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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN lu an LƯƠNG MINH GIANG n va p ie gh tn to PHÂN TÍCH BẤT ỔN ĐỊNH PHI TUYẾN d oa nl w TẤM COMPOSITE ll u nf va an lu m oi LUẬN VĂN THẠC SĨ z at nh Chuyên ngành:Kỹ thuật Xây Dựng z m co l gm @ Mã số: 8.58.02.01 an Lu Long An– 2020 n va ac th si BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN LƯƠNG MINH GIANG lu an n va TẤM COMPOSITE p ie gh tn to PHÂN TÍCH BẤT ỔN ĐỊNH PHI TUYẾN d oa nl w an lu u nf va LUẬN VĂN THẠC SĨ ll Chuyên ngành:Kỹ thuật Xây Dựng oi m z at nh Mã số: 8.58.02.01 z @ m co l gm Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thanh Nguyên an Lu Long An– 2020 n va ac th si i LỜI CAM ĐOAN Ngoài kết tham khảo từ cơng trình khác ghi luận văn, xin cam kết luận văn tơi 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 cơng bố cơng trình khác Mọi giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thông tin lu trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc an n va p ie gh tn to HỌC VIÊN THỰC HIỆN oa nl w d Lương Minh Giang ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 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) trình học tập hồn thành luận văn cao học Nhân đây, tơi 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 lu an văn va n Cũng này, xin trân trọng cám ơn gia đình, bạn bè, tập thể lớp Cao to p ie gh tn học Xây dựng hỗ trợ tơi q trình học tập thực luận văn d oa nl w HỌC VIÊN THỰC HIỆN va an lu ll u nf Lương Minh Giang oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 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 u 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 lu an cấu có phân tích bất ổn định Giải pháp nhằm giải vấn n va đề chưa khắc phục hay giải triệt để Đi sâu vấn đề trên, luận văn to tiếp tục nghiên cứu phát triển giải phá: phân tích bất ổn định compositevà p ie gh tn thực mô phần mềm ANSYS d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 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 lu solve problems that have not been solved or solved thoroughly Going into the above an n va issue, this thesis continues to research and develop solutions nonlinear buckling p ie gh tn to analysis of composite plate and simulated by ANSYS software d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 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 _ lu 1.3 Vai trò vật liệu thành phần an n va 1.3.1 Vai trò vật liệu gia cường _ gh tn to 1.3.2 Vai trò vật liệu p ie 1.4 Khái niệm ổn định ổn định w 1.4.1 Khái niệm ổn định theo Euler _ oa nl 1.4.2 Các dạng ổn định _ d 1.4.3 Khái niệm ổn định theo Liapunov _ an lu u nf va 1.