Đáp ứng động lực học kết cấu tấm nổi composite chịu sự thay đổi nhiệt độ và tải trọng di động 2023

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THÀNH DANH ĐÁP ỨNG ĐỘNG LỰC HỌC KẾT CẤU TẤM NỔI COMPOSITE CHỊU SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ VÀ TẢI TRỌNG DI ĐỘNG Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng Mã số : 8580201 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2023 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: Cán hướng dẫn: TS Cao Tấn Ngọc Thân PGS TS Lương Văn Hải Cán chấm nhận xét 1: PGS TS Nguyễn Văn Hiếu Cán chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Thái Bình Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày 13 tháng 01 năm 2023 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS Hồ Đức Duy ……………………… – Chủ tịch Hội đồng TS Trần Minh Thi ………………………… – Thư ký Hội đồng PGS TS Nguyễn Văn Hiếu ………………….– Phản biện TS Nguyễn Thái Bình ……………………… – Phản biện TS Khổng Trọng Toàn ………………………– Ủy viên CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THÀNH DANH MSHV: 1970550 Ngày, tháng, năm sinh: 25/08/1996 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 8580201 I TÊN ĐỀ TÀI: Đáp ứng động lực học kết cấu composite chịu thay đổi nhiệt độ tải trọng di động (Dynamic response of floating composite plate under thermal and moving loads) II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Trình bày sở lý thuyết composite, xây dựng mơ hình tính tốn phương pháp phần tử chuyển động để phân tích ứng xử động lực học composite chịu ảnh hưởng nhiệt độ tải trọng di động Phát triển thuật toán ngơn ngữ lập trình MATLAB, thiết lập cơng thức tính tốn cho ví dụ số, kiểm chứng chương trình Kết ví dụ số đưa kết luận ứng xử động lực học composite chịu ảnh hưởng nhiệt độ tải trọng di động III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 05/09/2022 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 28/12/2022 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Cao Tấn Ngọc Thân PGS TS Lương Văn Hải Tp HCM, ngày tháng năm 2023 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS Cao Tấn Ngọc Thân CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS TS Lương Văn Hải TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ii LỜI CẢM ƠN Lời cảm ơn Trên thực tế, khơng có thành cơng mà khơng gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập giảng đường đến nay, để hồn thành luận văn khơng có cơng sức cố gắng riêng tơi mà cịn có giúp đỡ nhiều người Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến: Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý thầy cô khoa Kỹ thuật Xây Dựng - Trường Đại học Bách Khoa tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập trường để có ngày hơm Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy PGS.TS Lương Văn Hải thầy TS Cao Tấn Ngọc Thân với kiến thức hướng dẫn tận tình thầy giúp em hiểu rõ hoàn thành luận văn cách tốt Thầy đưa gợi ý để hình thành nên ý tưởng đề tài, góp ý cho nhiều cách nhận định đắn vấn đề nghiên cứu, cách tiếp cận nghiên cứu hiệu Trong trình làm thầy hỗ trợ kiến thức lẫn kỹ không may trúng đợt dịch gặp trực tiếp trao đổi hướng dẫn thầy tâm huyết hỗ trợ online để tơi hồn thành luận văn Việc nghiên cứu thực luận văn q trình khơng tránh khỏi sai lầm thiếu sót, mong nhận bảo đóng góp q thầy Tôi xin trân trọng cảm ơn! Tp HCM, ngày 28 tháng 12 năm 2022 Nguyễn Thành Danh iii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Hiện việc xây dựng lại cơng trình khu vực trọng điểm Quốc gia vấn đề nan giải diện tích đất có để xây dựng hữu hạn, thực tế với phát triển kinh tế nhu cầu cơng trình tiện ích, chỗ ở, chỗ làm việc, người thành