Hcmute nghiên cứu ứng xử động và tĩnh của dầm composite nhiều lớp có điều kiện biên khác nhau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ ĐỘNG VÀ TĨNH CỦA DẦM COMPOSITE NHIỀU LỚP CÓ ĐIỀU KIỆN BIÊN KHÁC NHAU MÃ SỐ: T2018-68TĐ SKC 0 5 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ ĐỘNG VÀ TĨNH CỦA DẦM COMPOSITE NHIỀU LỚP CÓ ĐIỀU KIỆN BIÊN KHÁC NHAU Mã số: T2018-68TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Ngọc Dương TP HCM, 12/2018 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ ĐỘNG VÀ TĨNH CỦA DẦM COMPOSITE NHIỀU LỚP CÓ ĐIỀU KIỆN BIÊN KHÁC NHAU Mã số: T2018-68TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Ngọc Dượng TP HCM, 12/2018 Luan van DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Nguyễn Ngọc Dương Khoa Xây dựng Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM Luan van MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU v INFORMATION ON RESEARCH RESULTS vi Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 1.2 Tính cấp thiết 1.3 Mục tiêu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Cách tiếp cận 1.5.2 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Nội dung nghiên cứu Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Động học 2.2 Quan hệ ứng suất biến dạng 2.3 Năng lượng dầm 2.4 Lời giải Ritz 2.4.1 Giới thiệu lời giải Ritz 2.4.2 Phát triển lời giải Ritz 11 Chương 3: VÍ DỤ SỐ 15 3.1 Ví dụ 15 3.2 Ví dụ 16 3.3 Ví dụ 22 3.4 Ví dụ 29 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 PHỤ LỤC 38 i Luan van DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CBT: Lý thuyết dầm cổ điển (Classical Beam Theory) FOBT: Lý thuyết dầm bậc (First Order Beam Theory) HOBT: Lý thuyết dầm bậc cao (Higher Order Beam Theory) Quasi-3D: Lý thuyết dầm tựa ba chiều (Quasi-Three Dimension Beam Theory) S-S: Dầm có điều kiện biên tựa đơn hai đầu (Simply Supported Beam) C-F: Dầm đầu ngàm, đầu tự (Clamped – Free Beam) C-C: Dầm hai đầu ngàm (Clamped – Clamped Beam) VL: Vật liệu CS: Cộng ĐKB: Điều kiện biên ii Luan van DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình Dầm composite Hình Sự phân bố chuyển vị đứng dọc theo chiều cao dầm composite (00/900) (00/900/00) có ĐKB S-S (VL II) 20 Hình Sự phân bố chuyển vị đứng dọc theo chiều cao dầm composite (00/900) (00/900/00) có ĐKB C-F (VL II) 20 Hình Sự phân bố chuyển vị đứng dọc theo chiều cao dầm composite (00/900) (00/900/00) có ĐKB C-C (VL II) 21 Hình Ảnh hưởng tính dị hướng vật liệu đến tần số lực ổn định dầm composite (00/900) (00/900/00) có ĐKB S-S 22 Hình Sự thay đổi chuyển vị đứng dầm composite ĐKB S-S theo hướng sợi ( L / h  , VL II) 27 Hình Sự thay đổi chuyển vị ngang dầm composite ĐKB C-F theo hướng sợi ( L / h  , VL II) 27 Hình Sự thay đổi chuyển vị ngang dầm composite ĐKB C-C theo hướng sợi ( L / h  , VL II) 28 Hình Sự phân bố ứng suất theo chiều cao dầm composite ĐKB S-S (00/600/00, L / h  10 , VL II) 28 Hình 10 Sự phân bố ứng suất theo chiều cao dầm composite ĐKB S-S (00/600, L / h  10 , VL II) 29 Hình 11 Ảnh hưởng hướng sợi đến tần số riêng dầm  /   s có ĐKB khác (MAT IV) 32 iii Luan van DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Các hàm dạng 12 Bảng Các điều kiện biên 13 Bảng Đặc trưng vật liệu hình học dầm composite 15 Bảng Sự hội tụ tần số riêng, lực ổn định chuyển vị dầm composite (VL I, 00/900, L / h  , E1 / E2  40 ) 16 Bảng Tần số riêng dầm composite (00/900/00) (00/900) (VL I, E1 / E2  40 ) 17 Bảng Lực ổn định dầm composite (00/900/00) (00/900) (VL I, E1 / E2  40 ) 18 Bảng Chuyển vị nhịp dầm composite (00/900/00) (00/900) chịu tải trọng phân bố (VL II) 19 Bảng Ứng suất dầm composite (00/900/00) 00/900) chịu tải phân bố (VL II) 21 Bảng Tần số riêng dầm composite (00/ /00) (00/ ) (VL I, E1 / E2  40 ) 23 Bảng 10 Lực ổn định dầm composite (00/ /00) (00/ ) (VL I, E1 / E2  40 ) 23 Bảng 11 Chuyển vị đứng nhịp dầm composite (00/ /00) (00/ ) chịu tải trọng phân bố (VL II) 24 Bảng 12 Ứng suất dầm composite (00/ /00) (00/ ) ĐKB S-S chịu tải trọng phân bố (VL II) 25 Bảng 13 Tần số riêng dầm composite (VL IV) 29 Bảng 14 Tần số riêng dầm composite (VL IV) 30 Bảng 15 Tần số riêng, lực ổn định chuyển vị dầm composite (VL IV) 31 iv Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp HCM, Ngày 08 tháng 12 năm 2018 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: Tên đề tài: Nghiên cứu ứng xử động tĩnh dầm composite nhiều lớp có điều kiện biên khác Mã số: T2018-68TĐ Chủ nhiệm: ThS Nguyễn Ngọc Dương Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Tp Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện: từ 01/2018 đến 12/2018 Mục tiêu: Phát triển lời giải Ritz để phân tích ứng xử tĩnh dao động tự dầm composite nhiều lớp có điều kiện biên khác Tính sáng tạo: Các hàm dạng Ritz đề xuất để xấp xỉ trường chuyển vị dầm composite Kết nghiên cứu: Tính tốn tần số riêng, chuyển vị, ứng suất lực ổn định dầm composite Sản phẩm: 01 Bài báo SCIE Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Kết nghiên cứu so sánh với nghiên cứu khác cho thấy tính hiệu nghiên cứu Trưởng Đơn vị (ký, họ tên) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) ThS Nguyễn Ngọc Dương v Luan van INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: Bending and Free Vibration Analysis of Laminated Composite Beam with Different Boundary Condition Code number: T2018-68TĐ Coordinator: Nguyen Ngoc Duong Implementing institution: Ho Chi Minh City University Technology and Education Duration: from 01/2018 to 12/2018 Objective(s): Develop Ritz method to analyse static and vibration behaviours of laminated composite beams with different boundary condition Creativeness and innovativeness: New shape functions are proposed to approximate displacement field of laminated composite beams Research results: Free vibration, displacement, stress and critical buckling load are calculated and compare with available literature Products: 01 SCIE paper Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: Present results compared with available literature is indicated that present study is effective vi Luan van T CR IP Accepted manuscript to appear in IJSSD Table 11 Nondimensional mid-span displacements of (00/ /00) and (00/ ) composite beams under a uniformly distributed