cú th thi t k tể ế ế ối ưu c kỏc ết cấu composite cú gõn gia cường ta cần phải tiến hành giải cỏc bài toỏn cơ học: tớnh toỏn chuyển vị ứng suất, tần số dao động riờng v.v.... Vỡ vậy, luậ
trịnh minh công giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học ngành : Cơ kỹ thuật kỹ thuật tính dao động tự uốn composite lớp có gân gia cờng phơng pháp phần tử hữu hạn trịnh minh công 2006 - 2008 Hà Nội 2008 Hµ Néi 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205001961000000 giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học tính dao động tự uốn composite lớp có gân gia cờng phơng pháp phần tử hữu hạn ngành : Cơ học kỹ thuật Trịnh minh công Ngời hớng dẫn khoa học : gs.ts trần ích thịnh Hà Nội 2008 LI CAM OAN Tụi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ 10 MỞ ĐẦU 13 CHƯƠNG I: PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG TÍNH TỐN TẤM COMPOSITE CĨ GÂN GIA CƯỜNG 15 Nghiên cứu tổng quan 15 Thuật tốn phần tử hữu hạn tính tốn composite có gân gia cường 22 2.1 Phương trình cấu thành dầm composite 22 2.1 Phương trình cấu thành composite lớp 22 2.1.1 Trường chuyển vị 22 2.1.2 Trường biến dạng 23 2.1.3 Trường ứng suất 23 2.1.4 Nội lực phần tử 25 2.1.5 Phần tử hữu hạn 30 2.1.6 Ma trận độ cứng phần tử 31 2.2 Phương trình cấu thành dầm composite lớp 32 2.2.1 Trường chuyển vị 32 2.2.2 Trường biến dạng 33 2.2.3 Trường ứng suất 33 2.2.4 Nội lực phần tử 35 2.2.5 Phần tử hữu hạn 36 2.2.6 Ma trận độ cứng phần tử 37 2.3 Phương trình phần tử hữu hạn với dầm (gân) liên hợp 39 Tính tốn kết cấu tấm-gân chương trình Matlab 42 3.1 Tính tốn composite lớp khơng gân 42 3.2 Tính tốn composite lớp có gân mặt cắt chữ nhật song song với trục x 43 Trang Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật 3.3 Tính tốn composite lớp có gân mặt cắt chữ nhật song song với trục y 45 3.4 Tính tốn composite lớp có gân chéo mặt cắt chữ nhật 47 Kết luận chương I 48 CHƯƠNG II: MƠ HÌNH VÀ TÍNH TỐN TẤM COMPOSITE CĨ GÂN CHỮ NHẬT 52 Giới thiệu chung 52 Tấm composite không gân có gân 52 2.1 Cấu tạo kích thước chung composite 52 2.1.1 Cấu tạo, kích thước chung composite khơng gân 52 2.1.2 Cấu tạo, kích thước chung composite có gân chữ nhật 53 2.2 Tính tốn composite phần tử shell solid 55 2.2.1 Mơ hình kết cấu Ansys 55 2.2.1.1 Phần tử Shell99 55 2.2.1.2 Phần tử Solid46 57 2.2.2 Tính tốn composite khơng gân phần tử Shell Solid 59 2.2.2.1 Mơ hình composite phần tử Shell99 59 2.2.2.2 Mơ hình composite phần tử Solid46 60 2.2.2.3 Kết tính tốn 61 2.2.3 Tính tốn composite có gân phần tử Shell Solid 62 2.2.3.1 Tính composite có gân phần tử Shell99 62 2.2.3.2 Tính tốn composite có gân phần tử Solid46 63 2.2.3.3 Kết tính tốn 64 2.2.4 Nhận xét 68 Ảnh hưởng kích thước gân đến composite gân gồm lớp vng góc với mặt phẳng 70 3.1 Cấu tạo, kích thước chung composite 70 3.1.1 Cấu tạo, kích thước chung composite gân vng góc 70 3.2 Tính tốn