(Luận văn thạc sĩ) phân tích bất ổn định phi tuyến tấm composite

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CƠNG NGHIỆP LONG AN LƯƠNG MINH GIANG PHÂN TÍCH BẤT ỔN ĐỊNH PHI TUYẾN TẤM COMPOSITE LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành:Kỹ thuật Xây Dựng Mã số: 8.58.02.01 Long An– 2020 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN LƯƠNG MINH GIANG PHÂN TÍCH BẤT ỔN ĐỊNH PHI TUYẾN TẤM COMPOSITE LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành:Kỹ thuật Xây Dựng Mã số: 8.58.02.01 Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thanh Nguyên Long An– 2020 Luan van i LỜI CAM ĐOAN Ngồi kết tham khảo từ cơng trình khác ghi luận văn, tơi xin cam kết luận văn thực luận văn nộp Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An Tôi xin cam đoan rằng: Số liệu kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực chưa sử dụng công bố cơng trình khác Mọi giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc HỌC VIÊN THỰC HIỆN Lương Minh Giang Luan van ii LỜI CẢM ƠN Luận văn cao học hoàn thành kết trình học tập nghiên cứu học viên Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An Bên cạnh nỗ lực học viên, hoàn thành chương trình luận văn khơng thể thiếu giảng dạy, quan tâm, giúp đỡ tập thể Thầy, Cô khoa Kiến trúc Xây dựng (Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An) q trình học tập hồn thành luận văn cao học Nhân đây, xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Thanh Nguyên tập thể thầy cô, đồng nghiệp tận tình quan tâm, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành tốt luận văn Cũng này, tơi xin trân trọng cám ơn gia đình, bạn bè, tập thể lớp Cao học Xây dựng hỗ trợ tơi q trình học tập thực luận văn HỌC VIÊN THỰC HIỆN Lương Minh Giang Luan van iii Tóm tắt luận văn Với xu hướng phát triển ngày cao xã hội chất lượng sống người ngày cải thiện Vì người ln địi hỏi yêu cầu cao nhu cầu sống Một số cơng trình xây dựng Xây dựng vấn đề hàng đầu phát triển đất nược Để giúp cải thiện nâng cao tính an tồn hiệu cơng trình, giải pháp đưa để cải thiện vật liệu như: khả chịu lực cao, tính dẻo, mức độ chống chịu nhiệt độ, tính ứng dụng rộng rãi mang lại nhiều hiệu kinh tế.Vật liệu composite đáp ứng hầu hết yêu cầu Nhu cầu phân tích kết cấu composite làm xuất nhiều cơng trình nghiên cứu ứng xử học loại kết cấu có phân tích bất ổn định Giải pháp nhằm giải vấn đề chưa khắc phục hay giải triệt để Đi sâu vấn đề trên, luận văn tiếp tục nghiên cứu phát triển giải phá: phân tích bất ổn định compositevà thực mô phần mềm ANSYS Luan van iv NONLINEAR BUCKLING ANALYSIS OF COMPOSITE PLATE With the increasing development trend of society, the quality of human life is also increasingly improved Therefore, people always require higher demands on life's needs One of them is construction Construction is always a top issue in the development of the country To help improve and improve the safety and