phố lớn ngày cao Một số nước có giải pháp để giải tình trạng thiếu diện tích đất Dubai, Singapore cách thực hàng loạt dự án lấn biển, Trung Quốc giải tình trạng đất chật người đơng với giải pháp “thành phố thẳng đứng” để tăng khả sử dụng đất đô thị Tuy nhiên, vấn đề lớn giải pháp cần chi phí lớn, thay vào ý tưởng tận dụng mặt nước trái đất với 70% diện tích bề mặt Trái Đất khơng làm kết cấu Một giải pháp đưa xây dựng hệ thống kết cấu siêu rộng (VLFS Very Large Floating Structures) mặt nước để tạo diện tích sử dụng từ biển thay phương pháp cải tạo đất truyền thống Các ứng dụng VLFS cầu tàu nổi, sở lưu trữ nhiên liệu nổi, sân bay nổi, chí thành phố nhà nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng hai thập kỷ qua Cùng với vấn đề mà tính tốn cấu kiện kết cấu ngày thường phải chịu tải trọng học Nhưng bên cạnh có thành phần kết cấu sử dụng môi trường khắc nghiệt yếu tố phải kể đến nhiệt độ Nếu thay đổi nhiệt độ đủ cao, ứng suất đạt đến mức dẫn đến hỏng kết cấu, đặc biệt vật liệu giịn Vì vậy, nhiều vấn đề liên quan đến biến đổi nhiệt độ cao, cần phải hiểu rõ ứng xử ứng suất nhiệt Để hiểu chất vấn đề từ đưa giải pháp để khắc phục nhược điểm tạo sở sử dụng rộng rãi Do Luận văn thực với mục đích kết hợp hai yếu tố tập trung phân tích khảo sát ứng xử kết cấu composite chịu tải trọng di động tải nhiệt phương pháp kết hợp phần tử biên (BEM) phần tử chuyển động (MEM) iv ABSTRACT At the moment, the reconstruction of buildings in key economic zones has become a baffling challenge for many countries, with the land budget being squeezed by the increasing demand for utilities, accomodations and workplaces in big cities The problem of land shortage has been tackled in several different ways around the world For example, Dubai and Singapore depend on large-scale sea encroachment projects, while China solves the urban density problem with their "vertical cities", maximizing land usage efficiency in urban areas However, these solutions have a huge drawback: they are too expensive A third idea that utilizes the earth’s massive water area, which takes up 70% of its surface area, is to build Very Large Floating Structures (VLFS) Unlike the traditional land reclamation method, this structure floats on the water, creating a usable area right above the sea without consuming much time and money Applications of VLFS such as floating fuel storage facilities, floating airports, and even floating cities have been the subject of research and development over the past two decades On a different note, an existing problem in the calculation of structural members is that they often only consider mechanical loads However, when structural components are deployed in harsh environments, many other factors must be taken into account, including thermal load If the temperature fluctuation is high enough, the thermal stress can lead to structural failure, especially for brittle materials Therefore, for many problems involving high temperature variation, it is important to understand the behavior of thermal stress Once we understand the nature of the problem, we can offer solutions to overcome the disadvantages and create a basis for widespread use In view of this, the thesis is carried out to focus on analyzing and surveying the behavior of a floating composite plate under both moving loads and thermal loads, using a combination of the boundary element method (BEM) and the moving element method (MEM) v LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng việc tơi thực hướng dẫn Thầy PGS TS Lương Văn Hải Thầy TS Cao Tấn Ngọc Thân Các kết luận văn thật chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm cơng việc thực Tp HCM, ngày 28 tháng 12 năm 2022 Nguyễn Thành Danh vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i LỜI CẢM ƠN .ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ iii ABSTRACT iv LỜI CAM ĐOAN v MỤC LỤC vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU xi CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Giới thiệu VLFS tải nhiệt độ .1 Tổng quan tải nhiệt độ 1.2 Tình hình nghiên cứu Những nghiên cứu kết cấu cực lớn Các cơng trình nghiên cứu composite .7 Các cơng trình nghiên cứu tải nhiệt độ nhiệt độ Các cơng trình nghiên cứu nước 1.3 Mục tiêu hướng nghiên cứu 10 1.4 Cấu trúc Luận văn 11 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 2.1 Cơ sở lý thuyết 12 Lý thuyết 12 Lý thuyết sóng nước tuyến tính 17 Mơ hình kết cấu chất lỏng 19 Thiết lập công thức phần tử chuyển động composite 21 2.2 Tải nhiệt độ 25 vii Cơ sở lý thuyết truyền nhiệt 25 Những khái niệm truyền nhiệt .25 Bài toán uốn nhiệt composite phẳng 27 2.3 Phương pháp Newmark 29 2.4 Thành lập phương trình chủ đạo giải hệ phương trình 30 2.5 Thuật tốn sử dụng Luận văn 32 CHƯƠNG KẾT QUẢ PHÂN TÍCH SỐ 35 3.1 Thông số kỹ thuật 35 3.2 Kiểm chứng code lập trình Matlab 36 3.3 Các toán khảo sát 38 Bài toán 1: Khảo sát chuyển vị composite chịu ảnh hưởng nhiệt độ 38 Bài toán 2: Khảo sát chuyển vị kết cấu composite chịu thay đổi vận tốc nhiệt độ 41 Bài tốn 3: Phân tích chuyển động composite .49 Bài toán 4: Khảo sát chịu ảnh hưởng góc  hướng di chuyển có ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ 51 Bài toán 5: Khảo sát bề rộng vùng biến dạng 53 Bài toán 6: Khảo sát độ trễ chuyển vị cực đại .55 Bài toán 7: Khảo sát chuyển vị với thay đổi độ cứng 57 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 4.1 Kết luận 60 4.2 Kiến nghị 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC 68 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 78 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình sân bay Mega-Float vịnh Tokyo [1] [2] Hình 1.2 Sân bay trực thăng Vancouver, Canada [3] Hình 1.3 Cầu Kelowna [4] .4 Hình 1.4 Căn lưu trữ dầu Shirashima, Japan [5] Hình 1.5 Trang trại điện mặt trời khổng lồ Singapore [6] Hình 1.6 Vết nứt nhiệt cầu bê tông cốt thép [7] Hình 1.7 Các vết nứt nhiệt Hình 1.8 Các loại khác lamina [41] 10 Hình 2.1 Trạng thái mỏng (trước sau biến dạng) theo lý thuyết Kirchhoff 12 Hình 2.2 Tấm composite cấu tạo nhiều lớp 14 Hình 2.3 Hệ tọa độ vật liệu lớp thứ k hệ tọa độ chung để thiết lập phương trình tổng quát composite 15 Hình 2.4 Mơ hình tải trọng di động 20 Hình 2.5 Mơ hình chất lỏng 21 Hình 2.6 Lưu đồ thuật tốn tổng qt thể 32 Hình 2.7 Lưu đồ thuật tốn chi tiết 33 Hình 3.1 So sánh chuyển vị wmax code Matlab kết tính từ nghiệm tiệm cận Yeung Kim [44] .38 Hình 3.2 So sánh chuyển vị w chênh lệch nhiệt độ thay đổi .39 Hình 3.3 Vị trí chuyển vị w cực tiểu cực đại nhịp hồi 39 Hình 3.4 Tương quan chuyển vị độ chênh lệch nhiệt độ .40 Hình 3.5 Kết so sánh chuyển vị w chênh lệch nhiệt độ thay đổi v  20m / s .41 Hình 3.6 Vị trí chuyển vị w cực tiểu cực đại v  20m / s 42 Hình 3.7 Đồ thị tương quan chuyển vị độ chênh lệch nhiệt độ v  20m / s 42 Hình 3.8 Kết so sánh chuyển vị w chênh lệch nhiệt độ thay đổi v  27m / s .43 Tài liệu tham khảo 64 Kelvin foundation," Latin American Journal of Solids and Structures, vol 6, no 2, pp 169-183, 2009 [19] K C Deshmukh, M V Khandait, S D Warbhe and V S Kulkarni, "Thermal stresses in a simply supported plate with thermal bending moments," International Journal of Applied Mathematics and Mechanics, vol 6, no 18, pp 1-12, 2010 [20] B S Khapko and A I Chyzh, "Thermal bending of a strip and a rectangular plate with co- ordinate