectơ tự do; chức bề mặt; tiệm cận đỉnh vết nứt bậc tự nút nâng cao hàm bước hàm 26 2.3 Mô lan truyền vết nứt dầm bê tơng có vết nứt mồi ban đầu phần mềm Abaqus Mơ hình mơ lan truyền nứt dầm bê tơng có vết nứt mồi xây dựng phần mềm Abaqus - dựa phương pháp phần tử hữu hạn Giả thiết dầm bê tơng có thơng số theo Bảng Hình Mơ hình uốn dầm bê tơng có vết nứt mồi xây dựng 2D chương trình Abaqus Hình Phần tử lưới chia nhiều trường hợp để nghiên cứu lan truyền nứt dầm bê tơng Hình 3: Sơ đồ uốn dầm bê tơng có vết nứt mồi ban đầu * Thơng số vật liệu giá trị đầu vào bê tông M400 [12] - Mô đun đàn hồi bê tông: 32,5e3 Mpa - Hệ số Poisson bê tông: 0.2 - Kích thước: 80*20*20 (cm) - Vết nứt dài 1cm, đặt mặt đáy - Tải trọng 45kN - Lực đặt cách điểm mặt 5cm - Mô đun đàn hồi thép: 21e9 [13] - Hệ số Poisson thép: 0.3 - Ứng suất tối đa bê tơng: 1200 27 * Kết mơ 2D: Hình f Hình g Hình h Hình i Hình k Hình 4: Mơ hình uốn dầm bê tơng có vết nứt mồi mô 2D phần mềm Abaqus trường hợp chia lưới khác Hình f g h i k Chia lưới 0.009 0.014 0.006 0.005 0.004 Biến dạng trung bình 4.287e-8 2.879e-8 4.751e-8 9.608e6 4.037e-5 Ứng suất trung bình 4.124e3 3.025e3 8.276e3 3.329e17 1.917e7 28 CHƯƠNG : KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Trong thí nghiệm này, dầm bê tông tạo dự bị Phịng thí nghiệm Cấu trúc, Trường Đại học Giao thơng Vận tải, Hà Nội, Việt Nam Kích thước dầm đưa Bảng Dầm đúc Phịng thí nghiệm với thời gian đóng rắn 28 ngày, cường độ bê tông 51 MPa đạt Thơng số Giá trị Kích thước(cm) 80*20*20 Vị trí lực ban đầu cách 8cm so với vị trí dầm Cường độ lực tải(kN) 45 Số bước 1000 Kích thước bước(cm) 0.01 Phạm vi vị trí lực L(cm) 10 Vật liệu bê tông Chiều dài vết nứt ban đầu d(cm) Bảng 1: Thông số mô Môi trường thử nghiệm bao gồm: máy nén phịng điều khiển Hình (a) (b) Thiết lập thí nghiệm trình bày Hình (c) Tải trọng áp dụng cho dầm dầm bị phá hủy, giá trị tải trọng 898 kN ghi nhận phòng điều khiển (a) (b) 29 (c) Hình 1: Mơi trường thí nghiệm: (a)máy nén; (b)phịng điều khiển; (c)Thiết lập thí nghiệm Kết thí nghiệm uốn trình bày Hình Một dầm bị phá hủy, hình ảnh vết nứt nhân giống phần tương ứng thích Hình (a) (b) (b) (a) Hình 2: Kết thí nghiệm uốn: (a) đường lan truyền vết nứt; (b) Tương ứng mặt đất 30 CHƯƠNG : SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG - THỰC NGHIỆM VÀ NHẬN XÉT KẾT LUẬN 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] "Kết cấu bê tông cốt thép, Phần - Cấu kiện bản", 2012, Ngô Đăng Quang, Nguyễn Duy Tiến Tiếng Anh [2] Getting Start with Abaqus: Interative Edition pp.1-1 – 1-6 [3] “Elastic crack growth in finite elements with minimal remeshing”, Belytschko T, T Black, Int J Numer Methods Eng., 45, 601–620, 1999 [4] “Abaqus implementation of extended finite element method using a level set representation for three-dimensional fatigue crack growth and life predictions”, Shi J, D Chopp, J Lua, N Sukumar, T Belytschko, Eng Fract Mechan., 77(14), 2840– 2863, 2010 doi:10.1016/j.engfracmech.2010.06.009 [5] Emdadi A, M.A Zaeem, “Phase-field modeling of crack propagation in polycrystalline materials” Comput Mater Sci., 186, 110057, 2021 doi:10.1016/j.commatsci.2020.110057 [6] Tam M, Z Yang, S Zhao, H Zhang, Y Zhang, J Yang, “Nonlinear bending of elastically restrained functionally graded graphene nanoplatelet reinforced beams with an open edge crack” Thin-Walled Structures, 156, 106972, 2020 [7] Hansen-Dörr A.C., L Wilkens, A Croy, A Dianat, G Cuniberti, M Kästner, “Combined molecular dynamics and phase-field modelling of crack propagation in defective graphene”, Comput Mater Sci., 163, 117–126, 2019, doi:10.1016/j.commatsci.2019.03.028 [8] Yao J, Y Xia, S Dong, P Yu, J Zhao, “Finite element analysis and molecular dynamics simulations of nanoscale crack-hole interactions in chiral graphene nanoribbons”,Eng Frac.Mech.,10657, 2019, doi:10.1016/j.engfracmech.2019.106571 [9] Engel B, J.P Rouse, C.J Hyde, W Lavie, D Leidermark, S Stekovic, H Li, “The prediction of crack propagation in coarse grain RR1000 using a unified modelling approach”, Inter J Fatig., 137, 105652, 2020 doi:10.1016/j.ijfatigue.2020.105652 [10] Kimura H, Y Akiniwa, K Tanaka, H Tanaka, Y Okumura, “Smart structure for suppression of mode I and II crack propagation in CFRP laminates by shape memory 32 alloy TiNi actuator”, Inter doi:10.1016/j.ijfatigue.2006.02.002 J Fatig., 28(10), 1147–1153, 2006, [11] Broek D, “Elementary engineering fracture mechanics” Matinus Nijhoff, Boston, London, 1982 [12] Thông số vật liệu bê tông Mac400 thép , https://shundengsdt.com/mo-dun-danhoi-cua-thep-be-tong/ [13] Hệ số poisson thép, https://www.scribd.com/document/461102430 Poissondoc PHỤ LỤC 33 34