Mô hình hóa và phân tích chuyển vị của dầm khí composite trực hướng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN TRƯƠNG MINH HUY MƠ HÌNH HĨA VÀ PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA DẦM KHÍ COMPOSITE TRỰC HƯỚNG Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy Mã số: 605204 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2013 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THANH TRƯƠNG Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM ngày tháng năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm có: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau Luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Trương Minh Huy MSHV: 11044534 Ngày, tháng, năm sinh: 13/12/1986 Nơi sinh: Bệnh Viện Sông Bé Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy Mã số: 605204 I TÊN ĐỀ TÀI: Mô hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu tổng quan kết cấu khí - Trình bày mơ hình lý thuyết - Trình bày tính tốn chuyển vị dầm phương pháp phần tử hữu hạn - Mơ mơ hình phần mềm Abaqus - Phân tích so sánh phương án tính tốn III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 24/06/2013 IV NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ: 22/11/2013 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Thanh Trương TP.HCM, ngày tháng năm 2013 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ (Họ tên chữ ký) iii Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng LỜI CẢM ƠN Lời em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS Nguyễn Thanh Trương tận tình hướng dẫn, hổ trợ giúp đỡ em vượt qua nhiều khó khăn suốt thời gian thực luận văn Em xin gởi lời cám ơn đến Ban giám hiệu trường, q thầy khoa Cơ khí, Cán – Giảng viên trường Đại học Bách Khoa TP HCM tạo điều kiện cho em học tập nghiên cứu trường Đặc biệt em xin gởi lời cám ơn chân thành sâu sắc đến gia đình, cha mẹ, anh em hổ trợ cho em vật chất chỗ dựa mặt tinh thần giúp em có đủ nghị lực sức mạnh vượt qua khó khăn thử thách để hồn thành luận văn hạn Cuối cùng, em xin gởi lời cảm ơn đến anh chị đồng nghiệp, bạn học viên ngành Công nghệ chế tạo máy mà đặc biệt bạn khóa 2011 trường có ý kiến đóng góp giúp đỡ em thời gian thực luận văn TP HCM, ngày .tháng năm 2013 Nguyễn Trương Minh Huy HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy iv GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mô hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong thập niên gần đây, Có nhiều ứng dụng thực tế sử dụng kết cấu khí với dầm khí khung phần chịu lực chính, đặc biệt ngành công nghiệp hàng không, vv Các kết cấu chế tạo từ vật liệu vải kỹ thuật có tính cao (vải dệt composite) Ưu điểm loại vải so với vật liệu truyền thống tạo hình dạng đặc biệt, trọng lượng nhẹ, thời gian lắp đặt ngắn, không gian lưu trữ Do có nhiều nghiên cứu giới chúng bao gồm nghiên cứu mặt lý thuyết thực nghiệm Tuy nhiên, phần lớn nghiên cứu vật liệu giả định chế tạo từ vật liệu đẳng hướng Từ yêu cầu nêu trên, luận văn đưa cách nhìn tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng kết cấu Từ xây dựng mơ hình giải tích cho kết cấu dầm khí làm vải dệt composite trực hướng lý thuyết dầm Timoshenko sử dụng mơ hình có xét đến tính phi tuyến hình học ảnh hưởng áp suất khí bên