dependent heat exchange coefficients," Journal of Mathematical Sciences, vol 174, pp 375-386, 2011 [21] H Qian, D Zhou, W Q Liu, H Fang and W D Lu, "3D Elasticity solutions of sim- ply supported laminated rectangular plates in uniform temperature field," Journal of Thermal Stresses, vol 37, pp 661-677, 2014 [22] V R Manthena, N K Lamba and G D Kedar, "Transient thermoelastic problem of a non homogeneous rectangular plate," Journal of Thermal Stresses, vol 40, no 5, pp 627-640, 2017 [23] V S Kulkarni and V Parab, "Generalized problem of thermal bending analysis in the Cartesian domain," Applications and Applied Mathematics, vol 13, pp 130-149, 2018 [24] K G Adhe and Dr G R Gandhe, "Thermal analysis of plate by using finite element method," IJRAR- International Journal of Research and Analytical Reviews, vol 5, no 2, pp 1477-1484, 2018 [25] L Satora, V Sladeka and J Sladeka, "Bending of FGM plates under thermal load: Classical thermoelasticity analysis by a meshless method," Composites Part B, vol 146, pp 176-188, 2018 [26] A Azarnejad and T M Hrudey, "A numerical study of thermal ice loads on structures," Can J Civ Eng., vol 25, pp 557-568, 1998 Tài liệu tham khảo 65 [27] V Varghese, "An Analysis of Thermal-Bending Stresses in a Simply Supported Thin Elliptical Plate," Journal Applied and Computation Mechanics, vol 4, pp 299-309, 2018 [28] R Sharma, V Kumar Jadon and B Singh, "Deformation and Stress Analysis under Thermal Loads of Functionally Graded Plates using Finite Element Method," International Journal of Engineering and Management Research, vol 4, no 1, pp 285-293, 2014 [29] C P Wu and Y W He, "Thermoelastic Stress and Deformation Analyses of Functionally Graded Doubly Curved Shells," Journal Composites Science, vol 3, no 4, 2019 [30] X V Nguyen, V H Luong, T N T Cao, X Q Luu and T B Nguyen, "Hydroelastic responses of floating composite plates under moving loads using a hybrid moving element-boundary element method," Advances in Structural Engineering, vol 23, no 13, pp 2759-2775, 2020 [31] V H Luong, H D Dinh and M T Tran, "Phân tích ứng xử tàu cao tốc có xét đến độ cong ray tương tác với đất sử dụng phương pháp phần tử chuyển động," Tạp chí Xây dựng, vol 8, pp 57-59, 2013 [32] X V Nguyen, V H Luong and C H Nguyen, "Dynamic Analysis Of Very Large Floating Structures (VLFS) Subjected To Both Sea Waves And Moving Loads Using Moving Element Method," Người Xây Dựng, vol 11 & 12, pp 6197, 2016 [33] T N T Cao, V H Luong, H N Vo, X V Nguyen, V N Bui and M T Tran, "A Moving Element Method For The Dynamic Analysis Of Composite Plate Resting On A Pasternak Foundation Subjected to a Moving Load," International Journal of Computational Methods, vol 15, no 3, pp 2-4, 2018 [34] X V Nguyen, V H Luong, T N T Cao and M T Tran, "A Moving Element Method For Hydroelastic Response Of A Floating Thin Plate Due To A Moving Load," ACMSM25, vol 25, pp 189-198, 2020 Tài liệu tham khảo 66 [35] T D Nguyen and S L Dang, "Tính tốn kết cấu làm vật liệu có tính biến thiên FGM có kể đến ảnh hưởng nhiệt độ phương pháp phần tử hữu hạn," Tạp chí kết cấu – công nghệ xây dựng, vol 3, pp 16-22, 2014 [36] D T Trinh, "Phân tích động lực học composite chịu tải trọng di động sử dụng phương pháp BEM-MEM," Luận văn Thạc sĩ, ĐH Bách Khoa Tp.HCM, 2020 [37] T C Nguyen, "Phân tích dao động đàn nhớt xét đến khối lượng vật chuyển động," Luận văn Thạc sĩ, ĐH Bách Khoa Tp.HCM, 2011 [38] Q S Tran, "Phân tích ứng xử động FGM chịu tải trọng di chuyển có xét đến ảnh hưởng nhiệt độ sử dụng phương pháp phần tử chuyển động MEM," Luận văn Thạc sĩ, ĐH Bách Khoa Tp.HCM, 2021 [39] T L Nguyen, "Phân tích ảnh hưởng nhiệt độ tải