(Luận văn thạc sĩ) Phương pháp phần tử hữu hạn đối với bài toán dầm đơn chịu tải trọng tĩnh tập trung

(Luận văn thạc sĩ) Phương pháp phần tử hữu hạn đối với bài toán dầm đơn chịu tải trọng tĩnh tập trung(Luận văn thạc sĩ) Phương pháp phần tử hữu hạn đối với bài toán dầm đơn chịu tải trọng tĩnh tập trung(Luận văn thạc sĩ) Phương pháp phần tử hữu hạn đối với bài toán dầm đơn chịu tải trọng tĩnh tập trung(Luận văn thạc sĩ) Phương pháp phần tử hữu hạn đối với bài toán dầm đơn chịu tải trọng tĩnh tập trung(Luận văn thạc sĩ) Phương pháp phần tử hữu hạn đối với bài toán dầm đơn chịu tải trọng tĩnh tập trung(Luận văn thạc sĩ) Phương pháp phần tử hữu hạn đối với bài toán dầm đơn chịu tải trọng tĩnh tập trung(Luận văn thạc sĩ) Phương pháp phần tử hữu hạn đối với bài toán dầm đơn chịu tải trọng tĩnh tập trung(Luận văn thạc sĩ) Phương pháp phần tử hữu hạn đối với bài toán dầm đơn chịu tải trọng tĩnh tập trung(Luận văn thạc sĩ) Phương pháp phần tử hữu hạn đối với bài toán dầm đơn chịu tải trọng tĩnh tập trung(Luận văn thạc sĩ) Phương pháp phần tử hữu hạn đối với bài toán dầm đơn chịu tải trọng tĩnh tập trung(Luận văn thạc sĩ) Phương pháp phần tử hữu hạn đối với bài toán dầm đơn chịu tải trọng tĩnh tập trung(Luận văn thạc sĩ) Phương pháp phần tử hữu hạn đối với bài toán dầm đơn chịu tải trọng tĩnh tập trung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - NGUYỄN THANH ÂN PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ĐỐI VỚI BÀI TOÁN DẦM ĐƠN CHỊU TẢI TRỌNG TĨNH TẬP TRUNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Dân dụng & Công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TSKH HÀ HUY CƢƠNG Hải Phịng, 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Thanh Ân LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc GS.TSKH Hà Huy Cương ý tưởng khoa học độc đáo, bảo sâu sắc phương pháp nguyên lý cực trị Gauss chia sẻ kiến thức học, toán học uyên bác Giáo sư Giáo sư tận tình giúp đỡ cho nhiều dẫn khoa học có giá trị thường xuyên động viên, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn nhà khoa học, chuyên gia trường Đại học Dân lập Hải phịng tạo điều kiện giúp đỡ, quan tâm góp ý cho luận văn hoàn thiện Tác giả xin trân trọng cảm ơn cán bộ, giáo viên Khoa xây dựng, Phòng đào tạo Đại học Sau đại học - trường Đại học Dân lập Hải phòng, đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả luận văn Nguyễn Thanh Ân MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG CÁC PHƢƠNG PHÁP XÂY DỰNG VÀ GIẢI BÀI TOÁN CƠ HỌC KẾT CẤU Phương pháp xây dựng toán học 1.1 Phương pháp xây dựng phương trình vi phân cân phân tố 1.2 Phương pháp lượng 1.3 Nguyên lý công ảo 10 Bài toán học kết cấu phương pháp giải 10 2.1 Phương pháp lực 15 2.2 Phương pháp chuyển vị 15 2.3 Phương pháp hỗn hợp phương pháp liên hợp 15 2.5 Phương pháp sai phân hữu hạn 16 2.6 Phương pháp hỗn hợp sai phân – biến phân 16 CHƢƠNG LÝ THUYẾT DẦM CHỊU UỐN 16 2.1.Lý thuyết dầm Euler – Bernoulli [ ] 16 2.1.1 Dầm chịu uốn túy phẳng 17 2.1.2 Dầm chịu uốn ngang phẳng 20 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 27 3.1 