dầm Mơ hình phát triển để tính tốn mơ hình phương pháp phần tử hữu hạn Sau mơ hình dầm khí console chịu uốn tác dụng lực phân bố tam giác mô phần mềm Abaqus Kết tính tốn so sánh với kết đạt từ mơ hình mơ HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy v GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng LỜI CAM KẾT Tơi tên: Nguyễn Trương Minh Huy, Sinh ngày: 13/12/1986 Học viên lớp: Cao học Công Nghệ Chế Tạo Máy K2011 Mã số học viên: 11044534 Theo định giao đề tài luận văn cao học phòng Đào tạo Sau đại học – trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, thực luận văn cao học với đề tài “Mô hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng” hướng dẫn thầy TS Nguyễn Thanh Trương từ ngày 24/06/2013 đến 22/11/2013 Tôi xin cam kết luận văn tốt nghiệp Cao học thực Tôi thực luận văn theo quy định phòng Đào tạo Sau đại học – trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM theo hướng dẫn TS Nguyễn Thanh Trương Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam kết trên, có sai phạm q trình thực luận văn, tơi xin hồn tồn chịu hình thức xử lý phòng Đào tạo Sau đại học Ban Giám Hiệu trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Học viên Nguyễn Trương Minh Huy HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy vi GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mô hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT LUẬN VĂN v LỜI CAM KẾT vi MỤC LỤC vii CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu cấu trúc khí vải composite 1.1.1 Phạm vi ứng dụng 1.2 Giới thiệu vải dệt composite 1.2.1 Giới thiệu vật liệu composite 1.2.2 Vải composite ? 1.2.3 Các phương pháp sản xuất vải dệt 10 1.2.4 Cấu tạo vải dệt 12 1.4 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 13 1.4.1 Tình hình nghiên cứu nước 13 1.4.2 Tình hình nghiên cứu nước 14 1.5 Tính cấp thiết đề tài 16 1.6 Mục tiêu luận văn 17 1.7 Nội dung thực luận văn 17 1.8 Phương pháp nghiên cứu 17 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ COMPOSITE CỐT SỢI 19 2.1 Định nghĩa vật liệu composite 19 HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy vii GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng 2.2 Sợi cốt 19 2.2.1 Các loại sợi cốt 19 2.2.2 Đặc tính học sợi 22 2.3 Vật liệu 25 2.4 Các dạng composites 26 2.4.1Tấm mỏng đẳng hướng 26 2.4.2 Vải dệt 27 2.4.3 Tấm nhiều lớp 28 2.4.4 Composite hỗn hợp 28 2.4.5 Composite sợi vụn 28 2.5 Đặc tính học composite cốt sợi 29 2.6 Ưu điểm vật liệu composite cốt sợi 30 2.6.1 Độ bền độ cứng 31 2.6.2 Dễ thiết kế 31 2.6.3 Về tuổi thọ 31 2.6.4 Kích thước ổn định 32 2.6.5 Chống ăn mòn 32 2.6.6 Về chi phí chế tạo 33 2.6.7 Độ dẫn điện 34 2.6.8 Về chi phí đầu tư 34 CHƯƠNG PHÂN TÍCH MƠ HÌNH LÝ THUYẾT CỦA DẦM KHÍ LÀM BẰNG VẢI COMPOSITE TRỰC HƯỚNG 35 3.1 Phương trình trạng thái (ổn định) 35 3.1.1 Các giả thiết 35 HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy viii GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng 3.1.2 Phương trình động học 37 3.1.3 Định luật bảo toàn lượng 38 3.1.4 Nguyên lý công ảo 41 3.1.5 Phương trình cân tổng quát 46 3.1.6 Tuyến tính hóa phương trình cân 48 3.1.7 Ghi 52 3.2 Ví dụ 53 3.3.1 Dầm khí console chịu tác dụng lực phân bố tam giác 54 3.3.2 Dầm khí gối tựa đơn