trọng di động đến ứng xử nhiều lớp," Luận văn Thạc sĩ, ĐH Bách Khoa Tp.HCM, 2022 [40] P K Nguyen, "Phương pháp kết hợp phần tử biên phần tử hữu hạn phân tích trực hướng chịu tải trọng di động," Luận văn Thạc sĩ, ĐH Bách Khoa Tp.HCM, 2018 [41] J N Reddy Mechanics of laminated composited plates New York: CRC Press, 1997 [42] K K Ang and J Dai, "Response analysis of high-speed rail system accounting for abrupt change of foundation stiffness," J Sound Vib., vol 332, pp 29542970, 2013 [43] V H Nguyen and D Duhamel, "Finite element procedures for nonlinear structures in moving coordinates Part II: Infinite beam under," Computers and Structures, vol 86, pp 2056-2063, 2008 [44] R W Yeung and J W Kim, "Effects of a translating load on a floating plate structural drag and plate deformation," Journal of Fluids and Structures, vol 14, pp 993-1011, 2000 Tài liệu tham khảo 67 [45] J Jin, "A mixed mode function - boundary element method or very large floating structure - water interaction systems excited by airplane landing impacts," Doctoral Thesis, University of Southampton, 2007 Tài liệu tham khảo 68 PHỤ LỤC Một số đoạn mã lập trình Matlab %Baitoan1 %Tb=50; Tt=70; % 70, 90, 110, 130, 150 NameProblem='KhaoSatTamCompositeBEM_MEM_T70'; Input_MEM_BEM_CompositePlate clear Tt=90; % 70, 90, 110, 130, 150 NameProblem='KhaoSatTamCompositeBEM_MEM_T90'; Input_MEM_BEM_CompositePlate clear Tt=110; % 70, 90, 110, 130, 150 NameProblem='KhaoSatTamCompositeBEM_MEM_T110'; Input_MEM_BEM_CompositePlate clear Tt=130; % 70, 90, 110, 130, 150 NameProblem='KhaoSatTamCompositeBEM_MEM_T130'; Input_MEM_BEM_CompositePlate clear Tt=150; % 70, 90, 110, 130, 150 NameProblem='KhaoSatTamCompositeBEM_MEM_T150'; Input_MEM_BEM_CompositePlate %% Input_MEM_BEM_CompositePlate clc tic % No.file ifile=0; fprintf('No.file %d',ifile); display('Input'); %INPUTC : Input data % Material E11=11.9e6 ; % Young’s Modulus % EI = 17.53*12/(1.95*0.0545^3) 11.9e6 5e5 % KN/m2 E22=0.5*E11; E=sqrt(E11*E22); nuy31=0.13;nuy32=0.13; % Possion’s ratio nuy=sqrt(nuy31*nuy32); alpha=0; %(0 15 30 45) % nuy31=sqrt(Ex*E22)*nuy/E22; % nuy32=sqrt(E11*E22)*nuy/E11; G12=sqrt(E11*E22)/2/(1+sqrt(nuy31*nuy32)); m=0.256; % Bulk destiny, ratio with destiny of water Ref: 0.256 0.923 0.894 hs=5.7; % Thickness of plate % m 0.0545 5.7 nmode=7; % Number of vibrational modes g=10; % Gravitational acceleration % m/s^2 r=1; % Water density % T/m3 1000 kw=10; cf=0.4*2*(g*r*m*hs)^(1/2); Px=0;Py=0;Pxy=0; D11=E11*hs^3/12/(1-nuy31*nuy32); D22=E22*hs^3/12/(1-nuy31*nuy32); Tài liệu tham khảo 69 D=sqrt(D11*D22); % Flexural rigidity of plate % D- Thermal parameter % Tt=70; Tb=50; deltaT=(Tt-Tb); alphaT=5.1E-5; MTx=Thermalload(E,alphaT,deltaT,nuy,hs,'x'); MTy=Thermalload(E,alphaT,deltaT,nuy,hs,'y'); MTxy=0; % Structual damping tysocan=0; % Damping ratio % Geometry Ls=4000; %150 4000 2000 bs=3000; %50 3000 2000 M_Ls=Ls; % Length of structure % m 9.75 300 M_bs=bs; % Width of structure % m 60 1.95 M_Lt=M_Ls; % Length of fluid domain M_Bt=M_bs; % Width of fluid domain h=300; % Depth of fluid domain % m % Type of math: 1:Constant panel, 2:Linear Panel type=2; % Virtual damping L0=500; %500 gamma=100*2*(g*r*m*hs)^(1/2); %3700 delta=Ls/2-L0; % Type analysis typeanalysis='transiant'; % 'transiant' 'quasi-static' Sym='No'; % Characteristic parameters lamdc=2*pi*(D*M_bs/(r*g))^(1/4); % The characteristic length Suzuki 2*pi*(D*M_bs/(10))^(1/4) Ldc=(D/(r*g))^(1/4); % The characteristic length (D/(r*g))^(1/4); % Takizawa % Cmin=1.325*sqrt(g*Ldc); % The minimun critical phase speed, deep water Cgmin=0.8779*(g^3*D/r)^(1/8); % The minimum group critical phase speed, deep water