efficiency of buildings, one of the solutions given to improve is on materials such as: high bearing capacity, ductility, temperature resistance, as well as wide applicability and bring many economic benefits Composite materials meet most of the above requirements The need for composite structural analysis has led to many researches on mechanical behavior of this type of structure, including instability analysis This solution is to solve problems that have not been solved or solved thoroughly Going into the above issue, this thesis continues to research and develop solutions nonlinear buckling analysis of composite plate and simulated by ANSYS software Luan van v MỤC LỤC MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH vii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN _ 1 Đăt vấn đề 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Khái niệm vật liệu composite _ 1.2 Phân loại composite theo cấu trúc vật liệu gia cường _ 1.3 Vai trò vật liệu thành phần 1.3.1 Vai trò vật liệu gia cường _ 1.3.2 Vai trò vật liệu 1.4 Khái niệm ổn định ổn định 1.4.1 Khái niệm ổn định theo Euler _ 1.4.2 Các dạng ổn định _ 1.4.3 Khái niệm ổn định theo Liapunov _ 1.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu _ 11 1.5.1 Tình hình nghiên cứu nước ngồi _ 11 1.5.2 Tình hình nghiên cứu nước _ 11 1.6 Lý chọn đề tài 12 1.7 Lợi ích đề tài 12 1.7.1 Lợi ích khoa học _ 12 1.7.2 Lợi ích thực tiễn _ 12 1.8 Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu 13 1.8.1 Mục tiêu tổng quát _ 13 Luan van vi 1.8.2 Mục tiêu cụ thể 13 1.9 Đối tượng nghiên cứu: 13 1.10 Phạm vi nghiên cứu: 13 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 2.1 Phương trình tổng quát composite 14 2.1.1 Mối liên hệchuyển vị – biến dạng composite lớp _ 14 2.1.2 Quan hệ ứng suất biến dạng composite lớp _ 15 2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn cho toán ổn định 16 2.3 Bài toán phi tuyến phương pháp phần tử hữu hạn _ 20 2.4 Phân tích bất ổn định phi tuyến 22 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH TÍNH TỐN MƠ PHỎNG _ 26 3.1 Giới thiệu ANSYS 26 3.2 Phần tử SHELL181 ANSYS 26 3.3 Mơ hình tính tốn 27 3.3.1 Phân tích bất ổn định tốn có lỗ _ 27 3.3.2 Phân tích bất ổn định tốn khơng có lỗ _ 41 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ _ 55 4.1 Kết luận 55 4.2 Ưu điểm luận văn 55 4.3 Khuyết điểm luận văn _ 56 4.4 Hướng phát triển 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 Luan van vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Mơ hình vật liệu composite Hình Composite sợi dài (a) sợi ngắn (b) Hình Composite dạng lớp Hình Sandwich panel Hình Các dạng cân vị trí Hình Thanh thẳng chịu nén tâm Hình Mất ổn định dạng nén tâm 10 Hình Mất ổn định dạng đối xứng 10 Hình Mất ổn định dạng uốn phẳng 11 Hình Mơ hình composite lớp 14 Hình 2 Tấm mỏng 16 Hình 3Ứng suất nén tác dụng lên mỏng 18 Hình Mode bất ổn định cho chiều dài phẳng 