load (MAT II) S-S L/h Reference 10 50 10 50 C-C 10 50 00/ S-S 10 50 C-F 10 EP 50 C-C 10 50 AC C Int J Str Stab Dyn Downloaded from www.worldscientific.com by UNIVERSITY OF NEW ENGLAND on 04/17/18 For personal use only C-F Present Vo et al [28] Present Vo et al [28] Present Vo et al [28] Present Vo et al [28] Present Vo et al [28] Present Vo et al [28] Present Vo et al [28] Present Vo et al [28] Present Vo et al [28] Present Vo et al [28] Present Vo et al [28] Present Vo et al [28] Present Vo et al [28] Present Vo et al [28] Present Vo et al [28] Present Vo et al [28] Present Vo et al [28] Present Vo et al [28] Fiber angle (  ) 00 150 1.7930 1.8626 1.7930 1.8626 0.9222 0.9529 0.9222 0.9529 0.6370 0.6554 0.6370 0.6554 5.2683 5.4840 5.2774 5.4898 2.9647 3.0636 2.9663 3.0653 2.1599 2.2225 2.1602 2.2228 1.0866 1.1485 1.0998 1.1537 0.3958 0.4120 0.3968 0.4130 0.1367 0.1408 0.1367 0.1408 1.7930 2.5772 1.7930 2.5763 0.9222 1.6876 0.9222 1.6861 0.6370 1.3974 0.6370 1.3966 5.2683 7.9931 5.2774 8.0005 2.9647 5.5734 2.9663 5.5712 2.1599 4.7445 2.1602 4.7429 1.0866 1.3071 1.0998 1.3165 0.3958 0.5581 0.3968 0.5584 0.1367 0.2889 0.1367 0.2887 300 2.0140 2.0140 0.9946 0.9946 0.6608 0.6608 5.8705 5.8804 3.1810 3.1828 2.2402 2.2405 1.2616 1.2670 0.4459 0.4469 0.1431 0.1431 3.6681 3.6634 2.7463 2.7403 2.4454 2.4406 11.6981 11.6830 9.1667 9.1499 8.3044 8.2916 1.5673 1.5755 0.7797 0.7783 0.4987 0.4974 450 2.1762 2.1762 1.0370 1.0370 0.6634 0.6634 6.2780 6.2879 3.2973 3.2992 2.2480 2.2483 1.3801 1.3856 0.4818 0.4828 0.1449 0.1449 4.3236 4.3135 3.3492 3.3370 3.0309 3.0200 13.8805 13.8390 11.2026 11.1650 10.2904 10.2600 1.7485 1.7547 0.9137 0.9107 0.6161 0.6137 600 2.3030 2.3030 1.0700 1.0700 0.6650 0.6650 6.5930 6.6029 3.3871 3.3889 2.2529 2.2531 1.4711 1.4766 0.5098 0.5108 0.1462 0.1462 4.6312 4.6135 3.6070 3.5871 3.2725 3.2540 14.8708 14.8020 12.0630 12.0020 11.1059 11.0540 1.8524 1.8575 0.9771 0.9726 0.6646 0.6608 DM AN US 00/ /00 BC TE Lay-up 43 Luan van 750 2.3796 2.3796 1.0900 1.0900 0.6658 0.6658 6.7820 6.7919 3.4412 3.4428 2.2554 2.2557 1.5253 1.5309 0.5266 0.5277 0.1470 0.1470 4.7422 4.7162 3.6841 3.6562 3.3394 3.3121 15.2025 15.1080 12.3104 12.2260 11.3243 11.2500 1.9023 1.9060 1.0003 0.9943 0.6778 0.6727 900 2.4049 2.4049 1.0965 1.0965 0.6661 0.6661 6.8442 6.8541 3.4511 3.4605 2.2562 2.2565 1.5431 1.5487 0.5323 0.5332 0.1473 0.1472 4.7645 4.7346 3.6942 3.6626 3.3446 3.3147 15.2595 15.1540 12.3387 12.2440 11.3428 11.2580 1.9164 1.9193 1.0050 0.9983 0.6790 0.6733 T CR IP Accepted manuscript to appear in IJSSD Table 12 Nondimensional stresses of (00/ /00) and (00/ ) S-S composite beams under a uniformly distributed load (MAT II) L/h Reference Fiber angle (  ) 00 150 300 450 0.9556 0.9498 0.7998 0.8002 0.7520 0.7523 0.9556 0.9498 0.7998 0.8002 0.7520 0.7523 0.9788 0.9731 0.8220 0.8222 0.7736 0.7739 0.5735 0.5724 0.5413 0.5415 0.5316 0.5315 1.0062 1.0010 0.8325 0.8326 0.7785 0.7788 0.3736 0.3746 0.3655 0.3661 0.3631 0.3633 1.0339 1.0280 0.8403 0.8403 0.7798 0.7801 0.2830 0.2852 0.2790 0.2802 0.2779 0.2785 0.6668 0.6679 0.7078 0.7100 0.7439 0.7434 