Phân tích ảnh hưởng và ứng xử tương tác đa trường trên vật liệu bất đẳng hướng bằng FEM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN VĂN CƯỜNG PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG VÀ ỨNG XỬ TƯƠNG TÁC ĐA TRƯỜNG TRÊN VẬT LIỆU BẤT ĐẲNG HƯỚNG BẰNG FEM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ  LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN VĂN CƯỜNG PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG VÀ ỨNG XỬ TƯƠNG TÁC ĐA TRƯỜNG TRÊN VẬT LIỆU BẤT ĐẲNG HƯỚNG BẰNG FEM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Tp Hồ Chí Minh tháng 10/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ  LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN VĂN CƯỜNG PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG VÀ ỨNG XỬ TƯƠNG TÁC ĐA TRƯỜNG TRÊN VẬT LIỆU BẤT ĐẲNG HƯỚNG BẰNG FEM NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Hoài Sơn Tp Hồ Chí Minh tháng 10/2014 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Họ & tên: PHAN VĂN CƢỜNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 21/11/1989 Nơi sinh: Bến Tre Q qn: Bến Tre Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 115/12 Đƣờng 11,Tổ 3, KP 9, P Trƣờng Thọ, Quận Thủ Đức, TP.HCM Điện thoại quan: Điện thoại di động: 0979054727 Fax: E-mail: phanvancuongckm@gmail.com II Q TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo: 09/2007 đến 05/2012 Nơi học (trƣờng, thành phố): ĐH Sƣ phạm Kỹ thuật Tp HCM, Số Võ Văn Ngân, Bình Thọ, Thủ Đức, Thành Phố Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy Tên đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu - thiết kế máy sản xuẩt bột bơ Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 06/2011, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian 09/2011 - 4/2012 04/2012 - 1/2013 10/2013 – Nơi cơng tác Cơng việc đảm nhiệm Cơng ty TNHH-SXCN-TMDV Vận hành lập trình máy Phụng Nam CNC, bảo trì máy Cơng ty Cổ phần cơng nghiệp Masan Cơng ty TNHH HAYAMIZU VIET NAM iii Nhân viên bảo trì Supervisor LỜI CAM KẾT Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng Phan Văn Cƣờng iv năm 2014 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực luận văn : “ Phân tích ảnh hƣởng ứng xử tƣơng tác đa trƣơng vật liệu bất đẳng hƣớng FEM ” tơi hồn thành Ngồi nổ lực cố gắng thân, tơi gặp phải số khó khăn q trình thực Nhờ có hƣớng dẫn giúp đỡ tận tình q thầy cơ, bạn bè, gia đình tơi vƣợt qua hồn thành luận văn Để tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, tơi xin chân thành cảm ơn:  Thầy hƣớng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Hồi Sơn, Ths Phùng Văn Phúc Thầy dành nhiều thời gian, tâm huyết nhiệt tình hƣớng dẫn, định hƣớng, góp ý, động viên tơi suốt q trình thực luận văn  Thầy TS Phạm Sơn Minh Thầy TS Nguyễn Đức Nam bỏ thời gian cơng sức để phản biện đóng góp ý kiến cho luận văn tơi đƣợc hồn thiện  Ban giám hiệu, phòng sau đại học q thầy Khoa Cơ khí tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành tốt luận văn  Các anh, chị, bạn bè, ngồi lớp động viên, giúp đỡ tơi tận tình suốt thời gian thực luận văn  Gia đình, ngƣời thân ủng hộ tinh thần, vật chất, tạo điều kiện cho em suốt năm học vừa qua Thành phố Hồ Chí Minh, tháng Phan Văn Cƣờng v năm 2014 TĨM TẮT Đề