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu _ 11 1.5.1 Tình hình nghiên cứu nước ngồi _ 11 ll m oi 1.5.2 Tình hình nghiên cứu nước _ 11 z at nh 1.6 Lý chọn đề tài 12 z 1.7 Lợi ích đề tài 12 @ l gm 1.7.1 Lợi ích khoa học _ 12 m co 1.7.2 Lợi ích thực tiễn _ 12 an Lu 1.8 Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu 13 1.8.1 Mục tiêu tổng quát _ 13 n va ac th si 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 lu an 2.3 Bài toán phi tuyến phương pháp phần tử hữu hạn _ 20 va n 2.4 Phân tích bất ổn định phi tuyến 22 to gh tn CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH TÍNH TỐN MƠ PHỎNG _ 26 p ie 3.1 Giới thiệu ANSYS 26 w 3.2 Phần tử SHELL181 ANSYS 26 d oa nl 3.3 Mơ hình tính tốn 27 an lu 3.3.1 Phân tích bất ổn định tốn có lỗ _ 27 u nf va 3.3.2 Phân tích bất ổn định tốn khơng có lỗ _ 41 ll CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ _ 55 m oi 4.1 Kết luận 55 z at nh 4.2 Ưu điểm luận văn 55 z 4.3 Khuyết điểm luận văn _ 56 @ l gm 4.4 Hướng phát triển 56 m co TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 an Lu n va ac th si 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 lu Hình Mất ổn định dạng uốn phẳng 11 an n va Hình Mơ hình composite lớp 14 to Hình 2 Tấm mỏng 16 gh tn Hình 3Ứng suất nén tác dụng lên mỏng 18 p ie Hình Mode bất ổn định cho chiều dài phẳng 19 w Hình Giá trị hệ số bất ổn định k 19 oa nl Hình Đồ thị tải chuyển vị với điểm bắt đầu bất ổn định 23 d Hình Đồ thị tải chuyển vị với hai giai đoạn bất ổn định phi tuyến (nonlinear lu an buckling) hậu bất ổn định (post-buckling) 23 u nf va Hình So sánh bất ổn định lời giải số bất ổn định học 25 ll Hình Shell181 27 m oi Hình Mơ hình phẳng có lỗ 28 z at nh Hình 3 Mơ hình CAD 30 Hình Chia lưới mơ hình 31 z gm @ Hình Điều kiện biên tải 34 Hình Kết lực tới hạn tuyến tính 34 l m co Hình Chuyển vị theo phương z mode 35 Hình Chuyển vị theo phương z mode 36 an Lu Hình Chuyển vị theo phương z mode 36 n va ac th si 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 lu Hình 19 Mơ hình CAD 42 an Hình 20 Chia lưới 43 n va Hình 21 Đặt lực điều kiện biên 44 to tn Hình 22Thông số vật liệu 45 ie gh Hình 23 Lực tới hạn mode tương ứng 45 p Hình 24 Chuyển vị theo phương z 45 nl w Hình 25 Ma trận A,B,D,H 46 d oa Hình 26 Lực tới hạn mode tương ứng 46 an lu Hình 27 Chuyển vị theo phương z mode 47 va Hình 28 Kết lực tới hạn mode tương ứng 49 ll u nf Hình 29 Chuyện vị theo phương z mode 49 oi m Hình 30 Chuyển vị theo phương z mode 50 z at nh Hình 31 Chuyển vị theo phương z mode 51 Hình 32 Đồ thị lực chuyển vị 52 z Hình 33 Chuyển vị theo phương z mode 52 @ gm Hình 34 Đồ thị lực chuyển vị mode 53 m co l Hình 35 Chuyển vị theo phương z mode 53 Hình 36 Đồ thị lực chuyển vị mode 54 an Lu n va ac th si 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 lu nsel,r,loc,y,4.75 an n va f,all,fx,-12000 !dat luc tn to allsel gh solve p ie finish ll oi m finish !tim 10 mode u nf va an solve lu bucopt,subsp,10 !bat che bat on dinh tuyen tinh d antype,buck oa nl w /solu an Lu n va mp,ez,1,1.6e6 m co mp,ey,1,1.6e6 l mp,ex,1,18.5e6 gm esys,0 @ et,1,shell181 z /prep7 z at nh • Giải theo phi tuyến ac th si 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 lu secdata,0.01,1,-A an n va secdata,0.01,1,A tn to secdata,0.01,1,-A gh secdata,0.01,1,A p ie secdata,0.01,1,-A secdata,0.01,1,A nl w m co l gm an Lu asba,1,2 @ cyl4,4.75,4.75,1.5 z a,1,2,3,4 z at nh k,4,0,9.5 oi k,3,9.5,9.5 m k,2,9.5 ll k,1,0 u nf secdata,0.01,1,-A va secdata,0.01,1,A an secdata,0.01,1,-A lu secdata,0.01,1,A d oa secdata,0.01,1,-A n va ac th si 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 !