Luận án Tiến sĩ Ổn định nhiệt đàn hồi của tấm và vỏ thoải composite gia cường carbon nanotube

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Lê Thị Như Trang ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐÀN HỒI CỦA TẤM VÀ VỎ THOẢI COMPOSITE GIA CƯỜNG CARBON NANOTUBE LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT Hà Nội BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Lê Thị Như Trang ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐÀN HỒI CỦA TẤM VÀ VỎ THOẢI COMPOSITE GIA CƯỜNG CARBON NANOTUBE Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã sỗ: 952 01 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Hồng Văn Tùng PGS TS Nguyễn Đình Kiên Hà Nội I LỜI CAM ĐOAN Tôi Lê Thị Như Trang, tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết trình bày luận án trung thực chưa công bố công trình khác Nghiên cứu sinh Lê Thị Như Trang II LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành hướng dẫn khoa học hai thày PGS.TS Hồng Văn Tùng PGS.TS Nguyễn Đình Kiên Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới hai thày tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hồn thành luận án Trong q trình thực Luận án, tác giả nhận nhiều giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi lãnh đạo tập thể cán bộ, nhà khoa học Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Cơ học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành giúp đỡ Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu – Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải đồng nghiệp Bộ môn Kết cấu – Vật liệu xây dựng, khoa Cơng trình tạo điều kiện, ln quan tâm động viên trình tác giả học tập hoàn thiện luận án Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè người thân động viên chia sẻ khó khăn tác giả suốt trình thực luận án III MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC HÌNH VẼ .VII DANH MỤC BẢNG BIỂU XIII DANH MỤC VIẾT TẮT, KÝ HIỆU XV MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Ống nano các-bon (CNT) composite gia cường CNT có tính biến đổi 1.1.1 Ống nano các-bon (CNT) 1.1.2 Composite gia cường CNT có tính biến đổi .7 1.2 Các nghiên cứu ứng xử kết cấu làm từ composite gia cường CNTs 10 1.2.1 Phân tích tĩnh động kết cấu FG-CNTRC 10 1.2.2 Ổn định tuyến tính vỏ FG-CNTRC .12 1.2.3 Ổn định phi tuyến vỏ FG-CNTRC 14 1.2.4 Ổn định nhiệt đàn hồi kết cấu composite nanocomposite 15 1.2.5 Ứng xử kết cấu với cạnh biên chịu liên kết đàn hồi 18 1.2.6 Ứng xử kết cấu sandwich vấn đề lỗ rỗng (porosity) kết cấu 19 1.3 Tình hình nghiên cứu nước .20 1.4 Về ổn định tĩnh kết cấu 21 1.4.1 Mất ổn định kiểu rẽ nhánh (bifurcation-type buckling) 22 1.4.2 Mất ổn định kiểu giới hạn (limit-type buckling) cực trị (extereme-type buckling) 23 1.4.3 Một vài trường hợp đặc biệt 24 CHƯƠNG ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐÀN HỒI CỦA TẤM CHỮ NHẬT VÀ PANEL TRỤ MỎNG FG-CNTRC .25 2.1 Ổn định chữ nhật panel trụ FG-CNTRC chịu tải môi trường nhiệt độ 25 IV 2.1.1 Vật liệu FG-CNTRC panel trụ FG-CNTRC .26 2.1.2 Các phương trình 29 2.1.3 Điều kiện biên nghiệm giải tích 32 2.1.4 Một số toán cụ thể 34 2.1.4.1 Panel trụ FG-CNTRC chịu áp lực 34 2.1.4.2 Panel trụ FG-CNTRC chịu tải nén dọc trục 37 2.1.4.3 Tấm chữ nhật FG-CNTRC chịu nén cạnh .39 2.1.5 Kết số thảo luận 41 2.1.5.1 Các tính chất vật liệu tham số hiệu CNT .41 2.1.5.2 Các nghiên cứu so sánh 43 2.1.5.3 Kết cho toán chữ nhật chịu tải nén .47 2.1.5.4 Kết cho toán panel trụ chịu nén dọc trục 50 2.1.5.5 Kết cho panel trụ FG-CNTRC chịu áp lực 56 2.2 Ổn định chữ nhật FG-CNTRC chịu nhiệt độ không 61 2.2.1 Các phương trình 61 2.2.2 Nghiệm giải tích kết dạng đóng 64 2.2.3 Kết số thảo luận 69 