Phương pháp phần tử hữu hạn 27 3.1.1 Nội dung phương pháp phần tử hữa hạn theo mơ hình chuyển vị 28 3.1.1.1 Rời rạc hoá kết cấu: 28 3.1.1.2 Hàm chuyển vị: 29 3.1.1.3 Phương trình phương pháp phần tử hữu hạn 31 3.1.1.4 Chuyển hệ trục toạ độ 35 3.1.1.6 Xử lý điều kiện biên 39 3.1.1.7 Tìm phản lực gối 40 3.1.1.8 Trường hợp biết trước số chuyển vị 41 3.1.2 Cách xây dựng ma trận độ cứng phần tử chịu uốn 42 3.1.3 Cách xây dựng ma trận độ cứng tổng thể kết cấu 44 3.2 Giải toán dầm phương pháp phần tử hữu hạn 44 3.2.1 Tính tốn dầm đơn giản 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64 KẾT LUẬN 64 KIẾN NGHỊ 64 Danh mục tài liệu tham khảo 65 I Tiếng Việt 65 II Tiếng Pháp 66 III Tiếng Anh 66 MỞ ĐẦU Bài toán học kết cấu có tầm quan trọng đặc biệt lĩnh vực học cơng trình, địi hỏi phải nghiên cứu đầy đủ mặt lý thuyết thực nghiệm Vấn đề nội lực chuyển vị kết cấu nhiều nhà khoa học nước quan tâm nghiên cứu theo nhiều hướng khác Tựu chung lại, phương pháp xây dựng toán gồm: Phương pháp xây dựng phương trình vi phân cân phân tố; Phương pháp lượng; Phương pháp nguyên lý công ảo Phương pháp sử dụng trực tiếp Phương trình Lagrange Các phương pháp giải gồm: Phương pháp lực, phương pháp chuyển vị, phương pháp hỗn hợp, liên hợp; Các phương pháp số gồm: Phương pháp sai phân, Phương pháp biến phân, phương pháp hỗn hợp sai phân - biến phân phương pháp phần tử hữu hạn Hiện nay, kết cấu thường sử dụng cơng trình dân dụng cơng nghiệp thường khung cứng túy khung kết hợp với lõi vách cứng Với số lượng phần tử lớn dẫn đến số ẩn toán lớn, vấn đề đặt với toán dùng phương pháp để tìm lời giải chúng cách nhanh chóng, thuận tiện có hiệu Với phát triển mạnh mẽ máy tính điện tử, đồng thời phần mềm lập trình kết cấu ngày đại, tác giả nhận thấy phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp số đáp ứng yêu cầu nêu Thực chất phương pháp phần tử hữu hạn rời rạc hóa thân kết cấu Các phần tử liền kề liên hệ với phương trình cân phương trình liên tục Để giải tốn học kết cấu, tiếp cận phương pháp đường lối trực tiếp, suy diễn vật lý đường lối toán học, suy diễn biến phân Tuy nhiên cách kết thu ma trận (độ cứng độ mềm) Ma trận xây dựng dựa sở cực trị hóa phiếm hàm biểu diễn lượng Trong phạm vi phần tử riêng biệt, hàm chuyển vị xấp xỉ gần theo dạng đó, thơng thường đa thức Đối tƣợng, phƣơng pháp phạm vi nghiên cứu đề tài Trong luận văn này, tác giả sử dụng phương phần tử hữu hạn nói để xây dựng giải toán dầm đơn chịu tác dụng tải trọng tĩnh tập trung Mục đích nghiên cứu đề tài “Xác định nội lực chuyển vị dầm đơn chịu tải trọng tĩnh tập trung phương pháp phần tử hữu hạn” Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 1.Tìm hiểu giới thiệu phương pháp xây dựng phương pháp giải tốn học kết cấu 2.Trình bày lý thuyết dầm Euler - Bernoulli 3.Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải toán dầm đơn, chịu tác dụng tải trọng tĩnh tập trung 4.Lập chương trình máy tính điện tử cho tốn nêu CHƢƠNG CÁC PHƢƠNG PHÁP XÂY DỰNG VÀ GIẢI BÀI TOÁN CƠ HỌC KẾT CẤU Trong chương trình bày phương pháp truyền thống để xây dựng tốn học nói chung; giới thiệu toán học kết cấu (bài toán tĩnh) phương pháp giải thường dùng Phƣơng pháp xây dựng toán học Bốn phương pháp chung để xây dựng toán học kết cấu trình bày Dùng lý thuyết dầm chịu uốn để minh họa 1.1 Phƣơng pháp xây dựng phƣơng trình vi phân cân phân tố Phương trình vi phân cân xây dựng trực tiếp từ việc xét điều kiện cân lực phân tố tách khỏi kết cấu Trong sức bền vật liệu nghiên cứu dầm chịu uốn ngang sử dụng giả thiết sau: -Trục dầm không bị biến dạng nên khơng có ứng suất -Mặt cắt thẳng góc với trục dầm sau biến dạng phẳng thẳng góc với trục dầm (giả thiết Euler–Bernoulli) -Không xét lực nén thớ theo chiều cao dầm Với giả thiết thứ ba có ứng suất pháp σx ứng suất tiếp σxz, σzx tác dụng lên phân tố dầm (hình 1.3), ứng suất pháp σz không Hai giả thiết thứ ba thứ dẫn đến trục dầm có chuyển vị thẳng đứng y(x) gọi đường độ võng hay đường đàn hồi dầm Giả thiết thứ xem chiều dài trục dầm khơng thay đổi bị võng địi hỏi độ võng dầm nhỏ so với chiều cao dầm, ymax / h 1/5 Với giả thiết thứ hai biến dạng trượt ứng suất tiếp gây khơng xét tính độ võng dầm trình bày Gỉả thiết tỉ lệ h/l 1/5 Chuyển vị ngang u điểm nằm độ cao z so với trục dầm TTH Biến dạng ứng suất xác định sau d2y d2y ;    Ez xx dx dx Momen tác dụng lên trục dầm:  x  z Z h/2 u -h/2 dy dx Hình 1.2 Phân tố dầm d2y Ebh3 d y M    Ebz dz   dx 12 dx h / h/2 hay M  EJ đó: (1.7) Ebh3 d2y ,   EJ  dx 12 EJ gọi độ cứng uốn dầm;  độ cong đường đàn hồi gọi biến dạng uốn; b chiều rộng dầm Để đơn giản trình bày, dùng trường hợp dầm có tiết diên chữ nhật Cách tính nội lực momen khơng xét đến biến dạng trượt ứng suất tiếp gây Tổng ứng suất tiếp σzx mặt cắt cho ta lực cắt Q tác dụng lên trục dầm: Q h/2  zx dz h / Biểu thức ứng suất tiếp σzx tích phân trình bày sau Nhờ giả thiết nêu trên, thay cho trạng thái ứng suất dầm, ta cần nghiên cứu phương trình cân nội lực M Q tác dụng lên trục dầm Xét phân tố dx trục dầm chịu tác dụng lực M,Q ngoại lực phân bố q, hình 1.3 Chiều dương M, Q q hình vẽ tương ứng với chiều dương độ võng hướng xuống Q q(x) M + dM M o2 Q + dQ dx Hình 1.3 Xét cân phân tố Lấy tổng momen điểm O2, bỏ qua vô bé bậc cao ta có dM Q  dx (1.8) Lấy tổng hình chiếu lực lên trục thẳng đứng: dQ q 0 dx (1.9) Phương trình (1.8) phương trình liên hệ momen uốn lực cắt, phương trình (1.9) phương trình cân lực cắt Q ngoại lực phân bố q Đó hai phương trình xuất phát (hai phương trình đầu tiên) phương pháp cân phân tố Lấy đạo hàm phương trình (1.8) theo x cộng với phương trình (1.9), ta có phương trình dẫn xuất sau d 2M q0 dx (1.10) Thay M xác định theo (1.7) vào (1.10) nhận phương trình vi phân xác định đường đàn hồi EJ d4y q dx (1.11) Phương trình (1.11) giải với điều kiện biên y đạo hàm đến bậc ba y (4 điều kiện), hai điều kiện biên đầu cuối Các điều kiện biên thường dùng sau a) Liên kết khớp x=0: Ta thấy kết trên: - Về mơmen trùng khớp với kết giải xác theo phương pháp giải tích: -0.001 -0.002 -0.003 -0.004 -0.005 -0.006 -0.007 -0.008 X: Y: -0.009115 -0.009 -0.01 - Về chuyển vị nhịp gần trùng khớp với kết giải xác theo phương pháp giải tích: 