0.6668 0.6679 0.7078 0.7100 0.7439 0.7434 0.6384 0.6395 0.6761 0.6783 0.7096 0.7090 0.6996 0.7050 0.7356 0.7394 0.7685 0.7443 0.5721 0.5729 0.6070 0.6088 0.6377 0.6373 0.7545 0.7598 0.7902 0.7913 0.8234 0.7434 0.5010 0.5016 0.5330 0.5344 0.5609 0.5605 0.8155 0.8208 0.8532 0.8528 0.8884 0.7718 600 750 900 1.0556 1.0500 0.8459 0.8459 0.7803 0.7806 0.2476 0.2510 0.2445 0.2464 0.2436 0.2449 1.0688 1.0630 0.8493 0.8491 0.7805 0.7808 0.2386 0.2429 0.2354 0.2379 0.2344 0.2363 1.0732 1.0670 0.8504 0.8502 0.7806 0.7809 0.2380 0.2428 0.2346 0.2375 0.2336 0.2358 0.4456 0.4462 0.4751 0.4762 0.5006 0.5003 0.8646 0.8703 0.9046 0.9039 0.9418 0.8085 0.4123 0.4128 0.4401 0.4411 0.4641 0.4638 0.8949 0.9012 0.9367 0.9363 0.9755 0.8372 0.4013 0.4017 0.4286 0.4295 0.4521 0.4518 0.9052 0.9117 0.9476 0.9474 0.9869 0.8481 EP TE DM AN US a Normal axial stress 00/ /00 Present Vo et al [28] 10 Present Vo et al [28] 50 Present Vo et al [28] 0 / Present Vo et al [28] 10 Present Vo et al [28] 50 Present Vo et al [28] b Shear stress 00/ /00 Present Vo et al [28] 10 Present Vo et al [28] 50 Present Vo et al [28] 00/ Present Vo et al [28] 10 Present Vo et al [28] 50 Present Vo et al [28] AC C Int J Str Stab Dyn Downloaded from www.worldscientific.com by UNIVERSITY OF NEW ENGLAND on 04/17/18 For personal use only Lay-up 44 Luan van T CR IP Accepted manuscript to appear in IJSSD Table 13 Fundamental frequencies (Hz) of single-layer C-F composite beam (MAT III) 150 Mode HOBT Present 82.19 512.86 1426.29 2767.83 Quasi-3D Present 82.22 513.09 1427.12 2769.99 Chen et al [17] 82.55 515.68 1437.02 2797.14 Experiment Abarcar and Cunniff [42] 82.50 511.30 1423.40 1526.90* 2783.60 HOBT Present 52.63 329.13 918.51 1791.22 Quasi-3D Present 52.67 329.43 919.48 1793.62 Chen et al [17] 52.73 330.04 922.45 1803.01 Experiment Abarcar and Cunniff [42] 52.70 331.80 924.70 1766.90 1827.50* Note: ‘-‘ denotes: the results are not available; ‘*’ denotes: the results are the torsional Reference EP TE mode AC C Int J Str Stab Dyn Downloaded from www.worldscientific.com by UNIVERSITY OF NEW ENGLAND on 04/17/18 For personal use only 300 Theory DM AN US Lay-up 45 Luan van T CR IP Accepted manuscript to appear in IJSSD Table 14 Nondimensional fundamental frequencies of composite beams (MAT IV) Lay-up Theory 0 45 /-45 /45 /-45 Reference HOBT HOBT Quasi-3D AC C EP TE Int J Str Stab Dyn Downloaded from www.worldscientific.com by UNIVERSITY OF NEW ENGLAND on 04/17/18 For personal use only 300/-500/500/-300 C-F 0.2849 0.2962 0.2852 0.2969 0.3486 0.3489 0.3572 DM AN US Quasi-3D BC S-S Present 0.7961 Chandrashekhara and Bangera [36] 0.8278 Present 0.7962 Chen et al [17] 0.7998 Present 0.9726 Present 0.9728 Chen et al [17] 0.9790 46 Luan van C-C 1.7592 1.9807 1.7629 1.8446 2.1255 2.1281 2.2640 T CR IP Accepted manuscript to appear in IJSSD Table 15 Nondimensional fundamental frequencies, critical buckling loads and midspan displacements of  /   s composite beams (MAT IV) Fiber angle (  ) 00 150 300 450 600 750 900 2.649 2.651 2.656 2.656 2.650 0.980 0.981 0.983 0.982 0.980 4.897 4.973 4.912 4.849 4.901 