Nghiên cứu tính toán ống trụ composite chịu tác dụng của áp suất di động (tt)

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Kết cấu ống composite chịu tác dụng tải trọng di động sử dụng nghiên cứu nhiều giới, ứng xử động lực học ống composite lớp đặt đàn hồi liên kết cứng chịu tác dụng áp suất di động cần thiết nhà khoa học quan tâm làm rõ Do đề tài "Nghiên cứu tính tốn ống trụ compsite dƣới tác dụng áp suất di động" có ý nghĩa khoa học cần thiết Mục đích nghiên cứu: - Xây dựng thuật toán phần tử hữu hạn (PTHH) chương trình máy tính nhằm phân tích phi tuyến động lực học ống trụ composite đàn hồi chịu tác dụng áp suất di động - Đề xuất, kiến nghị giải pháp hợp lý cho ống sở kết khảo sát số với lớp tốn khác nhau, thơng số kết cấu, tải trọng, vật liệu, điều kiện liên kết, điều kiện thay đổi Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: kết cấu ống trụ vật liệu composite lớp đặt đàn hồi hệ số theo mơ hình Winkler đặt liên kết thông thường; tải trọng áp suất di động dọc ống composite với vận tốc không đổi thay đổi - Phạm vi nghiên cứu: xác định đáp ứng động lực học cho ống trụ composite làm việc giới hạn đàn hồi tuyến tính Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với tính tốn khảo sát số thực nghiệm Lý thuyết sử dụng phương pháp PTHH để xây dựng phương trình vi phân phi tuyến động lực học ống composite; Xây dựng thuật toán chương trình máy tính để khảo sát số với lớp toán khác Cấu trúc luận án Luận án gồm phần mở đầu, bốn chương, phần kết luận chung, tài liệu tham khảo, với 132 trang thuyết minh, có 26 bảng, 78 hình vẽ, đồ thị, 74 tài liệu tham khảo Mở đầu: Trình bày tính cấp thiết cấu trúc luận án Chƣơng 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chƣơng 2: Phân tích phi tuyến động lực học ống trụ composite đàn hồi chịu áp suất di động Chƣơng 3: Khảo sát ảnh hưởng số yếu tố đến đáp ứng phi tuyến động lực học ống trụ composite chịu áp suất di động Chƣơng 4: Nghiên cứu thực nghiệm Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Trình bày kết nghiên cứu nước nước kết cấu ống composite chịu tải trọng dạng áp suất di động Từ cơng trình cơng bố, sở vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu phát triển, tác giả luận án tập trung nghiên cứu: “Nghiên cứu tính tốn ống trụ compsite chịu tác dụng áp suất di động” Luận án tập trung giải nội dung chủ yếu sau: - Trình bày tổng quan vật liệu composite, ứng dụng thực tiễn Tổng quan áp suất di động, mơ hình tải trọng dạng áp suất di động - Xây dựng thuật toán PTHH chương trình máy tính phân tích phi tuyến động lực học ống trụ composite đặt đàn hồi chịu tác dụng áp suất di động - Nghiên cứu mô số xem xét ảnh hưởng yếu tố: vật liệu kết cấu, tính chất tải trọng, thơng số hình học kết cấu, tính chất liên kết,…đến đáp ứng động lực học phi tuyến ống trụ composite - Nghiên cứu thực nghiệm xác định đáp ứng biến dạng, gia tốc kết cấu ống trụ composite đặt liên kết đàn hồi liên kết cứng chịu tác dụng áp suất di động Kết thí nghiệm sở cho việc kiểm tra độ tin cậy chương trình tính tác giả xây dụng chương luận án 3 CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH PHI TUYẾN