10 12 14 16 Hình 3.4b Đường độ võng dầm Biểu đồ mơmen uốn đƣờng độ võng dầm nhƣ hình 3.4: Hình 3.4b Biểu đồ M Nhận xét: Khi dầm chịu lực tập trung kết nội lực chuyển vị hội tụ kết xác nhận phương pháp giải tích nhanh, cần chia dầm thành phần tử Ví dụ 3.3: Dầm hai đầu ngàm Xác định nội lực chuyển P vị dầm đầu ngàm - đầu khớp chiều dài nhịp l , độ cứng uốn EJ, chịu tải phân bố q, hình 3.5a SO DO DAM nút n SO DO NUT DAM 1 2 3 W SO DO AN CHUYEN VI 10 11 ngx SO DO AN GOC XOAY CHIEU DAI PHAN TU Hình 3.5 Dầm hai đầu ngàm Rời rạc hóa kết cấu dầm thành n pt phần tử Các nút phần tử phải trùng với vị trí đặt lực tập trung, hay vị trí thay đổi tiết diện, chiều dài 54 phần tử khác Mỗi phần tử có ẩn   n pt phần tử rời rạc tổng cộng có n pt ẩn Nhưng cần đảm bảo liên tục chuyển vị chuyển vị nút cuối phần tử thứ e chuyển vị nút đầu phầntử thứ  e  1 nên số bậc tự nhỏ n pt Khi giải ta cần đảm bảo điều kiện liên tục chuyển vị điều kiện liên tục góc xoay xét cách cách đưa vào điều kiện ràng buộc Ví dụ dầm (ví dụ 3.1a) ta chia thành phần tử (hình 3.1b) Như vậy, tổng cộng số ẩn 11 ẩn < 4x4=16 ẩn Gọi ma trận n w ma trận chuyển vị có kích thước n w  n pt ,2  ma trận có n pt hàng cột chứa ẩn số chuyển vị nút phần tử (hình 3.1) nw (1, :)  0 1; nw ( 2, :)  1 2 ; nw (3, :)  2 3; nw (4, :)  3 0 nw  0 1 2 3 0 Gọi ma trận n  ma trận chuyển vị có kích thước n   n pt ,2  ma trận có n pt hàng cột chứa ẩn số góc xoay nút phần tử (hình 3.5) ngx (1, :)  4 5; nw (2, :)  6 7 ; nw (3, :)  8 9; nw (4, :)  10 11 ngx  4 10 11 Sau biết ẩn số thực ta xây dựng độ cứng tổng thể (có nhiều cách ghép nối phần tử khác nhau, tùy vào trình độ lập trình người nên tác giả khơng trình bày chi tiết cách ghép nối phần tử lại để ma trận độ cứng tồn dầm xem code mơ đun chương trình tác giả) Nếu tốn có n cv ẩn số chuyển vị n gx ẩn số góc xoay ma trận độ cứng dầm K có kích thước (nxn), K  n,n  với n   n cv  n gx  Như ví dụ 3.1, n  11 Bây xét điều kiện liên tục góc xoay phần tử Điều kiện liên tục góc xoay phần tử viết sau: dyi dx  nut dyi 1 0 dx nut1 (a) 55      nut1     dy2  dy3 hay: 2     0 dx dx nut nut1      dy3  dy4 3     0 dx dx  nut nut1    dy1 dy   dx nut dx 1  (b) Trong  i ẩn số tốn (có k ẩn số), tổng số ẩn số tốn lúc (n+k) ma trận độ cứng phần tử lúc phải thêm k dòng k cột kích thước ma trận độ cứng K  n  k,n  k  Gọi k góc xoay nút phần tử trước, k góc xoay nút phần tử sau ta có hệ số ma trận độ cứng K: 2 (i   k) ; k  n  i,k    (c) x x 2 k  k1 ,n  i   (i   k) ; k  k ,n  i    (d) x x Nếu có hai phần tử có điều kiện góc xoay, có n pt phần tử k  n  i,k1   có  2n pt  1 điều kiện liên tục góc xoay phần tử Như cuối ta thiết lập phương trình: K  F   F1        so  hang  n   Fn    đó: F   ;      so  hang  k         (e) 1     1         n  ẩn số toán 1  2      k  Trong ví dụ 3.1 chia thành phần tử, ta có: 56 - Ma trận độ cứng phần tử [Ke], nhƣ sau: , - [ ] - Ma trận độ cứng toàn dầm [K]: Ghép nối ma trận độ cứng phần tử [Ke] vào hệ tọa độ chung, ta ma trận độ cứng tổng thể toàn kết cấu sau:  1536 - 768  - 768 1536   - 768   - 96  - 96   96 - 96  96 - 96  96 