LambdaC=0.1*2*pi*Ldc; % Takizawa % HesocanBf=cf/2/(g*r*m*hs)^(1/2); % Takizawa % HesocanBVir=gamma/2/(g*r*m*hs)^(1/2); %% - Mesh -dx=40;dy=40;dz=1; %DX 40 20 10 DY 40 DZ dxext=4*dx; M_nx=2*fix(M_Ls/2/dx); %Number of panel in x direction: M_ny=2*fix(M_bs/2/dy); %Number of panel in y direction: M_nz=fix(h/dz); %Number of panel in z direction: nomtype=['thinplate4node'];% Type of structural element used in problems %% Moving load v=34; % Speed of load (m/s) [20 27 34 37 40 45 50] Cmin=34 %%% P0=3883.54; % kN [7501 3883.54] (Basic parameters of Boeing 747-400 airplane (BOEING webpage)) positionP0_real=[0.3*Ls,bs/2]; positionP0=[M_Ls/2,M_bs/2]; %% Set time tmin=0;dt=1e-1;tmax=20; Tài liệu tham khảo 70 t=[tmin:dt:tmax]; Timedata=[tmin tmax dt]; %% Run NameProblem=[NameProblem '_' typeanalysis]; %NameProblem='KhaosatTamtruchuong' MEM_BEM_MainProgram_Compositeplate_Green_Deep_watertoc %M MEM_BEM_MainProgram_Compositeplate_Green_Deep_watertoc %% Analysis of responce of flexural floating plate by using MEM and BEM if strcmp(Sym,'Yes')==0 %Mesh data for structural domain % Discretizing structure into node rectangular element % [~,~,~,~,~,~,M_kconecpanel,M_X,M_Y,~,~,~,~,~]=Meshpanel(M_nx,M_ny,M_Ls,M_ bs); [vcor,kconnec]=Meshpanel2(2*L0,M_bs,dx,dy,Ls/2-L0,dxext,positionP0); M_X=vcor(:,1)';M_Y=vcor(:,2)'; M_kconecpanel=kconnec; switch [deblank(nomtype),'_ke'] case 'moveplate9_ke' % Transform node element into node element [M_vcor,M_kconec]=updatemeshplate9(M_kconecpanel,M_X,M_Y); case 'thinplate4node_ke' M_vcor=[M_X;M_Y]'; M_kconec=M_kconecpanel; end %% Discretizing fluid domain N=size(M_kconecpanel,1); fprintf('Number of panels %d.\n',N); % - Boundaryconditions %[ bcdof ] = boundary_condition( nx/2,ny/2,'C-C-C-C' ); bcdof=[]; for i=1:size(M_vcor,1) if M_vcor(i,1)==0 ||M_vcor(i,1)==M_Ls% || M_vcor(i,2)==M_bs || M_vcor(i,2)==0 bcdof=[bcdof,3*i-[2 0]]; end end %% - Mesh_Sym -else % Mesh data for structural domain % Discretizing structure into node rectangular element M_nx=2*fix(M_Ls/2/dx); %Number of panel in x direction: M_ny=fix(M_bs/2/dy); %Number of panel in y direction: M_nz=fix(h/dz); %Number of panel in z direction: % [~,~,~,~,~,~,M_kconecpanel,M_X,M_Y,~,~,~,~,~]=Meshpanel(M_nx,M_ny,M_Ls,M_ bs); [vcor,kconnec]=Meshpanel2(2*L0,M_bs/2,dx,dy,Ls/2L0,dxext,positionP0); M_X=vcor(:,1)';M_Y=vcor(:,2)'; M_kconecpanel=kconnec; switch [deblank(nomtype),'_ke'] case 'moveplate9_ke' % Transform node element into node element [M_vcor,M_kconec]=updatemeshplate9(M_kconecpanel,M_X,M_Y); case 'thinplate4node_ke' Tài liệu tham khảo 71 M_vcor=[M_X;M_Y]'; M_kconec=M_kconecpanel; end M_X=vcor(:,1)'-M_Ls/2;M_Y=vcor(:,2)'-M_bs/2; % Modified moving load P0=P0/2; % Discretizing fluid domain N=size(M_kconecpanel,1); fprintf('Number of panels %d.\n',N); % - Boundaryconditions %[ bcdof ] = boundary_condition( nx/2,ny/2,'C-C-C-C' ); bcdof=[]; for i=1:size(M_vcor,1) if M_vcor(i,1)==0 ||M_vcor(i,1)==M_Ls% || M_vcor(i,2)==M_bs || M_vcor(i,2)==0 bcdof=[bcdof,3*i-[2 0]]; end end for i=1:size(M_vcor,1) if M_vcor(i,2)==M_bs/2 % || M_vcor(i,2)==M_bs || M_vcor(i,2)==0 bcdof=[bcdof,3*i-1]; end end end %% Discretizing fluid domain N=size(M_kconecpanel,1); fprintf('Number of panels %d.