chịu tác dụng lực phân bố tam giác 59 CHƯƠNG TÍNH TỐN DẦM KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 64 4.1 Trình bày lý thuyết tính tốn 64 4.1.1 Miêu tả phần tử 64 4.1.2 Rời rạc hóa phần tử 66 4.1.3 Tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn 71 4.2 Kiểm chứng mơ hình tính tốn 73 4.2.1 Mơ hình tham chiếu: mơ hình hóa phần mềm Abaqus 74 4.2.2 Mơ hình phần tử tuyến tính 76 4.3 Phân tích mơ hình dầm 78 CHƯƠNG KẾT LUẬN 81 5.1 Kết đạt 81 5.2 Hướng phát triển 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC A: VẬT LIỆU TRỰC HƯỚNG 84 HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy ix GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng PHỤ LỤC B: CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH TÍNH CHUYỂN VỊ CỦA DẦM KHÍ TUYẾN TÍNH 86 PHỤ LỤC C: HÀM TÍNH MA TRẬN ĐỘ CỨNG VÀ VECTOR LỰC CỦA DẦM KHÍ TRỰC HƯỚNG 89 PHỤ LỤC D: HÀM TÍNH MA TRẬN ĐỘ CỨNG PHẦN TỬ CỦA DẦM KHÍ TRỰC HƯỚNG 90 PHỤ LỤC E: HÀM TÍNH ĐIỀU KIỆN BIÊN 92 PHỤ LỤC F: CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 93 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 109 HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy x GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng hình phần tử hữu hạn tuyến tính phi tuyến với thuật tốn lặp nhằm tìm nghiệm cho tốn ổn định Lý thuyết phân tích dầm khí làm từ vải dệt composite trực hướng Trong phần phương trình dầm 3D Timoshenko làm từ HOWF trình bày Biến dạng Green-Lagrange sử dụng tính phi tuyến hình học dầm bơm căng Hình 1: Dầm khí làm từ vải dệt trực hướng đồng (HOWF) l0, t0, R0, A0 I0 chiều dài, chiều dày vải dệt, bán kính ngồi, tiết diện ngang moment quán tính trục dầm hình dạng tham chiếu Trong A0=2πR0t0, I0= A R 02 (1) Kích thước tham chiếu l0, t0, R0 phụ thuộc vào áp suất bơm tính chất học vải dệt: l0  l  pR l Et 1  2  , R0  R  pR Et    t0  t  pR 2E (2) Với l , R t chiều dài, bán kính chiều dày tự nhiên dầm khí M chất điểm G0 trọng tâm tiết diện ngang dầm trục X Dầm sau chịu tác dụng lực dọc trục Các giả định Fichter (1966) sử dụng sau: HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy 95 GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng -Tiết diện ngang dầm khí khơng bị biến dạng lực tác dụng, khơng bị méo gãy cục -Các góc xoay theo trục quán tính dầm khí nhỏ bỏ qua Vật liệu dầm giả định trực hướng hướng sợi dọc lưới giả định trùng với đường tâm dầm 2.1 Phương trình động học Chuyển vị chất điểm M (X,Y,Z) dầm tính theo Batoz and Dhatt (1990): u(X)  ZY (X)  YZ (X) U(M)  v  X  w X (3) Trong u(X), v(X) w(X) chuyển vị trọng tâm G tiết diện ngang nằm trục hoành X hệ tọa độ (X, Y, Z) θY(X), θZ(X) góc xoay xung quanh hai trục quán tính dầm khí Tensor biến dạng Green-Lagrange E có xét đến hình dạng hình học phi tuyến E 1 gradU  grad T U  grad T U.gradU    (4) Trong gradU gradient điều khiển U , grad T U tensor chuyển vị Một cách trình bày khác tensor biến dạng Green-Lagrange sau: E XX E XY  E   E YY symmetrical E XZ  E YZ  E ZZ  (5) Trong HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy 96 GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng 2  2 2 E XX  u ,X   u ,X  v,X  w ,X   1  u ,X  ZY,X  YZ,X   YZY,X Z,X   Z Y,X  Y Z,X  ,  E   v   1  u  Z  Y   , Z ,X Y,X Z,X   XY  ,X  E