K    96    0   0    0    0  - 96 - 96 96 96 - 768 0 - 96 - 96 96 1536 0 0 - 96 16 0 0 16 0 0 0 16 0 0 16 - 96 0 0 16 - 96 0 0 96 0 0 96 0 0 0 -1 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 96 - 96 0 0 16 0 0 0 0 96 0 0 0 16 0 -1 0 0 96 0 0 0 16 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0  0  0 0  0 0  0 0  0 1 0  0 0  0  - Véc tơ lực nút* +:            F                0  0  0 0  0 0  0  0 0  0 0  0 0  0  Giải phương trình (e) ta nhận được: 57   K 1F  Theo ngôn ngữ lập trình Matlab ta viết:  K  \ F  Kết chuyển vị, góc xoay nút: 1   0.0000     0.0156  W2   0.0026          W   W3    0.0052  x Pl ;        0.0000  x Pl W   0.0026     - 0.0156    4   4      0.0000  Mômen uốn dầm: M1   0.1250  M        M   M    0.1250  x Pl M        M   - 0.1250  Ta thấy kết trên: - Về mômen gần trùng khớp với kết giải xác theo phương pháp giải tích: + Tại hai đầu ngàm: x 10 -3 -0.5 -1 -1.5 -2 X: Y: -0.002604 -2.5 + Tại dầm: -3 10 12 14 16 Hình 3.6a Đường độ võng dầm - Về chuyển vị nhịp trùng khớp với kết giải xác theo phương pháp giải tích: Biểu đồ mơmen uốn đƣờng độ võng dầm nhƣ hình 3.6: Hình 3.6b Biểu đồ M 58 Nhận xét: Nếu ta rời rạc hóa dầm thành 16 phần tử kết trùng khớp với kết xác nhận phương pháp giải tích Ví dụ 3.4: Dầm đầu ngàm - đầu tự Xác định nội lực chuyển P vị dầm đầu ngàm - đầu tự chiều dài nhịp l , độ cứng uốn EJ, SO DO DAM chịu tải phân bố q, hình 3.7a Rời rạc hóa kết cấu dầm thành n pt phần tử Các nút phần tử phải trùng với vị trí đặt lực tập trung, hay vị trí thay đổi tiết diện, chiều dài phần tử khác Mỗi phần tử có ẩn   n pt phần tử rời nút n SO DO NUT DAM 1 2 3 W SO DO AN CHUYEN VI 10 11 12 ngx SO DO AN GOC XOAY Hình 3.7 Dầm đầu ngàm - đầu tự rạc tổng cộng có n pt ẩn Nhưng cần đảm bảo liên tục chuyển vị chuyển vị nút cuối phần tử thứ e chuyển vị nút đầu phầntử thứ  e  1 nên số bậc tự nhỏ n pt Khi giải ta cần đảm bảo điều kiện liên tục chuyển vị điều kiện liên tục góc xoay xét cách cách đưa vào điều kiện ràng buộc Ví dụ dầm (ví dụ 3.1a) ta chia thành phần tử (hình 3.1b) Như vậy, tổng cộng số ẩn 11 ẩn < 4x4=16 ẩn Gọi ma trận n w ma trận chuyển vị có kích thước n w  n pt ,2  ma trận có n pt hàng cột chứa ẩn số chuyển vị nút phần tử (hình 3.1) nw (1, :)  0 1; ngx (2, :)  1 2 ; ngx (3, :)  2 3; ngx (4, :)  3 4 nw  0 1 2 3 4 59 Gọi ma trận n  ma trận chuyển vị có kích thước n   n pt ,2  ma trận có n pt hàng cột chứa ẩn số góc xoay nút phần tử (hình 3.5) ngx (1, :)  5 6; ngx (2, :)  7 8 ; ngx (3, :)  9 10; ngx (4, :)  11 12 ngx  5 10 11 12 Sau biết ẩn số thực ta xây dựng độ cứng tổng thể (có nhiều cách ghép nối phần tử khác nhau, tùy vào trình độ lập trình người nên tác giả khơng trình bày chi tiết cách ghép nối phần tử lại để ma trận độ cứng tồn dầm xem code mơ đun chương trình tác giả) Nếu tốn có n cv ẩn số chuyển vị n gx ẩn số góc xoay ma trận độ cứng dầm K có kích thước (nxn), K  n,n  với n   n cv  n gx  Như ví dụ 3.3, n  11 Bây xét điều kiện liên tục góc xoay phần tử Điều kiện liên tục góc xoay phần tử viết sau: dyi dx  nut dyi 1 0 dx nut1      nut1     dy  dy hay: 2       dx nut