Mô hình hóa và tính toán số kết cấu tấm composite có gân gia cường

Mô hình hóa và tính toán số kết cấu tấm composite có gân gia cường Mô hình hóa và tính toán số kết cấu tấm composite có gân gia cường Mô hình hóa và tính toán số kết cấu tấm composite có gân gia cường luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -  - TRẦN HỮU QUỐC MƠ HÌNH HỐ VÀ TÍNH TỐN SỐ KẾT CẤU TẤM COMPOSITE CÓ GÂN GIA CƯỜNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -  - TRẦN HỮU QUỐC MÔ HÌNH HỐ VÀ TÍNH TỐN SỐ KẾT CẤU TẤM COMPOSITE CÓ GÂN GIA CƯỜNG Chuyên ngành: Cơ học vật thể rắn Mã số: 62.44.21.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS TRẦN ÍCH THỊNH HÀ NỘI - 2010 CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi tên là: Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết luận án trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, ngày tháng Người cam đoan Trần Hữu Quốc năm 2010 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn : GS TS Trần Ích Thịnh tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện động viên suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án Tác giả chân thành cảm ơn tập thể thầy, cô Bộ môn Cơ học vật liệu, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ hướng dẫn suốt thời gian tác giả nghiên cứu Bộ môn Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể thành viên nhóm Seminar Cơ học - Đại học KHTN - Đại học Quốc gia Hà Nội đóng góp nhiều ý kiến q báu có giá trị cho nội dung đề tài luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Văn Đạt – Viện Nghiên cứu Chế tạo Tàu thủy - Đại học Thủy sản Nha Trang hướng dẫn, giúp đỡ chế tạo mẫu thí nghiệm Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn bạn bè, đồng nghiệp tận tình giúp đỡ động viên suốt trình tác giả học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thành viên gia đình thơng cảm, tạo điều kiện chia sẻ khó khăn suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Tác giả Trần Hữu Quốc MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cam đoan……………………………………………………………… Lời cảm ơn……………………………………………………………… Danh mục ký hiệu chữ viết tắt…………………………………… Danh mục hình vẽ - đồ thị………………………………………………… Danh mục bảng………………………………………………………… Mở đầu……………………………………………………………… CHƯƠNG Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1 Giới thiệu vật liệu composite…………………………………… 1.2 Kết cấu composite có gân gia cường………………………… 1.3 Tình hình nghiên cứu………………………………………… 1.4 Một số nhận xét………………………………………… 22 1.5 Đề xuất nội dung nghiên cứu luận án………… 23 1.6 Đối tượng nghiên cứu………………………………… 24 1.7 Phương pháp nghiên cứu………………………………… 24 1.8 Mục tiêu nhiệm vụ luận án………………………………… 24 1.8.1 Mục tiêu luận án………………………………… 24 1.8.2 Nhiệm vụ luận án……………………………… 25 1.9 Kết luận chương 1……………………………… 25 CHƯƠNG Một số hệ thức học tính tốn dầm composite nhiều lớp 27 2.1 Giới thiệu………………………………………… 27 2.2 Phương trình cấu thành composite lớp 28 2.2.1 Trường chuyển vị 28 2.2.2 Trường biến dạng 29 2.2.3 Trường ứng suất 30 2.2.4 Trường nội lực 32 a Lực màng 32 b Lực cắt 33 c Mô men 34 d Quan hệ nội lực - biến dạng 35 2.3 Phương trình cấu thành dầm composite lớp 35 2.3.1 Trường chuyển vị dầm 36 2.3.2 Trường biến dạng dầm 37 2.3.3 Trường ứng suất dầm 37 2.3.4 Trường nội lực dầm 38 a Lực màng 38 b Lực cắt 39 c Mô men 40 d Quan hệ nội lực - biến dạng 40 2.4 Kết luận chương 41 CHƯƠNG Phân tích học composite có gân gia cường phương pháp phần tử hữu hạn 42 3.1 Giới thiệu 42 3.2 Xây dựng ma trận độ cứng, ma trận khối lượng phần tử 43 3.3 Xây dựng ma trận độ cứng, ma trận khối lượng phần tử dầm 47 3.4 Xây dựng ma trận độ cứng, ma trận khối lượng