XZ   w ,X  Y 1  u ,X  ZY,X  YZ,X   ,   2  E  2 ,  YY Z  E YZ   Y Z ,   E ZZ  Y  (6) 2.2 Thiết lập phương trình Hàm biến đổi lượng Φ sử dụng theo Crisfield (1997) E    E  (7) Trong nghiên cứu trước, vật liệu trực hướng St Venant-Kirchhoff sử dụng Hàm lượng trường hợp hàm lượng tự Helmholtz Thành phần tensor ứng suất thứ Piola-Kirchhoff S xác định mối quan hệ phi tuyến ứng suất-biến dạng Hookean: SXX SXY    SS   S  C : E , Suy ra: S   SYY E symmetrical SXZ  SYZ  SZZ  (8) Trong C tensor đàn hồi trục dầm S0 tensor ứng lực trước bơm căng SXX  S0XX  C11E XX  c 2C12 E YY  s 2C12 E ZZ  2csC12 E YZ ,  2 SYY  SYY  c C12 E XX  c C22 E YY  c s C22 E ZZ  2c sC 22 E YZ , SZZ  S0ZZ  s C12 E XX  c2s 2C 22 E YY  s 4C 22 E ZZ  2cs3C22 E YZ, Và  3 2 SYZ  SYZ  csC12 E XX  c sC22 E YY  cs C 22 E ZZ  2c s C 22 E YZ, SXZ  S0XZ  2s C66 E XZ  2csC66 E XY ,  SXY  SXY  2csC66 E XZ  2c C66 E XY HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy 97 (9) GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng loc Và biến đổi tiếng sử dụng: Cijkl  R im R jn R kp R lq Cmnpq (10)  C11 c2 C12  c4 C22   Suy ra: C      symmetrical (11) Với C11  s 2C12 c 2s 2C 22 s C 22 csC12 c3sC22 cs3C22 c 2s C22 0 0 s C66       csC66   c 2C66  E l  tl Et E El E , C12  , C22  , C66  G lt l  t , Trong El,   lt  tl   lt  tl   lt  tl  lt  tl Et, Glt, νlt νtl hệ số đàn hồi sợi dọc, sợi ngang, hệ số trượt mặt phẳng lt, hệ số Poisson sợi dọc theo sợi ngang, sợi ngang theo sợi dọc c=cosφ s=sinφ, φ=(ez,n) 2.3 Nguyên lý công ảo Ngun lý cơng ảo tính tốn theo cơng thức sau: Wint  Wext  (12) Wint nội công ảo Wext ngoại công ảo 2.3.1 Nội cơng ảo Cơng thức tính nội cơng ảo: Wint    S :  EdV0 V (13) Trong V0 miền tính tốn dầm hình dạng tham chiếu S tensor ứng suất Piola-Kirchhoff thứ hai bao gồm tác dụng dự ứng suất  E l0  Suy ra:  Wint  0 1  u, X  N  M yY , X  M z Z , X  Ty Z  TzY   u, X   Nv, X  Ty   v, X   Nw, X  Tz   w, X   M y 1  u, X   Q1 Z , X  Q2Y , X  Q3 Z  Q4Y  Y , X   M z 1  u, X   Q5 Z , X  Q1Y , X  Q6 Z  Q7Y   Z , X (14)  Tz 1  u, X   Q4Y , X  Q7 Z , X  Q9Y  Q10 Z  Y   Ty 1  u, X   Q3Y , X  Q6 Z , X  Q8 Z  Q10Y    Z  dX HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy 98 GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng Trong N, Ty Tz , My Mz lực dọc trục, lực cắt moment uốn Mối liên hệ lực, moment đại lượng Qi (i=1 10) tác dụng lên tiết diện ngang A0 ứng suất dầm là:  N  S XX dA0 Ty   S XY dA0 Tz   S XZ dA0 A0 A0 A0   M  ZS dA M   YS dA Q   YZS dA z A0 XX A0 XX  y A0 XX  Q2  A0 Z S XX dA0 Q3   A0 ZS XY dA0 Q4  A0 ZS XZ dA0  Q5   Y S XX dA0 Q6   YS XY dA0 Q7    YS XZ dA0 A0 A0 A0  Q  S dA Q9   S ZZ dA0 Q10    SYZ dA0  A0 YY A0 A0 (15) 2.3.2 Ngoại công ảo Trong mô hình kết cấu dầm khí, hai loại ngoại lực thường xem xét: -Ngoại công ảo lực tĩnh bao gồm lực tập trung, moment lực phân bố:  Wextd   l0 n  f  u  f  v  f  wdX    F  X   u  X   F  X   v  X  x y z X i i Y i i i 1  FZ  X i   w  X i   M Y  X i  Y  X i   M Z  X i   Z  X i   (16) fx, fy, fz lực phân bố, Fa(b) Ma(b) (a=X, Y, Z: b= X1, Xn) lực tập trung, moment tác dụng lên dầm khí -Ngoại cơng ảo áp suất gây ra: (Áp suất bơm vào p giả định không thay đổi) p  Wextp   Wcylp   Wend   pn. UdA (17) A p Trong  Wcylp  Wend công ảo áp suất gây phần thân 