tài: “Phân tích ảnh hƣởng ứng xử tƣơng tác đa trƣờng vật liệu bất đẳng hƣớng FEM” xây dựng mơ hình tốn phƣơng pháp số cho composite có dán vật liệu áp điện Luận văn tập trung vào điểm sau: Xây dựng mơ hình tốn dựa việc phát triển phần tử đẳng tham số nút với bậc tự (3 tịnh tiến, góc quay) cho nút dựa lý thuyết biến dạng cắt bậc để tính tốn ma trận độ cứng phần tử (liên kết – điện) ma trận khối lƣợng phần tử composite Điện (  ) đƣợc giả định bậc tự thêm vào phần tử Ngun lý Hamilton đƣợc sử dụng để tìm đƣợc phƣơng trình phần tử hữu hạn sử dụng lƣợng học cấu trúc lƣợng điện vật liệu áp điện Sau đó, code phần tử hữu hạn tảng MATLAB đƣợc viết để phân tích tĩnh cấu trúc phẳng dựa lý thuyết Mindlin Từ kết quả, ta nhận thấy điều khiển đƣợc độ võng tĩnh với mức điện áp đặt vào kích hoạt vi ABSTRACT Thesis: “Analysis of multiphysics interacting influences in anisotropic materials by FEM” building mathematical models and numerical methods for composite plates is patch piezoelectric materials Thesis only focus on the following issues: Building mathematical models based on the development a four noded isoparamatric flat plate element with five mechanical degrees of freedom ( translational, rotational) per node based on first order shear deformation theory to compute the elemental stiffness (electro-mechanical coupling) and mass matrix of composite plate Electrical voltage (  ) is assumed as an additional DOF which is to be applied per element Hamilton‟s principle is employed to derive the finite element equations using the mechanical energy of the structure and the electrical energy of the piezoelectric material Then, A finite element code in the MATLAB platform is written for static analysis of the flat plate structures based on mindlin‟s plate theory Form the results, it is found out that the static deflection control can be achieved with a given voltage applied through the IDE-PFC actuator vii MỤC LỤC GIẤY QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI i XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN .ii LÝ LỊCH KHOA HỌC iii LỜI CAM KẾT iv LỜI CẢM ƠN v TĨM TẮT vi MỤC LỤC vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH x DANH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Cơ sở khoa học thực tiễn 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5 Kết cấu đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 2.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc 2.2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc 2.2.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Giới thiệu chung 3.1.1 Giới thiệu FEM 3.1.2 Giới thiệu vật liệu composite 11 3.1.3 Giới thiệu piezoelectric 13 3.1.4 Giới thiệu multiphysics 14 3.2 Mối quan hệ ứng suất biến dạng 14 vii 3.3 Phát triển mối quan hệ kết cấu cho laminate 17 3.4 Mối quan hệ kết cấu vật liệu áp điện 20 3.5 Phân tích phần tử hữu hạn 21 3.5.1 Giới thiệu 21 3.5.2 Ngun lý biến biến phân 22 3.5.3 Cách trình phần tử hữu hạn sử dụng phần tử đẳng tham số 23 3.5.4 Ma trận độ cứng đàn hồi 28 3.5.5 Ma trận độ cứng liên kết điện 30 3.5.6 Ma trận độ cứng điện 30 3.5.7 Ma trận khối lƣợng 31 3.5.8 Vectơ lực phần tử 32 3.5.9 Phƣơng trình điều khiển hệ 32 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 