composite có gân gồm lớp vng góc với mặt phẳng Ansys 71 Trang Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật 3.2.1 Đặt vấn đề 71 3.2.1.1 Phần tử Shell99 71 3.2.2 Tính tốn composite có kích thước gân thay đổi 73 3.2.2.1 Mơ hình composite khơng gân phần tử Shell99 76 3.2.2.2 Mơ hình composite có gân phần tử Shell99 76 3.2.2.3 Kết tính tốn 77 3.2.3 Ảnh hưởng chiều cao gân đến tần số dao động 80 3.2.3.1 Kết tính tốn 81 Tấm composite có gân gồm lớp song song vng góc với mặt phẳng 83 4.1 Cấu tạo, kích thước chung composite 84 4.1.1 Cấu tạo, kích thước chung composite gân song song 84 4.1.2 Cấu tạo, kích thước chung composite gân vng góc 84 4.2 Tính tốn composite Ansys 84 4.2.1 Tấm composite lớp có gân gồm lớp song song mặt phẳng 84 4.2.1.1 Mơ hình kết cấu Ansys 85 4.2.2 Tấm composite lớp có gân gồm lớp vng góc mặt phẳng 86 4.2.2.1 Mơ hình kết cấu Ansys 87 4.2.3 Kết tính tốn 88 4.2.4 Nhận xét 90 Kết luận chương II 90 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN TẤM COMPOSITE-GÂN VỚI LOẠI MẶT GÂN CẮT KHÁC NHAU 93 Giới thiệu chung 93 Cấu tạo, kích thước chung composite-gân 93 2.1 Cấu tạo, kích thước chung gân chữ nhật 93 2.2 Cấu tạo, kích thước chung gân chữ T 93 2.3 Cấu tạo, kích thước chung gân chữ U 95 Mô hình composite phần tử hữu hạn 96 Trang Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật 3.1 Mơ hình Composite gân chữ nhật 96 3.2 Mơ hình Composite gân chữ T 96 3.3 Mơ hình Composite gân chữ U 98 Tính tốn composite Ansys 100 4.1 Tính tốn composite gân chữ nhật 100 4.2 Tính toán composite gân chữ T 101 4.3 Tính tốn composite gân chữ U 103 4.4 Kết tính tốn so sánh 105 4.4.1 Kết tính tốn chuyển vị ứng suất 105 4.4.2 Tính tải trọng uốn tới hạn tấm-gân dựa vào thuyết bền Tsai-Wu 105 4.4.3 Kết tính tốn dao động tự 107 Kết luận chương III 109 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG TẤM COMPOSITE LỚP CÓ GÂN GIA CƯỜNG CHỮ U 112 Giới thiệu chung 112 Mô tả bàn đẩy mũi tàu 113 2.1 Cấu tạo, kích thước bàn đẩy 113 2.2 Xác định áp lực lớn lên bàn đẩy 114 2.3 Phân tích điều kiện chịu lực bàn đẩy 116 Tính toán bàn đẩy composite Ansys 117 3.1 Tính tốn bàn đẩy composite có gân gia cường mặt cắt chữ U 117 3.2 Kết tính tốn 119 3.2.1 Kết tính tốn chuyển vị ứng suất 119 3.2.2 Tính tải trọng tới hạn dựa vào thuyết bền Tsai-Wu 120 Kết luận chương IV 122 KẾT LUẬN CHUNG 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO 125 PHỤ LỤC………………………………………………………………………… 129 Trang Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU a Chiều dài b Chiều rộng [ A] Ma trận độ cứng màng [ B] Ma trận độ cứng tương tác màng-uốn [C ] Ma trận độ cứng quan hệ ứng suất-biến dạng vật liệu dị hướng [ D] Ma trận độ cứng vật liệu [K ] Ma trận độ cứng tổng thể tấm-gân [ Ke ] Ma trận độ cứng phần tử tấm-gân [ Ket ] Ma trận độ cứng phần tử [ Kegx ] Ma trận độ cứng phần tử gân song song với trục x [ Kegy ] Ma trận độ cứng