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 lu modmsh,detach an n va tn to !lay toa x cua node hien tai p ie gh *get,tmpx,node,i,loc,x *get,tmpy,node,i,loc,y !lay toa y cua node hien tai oa nl w !ham ket cau khong hoan hao d tmpz=sin(pi*nx(i)/9.5)*sin(pi*ny(i)/9.5)*0.012 oi z at nh z @ !giai bai toan tinh l gm antype,static !ket thuc vong lap m /solu ll finish !xac dinh lai nut hien tai u nf *enddo va an lu n,i,nx(i),ny(i),tmpz !bat bien dang lon phi tuyen outres,all,all !ghi lai tat ca ket qua nsubst,100 !so buoc tai m co nlgeom,on an Lu n va ac th si 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 lu d,all,roty,0 an n va allsel tn to d,all,rotz,0 gh nsel,s,loc,x,9.5 p ie cp,1,ux,all nsel,r,loc,y,4.75 ll u nf finish va an lu solve d allsel oa nl w f,all,fx,-12000 m co !toa nut B an Lu *get,nb,node,0,num,min l nsel,r,loc,y,4.75 !toa nut A gm nsel,s,loc,x,6.25 @ *get,na,node,0,num,min z nsel,r,loc,y,6.25 z at nh nsel,s,loc,x,4.75 oi m /post1 n va ac th si 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 lu *get,tt,active,0,set,time an n va tf=tt*12000 !luc hien tai tn to /output,azd,out,,append gh *vwrite,tf,uz(na) p ie (e16.8,5x,e16.8) oa nl w /output d /output,bzd,out,,append ll u nf oi m /output va (e16.8,5x,e16.8) an lu *vwrite,tf,uz(nb) m co l *enddo gm /output @ (e16.8,5x,e16.8) z *vwrite,tf,abs(ux(nc)) z at nh /output,cxd,out,,append an Lu n va ac th si 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 lu an n va !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 tn to ET,1,SHELL181 !chia luoi ie gh AMESH,all p FINISH oi m z at nh DL,4,1,uz,0 ll DL,1,1,uz,0 !dat dieu kien bien u nf DL,3,1,uz,0 !tinh ma tran cung ung suat va DL,2,1,uz,0 !giai bai toan tinh an PSTRESS,ON lu ANTYPE,STATIC d oa nl w /SOLU z DL,4,1,ux,0 SFL,3,PRES,1 an Lu SOLVE !dat ap luc len canh m co SFL,2,PRES,1 l gm @ DL,1,1,uy,0 n va ac th si 66 FINISH /SOLU ANTYPE,BUCK !tinh theo bat on dinh BUCOPT,SUBSP,10 !tim 10 mode bat on dinh dau tien SOLVE FINISH /SOLU lu an n va EXPASS !mo rong phan tich MXPAND !so mode duoc mo rong va ghi lai tn to SOLVE p ie gh FINISH d !dat hinh dang mode an ll u nf FINISH !ve mode va PLDISP,1 lu SET,1,2 !ghi lai ket qua luc toi han oa SET,LIST nl w /POST1 /PREP7 z at nh Code: oi m • Giải theo ma trận A,B,D,H !xac dinh dang phi tuyen SSPA,817036,35937.6,0,817036,0,44737.2 l gm @ SECTYPE,1,GENS z ET,1,SHELL181 !nhap ma tran A m co !