4.1 Áp dụng cho tốn phân tích composite 35 4.2 Kết phân tích tĩnh 36 4.3 Kết phân tích động lực học 38 CHƢƠNG : KẾT LUẬN VÀ THẢO LUẬN 41 5.1 Kết luận 41 5.2 Kiến nghị 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 PHỤ LỤC 45 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU BẢNG TRANG Bảng 4.1: Thuộc tính vật liệu áp điện PZT G1195N piezoceramics composite graphite–epoxy 36 Bảng 4.2: Độ võng so sánh với lời giải tham khảo 37 ix DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH HÌNH TRANG Hình 3.1: Lƣới phần tử hữu hạn Hình 3.2: Phần tử 1D Hình 3.3: Phần tử 2D Hình 3.4: Phần tử tam giác phần tử tứ giác 10 Hình 3.5: Phần tử tứ diện 10 Hình 3.6: Phần tử lục diện 10 Hình 3.7: Phần tử ngũ diện 11 Hình 3.8: Tấm gồm n lớp với mặt có dáng actuator mặt dƣới dáng sensor 15 Hình 3.9: Phép biến đổi từ hệ tọa độ địa phƣơng sang hệ tọa độ tồn cục 16 Hình 3.10: Biến dạng mặt cắt XZ 17 Hình 3.11: Tổng hợp lực momen 18 Hình 3.12: Phần tử tứ giác bốn nút tùy ý hệ tọa độ đề phần tử đẳng tham số hệ tọa độ tự nhiên 24 Hình 4.1: Mơ hình composite với miếng dán áp điện .35 Hình 4.2: Mơ hình báo tham khảo 36 Hình 4.3: Đồ thị chuyển vị .37 Hình 4.4: Đồ thị so sánh độ võng với lời giải tham khảo 38 Hình 4.5: Mode dao động với tần số 51.85 Hz 38 Hình 4.6: Mode dao động với tần số 107.03 Hz 39 Hình 4.7: Mode dao động với tần số 171,7 Hz 39 Hình 4.8: Mode dao động với tần số 186,56 Hz 39 x DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU ĐƠN VỊ a Một nửa chiều dài theo phƣơng x m A Diện tích m2 b Một nửa chiều dài theo phƣơng y m C Hằng số đàn hồi N/m2 Cs Điện dung cảm biến áp điện F D Véc-tơ chuyển vị điện C/m2 e Hệ số ứng suất áp điện C/m2 E Mơ-đun đàn hồi N/m2 f Lực N h Chiều dày m K Ma trận độ cứng M Ma trận khối lƣợng q Véc-tơ trƣờng chuyển vị qi Trƣờng chuyển vị nút .m T Động J u Trƣờng chuyển vị theo phƣơng x .m U Thế J v Trƣờng chuyển vị theo phƣơng y .m V Thể tích m3 w Trƣờng chuyển vị theo phƣơng z .m W Cơng J  Biến dạng m/m  Ứng suất N/m2 v Hệ số Poisson  Hằng số điện mơi C/(Vm)  Véc-tơ chuyển vị nút m  Điện V xi f Tần số Hz  Khối lƣợng riêng vật liệu kg/m3 xii CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Cơ sở khoa học thực tiễn Với phát triển nhanh chóng khoa học vật liệu cơng nghệ, nhiều vật liệu đa chức đƣợc tạo áp dụng cho kỹ thuật cơng nghiệp lĩnh vực khác Nhiều mơ hình ứng dụng nhƣ tƣơng lai giới nhƣ việt nam phụ thuộc vào việc giải đồng thời nhiều tƣợng vật lý khác mơ hình tốn Do tầm quan trọng tƣơng tác số trƣờng vật lý mơ hình tốn, quan tâm việc mơ tốn đa trƣờng phƣơng pháp số phát triển cho việc thiết kế xác cấu trúc thực tế khác Mơ số thuận lợi nhƣ đòi hỏi thời gian chi phí tính tốn so với thí nghiệm Do đó, mơ tốn đa trƣờng phƣơng pháp phần tử hƣu hạn hữu ích để cải thiện thiết kế độ xác cao Mục đích luận án phát triển phƣơng pháp số phân tích ảnh hƣởng ứng xử tƣơng tác đa trƣờng vật liệu bất đẳng hƣớng FEM Các mục tiêu đƣợc chia thành hai nhiệm vụ chính:  Xây dựng mơ hình tốn tƣơng tác cơ-điện cho tốn việc phát triển phần tử đẳng tham số nút với bậc tƣ học ( tịnh tiến, góc xoay) cho nút điện ∅ bậc tự thêm vào phần tử  Dựa lý thuyết biến dạng cắt bậc để tính tốn ma trận độ cứng liên kết cơ-điện  Tiến hành giải tốn tƣơng tác