02 đầu dầm khí, n vector đơn vị pháp tuyến vị trí tham chiếu Để xác định  Wcylp , ta chuyển hệ tọa độ phần thân sang hệ tọa độ cực  ,     R  , X   góc vector pháp tuyến n vị trí x với vector đơn vị eY Tọa độ chất điểm M0 xác định sau: HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy 99 GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng X (18) OM  X  R0 cos  R0 sin  Vector vị trí hình dạng tham chiếu: X  u  X   R0 Z cos   R0Y sin  OM  x  X  U  v  X   R0 cos  w  X   R0 sin  (19) Hình 2: Hệ tọa độ dầm x x x x   R  X   Ta có: n   x x x x     R0  X dA  (20) x x x x  d  1d    R0 d dX   R0  X (21) Do đó, cơng ảo áp suất gây phần thân dầm khí  Wcylp sau: l0  Wcylp   pn. UdA  Fp   v, X  Z  w, X Y   Z , X  v  Y , X  w  dX A (22) Bằng phương pháp tương tự công ảo áp suất gây 02 đầu dầm khí (X=0 X=l0): HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy 100 GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng Hình 3: Bề mặt tiết diện ngang hai đầu dầm p  Wend   pn. U  l0  dA   pn. U   dA A A l0  Fp  u  X    Z  X   v  X   Y  X   w  X   (23) Trong đó: Fp=pR02 l0 Suy ra:  Wextp  Fp 0  v, X  Z  w, X Y   Z , X  v  Y , X  w dX l0  Fp  u  X    Z  X   v  X   Y  X   w  X   (24) 2.4 Phương trình cân tổng quát Từ phương trình (14) phương trình cân tổng quát thiết lập: X   0, l0  :  N 1  u, X   M yY , X  M z Z , X  Ty Z  TzY   f x   , X (25)  Nv, X  Ty   f y  Fp Z , X  ,X (26)  Nw, X  Tz  , X  f z  FpY , X  (27)  M y 1  u, X   Q1 Z , X  Q2Y , X  Q3 Z  Q4Y   , X  Tz 1  u, X   Q4Y , X  Q7 Z , X  Q9Y  Q10 Z   Fp w, X  (28)  M z 1  u, X   Q5 Z , X  Q1Y , X  Q6 Z  Q7Y   , X Ty 1  u, X   Q3Y , X  Q6 Z , X  Q8 Z  Q10Y  Fp v, X  HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy 101 (29) GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng 2.5 Tuyến tính hóa phương trình cân tổng quát Với hệ số cắt hiệu chỉnh ky kz xác định từ tiết diện mặt cắt ngang Giá trị ống hình trịn có độ dày mỏng ky = kz = 0.5 theo Cowper (1967) Sau thực tuyến tính hóa phương trình cân tổng qt tạo nên phương trình tuyến tính sau: X   0, l0  : N  C11A  u ,XX  f x  (30)      N  k y A C66  v,XX   Fp  k y A C66  Z,X  f y  2     (31)      N  k z A C66  w ,XX   Fp  k z A C66  Y,X  f z  2     (32)  N0       C11   I0 Y,XX   Fp  k z A 0C66  w ,X   N  k z A C66  Y  A0  2      (33)  N0      C   11  I0 Z,XX   Fp  k y A 0C66  v,X   N  k y A C66  Z  A0  2      (34) Lấy đạo hàm hai lần phương trình (31) lần phương trình (34) ta được: Z,XXX N  k y A C66  v,XXXX Fp  k y A C66 (35a)  N0      C   11  I 0Z,XXX   Fp  k y A 0C66  v,XX   N  k y A C66  Z,X  A 2       (35b) Từ phương trình (35b), (31), (35a), (34) suy ra: v,XXXX  F  N p  k y A 0C66  Fp  N   N0    C   11  I0  N  k y A C66  A0     HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy v,XX  102 fy  N0  C   11  I0 A0   0 (36) GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng    Fp  k y A C66  f y    Z,XXX   Z,X  0 0   N   N      C11   I  N  k y A C66   C11   I0  N  k y A 0C66  A0   A0        Fp  N  k y A 0C66  Fp  N  (37) Bằng cách tương tự, sử dụng phương trình (32) (33), phương trình w(X) Y  X  : w ,XXXX  F  N  k z A C 66  Fp  N  p  N  C11  A0      I0  N  k z A C66     w ,XX  fz 0  N0   C11   I0 A0   (38)   Fp  k z A C66  f z  p   Y,XXX  