phần tử gân 49 3.4.1 Ma trận chuyển đổi V 50 3.4.2 Ma trận tính độ lệch tâm T 53 3.5 Ghép nối ma trận độ cứng, ma trận khối lượng tổng thể 55 3.6 Tích phân số 56 3.7 Các phương trình tổng quát hệ tấm-gân 58 3.8 Phân tích phá huỷ tăng tiến 60 3.8.1 Các tiêu chuẩn bền 60 a Tiêu chuẩn bền ứng suất lớn 60 b Tiêu chuẩn bền Hoffman 61 c Tiêu chuẩn bền Tsai-Hill 61 d Tiêu chuẩn bền Tsai-Wu 62 3.8.2 Phân tích phá huỷ lớp 62 3.8.3 Phân tích phá huỷ tăng tiến 64 3.8 Kết luận chương 66 CHƯƠNG Kết tính tốn số phương pháp PTHH 68 4.1 Giới thiệu 68 4.2 Bài toán tĩnh 69 4.2.1 Bài toán 1: Kiểm tra độ tin cậy thuật toán chương trình cho tốn tĩnh 69 4.2.2 Bài tốn 2: Ảnh hưởng vị trí gân đến độ võng 73 4.2.3 Bài toán 3: Ảnh hưởng tỷ số a/h đến độ võng - gân 4.2.4 Bài toán 4: Ảnh hưởng mặt cắt gân đến độ võng tấm-gân 4.2.5 Bài tốn 5: Tính tốn độ võng ứng suất kết cấu composite gia cường gân có kích thước khác phân bố không 4.2.6 Bài tốn 6: Tính tốn ứng suất composite có gân gia cường 75 76 80 83 4.3 Bài toán động 4.3.1 Bài toán 7: Kiểm tra độ tin cậy thuật toán chương trình tốn động 4.3.2 Bài toán 8: Ảnh hưởng điều kiện biên đến tần số dao động riêng 4.3.3 Bài toán 9: Ảnh hưởng vị trí gân đến tần số dao động riêng 4.3.4 Bài toán 10: Ảnh hưởng mặt cắt gân đến tần số dao động riêng 4.3.5 Bài toán 11: Tần số dao động riêng composite có hai gân gia cường theo đường chéo 4.3.6 Bài toán 12: Tần số dao động riêng kết cấu composite với gân có kích thước khơng nhau, phân bố khơng 4.4 Bài toán bền 4.4.1 Bài toán 13: Tải trọng phá huỷ uốn composite có gân gia cường với mặt cắt gân khác theo tiếp cận loại bỏ hồn tồn tính lớp bị phá huỷ 4.4.2 Bài toán 14: Tải trọng phá huỷ uốn composite có gân gia cường với mặt cắt gân khác theo tiếp cận loại bỏ phần tính lớp phá huỷ tuỳ theo chế phá huỷ lớp 4.5 Kết luận chương 85 85 87 89 90 92 95 96 96 98 100 CHƯƠNG Thực nghiệm ứng dụng 102 5.1 Giới thiệu 5.2 Thí nghiệm đo tần số dao động composite có gân gia cường 5.2.1 Phương tiện nghiên cứu 102 a Đặc điểm công dụng 103 b Đặc tính kỹ thuật 103 102 102 5.2.2 Thí nghiệm 104 5.2.2.1 Quy cách mẫu 104 a Cơ sở lựa chọn 104 b Quy cách mẫu 104 5.2.2.2 Vật liệu làm mẫu 104 5.2.2.3 Chế tạo mẫu 105 5.2.3 Tiến hành đo tần số dao động riêng 106 5.3 Ứng dụng 110 5.3.1 Giới thiệu 110 5.3.2 Mô tả bàn đẩy mũi tàu 111 5.3.2.1 Cấu tạo, kích thước bàn đẩy 110 5.3.2.2 Xác định áp lực lớn lên bàn đẩy 113 5.3.2.3 Phân tích điều kiện chịu lực bàn đẩy 114 5.3.3 Tính tốn số bàn đẩy 115 5.3.3.1 Tính tốn bàn đẩy composite có gân gia cường mặt cắt ngang chữ U 5.3.3.2 Kết tính tốn 115 117 a Kết tính tốn chuyển vị ứng suất 117 b Tính tải trọng tới hạn dựa vào tiêu chuẩn bền Tsai-Wu 117 5.4 Kết luận chương 118 KẾT LUẬN CHUNG 120 Các cơng trình cơng bố tác giả liên quan đến luận án Tài liệu tham khảo Phụ lục 1: Chương trình tính Phụ lục 2: Kết thí nghiệm DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU a Chiều dài b Chiều rộng [ A] Ma trận độ cứng màng [ B] Ma trận độ cứng tương tác màng-uốn [C ] Ma trận độ cứng quan hệ ứng suất-biến dạng vật liệu dị hướng [ D] Ma trận độ cứng vật liệu [K ] Ma trận độ cứng tổng thể tấm-gân [M ] Ma trận khối lượng tổng thể tấm-gân [ Ke ] Ma trận độ cứng phần tử tấm-gân [M e ] Ma trận khối lượng phần tử tấm-gân [ K et ] Ma trận độ cứng phần tử [M ] [K ] Ma trận khối lượng phần tử Ei Mô đun đàn hồi kéo, nén Gij Mô đun đàn hồi trượt ν ij Hệ số Poisson vật liệu t Chiều dày tk Chiều dày lớp vật liệu thứ k tgk Chiều dày lớp vật liệu thứ k gân tg Chiều rộng sườn gân hg Chiều cao sườn gân k Số thứ tự lớp t e g e Ma trận độ cứng phần tử gân 1.10 0.55 0.00 0.70 0.35 0.00 1.00 0.50 0.00 