điện-cơ cho composite có dán lớp mỏng vật liệu piezoelectric phƣơng pháp phần tử hữu hạn sử dụng ngơn ngữ tính tốn Matlab Với mục đích mong muốn đóng góp vào tiến khoa học cơng nghệ tính tốn phân tích mơ hình tốn thực tế cách chắn hơn, tơi thực đề tài: “ Phân tích ảnh hƣởng ứng xử tƣơng tác đa trƣơng vật liệu bất đẳng hƣớng FEM ” với mong muốn: -[1]- - Rút ngắn thời gian phân tích, tính tốn, giảm thời gian thực nghiệm - Từ mơ hình tính tốn phân tích làm sở lý thuyết để tính tốn tốn ứng dụng thực tế 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Mục tiêu nhiệm vụ đề tài : dựa sở lý thuyết tính tốn để giải vấn đề: “phân tích ảnh hƣởng ứng xử tƣơng tác đa trƣờng vật liệu bất đẳng hƣớng FEM” Xây dựng mơ hình tốn tƣơng tác cơ-điện cho tốn việc phát triển phần tử đẳng tham số nút với bậc tƣ học ( tịnh tiến, 2góc xoay) cho nút điện  bậc tự thêm vào phần tử Dựa lý thuyết biến dạng cắt bậc ngun lý Hamilton để tính tốn ma trận độ cứng liên kết cơ-điện Tiến hành giải tốn tƣơng tác điện-cơ cho composite có dán lớp mỏng vật liệu piezoelectric phƣơng pháp phần tử hữu hạn sử dụng cơng cụ tính tốn Matlab so sánh đánh giá sai số so với lời giải tham khảo 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu đề tài là: Phân tích ảnh hƣởng ứng xử tƣơng tác đa trƣơng vật liệu bất đẳng hƣớng FEM Phạm vi nghiên cứu: Đề tài dừng lại việc xây dựng sơ lý thuyết cho tƣơng tác cơ-điện, phân tích ảnh hƣởng ứng xử tƣơng tác đa trƣơng ( cơ-điên) vật liệu bất đẳng hƣớng (composite) FEM sử dụng phần tử đẳng tham số tứ giác Q4 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu phân tích lý thuyết: Thu thập tài liệu ngồi nƣớc có liên quan đến nội dung nghiên cứu để phân tích, tính tốn - Tiến hành tính tốn, phân tích xây dựng mơ hình lý thuyết, lập trình phân tích kết tƣơng tác, ứng xử mơ hình tốn cụ thể -[2]- 1.5 Kết cấu đồ án tốt nghiệp Đề tài “ Phân tích ảnh hƣởng ứng xử tƣơng tác đa trƣờng vật liệu bất đẳng hƣớng FEM” gồm có chƣơng phần phụ lục - Chƣơng 1: Mở đầu - Chƣơng 2: Tổng quan - Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết - Chƣơng 4: Kết thảo luận - Chƣơng 5: Kết luận kiến nghị - Phụ lục -[3]- CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu Ngày nay, vật liệu bất đẳng hƣớng đƣợc sử dụng rộng rải từ kiến trúc xây dựng to lớn nhƣ cầu đƣờng, nhà cao tầng, phƣơng tiện di chuyển nhƣ phi cơ, tàu thủy, tơ đến vật gia dụng bình thƣờng Những du thuyền đại, thân tàu làm từ composite sợi thủy tinh Cánh máy bay hạng nhẹ chí chiến đấu làm từ composite sợi carbon Nhƣ biết chi tiết dạng có chiều dày nhỏ chịu tác dụng ngoại lực chúng biến dạng, tải tuần hồn có chu kỳ gây rung động dao động làm ảnh hƣởng đến kết cấu composite thời gian tác dụng lâu dài chi tiết bị phá hủy gây tác động khơng tốt đến hệ thống Việc ngăn chặn dao động tồn bên composite giúp cho chúng khơng bị rung động giúp cho hệ thống thêm vứng khơng bị phá hủy Để triệt tiêu làm giảm dao động suất khơng mọng muốn ngƣời ta dán cảm biến áp điện lên composite cần khảo sát sau thu nhân tín hiệu từ dán kích xung điện tƣơng ứng để khử làm giảm biến dạng dao động chúng Vào thập niên gần ngƣời ta sâu nghiên cứu vào vật liệu thơng minh đặc biệt vật liệu áp điện Đây vật liệu mang nhiều tính chất q báu mà vật liệu thơng thƣờng khơng có, vật liệu phát nguồi điện có ứng suất học tác động vào ngƣợc lại có dòng điện tác động vào sinh chuyển vị tƣợng ứng với hiệu điện đặt vào Ngƣời ta ứng dụng tính chất để điều khiển chuyển vị chi tiết chịu biến dạng rung động khí xậy dựng 2.