19 Hình Giá trị hệ số bất ổn định k 19 Hình Đồ thị tải chuyển vị với điểm bắt đầu bất ổn định 23 Hình Đồ thị tải chuyển vị với hai giai đoạn bất ổn định phi tuyến (nonlinear buckling) hậu bất ổn định (post-buckling) 23 Hình So sánh bất ổn định lời giải số bất ổn định học 25 Hình Shell181 27 Hình Mơ hình phẳng có lỗ 28 Hình 3 Mơ hình CAD 30 Hình Chia lưới mơ hình 31 Hình Điều kiện biên tải 34 Hình Kết lực tới hạn tuyến tính 34 Hình Chuyển vị theo phương z mode 35 Hình Chuyển vị theo phương z mode 36 Hình Chuyển vị theo phương z mode 36 Luan van viii Hình 10 Chuyển vị theo phương z mode 37 Hình 11 Chuyển vị theo phương z 37 Hình 12 Chuyển vị theo phương z 37 Hình 13 Đồ thị lực chuyển vị phương z điểm A,B,C góc 30 38 Hình 14 Đồ thị lực chuyển vị phương z điểm A,B,C góc 15 39 Hình 15 Đồ thị lực chuyển vị phương z điểm A,B,C góc 20 39 Hình 16 Đồ thị lực chuyển vị phương z điểm A,B,C góc 45 40 Hình 17 Đồ thị lực chuyển vị phương z điểm A,B,C góc 60 40 Hình 18 Đồ thị lực chuyện vị phương z điểm A, B, C góc 36 41 Hình 19 Mơ hình CAD 42 Hình 20 Chia lưới 43 Hình 21 Đặt lực điều kiện biên 44 Hình 22Thông số vật liệu 45 Hình 23 Lực tới hạn mode tương ứng 45 Hình 24 Chuyển vị theo phương z 45 Hình 25 Ma trận A,B,D,H 46 Hình 26 Lực tới hạn mode tương ứng 46 Hình 27 Chuyển vị theo phương z mode 47 Hình 28 Kết lực tới hạn mode tương ứng 49 Hình 29 Chuyện vị theo phương z mode 49 Hình 30 Chuyển vị theo phương z mode 50 Hình 31 Chuyển vị theo phương z mode 51 Hình 32 Đồ thị lực chuyển vị 52 Hình 33 Chuyển vị theo phương z mode 52 Hình 34 Đồ thị lực chuyển vị mode 53 Hình 35 Chuyển vị theo phương z mode 53 Hình 36 Đồ thị lực chuyển vị mode 54 Luan van 60 d,all,roty,0 nsel,s,loc,x,9.5 d,all,uz,0 d,all,rotx,0 d,all,roty,0 allsel d,all,rotz,0 nsel,s,loc,x,9.5 cp,1,ux,all !ngam cung canh phai nsel,r,loc,y,4.75 f,all,fx,-12000 !dat luc allsel solve finish /solu antype,buck !bat che bat on dinh tuyen tinh bucopt,subsp,10 !tim 10 mode solve finish • Giải theo phi tuyến /prep7 et,1,shell181 esys,0 mp,ex,1,18.5e6 mp,ey,1,1.6e6 mp,ez,1,1.6e6 Luan van 61 mp,gxy,1,0.832e6 mp,prxy,1,0.35 mp,gyz,1,0.533e6 mp,pryz,1,0.5 mp,gxz,1,0.832e6 mp,prxz,1,0.35 sect,1,shell A=36 secdata,0.01,1,A secdata,0.01,1,-A secdata,0.01,1,A secdata,0.01,1,-A secdata,0.01,1,A secdata,0.01,1,-A secdata,0.01,1,A secdata,0.01,1,-A secdata,0.01,1,A secdata,0.01,1,-A secdata,0.01,1,A secdata,0.01,1,-A k,1,0 k,2,9.5 k,3,9.5,9.5 k,4,0,9.5 a,1,2,3,4 cyl4,4.75,4.75,1.5 asba,1,2 Luan van 62 numcmp,all !danh so tat ca cac nut lsel,s,,,1,4 lesize,all,,,10 lsel,s,,,5,8 lesize,all,,,5 amesh,all modmsh,detach !tach ket qua luoi tu mo hinh *get,nnumber,node,0,num,max !lay nut lon nhat pi=4*atan(1) !xac dinh so pi *do,i,1,nnumber !bat dau vong lap tren nut *get,tmpx,node,i,loc,x !lay toa x cua node hien tai *get,tmpy,node,i,loc,y !lay toa y cua node hien tai tmpz=sin(pi*nx(i)/9.5)*sin(pi*ny(i)/9.5)*0.012 !ham