phần tử gân song song với trục y Ei Mô đun đàn hồi kéo, nén Gij Mô đun đàn hồi trượt ν ij Hệ số Poisson vật liệu t Chiều dày tk Chiều dày lớp vật liệu thứ k tSk Chiều dày lớp vật liệu thứ k gân tw Chiều rộng sườn gân hw Chiều cao sườn gân L Số thứ tự lớp φi Góc phương vật liệu lớp thứ i φ Si Góc phương vật liệu lớp thứ i gân dsi Khoảng cách gân thứ i-1 gân thứ i p(x,y) Tải trọng uốn tác dụng lên Trang Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật [Mt ] Ma trận khối lượng nút [ M gx ] Ma trận khối lượng nút gân song song trục x [ M gy ] Ma trận khối lượng nút gân song song trục y [S] Ma trận độ mềm quan hệ ứng suất-biến dạng vật liệu dị hướng [V] Ma trận xoay hệ tọa độ T Động hệ U Năng lượng biến dạng đàn hồi hệ W Công ngoại lực (1,2,3) Các phương vật liệu (x,y,z) Phương hệ quy chiếu tổng thể (x’,y’,z’) Phương hệ tọa độ phần tử u,v,w Các thành phần chuyển vị theo phương x,y,z u0 ,v0 ,w0 Các thành phần chuyển vị theo phương x,y,z mặt phẳng trung bình [Qij ] Ma trận độ cứng thu gọn hệ (1,2,3) [Qij ] Ma trận độ cứng thu gọn hệ (x,y,z) ε x ,ε y ,γ xy ,γ xz, γ yz , γ 0xz, γ 0yz ε x0 , ε y0 , γ xy Các thành phần biến dạng hệ tọa độ x,y,z Các thành phần biến dạng mặt trung bình hệ tọa độ x,y,z σ x , σ y , τ xy, τ xz, τ yz Các thành phần ứng suất hệ tọa độ x,y,z N x, N y, N xy Các lực màng Mx , My , Mxy Các momen uốn xoắn Q x, Q y Các lực cắt c x,cy Bề rộng gân song song trục x, song song trục y dx,d y Chiều cao gân song song trục x, song song trục y Trang Luận văn Thạc sỹ Cơ học kỹ thuật DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thông số vật liệu 42 Bảng 1.2: Thơng số kích thước hình học composite lớp không gân 42 Bảng 1.3: Kết tính tốn uốn composite lớp khơng gân chương trình Matlab 43 Bảng 1.4: tần số dao động tự composite lớp không gân chương trình Matlab 43 Bảng 1.5: Thơng số kích thước hình học composite lớp có gân song song với trục x 44 Bảng 1.6: Kết tính tốn uốn composite lớp có gân song song với trục x chương trình Matlab 45 Bảng 1.7: tần số dao động tự composite lớp có gân song song với trục x chương trình Matlab 45 Bảng 1.8: Kết tính tốn uốn composite lớp có gân song song với trục y chương trình Matlab 46 Bảng 1.9: tần số dao động tự composite lớp có gân song song với trục y chương trình Matlab 46 Bảng 1.10: Kết tính tốn uốn composite lớp có gân theo đường chéo chương trình Matlab 47 Bảng 2.1: Thông số vật liệu composite lớp khơng gân có gân 59 Bảng 2.2: Thơng số kích thước hình học composite lớp không gân 59 Bảng 2.3: Kết tính tốn uốn composite lớp khơng gân Ansy so sánh 61 Bảng 2.4: Thơng số kích thước hình học composite lớp có gân gồm lớp song song với mặt phẳng 62 Bảng 2.5: Kết tính tốn độ võng ứng suất composite lớp có gân gồm lớp song song với mặt phẳng Ansys 64 Bảng 2.6: Ứng suất điểm composite (400x400) không gân 65 Bảng 2.7: Ứng suất điểm composite (800x800) không gân 66 Trang