\n',N); %% Moving element method % Forming table used for analysis M_nelt=size(M_kconec,1); % Total number of element M_ktypel=ones(1,M_nelt); % Type of element M_vprelg=[ m E nuy hs 0 kw cf MTx MTy MTxy]; % Array contains properties of element's groups M_nprel=9; % Total properties using for analysis M_kprop=ones(1,M_nelt); % Index of properties group for each element % Construct MEM matrix display('Construct MEM matrix'); [~,~,V_K,V1_K,V_C,Ms,Cs,vfg,~,~,ndlt,kcond]= MEM_global_matrix(M_vcor,M_kconec,bcdof,nomtype,M_ktypel,M_vprelg,M_kprop ,nmode,tysocan); %% Compositeplate nomtypeComposite=['composite4 ']; M_ktypel=ones(1,M_nelt); % Type of element % - Properties vprelgComposite=[ m*r sqrt(E11*E22) sqrt(nuy31*nuy32) hs 0 kw E11 E22 nuy31 nuy32 Px Py Pxy alpha]; nprelComposite=size(vprelgComposite,2); kprop=ones(1,M_nelt); [Ks,Kw,Knx,Kny,Knxy,~,~,~,PHI,PHIw,EIGV,~,~]=Compositeplate(nomtypeCompos ite,M_vcor,M_kconec, bcdof,M_ktypel,vprelgComposite,kprop,nmode,tysocan); Ks=sparse(Ks+Kw+Knx+Kny+Knxy); % Natural frequency f_Natural=sqrt(EIGV)/(2*pi); omega_Natural=sqrt(EIGV); Matrantanso=[]; Vectortysocan=[]; Tài liệu tham khảo 72 for i=1:4 Matrantanso=[Matrantanso;1/2*[1/omega_Natural(i,i) omega_Natural(i,i) omega_Natural(i,i)^3 omega_Natural(i,i)^5]]; Vectortysocan=[Vectortysocan;tysocan]; end Hesocan=Matrantanso\Vectortysocan; hesocan=Hesocan(2); [V1_Kstr,Cstrc]=MEMdampStrc(M_vcor,M_kconec,nomtype,M_ktypel,M_vprelg,M_k prop,hesocan); [Vir_V1_K,Vir_C]=virtualdamp(M_vcor,M_kconec,gamma,delta,L0,Ls,bs,positio nP0(1)); save('Ks.mat','Ks'); clear Ks save('V_K.mat','V_K'); clear V_K save('V1_K.mat','V1_K'); clear V1_K save('V_C.mat','V_C'); clear V_C save('Ms.mat','Ms'); clear Ms save('Cs.mat','Cs'); clear Cs save('V1_Kstr.mat','V1_Kstr'); clear V1_Kstr save('Cstrc.mat','Cstrc'); clear Cstrc save('Vir_V1_K.mat','Vir_V1_K'); clear Vir_V1_K save('Vir_C.mat','Vir_C'); clear Vir_C %% The global vector force vfcg=zeros(ndlt,1); positionV=find(M_vcor(:,1)==positionP0(1) & M_vcor(:,2)==positionP0(2)); if length(P0)==1 vfcg(3*positionV-2,1)=P0; vfg=vfg+vfcg; %global loadvector F_vehicle=kron(vfg,External_Load(t,1,0)); else vfcg(3*positionV-2,1)=1; vfg=vfg+vfcg; %global loadvector F_vehicle=kron(vfg,P0); end % Static deflection load('Ks.mat'); Wstatic=StaticDeflection(vfg,Ks,kcond); VerDispStatic=Wstatic(1:3:end); DispStatic_max=max(abs(Wstatic)); clear Ks display('finish') %% Boundary element method % Construct BEM matrix display('Construct BEM matrix'); if strcmp(Sym,'Yes')==0 [H,G,Gdr]= GHMATPL_Green_Water_Depth(M_X,M_Y,0*M_X,M_kconecpanel,h); else % Sym_Problem [H,G,Gdr]= GHMATPL_Sym(M_X,M_Y,0*M_X,M_kconecpanel,h); ndltfluid=size(H,2); end save ('H.mat','H'); save ('G.mat','G') save ('Gdr.mat','Gdr') clear H G Gdr display('finish') %% Interface between fluid and structure display('Matrix M_L'); [M_L1,M_L2,M_Ldr,M_Ldr1]=MatrixL_LN(M_vcor(:,1),M_vcor(:,2),M_kconec); M_L1=kron(M_L1,[1; 0; 0]); Tài liệu tham khảo 73 M_L1=M_L1'; M_L2=kron(M_L2,[1;0;0]); M_Ldr=kron(M_Ldr,[1; 0; 0]); M_Ldr1=kron(M_Ldr1,[1; 0; 0]); M_Ldr1=M_Ldr1'; display('finish') %% Solution switch typeanalysis case 'transiant' for icase=1:size(v,2) % %% % icase=1; ifile=ifile+1; fprintf('No.file %d.\n',ifile); load('Ks.mat'); load('V_K.mat'); load('V1_K.mat'); load('V1_Kstr.mat'); load('Vir_V1_K.mat'); load('Ms.mat'); load('V_C.mat');load('Cs.mat');load('Vir_C.mat');load('Cstrc.mat'); M=Ms; K=Ks+v(icase)^2*V_K+v(icase)*V1_K+v(icase)*V1_Kstr+v(icase)*Vir_V1_K; M_Cs=(v(icase)*V_C)+Cs+Cstrc+Vir_C; % Newmark- coefficient anpha=1/2; beta=1/2; Kn=sparse(2 * M_Cs * anpha / dt / beta + K + * M / beta / dt ^ 2); %% Time marching % Enclosed sea -%% Matrix A, R % Imposed boundary condition ic=find(kcond==1); diagBC=zeros(ndlt,1); diagBC(ic)=ones(length(ic),1)*5e16; % M=M+sparse([1:ndlt],[1:ndlt],diagBC); Kn=Kn+sparse([1:ndlt],[1:ndlt],diagBC); % Connection have infinite stiffness % M_Cs=M_Cs+sparse([1:ndlt],[1:ndlt],diagBC); [Lk,Uk,pk] = lu(Kn,'vector'); clear K Kn Ks V_K V1_K V1_Kstr Vir_V1_K Ms V_C Cs Vir_C load ('H.mat') load('G.mat') nblock=4; sizeL2=size(M_Ldr,2); A0=zeros(size(Lk,2),size(H,2)); for