ket cau khong hoan hao n,i,nx(i),ny(i),tmpz !xac dinh lai nut hien tai *enddo !ket thuc vong lap finish /solu antype,static !giai bai toan tinh nlgeom,on !bat bien dang lon phi tuyen outres,all,all !ghi lai tat ca ket qua nsubst,100 !so buoc tai Luan van 63 nsel,s,loc,x,0 d,all,all nsel,s,loc,y,0 nsel,a,loc,y,9.5 d,all,uz,0 d,all,roty,0 nsel,s,loc,x,9.5 d,all,uz,0 d,all,rotx,0 d,all,roty,0 allsel d,all,rotz,0 nsel,s,loc,x,9.5 cp,1,ux,all nsel,r,loc,y,4.75 f,all,fx,-12000 allsel solve finish /post1 nsel,s,loc,x,4.75 nsel,r,loc,y,6.25 *get,na,node,0,num,min !toa nut A nsel,s,loc,x,6.25 nsel,r,loc,y,4.75 *get,nb,node,0,num,min !toa nut B Luan van 64 nsel,s,loc,x,9.5 nsel,r,loc,y,4.75 *get,nc,node,0,num,min !toa nut C allsel set,last *get,sb,active,0,set,sbst !lay so buoc tai *do,i,1,sb !chay vong lap set,1,I !dat ket qua cho buoc i *get,tt,active,0,set,time tf=tt*12000 !luc hien tai /output,azd,out,,append *vwrite,tf,uz(na) (e16.8,5x,e16.8) /output /output,bzd,out,,append *vwrite,tf,uz(nb) (e16.8,5x,e16.8) /output /output,cxd,out,,append *vwrite,tf,abs(ux(nc)) (e16.8,5x,e16.8) /output *enddo Luan van 65 Code 3.2 • Vật liệu tương đương Code: /PREP7 UIMP,1,EX,EY,EZ,79985,79985,16128 !Thong so vat lieu UIMP,1,GXY,GYZ,GXZ,4386,4458,4458 UIMP,1,PRXY,PRYZ,PRXZ,0.044,0.415,0.415 ET,1,SHELL181 !Chon loai phan tu SECTYPE,1,SHELL !Chon phan tu shell SECDATA,10.2,1 !Do day tam RECTNG,0,1000,0,500 !Ve hinh chu nhat ESIZE,,25 !chia canh 25 phan tu AMESH,all !chia luoi FINISH /SOLU ANTYPE,STATIC !giai bai toan tinh PSTRESS,ON !tinh ma tran cung ung suat DL,2,1,uz,0 !dat dieu kien bien DL,3,1,uz,0 DL,1,1,uz,0 DL,4,1,uz,0 DL,1,1,uy,0 DL,4,1,ux,0 SFL,2,PRES,1 !dat ap luc len canh SFL,3,PRES,1 SOLVE Luan van 66 FINISH /SOLU ANTYPE,BUCK !tinh theo bat on dinh BUCOPT,SUBSP,10 !tim 10 mode bat on dinh dau tien SOLVE FINISH /SOLU EXPASS !mo rong phan tich MXPAND !so mode duoc mo rong va ghi lai SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST !ghi lai ket qua luc toi han SET,1,2 !dat hinh dang mode PLDISP,1 !ve mode FINISH • Giải theo ma trận A,B,D,H Code: /PREP7 ET,1,SHELL181 SECTYPE,1,GENS !xac dinh dang phi tuyen SSPA,817036,35937.6,0,817036,0,44737.2 !nhap ma tran A SSPB,0,0,0,0,0,0 !nhap ma tran B SSPD,8.55845e+006,311579,0,5.60896e+006,0,387872 !nhap ma tran D SSPE,37812.8,0,37964.7 !nhap ma tran H Luan van 67 RECTNG,0,1000,0,500 !ve hinh vuong ESIZE,,25 AMESH,all !chia luoi FINISH /SOLU ANTYPE,STATIC PSTRESS,ON DL,2,1,uz,0 DL,3,1,uz,0 DL,4,1,uz,0 DL,1,1,uz,0 DL,1,1,uy,0 DL,4,1,ux,0 SFL,2,PRES,1 SFL,3,PRES,1 SOLVE FINISH /SOLU ANTYPE,BUCK BUCOPT,SUBSP,10 SOLVE FINISH /SOLU EXPASS MXPAND Luan van 68 SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST SET,1,2 PLDISP,1 FINISH • Giải theo nhiều lớp theo tuyến tính phi tuyến Tuyến tính Code /cle /PREP7 UIMP,1,EX,EY,EZ,145880,13312,13312 UIMP,1,GXY,GYZ,GXZ,4386,4529,4386 UIMP,1,PRXY,PRYZ,PRXZ,0.263,0.470,0.263 