ĐỘNG LỰC HỌC ỐNG TRỤ COMPOSITE CHỊU TÁC DỤNG CỦA ÁP SUẤT DI ĐỘNG 2.1 Đặt toán, giả thiết Mơ hình tốn xây dựng sở giả thiết: Ống trụ composite với vật liệu lớp đàn hồi tuyến tính, bố trí đối xứng qua mặt trung bình bám dính lý tưởng với nhau; Tại thời điểm, áp suất p(t) phân bố liên tục ống đến mắt cắt ngang ống; Kích thước chiều dày ống thỏa mãn lý thuyết Reissner - Mindlin Hình 2.1 Mơ hình ống trụ composite đặt đàn hồi chịu tác dụng áp suất di động 2.2 Thiết lập phƣơng trình vi phân dao động phi tuyến phần tử vỏ đàn hồi chịu áp suất di động 2.2.1 Phương trình vi phân dao động phi tuyến phần tử vỏ Hình 2.2 Mơ hình PTHH ống trụ composite phần tử vỏ cong - Phương trình dao động phần tử vỏ:  M  E q   K  E q  f  , E e e e e e (2.56) - Ma trận khối lượng phần tử: 1  M e      N u   I0  N u  J drds E T (2.48) 1 1 - Ma trận độ cứng phần tử:  e e  e  K e  E   K uL  E   K Q  E   K uN  E , (2.49) - Vectơ lực nút phần tử: f  e = E  f dV+  f dA+f , e b Ve e s e c (2.50) Ae 2.2.2 Phần tử vỏ đàn hồi chịu tác dụng áp suất di động Xét phần tử vỏ nằm đàn hồi với mơ hình Winkler, chịu tác dụng áp suất phân bố di chuyển phần tử với vận tốc v, theo chiều trục 1 (Hình 2.3) Hình 2.3 Mơ hình phần tử vỏ cong đàn hồi chịu áp suất di động Xét phần tử thời điểm t Trong trường hợp tổng quát, phần tử tồn hai vùng diện tích A1 A2, với A1 diện tích chịu áp suất phân bố theo cường độ p(t), A2 diện tích mà áp suất (do môi chất chưa di chuyển đến) Các diện tích A 1, A2 xác định bởi:  1 A1  R   dd ; A 1  le 0 R   dd (2.58) 1 Phương trình vi phân dao động phần tử vỏ đàn hồi chịu áp suất di động viết hệ tọa độ tổng thể sau: e  e  e  M  q   K    K f  G e    q  f m e G e G (2.64) 2.3 Thuật toán giải phƣơng trình vi phân dao động phi tuyến ống trụ đàn hồi chịu áp suất di động 2.3.1 Phương trình vi phân dao động phi tuyến ống trụ đàn hồi chịu áp suất di động Sau tập hợp ma trận vectơ tải trọng tổng thể, ta có phương trình vi phân dao động phi tuyến ống trụ composite đàn hồi chịu tác dụng áp suất di động:       M  q  C  q   K  q  f , m       (2.67) 2.3.2 Điều kiện biên phương trình dao động hệ sau khử biên Với toán ống trụ composite đặt đàn hồi tựa hai đầu chịu áp suất di động luận án, điều kiện biên xác định: w  0, t   w  L, t   0, (2.70) M  0, t   M  L, t   đó: w(x,t) - chuyển vị hướng kính điểm x thời gian t, M(x,t) - mô men uốn điểm x thời gian t Với ống trụ composite đặt gối cứng (liên kết tựa): chuyển vị hướng kính nút chứa liên kết tựa Sau khử biên, phương trình vi phân dao động ống trụ composite đàn hồi chịu áp suất di động:  Mq  Cq  K q  fm  (2.71) Nhiệm vụ xác định đáp ứng phi tuyến động lực học hệ, cách giải hệ phương trình phi tuyến (2.71) Trong trường hợp phương pháp tích phân trực tiếp Newmark kết hợp với phương pháp lặp NewtonRaphson tác giả áp dụng Sơ đồ thuật tốn thể hình 2.5 sau 6 Bắt đầu Nhập số liệu đầu vào: L, D, h, v o , p o , k f , t, t, n Tính tốn ban đầu [M], [K], [C], {f m }, {q}0 , {q}0 , {q}0 t + t Giải lặp i Newton-Rapson Tính chuyển vị, vận tốc, gia tốc {q t + t }(i) , {q t + t }(i) , {q t + t }(i) Tính tốn biến dạng, ứng suất { t+ t }(i) , { t+ t }(i) Sai Sai: j