Y,X  0 0   N   N      C11   I0  N  k z A C66   C11   I0  N  k z A C66  A0   A0       F  N  k z A C66  Fp  N  (39) Ví dụ dầm khí chịu tác dụng tải phân bố hình Trường hợp Suhey et al (2005) tính tốn vải đẳng hướng, lý thuyết Saint Venant Kirchhoff động học Euler-Bernoulli Biểu thức xác định độ võng góc xoay: Hình 4: Dầm khí gối tựa 02 đầu chịu tác dụng tải phân bố fyX  (X  2l0 X  l30 )  v(X)  24E * I *  fy  (X)  dv  (4X  6l0 X  l30 ) Z  dX 24E * I * HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy 103 (40) GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng Bảng 1: Thơng số kỹ thuật dầm khí - Chiều dày tự nhiên, tϕ (m) 125.10 Hệ số cắt, ky 0.5 Bán kính tự nhiên, Rϕ (m) 0.14 Chiều dài tự nhiên, lϕ (m) Hệ số đàn hồi Young, E (MPa) 393.13 Hệ số Poisson, ν 0.08 Hệ số đàn hồi Young theo hướng dọc, El (MPa) 393.13 Hệ số đàn hồi Young theo hướng ngang, Et (MPa) 451.59 Hệ số cắt mặt phẳng, Glt (MPa) 103 Hệ số Poisson, νlt 0.07 Hệ số Poisson, νtl 0.08 Áp suất, p (kPa) 25 50 100 200 40/3 Lực phân bố, fy (N/m) Áp dụng cơng thức trình bày Biểu thức xác định độ võng góc xoay sau: HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy 104 GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng f yX fyX  (X  2l0 X  l30 )  (l  X)  v(X)  Fp  2(Fp  A k y C66 ) 24(C11  )I A0   fy  (X)  (4X  6l0 X  l30 ) Z  Fp 24(C11  )I0  A0  (41) Sự khác hai biểu thức biểu thức (41) ta dùng lý thuyết động học Timoshenko khác đặc tính vải dệt trực hướng vải đẳng hướng Hình(5): Độ võng dầm khí v(X) chịu tác động tải phân bố HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy 105 GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng Hình(6): Góc xoay dầm khí chịu tác động tải phân bố Hình (5), (6) cho thấy độ võng góc xoay ba mơ hình (Suhey et al (2005), mơ hình tính tốn với vải đẳng hướng vải trực hướng) Trên hình vẽ cho thấy áp suất có giá trị nhỏ (25, 50, 100 kPa) độ võng góc xoay ba mơ hình tương đương Nhưng áp suất khí bơm vào lớn (200 kPa) khác mơ hình trình bày mơ hình đề nghị Suhey et al (2005) bắt đầu trở nên rõ ràng Đối với độ võng v(X) sai lệch 34.3% mơ hình dầm trình bày dùng vải trực hướng mơ hình Suhey et al (2005) 41.5% mơ hình dầm trình bày dùng vải đẳng hướng mơ hình Suhey et al (2005) Đối với góc xoay sai lệch 37.3% mơ hình dầm trình bày dùng vải trực hướng mơ hình Suhey et al (2005) 47.5% mơ hình dầm trình bày dùng vải đẳng hướng mơ hình Suhey et al (2005) Kết luận Bài báo cung cấp mơ hình lý thuyết tính tốn dầm khí làm từ vải dệt trực hướng Cơng thức Lagrangian nguyên lý công ảo động học Timoshenko sử dụng Sự ảnh hưởng hình dạng hình học áp suất bơm HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy 106 GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng căng tính tốn Sự tuyến tính hóa thực để thiết lập phương trình cân Kết phân tích đồ thị cho thấy ảnh hưởng áp suất khí chuyển vị dầm Mơ hình lý thuyết trình bày báo phát triển để tính tốn tải nhăn (Wrinkling) cho dầm khí, xác định phạm vi chuyển vị dầm khí phương pháp phần tử hữu hạn tảng cho nghiên cứu sau Tài liệu tham khảo Apedo.K.L and Ronel S and Jacquelin.E and Massenzio M and Bennani A (2009) Theoretical analysis of inflatable beams made from orthotropic fabric Thin-Walled Structures, 47:1507-1522 