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc 2.2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc Tình hình nghiên cứu tƣơng tác đa trƣờng giới phát triển mạnh Đặc biệt số nƣớc phát triển nhƣ : Đức, Nhật, Mỹ,… -[4]- Nghiên cứu gấp lĩnh vực nghiên cứu thú vị có ảnh hƣởng mạnh mẻ học liên tục Thực nghiệm dao động đƣợc thực Chladni vào năm 1802 Sau khởi đầu ơng Chladni có nhiều nhà nghiên cứu tiếp tục cộng việc nghiên cứu ơng với chi tiết dạng hộp Hiệu ứng áp điện lần đƣợc đề cập nhà khốn vật học ngƣời Pháp René Just Hẵy vào năm 1817 Chứng minh cho hiệu ứng áp điện thuận vào năm 1880 bời anh em nhà Pierre Curie and Jacques Curie Họ chứng minh hiệu ứng cách sử dụng tinh thể tua-ma-lin, thạch anh, tơ-pa muối Rochelle Tuy nhiên anh em nhà Curies khơng tiên đốn đƣợc hiệu ứng áp điện nghịch Hiệu ứng áp điện nghịch đƣợc suy luận tốn học từ ngun lý nhiệt động học bới Gabriel Lippmann vào năm 1881 Vài thập niên tiếp sau, có nhiều nghiên cứu nhằm khám phá định nghĩa cấu trúc tinh thể tƣợng áp điện Đỉnh cao q trình nghiên cứu vào năm 1910 với xuất sách Woldemar Voigt's Lehrbuch der Kristallphysik, sách nói 20 loại tinh thể tự nhiên có khả áp điện ơng ta định nghĩa cách chặt chẻ hắng số áp điện mà sử dụng việc thí nghiêm phân tích kéo nén Ứng dụng thiết bị phát tàu ngầm đƣợc phát triển chiến tranh giới thứ Ở pháp ,Paul Langevin đồng nghiệp phát triển thiết bị phát tàu ngầm vào năm 1917 Việc sử dụng hiệu ứng áp điện để phát tàu ngầm dự án thành cơng Nó nâm cao tầm qua trọng thiết bị áp điện Sau chiến tranh giớ thứ hai, vật liệu áp điện ứng dụng dần đƣợc kham phá phát triển Crawley and de Luis đƣa lợi ích thiết bị áp điện cấu trúc thơng minh việc phát triển mơ hình mơ tả ứng sử động học tĩnh hệ thống Code phần tử hửu hạn đƣợc phát triển Ha et al xử lý hồi tiếp học kết cấu sợi chịu lực, đa lớp, vật liệu composite chứa vật liệu áp điện dƣới tác dụng tải trọng tĩnh động Lin et al đƣa mơ hình phần tử hửu hạn cho việc điều khiển độ võng đƣợc mơ hình thành phần tử đẳng tham số với kích áp điện dựa lý thuyết biến dạng cắt bậc Chúng đƣơc thể thơng qua vài ví dụ, mơ -[5]- hình đƣa độ xác tính tốn hệ số biến dạng trạng thái khác kích đƣợc gián vào cấu trúc chịu trạng thái kích thích khác Chen et al nghiên cứu điều khiển triệt tiêu dao động phƣơng pháp số cấu trúc thơng minh với phần tử áp điện phân tích phần tử khơng gian phần tử hửu hạn Bent giới thiệu vật liệu composite chứa sợi chủ động cho kích cảm biến cấu trúc kết hợp với sợi PZT thành ma trận tạo khả tích hợp cao vật liệu kích bất đẳng hƣớng với điện cực đan vào Liu et al giới thiệu cơng thức phần tử hửu hạn dựa lý thuyết nhiều lớp cổ điển để dự đốn hồi tiếp tĩnh động kết cấu composite dƣới điều kiện tải trọng điện học Các cảm biến kích áp điện đƣợc tích hợp vào cấu trúc nhƣ phần vòng lặp kính sử dụng thuật tốn điều khiển dựa hồi tiếp vận tốc âm Trên thực tế làm tăng tính giảm chấn cấu trúc Khối lƣợng độ cứng lớp áp điện đƣợc đƣa vào tính tốn Việc nghiên cứu