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 Hz -1 -10 -5 -8 1.575 1.600 1.625 1.650 1.675 1.700 1.725 1.750 1.775 1.800 1.825 1.850 1.875 1.900 s • CN3 500 150 -200 150 13 -125 100 -25 -150 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 ms 1.00 0.50 0.00 1.25 0.63 0.00 1.50 0.75 0.00 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 Hz 13 -10 -4 10 -10 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 ms 5.2 Trường hợp ngàm cạnh 5.2.1 Tấm có gân chữ U • U1 500 150 -200 125 -125 100 -13 -125 402.5 405.0 407.5 410.0 412.5 415.0 417.5 420.0 422.5 425.0 427.5 430.0 432.5 435.0 ms 0.70 0.35 0.00 0.80 0.40 0.00 0.90 0.45 0.00 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 Hz 25 -25 20 -15 40 -30 402.5 407.5 412.5 417.5 422.5 427.5 432.5 437.5 442.5 ms • U2 500 150 -200 100 25 -50 125 -125 445 450 455 460 465 470 475 480 485 490 495 500 505 510 515 520 525 ms 1.25 0.63 0.00 1.25 0.63 0.00 1.50 0.75 0.00 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 Hz 40 -40 30 -30 40 -40 450 • U3 455 460 465 470 475 480 485 490 495 500 505 ms 400 50 -300 100 13 -75 75 -75 425 430 435 440 445 450 455 460 465 470 475 480 485 490 495 ms 2.00 1.00 0.00 0.70 0.35 0.00 0.90 0.45 0.00 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 Hz 75 -75 20 -3 -25 20 -20 430 435 440 445 450 455 460 465 470 475 480 485 ms 5.2.2 Tấm có gân chữ T • T1 500 100 -300 150 -25 -200 150 -25 -200 0.950 0.955 0.960 0.965 0.970 0.975 0.980 0.985 0.990 0.995 1.000 s 2.25 1.13 0.00 0.90 0.45 0.00 1.25 0.63 0.00 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 Hz 75 13 -50 30 -25 30 -5 -40 0.950 0.955 0.960 0.965 0.970 0.975 0.980 0.985 0.990 0.995 1.000 s • T2 400 50 -300 150 -25 -200 150 -25 -200 795 800 805 810 815 820 825 830 835 840 845 850 ms 1.75 0.88 0.00 0.70 0.35 0.00 1.25 0.63 0.00 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 Hz 40 -40 15 -15 30 -25 865.0 870.0 875.0 880.0 885.0 890.0 895.0 900.0 905.0 ms • T3 200 -200 125 -125 200 25 -150 670 675 680 685 690 695 700 705 710 715 720 725 730 735 ms 1.00 0.50 0.00 1.00 0.50 0.00 1.00 0.50 0.00 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 Hz 40 -40 20 -3 -25 40 -30 675 680 685 690 695 700 705 710 715 720 725 730 735 ms 5.2.3 Tấm có gân chữ nhật • CN1 500 100 -300 50 -13 -75 150 -150 575 580 585 590 595 600 605 610 615 620 625 630 635 ms 1.20 0.60 0.00 0.50 0.25 0.00 0.60 0.30 0.00 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 Hz 40 -40 -5 15 -15 575 600 625 650 675 ms • CN2 500 100 -300 75 -75 125 -13 -150 485 490 495 500 505 510 515 520 525 530 535 540 ms 1.20 0.60 0.00 0.50 0.25 0.00 0.40 0.20 0.00 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 Hz 40 -40 -8 -1 -10 500 • CN3 525 550 575 600 ms 400 50 -300 200 -200 150 -150 1.185 1.190 1.195 1.200 1.205 1.210 1.215 1.220 1.225 1.230 1.235 1.240 1.245 1.250 s 2.00 1.00 0.00 1.70 0.85 0.00 0.50 0.25 0.00 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 Hz 75 -75 40 -40 15 -13 1.200 1.225 1.250 1.275 s ... xử học kết cấu composite có gân gia cường 1.3.4.1 Một số tiếp cận nghiên cứu kết cấu có gân gia cường: Hiện nay, nghiên cứu kết cấu có gân gia cường nói chung kết cấu composite có gân gia cường. .. C Hình 1.3 Một số dạng mặt cắt ngang gân gia cường Tấm composite có gân gia cường Hình 1.4 Tàu hai thân làm kết cấu composite có gân gia cường Việc chế tạo ứng dụng kết cấu composite có gân gia. .. cường? ?? Hình 1.2 Vỏ tàu composite có gân gia cường? ??……………… Hình 1.3 Một số dạng mặt cắt ngang gân gia cường? ??……… Hình 1.4 Tàu hai thân làm kết cấu composite có gân gia cường Hình 1.5 Vật liệu composite