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 an Lu SSPB,0,0,0,0,0,0 n va ac th si 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 lu DL,4,1,uz,0 an n va DL,1,1,uz,0 tn to DL,1,1,uy,0 gh DL,4,1,ux,0 p ie SFL,2,PRES,1 SFL,3,PRES,1 d oa z at nh z EXPASS an Lu MXPAND m co /SOLU l gm @ FINISH oi SOLVE m BUCOPT,SUBSP,10 ll ANTYPE,BUCK u nf /SOLU va an lu FINISH nl w SOLVE n va ac th si 68 SOLVE FINISH /POST1 SET,LIST SET,1,2 PLDISP,1 FINISH lu • Giải theo nhiều lớp theo tuyến tính phi tuyến an n va Tuyến tính tn to Code gh /cle p ie /PREP7 !thong so vat lieu w UIMP,1,EX,EY,EZ,145880,13312,13312 oa nl UIMP,1,GXY,GYZ,GXZ,4386,4529,4386 d UIMP,1,PRXY,PRYZ,PRXZ,0.263,0.470,0.263 m co l gm an Lu n va SECDATA,0.85,1,90 @ SECDATA,0.85,1,0 z SECDATA,0.85,1,90 z at nh SECDATA,0.85,1,90 oi SECDATA,0.85,1,0 m SECDATA,0.85,1,90 ll SECDATA,0.85,1,0 u nf SECDATA,0.85,1,90 va SECDATA,0.85,1,0 an SECTYPE,1,SHELL lu ET,1,SHELL181 ac th si 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 lu ANTYPE,STATIC an n va PSTRESS,ON tn to DL,2,1,UZ,0 gh DL,3,1,UZ,0 p ie DL,1,1,uz,0 DL,4,1,uz,0 d oi z at nh FINISH m SOLVE ll SFL,3,PRES,1 u nf SFL,2,PRES,1 va an lu dl,4,1,ux,0 oa nl w dl,1,1,uy,0 z m co an Lu SOLVE l BUCOPT,SUBSP,10 gm ANTYPE,BUCK @ /SOLU n va ac th si 70 FINISH /SOLU EXPASS MXPAND SOLVE FINISH /POST1 lu SET,LIST an n va SET,1,2 tn to PLDISP,1 p ie gh FINISH Phi tuyến khơng hồn hảo kết cấu oa nl w /PREP7 d UIMP,1,EX,EY,EZ,145880,13312,13312 an lu va UIMP,1,GXY,GYZ,GXZ,4386,4529,4386 m co an Lu SECDATA,0.85,1,90 l SECDATA,0.85,1,0 gm SECDATA,0.85,1,90 @ SECDATA,0.85,1,0 z SECDATA,0.85,1,90 z at nh SECDATA,0.85,1,0 oi SECTYPE,1,SHELL m ET,1,SHELL281 ll u nf UIMP,1,PRXY,PRYZ,PRXZ,0.263,0.470,0.263 n va ac th si 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 lu AMESH,all an n va FINISH tn to gh /SOLU p ie ANTYPE,STATIC PSTRESS,ON z m co l gm @ an Lu /SOLU z at nh FINISH oi SOLVE m SFL,3,PRES,1 ll SFL,2,PRES,1 u nf DL,4,1,ux,0 va DL,1,1,uy,0 an DL,4,1,UZ,0 lu DL,1,1,UZ,0 d DL,3,1,UZ,0 oa nl w DL,2,1,UZ,0 n va ac th si 72 ANTYPE,BUCK BUCOPT,SUBSP,10 SOLVE FINISH /SOLU EXPASS MXPAND SOLVE lu FINISH an n va tn to /POST1 gh SET,LIST p ie SET,1,2 PLDISP,1 d oa nl w FINISH m co l gm an Lu OUTRES,ERASE @ NSUBST,50,0,0 z NLGEOM,1 z at nh antype,static oi /SOLU m FINISH ll UPGEOM,ftr,1,1,file,rst u nf ftr=(10.8/100) va an lu /PREP7 n va ac th si 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 lu FINISH an n va tn to Phi tuyến tải gây nhiễu gh /PREP7 p ie UIMP,1,EX,EY,EZ,145880,13312,13312 UIMP,1,GXY,GYZ,GXZ,4386,4529,4386 nl w m co l gm an Lu SECDATA,0.85,1,90 @ SECDATA,0.85,1,0 z SECDATA,0.85,1,90 z at nh SECDATA,0.85,1,90 oi SECDATA,0.85,1,0 m SECDATA,0.85,1,90 ll SECDATA,0.85,1,0 u nf SECDATA,0.85,1,90 va SECDATA,0.85,1,0 an SECTYPE,1,SHELL lu ET,1,SHELL281 d oa UIMP,1,PRXY,PRYZ,PRXZ,0.263,0.470,0.263 n va ac th si 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 lu NLGEOM,1 an n va NSUBST,50,0,0 tn to OUTRES,ERASE gh OUTRES,ALL,ALL p ie AUTOTS,0 m co l gm @ an Lu FINISH z SOLVE z at nh f,1344,fz,50 oi f,1052,fz,-50 m SFL,3,PRES,400 ll SFL,2,PRES,400 u nf dl,4,1,ux,0 va dl,1,1,uy,0 an DL,1,1,UZ,0 lu DL,4,1,UZ,0 d DL,3,1,UZ,0 oa DL,2,1,UZ,0 nl w TIME,1 n va ac th si