thơng số cho thấy ảnh hƣởng thay đổi phƣơng sợi cốt, nơi đặt kích cảm biến hồi tiếp Gần đây, He et al nghiên cứu điều khiển dao động chủ động với kích áp điện đƣợc gắn vào kết cấu, kích đƣợc làm từ vật liệu đƣợc gọi vật liệu theo chức năng(FGM) Chee et al giới thiệu thuật tốn có tên Buildup, phƣơng pháp xắp xếp hƣớng việc tối ƣu hóa phƣơng gián áp điện cho việc điều khiển dạng tĩnh cấu trúc thơng minh Cơng thức phần tử hửu hạn cho kết cấu dựa trƣờng chuyển vị bậc cao kết hợp với khả đàn hồi tuyến tính lớp Marinkovic and Ulrich mơ tả phƣơng trình tổng qt kết cấu đa lớp với áp điện đƣợc gián dựa lý thuyết FSDT(MindlinReissner) lý thuyết tuyến tính vật liệu áp điện( biến đổi tuyến tính trƣờng điện chiều dày lớp áp điện), bao gồm phƣơng trình tổng qt tải trọng kích hoạt vật liệu áp điện tính hiệu đầu cảm biến dựa -[6]- kiên kết điện-cơ học Sau thành lập cộng thức phần tử hửu hạn kết cấu sử dụng phần tử tứ giác có số bậc tự (5n+ne) bậc tự học gồm quay tịnh tiến cho nút ne điện lớp áp điện Zhang and Shen giới thiệu cơng thức giải tích điều khiển dao động kết cấu nhiều lớp chứa từ 1-3 lớp composite có sợ chịu lực làm từ vật liệu áp điện đƣợc gắn thêm điện cực đan vào lớp comnposite thẳng đứng Phƣơng trình vi phân tổng qt dao động dọc theo trục dầm theo phƣơng ngang dựa lý thuyết mỏng 2.2.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc Hiện Việt Nam, việc nghiên cứu tƣơng tác đa trƣờng chƣa phát triển mạnh Trong báo P Phung-Van, T Nguyen-Thoi,T Le-Dinh3 H NguyenXuan phân tích dao động tự dao động tĩnh điều khiển động học composite đƣợc tích hợp kích cảm biến phƣơng pháp làm mịn hóa hóc cắt khơng liên tục dự bản(CS-FEM-DSG3) Trong composite có gắn tinh thể áp điện này, coi điện hàm tuyến tính theo chiều dày lớp Thuật tốn điều khiển hồi tiếp chuyển vị vận tốc đƣợc sử dụng để điều khiển hồi tiếp động học biến dạng tĩnh thơng qua việc điều khiển vòng lập kính với cảm biến kích áp điện đƣợc phân bố Độ xác tin cậy phƣơng pháp đƣa đƣợc kiểm tra thơng qua việc so sánh với lời giải phƣơng pháp số Các báo cáo tƣơng tác đa trƣờng PGS TS Nguyễn Hồi Sơn Seminar khoa học định kỳ nhóm Tính tốn Cao cấp Khoa học Kỹ thuật (GACES) thuộc Khoa Xây dựng Cơ học Ứng dụng, trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM -[7]- S K L 0 [...]... tƣơng tác cơ-điện, phân tích ảnh hƣởng và ứng xử tƣơng tác đa trƣơng ( cơ-điên) trên tấm vật liệu bất đẳng hƣớng (composite) bằng FEM sử dụng phần tử đẳng tham số tứ giác Q4 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu phân tích lý thuyết: Thu thập tài liệu trong và ngoài nƣớc có liên quan đến nội dung nghiên cứu để phân tích, tính toán - Tiến hành tính toán, phân tích xây dựng mô hình lý thuyết, lập trình và. .. lý thuyết, lập trình và phân tích kết quả về tƣơng tác, ứng xử của mô hình bài toán cụ thể -[2]- 1.5 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp Đề tài “ Phân tích ảnh hƣởng ứng xử tƣơng tác đa trƣờng trên vật liệu bất đẳng hƣớng bằng FEM gồm có 5 chƣơng và phần phụ lục - Chƣơng 1: Mở đầu - Chƣơng 2: Tổng quan - Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết - Chƣơng 4: Kết quả và thảo luận - Chƣơng 5: Kết luận và kiến nghị - Phụ lục... ảnh hƣởng và ứng xử tƣơng tác đa trƣờng trên vật liệu bất đẳng hƣớng