ET,1,SHELL181 SECTYPE,1,SHELL SECDATA,0.85,1,0 SECDATA,0.85,1,90 SECDATA,0.85,1,0 SECDATA,0.85,1,90 SECDATA,0.85,1,0 SECDATA,0.85,1,90 SECDATA,0.85,1,90 SECDATA,0.85,1,0 SECDATA,0.85,1,90 Luan van !thong so vat lieu 69 SECDATA,0.85,1,0 SECDATA,0.85,1,90 SECDATA,0.85,1,0 RECTNG,0,1000,0,500 ESIZE,,25 AMESH,all FINISH /SOLU ANTYPE,STATIC PSTRESS,ON DL,2,1,UZ,0 DL,3,1,UZ,0 DL,1,1,uz,0 DL,4,1,uz,0 dl,1,1,uy,0 dl,4,1,ux,0 SFL,2,PRES,1 SFL,3,PRES,1 SOLVE FINISH /SOLU ANTYPE,BUCK BUCOPT,SUBSP,10 SOLVE Luan van 70 FINISH /SOLU EXPASS MXPAND SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST SET,1,2 PLDISP,1 FINISH Phi tuyến khơng hồn hảo kết cấu /PREP7 UIMP,1,EX,EY,EZ,145880,13312,13312 UIMP,1,GXY,GYZ,GXZ,4386,4529,4386 UIMP,1,PRXY,PRYZ,PRXZ,0.263,0.470,0.263 ET,1,SHELL281 SECTYPE,1,SHELL SECDATA,0.85,1,0 SECDATA,0.85,1,90 SECDATA,0.85,1,0 SECDATA,0.85,1,90 SECDATA,0.85,1,0 SECDATA,0.85,1,90 Luan van 71 SECDATA,0.85,1,90 SECDATA,0.85,1,0 SECDATA,0.85,1,90 SECDATA,0.85,1,0 SECDATA,0.85,1,90 SECDATA,0.85,1,0 RECTNG,0,1000,0,500 ESIZE,,25 AMESH,all FINISH /SOLU ANTYPE,STATIC PSTRESS,ON DL,2,1,UZ,0 DL,3,1,UZ,0 DL,1,1,UZ,0 DL,4,1,UZ,0 DL,1,1,uy,0 DL,4,1,ux,0 SFL,2,PRES,1 SFL,3,PRES,1 SOLVE FINISH /SOLU Luan van 72 ANTYPE,BUCK BUCOPT,SUBSP,10 SOLVE FINISH /SOLU EXPASS MXPAND SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST SET,1,2 PLDISP,1 FINISH /PREP7 ftr=(10.8/100) UPGEOM,ftr,1,1,file,rst FINISH /SOLU antype,static NLGEOM,1 NSUBST,50,0,0 OUTRES,ERASE Luan van 73 OUTRES,ALL,ALL AUTOTS,0 TIME,1 mult=250 SFL,2,PRES,1*mult SFL,3,PRES,1*mult ARCLEN,1,10,0.1 NSUBST,50,0,0 SOLVE FINISH Phi tuyến tải gây nhiễu /PREP7 UIMP,1,EX,EY,EZ,145880,13312,13312 UIMP,1,GXY,GYZ,GXZ,4386,4529,4386 UIMP,1,PRXY,PRYZ,PRXZ,0.263,0.470,0.263 ET,1,SHELL281 SECTYPE,1,SHELL SECDATA,0.85,1,0 SECDATA,0.85,1,90 SECDATA,0.85,1,0 SECDATA,0.85,1,90 SECDATA,0.85,1,0 SECDATA,0.85,1,90 SECDATA,0.85,1,90 SECDATA,0.85,1,0 SECDATA,0.85,1,90 Luan van 74 SECDATA,0.85,1,0 SECDATA,0.85,1,90 SECDATA,0.85,1,0 RECTNG,0,1000,0,500 ESIZE,,25 AMESH,all FINISH /SOLU antype,static NLGEOM,1 NSUBST,50,0,0 OUTRES,ERASE OUTRES,ALL,ALL AUTOTS,0 TIME,1 DL,2,1,UZ,0 DL,3,1,UZ,0 DL,4,1,UZ,0 DL,1,1,UZ,0 dl,1,1,uy,0 dl,4,1,ux,0 SFL,2,PRES,400 SFL,3,PRES,400 f,1052,fz,-50 f,1344,fz,50 SOLVE FINISH Luan van ... 2.4 Phân tích bất ổn định phi tuyến Phân tích bất ổn định phi tuyến sử dụng phân tích tĩnh phi tuyến với tải tăng dần để tìm kiếm mức tải mà cấu trúc bắt đầu bất ổn định Để tiến hành phân tích bất. .. điểm bắt đầu bất ổn định Trong phân tích bất ổn định phi tuyến, mục tiêu cần xác định điểm giới hạn (tải trọng tối đa trước nghiệm trở nên không ổn định) Phân tích bất ổn định phi tuyến cho kết... với hai giai đoạn bất ổn định phi tuyến (nonlinear buckling) hậu bất ổn định (post-buckling) Quá trình thực phân tích bất ổn định phi tuyến tương tự hầu hết phân tích tốn phi tuyến khác, kèm theo