dx nut1     dy3  dy4 3     0 dx dx  nut nut1   (a)  dy1 dy   dx nut dx 1  (b) Trong  i ẩn số tốn (có k ẩn số), tổng số ẩn số tốn lúc (n+k) ma trận độ cứng phần tử lúc phải thêm k dòng k cột kích thước ma trận độ cứng K  n  k,n  k  Gọi k góc xoay nút phần tử trước, k góc xoay nút phần tử sau ta có hệ số ma trận độ cứng K: 60 2 (i   k) ; k  n  i,k    (c) x x 2 k  k1 ,n  i   (i   k) ; k  k ,n  i    (d) x x Nếu có hai phần tử có điều kiện góc xoay, có n pt phần tử k  n  i,k1   có  2n pt  1 điều kiện liên tục góc xoay phần tử Như cuối ta thiết lập phương trình: K  F  (e)  F1        so  hang  n   Fn    đó: F   ;      so  hang  k         1     1         n  ẩn số toán 1  2      k  Trong ví dụ 3.1 chia thành phần tử, ta có: - Ma trận độ cứng phần tử [Ke], nhƣ sau: , - [ ] - Ma trận độ cứng toàn dầm [K]: Ghép nối ma trận độ cứng phần tử [Ke] vào hệ tọa độ chung, ta ma trận độ cứng tổng thể toàn kết cấu sau: 61  1536  - 768      - 96   - 96  96   96  K                  - 768 1536 - 768 0 - 96 - 96 96 96 0 0 0 0 0 - 768 1536 - 768 - 768 768 0 0 0 0 - 96 - 96 96 - 96 96 - 96 0 0 0 0 - 96 96 - 768 768 - 96 0 16 0 0 0 0 0 - 96 96 - 96 0 0 16 0 16 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 96 0 - 96 96 96 0 - 96 - 96 96 0 - 96 0 0 0 0 0 16 0 0 16 0 16 0 0 16 0 0 0 -1 0 0 -1 0 0 0 -8 0 - 96 0 96 - 96 0 0 0 16 0 0 - 16 - 96 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 - 96 - 768 96 768 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - - 96 - 16 - 96 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - Véc tơ lực nút* +:            F                0  0  1 0  0 0  0  0 0  0 0  0 0  0  Giải phương trình (e) ta nhận được:   K 1F  Theo ngơn ngữ lập trình Matlab ta viết:  K  \ F  62                             Kết chuyển vị, góc xoay nút: W2  0.0283 W  0.1030 W       W4  0.2084 W5  0.3319 1   0.0000      0.2163        x Pl ;        0.3705  x Pl      0.4625    4   5   0.5098  Mômen uốn dầm: M1  - 0.9896 M  - 0.2813    M   M   - 0.4924 M  - 0.3110  4  M  - 0.0000     x Pl    Ta thấy kết trên: - Về mômen trùng khớp với kết giải xác theo phương pháp giải tích: + Tại hai đầu ngàm: -0.05 - Về chuyển vị đầu tự trùng khớp với kết giải xác theo phương pháp giải tích: -0.1 -0.15 -0.2 -0.25 -0.3 -0.35 Biểu đồ mơmen uốn lực cắt dầm nhƣ hình 3.8: X: 16 Y: -0.3333 10 12 14 16 Hình 3.8a Đường độ võng dầm Hình 3.8b Biểu đồ M 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Qua kết nghiên cứu từ chương, chương đến chương toán dầm chịu uốn (bài toán tĩnh) Tác giả rút kết luận sau: 1.Trình bày đường lối xây dựng tốn học nói chung có tốn học kết cấu Trình bày phương pháp phần tử hữu hạn toán học kết cấu 2.