bằng FEM Xây dựng mô hình toán tƣơng tác cơ-điện cho bài toán tấm bằng việc phát triển phần tử đẳng tham số 4 nút với 5 bậc tƣ do cơ học ( 3 tịnh tiến, 2góc xoay) cho mỗi nút và điện thế  là bậc tự do thêm vào trên mỗi phần tử Dựa trên lý thuyết biến dạng cắt bậc nhất và nguyên lý Hamilton để tính toán các ma trận độ cứng liên kết... giải quyết bài toán về sự tƣơng tác điện-cơ cho tấm composite có dán lớp mỏng vật liệu piezoelectric bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn sử dụng công cụ tính toán Matlab và so sánh đánh giá sai số so với lời giải tham khảo 1.3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là: Phân tích ảnh hƣởng và ứng xử tƣơng tác đa trƣơng trên vật liệu bất đẳng hƣớng bằng FEM Phạm vi nghiên cứu: Đề tài... tƣơng tác đa trƣơng trên vật liệu bất đẳng hƣớng bằng FEM ” với mong muốn: -[1]- - Rút ngắn thời gian phân tích, tính toán, giảm thời gian thực nghiệm - Từ mô hình tính toán phân tích đó làm cơ sở lý thuyết để tính toán những bài toán ứng dụng trong thực tế 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài là : dựa trên cơ sở lý thuyết sẽ tính toán để giải quyết vấn đề: phân tích ảnh. .. các tấm dán này và kích những xung điện tƣơng ứng để khử và làm giảm các biến dạng và dao động của chúng Vào những thập niên gần đây ngƣời ta đã dào sâu nghiên cứu vào các vật liệu thông minh đặc biệt là vật liệu áp điện Đây là vật liệu mang nhiều tính chất quý báu mà ở các vật liệu thông thƣờng không có, vật liệu này sẽ phát ra một nguồi điện khi có một ứng suất cơ học tác động vào nó và ngƣợc lại khi... pháp số phân tích ảnh hƣởng và ứng xử tƣơng tác đa trƣờng trên vật liệu bất đẳng hƣớng bằng FEM Các mục tiêu có thể đƣợc chia thành hai nhiệm vụ chính:  Xây dựng mô hình toán tƣơng tác cơ-điện cho bài toán tấm bằng việc phát triển phần tử đẳng tham số 4 nút với 5 bậc tƣ do cơ học ( 3 tịnh tiến, 2 góc xoay) cho mỗi nút và điện thế ∅ là bậc tự do thêm vào trên mỗi phần tử  Dựa trên lý thuyết biến dạng... khoa học vật liệu và công nghệ, nhiều vật liệu đa chức năng mới đƣợc tạo ra và áp dụng cho kỹ thuật công nghiệp và các lĩnh vực khác nhau Nhiều mô hình ứng dụng ở hiện tại và cũng nhƣ tƣơng lai trên thế giới cũng nhƣ tại việt nam đều phụ thuộc vào việc giải quyết đồng thời nhiều hiện tƣợng vật lý khác nhau trong cùng 1 mô hình bài toán Do tầm quan trọng của sự tƣơng tác giữa một số trƣờng vật lý trong... độ cứng liên kết cơ-điện  Tiến hành giải quyết bài toán về sự tƣơng tác điện-cơ cho tấm composite có dán lớp mỏng vật liệu piezoelectric bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn sử dụng ngôn ngữ tính toán Matlab Với mục đích mong muốn đóng góp vào sự tiến bộ của khoa học công nghệ và tính toán phân tích các mô hình toán thực tế một cách chắc chắn hơn, tôi thực hiện đề tài: “ Phân tích ảnh hƣởng và ứng xử tƣơng... kích và cảm biến của cấu trúc kết hợp với các sợi PZT thành các ma trận tạo ra khả năng tích hợp cao và các vật liệu bộ kích bất đẳng hƣớng với các điện cực đan vào nhau Liu et al giới thiệu công thức phần tử hửu hạn dựa trên lý thuyết tấm nhiều lớp cổ điển để dự đoán hồi tiếp tĩnh và động của các kết cấu tấm composite dƣới các điều kiện tải trọng điện và cơ học Các cảm biến và bộ kích áp điện đƣợc tích