2.2.3.1 Kết phân tích vồng 71 2.2.3.2 Kết phân tích sau vồng .72 2.3 Kết luận chương .75 CHƯƠNG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH PHI TUYẾN CỦA TẤM VÀ VỎ THOẢI FG–CNTRC CHỊU TẢI NHIỆT VÀ CƠ- NHIỆT DỰA TRÊN LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG TRƯỢT BẬC NHẤT 77 3.1 Các phương trình 77 3.1.1 Các thành phần biến dạng nội lực .78 3.1.2 Các phương trình cân tương thích biến dạng 80 3.2 Điều kiện biên nghiệm giải tích 82 3.3 Một số toán cụ thể 85 V 3.3.1 Panel hai độ cong FG-CNTRC chịu áp lực ngồi mơi trường nhiệt 85 3.3.2 Tấm chữ nhật FG-CNTRC chịu nhiệt độ tăng 86 3.3.3 Panel trụ FG-CNTRC chịu tải kết hợp môi trường nhiệt 87 3.4 Các nghiên cứu so sánh 89 3.4.1 Panel FG-CNTRC chịu áp lực .90 3.4.2 Panel trụ chịu nén dọc trục tải kết hợp 90 3.4.3 Tấm chữ nhật FG-CNTRC chịu nhiệt độ tăng 91 3.5 Kết số thảo luận 92 3.5.1 Bài toán chữ nhật FG-CNTRC chịu nhiệt độ tăng 94 3.5.1.1 Phân tích ứng xử vồng hồn hảo 94 3.5.1.2 Phân tích ứng xử sau vồng 96 3.5.2 Bài toán panel hai độ cong FG-CNTRC chịu áp lực 98 3.5.3 Bài toán panel trụ FG-CNTRC chịu tải kết hợp .103 3.6 Kết luận chương .109 CHƯƠNG ỔN ĐỊNH PHI TUYẾN CỦA TẤM VÀ PANEL CONG FG – CNTRC CHỊU TẢI NHIỆT VÀ CƠ-NHIỆT DỰA TRÊN LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG TRƯỢT BẬC CAO .112 4.1 Các phương trình 113 4.1.1 Các thành phần biến dạng nội lực 114 4.1.2 Phương trình cân tương thích biến dạng 116 4.2 Điều kiện biên nghiệm giải tích 118 4.3 Một số toán cụ thể 120 4.3.1 Panel hai độ cong FG-CNTRC chịu nhiệt độ có áp lực .120 4.3.2 Panel trụ FG-CNTRC chịu nhiệt độ tăng 121 4.3.3 Tấm chữ nhật FG-CNTRC chịu đồng thời tải nén nhiệt độ 123 4.4 Các nghiên cứu so sánh 125 4.4.1 Tấm FG-CNTRC chịu tải nén phương 125 4.4.2 Panel chịu tải nhiệt tăng 126 4.5 Kết số thảo luận 127 4.5.1 Bài toán dày FG-CNTRC chịu tải – nhiệt .128 VI 4.5.1.1 Tấm đặt môi trường nhiệt trước chịu nén .128 4.5.1.2 Tấm bị nén trước chịu nhiệt độ tăng 132 4.5.2 Bài toán panel trụ FG-CNTRC chịu tải nhiệt 133 4.6 Kết luận chương .139 KẾT LUẬN 141 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 145 TÀI LIỆU THAM KHẢO 147 PHỤ LỤC .163 VII DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Một số kiểu phân bố CNTs qua chiều dày kết cấu FG-CNTRC .9 Hình 1.2 Hai kiểu ổn định kết cấu 22 Hình 1.3 Sự không ổn định từ đầu kết cấu (không có ứng xử màng) 24 Hình 2.1 Hình dáng hệ tọa độ panel trụ tựa đàn hồi hai tham số 26 Hình 2.2 Các dạng phân bố kiểu FG CNTs pha 26 Hình 2.3 Ràng buộc đàn hồi theo phương tiếp tuyến cạnh biên kết cấu 34 Hình 2.4 Panel trụ chịu nén dọc trục với hai cạnh thẳng chịu liên kết đàn hồi 37 Hình 2.5 So sánh đáp ứng tải – độ võng panel trụ FG-CNTRC chịu áp lực phân bố 46 Hình 2.6 Ảnh hưởng ràng buộc cạnh chịu nén dọc trục .48 Hình 2.7 Ảnh hưởng ràng buộc cạnh chịu nén dọc trục .48 Hình 2.8 Ảnh hưởng kiểu phân bố CNT lên đáp ứng tải-độ võng CNTRC chịu nén hai phương 49 Hình 2.9 Ảnh hưởng đàn hồi lên ứng xử sau vồng CNTRC chịu nén hai phương 49 Hình 2.10 Ảnh hưởng mức độ ràng buộc cạnh lên ứng xử sau vồng chịu nén môi trường nhiệt .49 Hình 2.11 Ảnh hưởng tăng nhiệt lên ứng xử sau vồng chịu nén theo phương .49 Hình 2.12 Ảnh hưởng kiểu phân bố CNT lên đáp ứng sau vồng panel trụ CNTRC chịu nén dọc trục .54 Hình 2.13 Ảnh hưởng tỷ lệ thể tích CNT lên đáp ứng sau vồng panel trụ CNTRC chịu nén dọc trục 54 Hình 2.14 Ảnh hưởng kết hợp tỷ lệ thể tích, đàn hồi nhiệt độ lên đáp ứng sau vồng panel chịu nén 54 Hình 2.15 Ảnh hưởng hình dáng nhiệt độ lên ổn định panel trụ với cạnh thẳng tựa cố định chịu nén dọc trục 54 Hình 2.16 Ảnh hưởng mức độ ràng buộc cạnh thẳng lên đáp ứng tải – độ võng panel chịu nén dọc trục 55