iblock=1:nblock iematrix=[1:fix(sizeL2/nblock)*iblock]; A0(:,iematrix)=M\M_L2(:,iematrix); end if mod(sizeL2,nblock)>0 iematrix=[fix(sizeL2/nblock)*nblock+1:sizeL2]; A0(:,iematrix)=M\M_L2(:,iematrix); end A0=G*(M_L1*r*A0); A0=A0+H; Tài liệu tham khảo 74 if size(M_Ldr,2) 0 iematrix=[fix(sizeL2/nblock)*nblock+1:sizeL2]; A(:,iematrix)=Uk\(Lk\(r*M_L2(pk,iematrix)+ dt*beta/(2*anpha)*r*v(icase)*M_Ldr(pk,iematrix))); end end save('A.mat','A','-v7.3'); clear A load ('G.mat');load('Gdr.mat'); G=(G*M_L1v(icase)*Gdr*M_Ldr1*(dt*beta/(2*anpha)))*(2*anpha/(dt*beta))^2; load('A.mat') A=G*A; clear G Gdr load('H.mat') A=A+H; clear H % [LA,UA,pA]=lu(A,'vector'); % t=[tmin:dt:tmax]; Monitorpoint=M_kconecpanel(end); %% Vector f display('Time marchning'); load ('G.mat');load('Gdr.mat'); % Initial value w=zeros(ndlt,1); dw=zeros(ndlt,1); ndltfluid=length(M_X); Phi=zeros(ndltfluid,1); dPhi=(G*M_L1*(M\(-F_vehicle(:,1)))); dPhi=A0\dPhi; ddw=-r*M_L2*dPhi-F_vehicle(:,1); % ddw(ic,1)=0; ddw=M\ddw; ddPhi=zeros(ndltfluid,1); clear A0 %% for i=1:size(t,2)-1 % %% % i=1; V0=(-ddw(:,i)*anpha*dt^2+ddw(:,i)*beta*dt^22*dw(:,i)*anpha*dt+dw(:,i)*beta*dt-2*w(:,i)*anpha)/(dt*beta); A0=((ddw(:,i)*beta*dt^2-ddw(:,i)*dt^2-2*dw(:,i)*dt2*w(:,i))/(beta*dt^2)); Tài liệu tham khảo 75 DPHI0=(-ddPhi(:,i)*anpha*dt^2+ddPhi(:,i)*beta*dt^22*dPhi(:,i)*anpha*dt+dPhi(:,i)*beta*dt-2*Phi(:,i)*anpha)/(dt*beta); DDPHI0=((ddPhi(:,i)*beta*dt^2-ddPhi(:,i)*dt^2-2*dPhi(:,i)*dt2*Phi(:,i))/(beta*dt^2)); R=-M_Cs*V0-M*A0-F_vehicle(:,i+1); % f=-StaticDeflection(R-r*M_L2*DPHI0(Hullbed),Kn,kcond); f=R-r*M_L2*DPHI0; % f(ic,1)= 0; f=Uk\(Lk\(f(pk,:))); %% f=(G*M_L1-v(icase)*Gdr*M_Ldr1*dt*beta/(2*anpha))*(2*anpha/(dt*beta))*f; %% f=f+G*M_L1*V0; %% Sol_Phi=A\f; %% D_Phi=(-anpha*dt^2*ddPhi(:,i)+beta*dt^2*ddPhi(:,i)2*anpha*dt*dPhi(:,i)+beta*dt*dPhi(:,i)+2*anpha*Sol_Phi2*anpha*Phi(:,i))/(dt*beta); DD_Phi=(beta * dt ^ * ddPhi(:,i) - dt ^ * ddPhi(:,i) - * dt * dPhi(:,i) + * Sol_Phi - * Phi(:,i)) / beta / dt ^ 2; dPhi(:,i+1)=D_Phi; ddPhi(:,i+1)=DD_Phi; Phi(:,i+1)=Sol_Phi; %% Sol_Wn=R-r*M_L2*D_Phi-r*v(icase)*M_Ldr*Sol_Phi; %????? % Sol_Wn(ic,1)= 0; Sol_Wn=Uk\(Lk\(Sol_Wn(pk,:))); %% V_Wn=(-ddw(:,i) * anpha * dt ^ + ddw(:,i) * beta * dt ^ - * dw(:,i) * anpha * dt + dw(:,i) * beta * dt + * Sol_Wn * anpha - * w(:,i) * anpha) / dt / beta; A_Wn=(ddw(:,i) * beta * dt ^ - ddw(:,i) * dt ^ - * dw(:,i) * dt + * Sol_Wn - * w(:,i)) / beta / dt ^ 2; w(:,i+1)=Sol_Wn; dw(:,i+1)=V_Wn; ddw(:,i+1)=A_Wn; %% t_step=size(t,2); eps=max(abs(Phi(Monitorpoint,end))); error=0; % error=max(abs(((trapz(t(1:itime),D_Phi_time(:,1:end).')).')-Sol_Phi)); fprintf('tstep %d / %d,erro %d, errostime %d \n',i,t_step,eps,error); end clear A G Gdr CV_VLFS_t=w(1:3:end,:); Centerline=[0:M_Ls/M_nx:M_Ls]; ix=[]; for i=1:size(Centerline,2) ix=[ix find(M_X==Centerline(i))]; end Node_Centerline= find(M_Y(ix)==M_bs/2); % Save variable display('Save variable'); Tài liệu tham khảo 76 fileName=[NameProblem sprintf('%d %d_%d_V_%g mat',ifile,dx,dy,v(icase))]; save(fileName); end %% -case 'quasi-static' for icase=1:size(v,2) ifile=ifile+1; fprintf('No.file %d.\n',ifile); load('Ks.mat'); load('V_K.mat'); load('V1_K.mat'); load('V1_Kstr.mat'); load('Vir_V1_K.mat'); K=Ks+v(icase)^2*V_K+v(icase)*V1_K+v(icase)*V1_Kstr+v(icase)*Vir_V1_K; %% Matrix A, R % Imposed boundary condition ic=find(kcond==1); diagBC=zeros(ndlt,1); diagBC(ic)=ones(length(ic),1)*1e15; K=K+sparse([1:ndlt],[1:ndlt],diagBC); % Connection have infinite stiffness [Lk,Uk,pk] = lu(K,'vector'); fprintf('Finish LU Matrix K \n'); clear K Ks V_K V1_K V1_Kstr Vir_V1_K %% A, B matrix used for containing and calculating if size(M_Ldr,2)