Phân tích tấm FGM chịu tải trọng di động sử dụng phương pháp phần tử chuyển động cải tiến (IMEM)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN KHÁNH VÂN PHÂN TÍCH TẤM FGM CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ CHUYỂN ĐỘNG CẢI TIẾN (IMEM) Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số ngành: 60 58 02 08 LUẬN VĂN THẠC SĨ Thành phố Hồ Chí Minh, 06-2017 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: PGS.TS Lương Văn Hải Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS Nguyễn Trung Kiên Cán chấm nhận xét 2: TS Trần Minh Thi Luận vãn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày 21 tháng 08 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá đề cương luận vãn thạc sĩ gồm: PGS.TS Nguyễn Thị Hiền Lương Chủ tịch hội đồng Thư ký Thành viên Phản biện Thành viên Phản biện Thành viên CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA PGS.TS Bùi Công Thành PGS.TS Nguyễn Trọng Phước PGS.TS Nguyễn Trung Kiên TS Trần Minh Thi KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS Bùi Công Thành PGS.TS Nguyễn Minh Tâm 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: TRẦN KHÁNH VÂN MSHV: 13210175 Ngày, tháng, năm sinh: 27/11/1988 Nơi sinh: TP.HỒ Chí Minh Chuyên ngành: KTXD CT dân dụng công nghiệp MN: 60 58 02 08 I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích FGM chịu tải trọng di động sử dụng phương pháp phần tử chuyển động cải tiến (IMEM) II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Sử dụng mơ hình tính toán phần tử chuyển động cải tiến (IMEM) để phân tích ứng xử động FGM Sử dụng ngơn ngữ lập trình Matlab để thiết lập cơng thức tính tốn ví dụ số Kết ví dụ số đưa kết luận quan trọng ứng xử động FGM III.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/02/2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/08/2017 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Lương Văn Hải Tp HCM, ngày 21 tháng 08 năm 2017 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG NGÀNH PGS.TS Lương Văn Hải PGS.TS Bùi Công Thành TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS Nguyễn Minh Tâm LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình dân dụng cơng nghiệp nằm hệ thống luận cuối khóa nhằm trang bị cho Học viên cao học khả tự nghiên cứu, biết cách giải vấn đề cụ thể đặt thực tế xây dựng Đó trách nhiệm niềm tự hào học viên cao học Đe hoàn thành luận vãn này, cố gắng nỗ lực thân, nhận giúp đỡ nhiều từ tập thể cá nhân Tôi xin ghi nhận tỏ lòng biết ơn đến tập thể cá nhân dành cho giúp đỡ q báu Đầu tiên tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Lương Văn Hải Thầy đưa gợi ý để hình thành nên ý tưởng đề tài Thầy góp ý cho tơi nhiều cách nhận định đắn vấn đề nghiên cứu, cách tiếp cận nghiên cứu hiệu Tôi xin gửi lời cảm ơn đến NCS Cao Tấn Ngọc Thân giúp đỡ tơi nhiều q trình thực Luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ Thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM truyền dạy kiến thức q giá cho tơi, kiến thức thiếu đường nghiên cứu khoa học nghiệp sau Luận văn thạc sĩ hoàn thành thời gian quy định với nỗ lực thân, nhiên khơng có thiếu sót Kính mong q Thầy Cô dẫn thêm để bổ sung kiến thức hồn thiện thân Xin trân trọng cảm ơn Tp HCM, ngày 21 tháng 08 năm 2017 Trần Khánh Vân TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Vật liệu có tính biến thiên gọi vật liệu biến đổi chức (Functionaly Graded Materials - FGM) nhóm nhà khoa học Nhật Bản phát minh lần vào năm 1984 để