Đã trình bày tốn dầm chịu uốn theo lý thuyết dầm Euler Bernoulli Xây dựng phương trình vi phân cân dầm chịu tải trọng phân bố 3.Bằng phương pháp phần tử hữu hạn, tác giả xác định nội lực chuyển vị dầm đơn chịu tải trọng tĩnh tập trung có điều kiện biên khác Kết nội lực chuyển vị trùng khớp với kết nhận giải phương pháp có Khi rời rạc hóa kết cấu với số phần tử nhiều kết tiệm cận tới kết xác nhận từ phương pháp giải tích Đối với tốn dầm chịu tải trọng phân bố để đạt chuyển vị xác cần chia dầm thành từ đến phần tử, để tìm nội lực xác cần chia dầm thành từ đến 16 phần tử KIẾN NGHỊ Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải toán khác như: Dầm, khung, dàn, tấm, vỏ 64 Danh mục tài liệu tham khảo I TIẾNG VIỆT [1] Hà Huy Cương (2005), Phương pháp nguyên lý cực trị Gauss, Tạp chí Khoa học kỹ thuật, IV/ Tr 112 118 [2] Nguyễn Văn Liên, Nguyễn Phương Thành, Đinh Trọng Bằng (2003), Giáo trình Sức bền vật liệu, Nhà xuất xây dựng, tái lần thứ 3, 330 trang [3] Phạm Văn Trung (2006), Phương pháp Tính tốn hệ dây mái treo, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật [4] Nguyễn Văn Đạo (2001), Cơ học giải tích, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà nội, 337 trang [5] Nguyễn Văn Đạo, Trần Kim Chi, Nguyễn Dũng (2005), Nhập môn Động lực học phi tuyến chuyển động hỗn độn Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà nội [6] Đoàn Văn Duẩn (2007), Phương pháp nguyên lý Cực trị Gauss tốn ổn định cơng trình, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật [7] Đoàn Văn Duẩn (2010), Phương pháp phần tử hữu hạn nghiên cứu ổn định uốn dọc thanh, Tạp chí kết cấu Cơng nghệ xây dựng, số 05, Qúy IV(Tr30-Tr36) [8] Đoàn Văn Duẩn (2011), Nghiên cứu ổn định đàn hồi hệ thanh, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật [9] Đoàn Văn Duẩn (2012), Phương pháp tính tốn dây mềm, Tạp chí kết cấu cơng nghệ Xây dựng số 09, Qúy II (Tr56-Tr61) [10] Đoàn Văn Duẩn (2014), Phương pháp chuyển vị cưỡng giải toán trị riêng véc tơ riêng, Tạp chí Xây dựng số 11 (Tr82-Tr84) 65 [11] Đồn Văn Duẩn (2015), Bài tốn học kết cấu dạng tổng quát, Tạp chí Xây dựng số 02 (Tr59-Tr61) [12] Đoàn Văn Duẩn (2015), Phương pháp so sánh nghiên cứu nội lực chuyển vị hệ dầm, Tạp chí Xây dựng số 11 (Tr56-Tr58) [13] Đồn Văn Duẩn (2015), Tính tốn kết cấu khung chịu uốn phương pháp so sánh, Tạp chí Xây dựng số 12 (Tr62-Tr64) [14] Trần Thị Kim Huế (2005), Phương pháp nguyên lý Cực trị Gauss toán học kết cấu, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật [15] Nguyễn Thị Liên (2006), Phương pháp nguyên lý Cực trị Gauss toán động lực học cơng trình, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật [16] Timoshenko C.P, Voinópki- Krige X, (1971), Tấm Vỏ Người dịch, Phạm Hồng Giang, Vũ Thành Hải, Đoàn Hữu Quang, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội II TIẾNG PHÁP [17] Robert L‟Hermite (1974), Flambage et Stabilité – Le flambage élastique des pièces droites, édition Eyrolles, Paris III TIẾNG ANH [18] Stephen P.Timoshenko-Jame M.Gere (1961), Theory of elastic stability, McGraw-Hill Book Company, Inc, New york – Toronto – London, 541 Tr [19] William T.Thomson (1998), Theory of Vibration with Applications (Tái lần thứ 5) Stanley Thornes (Publishers) Ltd, 546 trang [20] Klaus – Jurgen Bathe (1996), Finite Element procedures Part one, Prentice – Hall International, Inc, 484 trang [21] Klaus – Jurgen Bathe (1996), Finite Element procedures Part two, Prentice – Hall International, Inc, 553 trang 66 [22] Ray