4.858 1.579 1.896 2.511 2.511 1.580 0.570 0.676 0.926 0.925 0.571 3.288 4.294 4.717 4.664 3.290 3.648 0.999 1.141 2.103 2.103 0.999 0.358 0.414 0.768 0.768 0.358 2.180 2.195 4.131 4.098 2.183 2.345 0.796 0.804 1.537 1.537 0.796 0.285 0.288 0.555 0.555 0.285 1.759 1.929 3.197 3.184 1.762 1.838 0.731 0.736 1.012 1.012 0.731 0.261 0.262 0.363 0.363 0.262 1.620 1.669 2.202 2.198 1.626 1.671 0.725 0.725 0.761 0.761 0.725 0.259 0.258 0.272 0.272 0.260 1.605 1.612 1.683 1.682 1.614 1.616 0.729 0.729 0.732 0.732 0.730 0.261 0.260 0.262 0.262 0.262 1.615 1.619 1.621 1.620 1.625 1.623 10.709 10.713 2.973 2.974 2.971 30.689 30.726 3.808 3.809 0.987 0.988 1.631 13.320 13.336 1.522 1.523 0.386 0.387 0.712 5.747 5.758 0.967 0.967 0.244 0.245 0.298 3.720 3.731 0.816 0.816 0.206 0.206 0.208 3.154 3.168 0.802 0.802 0.202 0.203 0.202 3.096 3.117 0.813 0.813 0.205 0.206 0.205 3.136 3.160 30.592 19.960 10.008 4.491 3.187 3.098 3.136 1.196 3.371 8.437 13.286 15.745 16.028 15.811 1.195 3.369 8.432 13.278 15.733 16.014 15.796 HOBT 3.987 11.387 28.611 45.097 53.452 54.413 53.675 Quasi-3D 3.983 11.378 28.570 44.967 53.170 54.010 53.208 0.355 0.795 1.815 2.791 3.289 3.350 3.308 0.355 0.794 1.812 2.782 3.272 3.322 3.276 Theory Reference TE DM AN US a Fundamental frequency S-S HOBT Present Aydogdu [20] Nguyen et al [24] FOBT Chandrashekhara et al [7] Quasi-3D Present C-F HOBT Present Aydogdu [20] Nguyen et al [24] FOBT Chandrashekhara et al [7] Quasi-3D Present C-C HOBT Present Aydogdu [20] Nguyen et al [24] FOBT Chandrashekhara et al [7] Quasi-3D Present Chen et al [17] b Critical buckling load S-S HOBT Present Quasi-3D C-F HOBT Present Quasi-3D FOBT Wang et al [38] C-C HOBT Present Quasi-3D FOBT Wang et al [38] c Mid-span displacement S-S HOBT Present C-F EP Quasi-3D C-C HOBT Quasi-3D AC C Int J Str Stab Dyn Downloaded from www.worldscientific.com by UNIVERSITY OF NEW ENGLAND on 04/17/18 For personal use only BC 47 Luan van -I BM 02TD Thuyil minh iti tdi KH&CN cdp Trwdng trgng iliilm THUAT CQNG HOA XA HQI CHU NGHIA VIET I\S.M THANH PH6 H0 cni urNn DQc lfp - Tg - Ir4nh phric Khoa X0y dWrg TRUONG DA.I HQC SUPHAIVI KY THUYfT MINH OT TAT KHOA HQC VA CoNG NGHE CAp rRrIoNrG TRQNG DIEM z Nghi6n cfu img xi nhi6u lop c6 tli6u kiQn bi6n kh6c dQng vd tinh cria dAm composite vrA s6 of rAr: T2or8-68TD vrA s6 THEo LINH v-LIc NcrutN ctJu: zotos rrrA s6 THEo NGHI Tg nhi€n Kinh ti5; XH-NV Gi6o dgc tr tr T tr tr tr K! thuflt N6ng Ldm Y Dugc tr T tr M0i truong ATLD Sd hifu GIAN THUC HIEN CO QUAN CH Tdn co quan: D4i hgc Su phpm DiQn thoai: 0838.968.64 Dia chi: SO utu ucrutN ctru: 2007 LOAI HINH NGH- Co bin Ung lflen dUng khai trtr T K! thu{t Thdnh ph6 HO Chf Minh Ot VO VIn Ngdn Qufln Thri Drlc Thdnh pnO UO Chi Minh NHIEM DE TAI Hg vd t6n: Nguy6n Nggc Ducrng Chric danh khoa hgc: Gi6ng vi6n Dcrn vi c6ng t6c: Trudng DH vtqc NH VIEN THAM GIA NGHIEN C Hgc v!: Th4c s! NIm sinh: 1983 Di dQng: 0979892937 T I Don vic6ng tric vd linh vpc chuyOn m6n NQi dung nghiCn cr?u cu thiS dugc giao Nguy€n Nggc Duong TCn tlon v! vd ngodi nudc NQi dung phOi trqp nghiCn criu Luan van Hg vd t6n ngudi