khắc phục hạn chế vật liệu composite truyền thống khơng có liên tục ứng suất bề mặt tiếp xúc hai lớp vật liệu, xuất bong tách, vết nứt chênh lệch lớn số giãn nở nhiệt vật liệu Trong khoảng thời gian ngắn có nhiều vấn đề liên quan đến tốn phân tích kết cấu FGM, đặc biệt ứng xử chịu tải trọng động Bài tốn đàn nhớt có có ý nghĩa có tính ứng dụng cao lĩnh vực xây dựng móng cơng trình dân dụng, công nghiệp, giao thông Luận văn tập trung phân tích ứng xử động kết cấu FGM theo mơ hình dày Mindlin sử dụng phương pháp phần tử chuyển động cải tiến (Improved Moving Element Method), phương pháp phát triển từ phương pháp MEM (Moving Element Method) truyền thống Ý tưởng phương pháp phần tử xem di chuyển tải trọng xem đứng yên, điều hoàn toàn ngược lại với phương pháp phần tử hữu hạn truyền thống FEM (Finite Element Method) Tuy nhiên phương pháp MEM, gia tăng bước thời gian Aí, cần cập nhập lại ma trận độ cứng ma trận cản, việc tính tốn thường nhiều thời gian Để khắc phục điều này, phương pháp MEM cải tiến xem thành phần thay đổi phương trình cân động học lực giả (pseudo-force), ma trận độ cứng, ma trận khối lượng, ma trận cản không đổi bước gia tăng thời gian Az, khơng cần cập nhập lại ma trận khối lượng, ma trận độ cứng ma trận cản Điều làm cho phương pháp MEM cải tiến giảm bớt nhiều thời gian tài ngun tính tốn so với phương pháp MEM truyền thống Cách thiết lập ma trận khối lượng, ma trận độ cứng, ma trận cản phương trình vi phân chủ đạo cho tốn động lực học trình bày cách chi tiết Việc giải phương trình thực phương pháp Newmark Các ví dụ số kiểm chứng cho thấy phương pháp cho kết phù hợp với cơng bố trước Từ ví dụ số, giúp rút số nhận định tính hiệu phương pháp MEM cải tiến Các kết nghiên cứu hy vọng tài liệu tham khảo hữu ích nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu vật liệu composite sau LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng việc tơi thực hướng dẫn thầy PGS.TS Lương Văn Hải Các kết Luận văn thật chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm cơng việc thực Tp HCM, ngày 21 tháng 08 năm 2017 Trần Khánh Vân V MỤC LỤC MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT Chữ viết tắt MEM Phương pháp phần tử chuyển động (Moving Element Method) Q* Phần tử tứ giác nút (Quadrilateral Nine-node Element) Phương pháp phần FEM tử hữu hạn (Finite Element Method) FEM-9 Phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần tử nút DOF Bậc tự (Degree Of Freedom) FGM Vật liệu biến đổi chức (Functionally Graded Materials) HSDT Lý thuyết biến dạng bậc cao (Higher-Order Shear Deformation Theory) FSDT Lý thuyết biến dạng cắt bậc (First-Order Shear Deformation Theory) Ma trận véctơ u Véctơ chuyển vị điểm mặt trung bình kết cấu Véctơ biến dạng màng Véctơ biến dạng uốn d Véctơ chuyển vị nút phần tử Y M K Véctơ biến dạng cắt c Ma trận cản tổng thể Mc ce Ma trận khối lượngphần tử Ke Ma trận khối lượng tổng thể Ma trận độ cứng tổng thể Ma trận cản phần tử Ma trận độ cứng phần tử Ma trận khối lượng hiệu dụng Ma trận tải trọng hiệu dụng Ma trận độ cứng hiệu dụng Ký hiệu B Chiều dài theo phương X Chiều dài theo phương y Em Module đàn hồi vật liệu mặt L 10 E c Module đàn hồi vật liệu mặt G Module chống cắt đàn hồi vật liệu V Hệ so Poisson vật liệu Pm Trọng luợng riêng vật liệu mặt duới Pc Trọng luợng riêng vật liệu mặt h Chiều dày Góc xoay quay quanh trục y Góc xoay quay quanh trục X ỡ y Ks Hệ số hiệu chỉnh cắt u, V, w Chuyển vị theo phuơng X, y z V Vận tốc tải trọng di động