W.Clough, Joseph Penzien(1993), Dynamics of Structures (Tái lần thứ 2), McGraw-Hill Book Company, Inc, 738 trang [23] O.C Zienkiewicz-R.L Taylor (1991), The finite element method (four edition) Volume 2, McGraw-Hill Book Company, Inc, 807 trang [24] G.Korn-T.Korn (1961), Mathematical Handbook for sientists and Engineers, McGraw-Hill, New york (Bản dịch tiếng Nga, I.Bramovich chủ biên, Nhà xuất Nauka-Moscow, 1964) [25] Stephen P.Timoshenko-J Goodier (1970), Theory of elasticity, McGrawHill, New york (Bản dịch tiếng Nga, G Shapiro chủ biên, Nhà xuất Nauka-Moscow, 1979), 560 trang [26] D.R.J Owen, E.Hinton (1986), Finite Elements in Plasticity: Theory and Practice, Pineridge Press Lt [27] Lars Olovsson, Kjell Simonsson, Mattias Unosson (2006), Shear locking reduction in eight-node tri-linear solid finite elements, J „Computers @ Structures‟,84, trg 476-484 [28] C.A.Brebbia, Techniques Theory J.C.F.Telles, L.C.Wrobel(1984), Boundary Element and Applications in Engineering Nxb Springer – Verlag.(Bản dịch tiếng Nga, 1987) [29] Chopra Anil K (1995) Dynamics of structures Prentice Hall, Englewood Cliffs, New – Jersey 07632 [30] Wilson Edward L Professor Emeritus of structural Engineering University of California at Berkeley (2002) Three – Dimensional Static and Dynamic Analysis of structures, Inc Berkeley, California, USA Third edition, Reprint January [31] Wilson, E L., R L Taylor, W P Doherty and J Ghaboussi (1971) “Incompatible Displacement Models”, Proceedings, ORN Symposium on 67 “Numerical and Computer Method in Structural Mechanics” University of Illinois, Urbana September Academic Press [32] Strang, G (1972) “Variational Crimes in the Finite Element Method” in “The Mathematical Foundations of the Finite Element Method” P.689 -710 (ed A.K Aziz) Academic Press [33] Irons, B M and O C Zienkiewicz (1968) “The isoparametric Finite Element System – A New Concept in Finite Element Analysis”, Proc Conf “Recent Advances in Stress Analysis” Royal Aeronautical Society London [34] Kolousek Vladimir, DSC Professor, Technical University, Pargue (1973) Dynamics in engineering structutes Butter worths London [35] Felippa Carlos A (2004) Introduction of finite element methods Department of Aerospace Engineering Sciences and Center for Aerospace Structures University of Colorado Boulder, Colorado 80309-0429, USA, Last updated Fall 68 ... PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 3.1 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn Trong phương pháp phần tử hữu hạn chia kết cấu cơng trình thành số hữu hạn phần tử Các phần tử nối với điểm định trước thường đỉnh phần tử. .. xây dựng giải toán dầm đơn chịu tác dụng tải trọng tĩnh tập trung Mục đích nghiên cứu đề tài “Xác định nội lực chuyển vị dầm đơn chịu tải trọng tĩnh tập trung phương pháp phần tử hữu hạn? ?? Nhiệm... suất phần tử Hiện nay, áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải toán học thường sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn theo mô hình chuyển 27 vị Sau luận văn trình nội dung phương pháp phần tử hữu