Batoz J and Dhatt G (1990) Modelisation des structures par elements finis Paris: Hermes Comer R L and Levy S (1963), Deflections of an inflated circular cylindrical cantilever beam AIAA, 1(7):1652-1655 Cowper G (1967) The shear coefficient in Timoshenko’s beam theory, Journal of Applied Mechanics, 33: 335-340 Crisfield M (1997) Non-linear finite element analysis of solid and structures, Volume John Wiley & Sous: England Davids W G and Zhang H (2008) Beam finite element for nonlinear analysis of pressurized fabric beam-columns Engineering Structures, 30:1969-1980 Diaby A, van AL, Wielgosz C (2006) Buckling and wrinkling of prestressed mem- branes Finite Elements in Analysis and Design, 42(11):992–1001 Fichter, W, B (1966) A theory for inflated thin wall cylindrical beams NASA Technical Note, NASA TND- 3466 Le van and C Wielgosz (2005) Bending and buckling of inflatable beams: Some new theoretical results Thin-Walled Structures, 43:1166-1187 HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy 107 GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng Le van and Christian Wielgosz (2007) Finite element formulation for inflatable beams Thin-Walled Structures, 45:221-236 Main J A and Peterson S W and Strauss A M (1994) Load-deflection behavior of space-based inflatable fabric beams Journal of Aerospace Engineering, 7(2):225-238 Main J A and Peterson S W and Strauss A M (1995) Beam-type bending of space-based membrane structures Journal of Aerospace Engineering, 8(2):120125 Thanh-Truong Nguyen, S Ronel, M Massenzio, K.L Apedo and E Jacquelin (2012) Analytical buckling analysis of an inflatable beam made of orthotropic technical textiles Thin-Walled Structures, 51(2012):186 – 200 HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy 108 GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng LÝ LỊCH TRÍCH NGANG - Họ tên: Nguyễn Trương Minh Huy - Ngày, tháng, năm sinh: 13/12/1986 Nơi sinh: Bệnh Viện Đa Khoa Sông Bé - Địa liên lạc: B213 Ấp Bình Hịa, Xã Bình Nhâm, Huyện Thuận An, Tỉnh Bình Dương - Điện thoại: 0906.930.744 - Email: huyksck@gmail.com Quá trình đào tạo - Từ tháng 09/2004 đến tháng 04/2009: Học trường Đại học Bách Khoa TP HCM, chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy - Từ tháng 12/2011 đến nay: Học trường Đại học Bách Khoa TP HCM, chuyên ngành Cơng nghệ chế tạo máy Q trình cơng tác - Từ tháng 04/2009 đến tháng 12/2009: Nhân viên kỹ thuật DNTN Phước Linh - Từ tháng 12/2009 đến nay: Nhân viên kỹ thuật Tổng Công ty Đầu tư Phát triển Công nghiệp TNHH Một thành viên HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy 109 GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương ... GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng CHƯƠNG PHÂN TÍCH MƠ HÌNH LÝ THUYẾT CỦA DẦM KHÍ LÀM BẰNG VẢI COMPOSITE TRỰC HƯỚNG 3.1 Phương trình trạng... tính chuyển vị dầm khí - Sử dụng phần mềm ABAQUS để mơ hình hóa mơ hình dầm khí HVTH: Nguyễn Trương Minh Huy 18 GVHD: TS Nguyễn Thanh Trương Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực. .. thực dầm khí làm từ vật liệu vải composite đẳng hướng Và hầu hết nghiên cứu cấu trúc dầm khí thực nước Xuất phát từ yêu cầu đề tài: “Mơ hình hóa phân tích chuyển vị dầm khí composite trực hướng