Tính toán bền cho mái vòm làm hoàn toàn bằng vật liệu composite có dạng lượn sóng dưới tác dụng của tải trọng gió

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - NGUYỄN HẢI BẰNG TÍNH TỐN BỀN CHO MÁI VỊM LÀM HỒN TỒN BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE CĨ DẠNG LƯỢN SÓNG DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG GIÓ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN HẢI BẰNG TÍNH TỐN BỀN CHO MÁI VỊM LÀM HỒN TỒN BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE CÓ DẠNG LƯỢN SÓNG DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG GIÓ Chuyên ngành: Kỹ thuật máy thiết bị giới hóa nơng lâm nghiệp Mã số: 60.52.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VŨ KHẮC BẢY Hà Nội - 2012 i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, thời gian qua nhận quan tâm, giúp đỡ nhiều tập thể cá nhân Nhân dịp cho phép bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Vũ Khắc Bảy dành nhiều thời gian bảo tận tình cung cấp nhiều tài liệu có giá trị cho tơi thời gian thực luận văn tốt nghiệp Tơi trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Lâm nghiệp, Khoa Sau đại học giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành nhiệm vụ học tập nghiên cứu Mặc dù có nhiều cố gắng, thời gian cịn hạn chế, nên đề tài tránh khỏi thiếu sót định, mong nhận ý kiến đóng góp q báu Thầy giáo, Hơ ̣i đồ ng khoa học trường để đề tài nghiên cứu tơi hồn thiện Cuối tác giả xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè người thân gia đình giúp đỡ, động viên tác giả suốt thời gian học tập hoàn thành luận văn tốt nghiệp Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 05 tháng 06 năm 2012 TÁC GIẢ Nguyễn Hải Bằng ii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn i Mục lục ii Danh mục từ viết tắt iv Danh mục bảng .v Danh mục hình vi ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG TỔNG QUAN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.1 Các nghiên cứu lý thuyết 1.2 Đặt toán 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Các bước thực nghiên cứu 1.5 Đối tượng - Phạm vi nghiên cứu - Khả ứng dụng 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5.3 Khả ứng dụng Nội dung trình bày luận văn 1.7 Các kết đạt luận văn CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 10 2.1 Các hệ thức lý thuyết đàn hồi 10 2.2 Nội dung lý thuyết mô đun hiệu 11 2.3 Các hệ thức lý thuyết màng vỏ tròn xoay 12 2.3.1 Định nghĩa ký hiệu 12 2.3.2 Phương pháp Seydel đưa vỏ trụ lượn sóng vỏ trụ tương đương 16 2.4 Tải trọng gió theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737 – 1995 17 CHƯƠNG TÍNH TỐN VỊM VỎ TRỤ COMPOSITE LƯỢN SÓNG 20 iii 3.1 Thiết lập phương trình tính tốn bền vỏ trụ 20 3.2 Hê phương trình vịm vỏ trụ lượn sóng 21 3.3 Điều kiện biên 23 3.4 Phương pháp giải toán 24 CHƯƠNG KẾT QUẢ TÍNH TỐN VỚI CÁC SỐ LIỆU CỤ THỂ 32 4.1 Cơng cụ tính tốn 32 4.2 Các kết tính tốn 32 4.2.1 Tính tốn với thơng số vật liệu hình học 32 4.2.2 Bảng kết tính tốn 33 4.3 Nhận xét kết tính tốn 41 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO iv BẢNG KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Thứ tự Ký hiệu Tên gọi  Hàm ứng suất W Độ võng E Mô đun đàn hồi hồi E1 Mô đun theo truc ox E2 mô đun theo truc oy *x , *y , *xy thành phần biến dạng x ;  y độ xoắn mặt u , v chuyển dịch mặt D độ cứng trụ uốn v DANH MỤC CC BNG Tờn bng TT 4.1 Các giá trị độ vòng/h : w 103 4.2 Các giá trị M« men My 4.3 4.4 4.5 4.6 Trang 35 h 36 Các giá trị ứng suất x 103 37 Các giá trị ứng suất : y 38 Các giá trị ứng suất 103 12 103 Các giá trị Cng độ ứng suất : 39 u 103 40 vi DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang 1.1 Hình ảnh mái vịm vỏ trụ lượn sóng 1.2 Profin dọc theo đường sinh vỏ trụ lượn song 1.3 Kích thước profin 1.4 Mặt cắt ngang đường sinh vịm 1.5 Hình chiếu mái vòm 2.1 Sơ đồ lực tác dụng lên mái vịm 12 2.2 Mặt trung bình 12 Phân vùng tác động gió lên mái vịm theo TCVN 18 2.3 2737 -1995 2.4 Biểu đồ phân vùng P0 19 4.1 Hình ảnh vịm chịu tải gió ngang 33 4.2 Biểu đồ mô men uốn My 34 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong nghiệp cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước lĩnh vực khí chế tạo lắp giáp sửa chữa máy, thiết kế, thiết bị cho loại hình cơng nghệ sản xuất đóng vai trị quan trọng Phạm vi sử dụng sản phẩm ngành chế tạo lắp máy rộng rãi Từ chi tiết nhỏ đơn giản đến chi tiết, sản phẩm có kích thước lớn phức tạp Những sản phẩm tạo nhờ máy móc thiết bị khác Việc sử dụng vật liệu composite cơng trình xây dựng dân quốc phịng mang tích thời thực tế to lớn, việc tính tốn độ bền ổn định kết cấu làm vật liệu chưa đầy đủ thiết kế xây dựng Mái lợp có nhiều dạng khác cơng trình quốc phịng dân sinh mái ngói, pơ-rơ-xi-măng, mái tơn, bê tơng Mỗi loại mái có tính ưu việt riêng nó, tất sử dụng môi trường nước biển, hải đảo môi trường axit Vì thiết kế thi cơng cơng mơi trường biển có muối mặn cần loại vật liệu kết cấu khơng có cốt thép phải chịu đựng tải trọng gió sử dụng Trong loại vật liệu dạng composite : ê-pô-si với cốt sợi vải thường sợi các-bon, sợi thủy tinh , số loại có độ bền cao, có khả chống cháy khơng bị xy hóa nên thích hợp làm việc mơi trường có nước biển, chẳng hạn dùng vật liệu composite dạng êpô-si với cốt sợi vải thường Các dạng mái lợp vật liệu composite có độ bền cao dễ dàng thi công Do tiết kiệm nhiều thời gian tất nhiên có lợi mặt kinh tế (vì giá thành vải thường nhựa ê-pôsi không đắt) Để tăng khả độ bền mái lợp, người ta dùng mái lợp dạng lợp có gân lượn sóng theo chiều dài ngang mái lợp Nghiên cứu tính tốn độ bền mái vịm có dạng lượn sóng làm vật liệu composite chịu tải trọng gió giúp cho việc xây dựng mái lợp làm việc an tồn mơi trường gió biển tối ưu vật liệu xây dựng Chính lẽ đó, việc tính tốn để thay vật liệu cho trình xây dựng dạng kết cấu cần thiết Tính tốn cách chi tiết để tối ưu hóa có chương trình tính thuận tiện cho việc thiết kế thi cơng xây dựng mái vịm làm vật liệu composite có dạng lượn sóng chịu tải trọng gió chưa có đầy đủ Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn nêu trên, đồng ý hội đồng khoa học- công nghệ sở đào tạo SĐH trường ĐHLN, tiến hành thực luận văn tốt nghiệp với đề tài “Tính tốn bền cho mái vịm làm hồn tồn vật liệu Composite có dạng lượn sóng tác dụng tải trọng gió” For n = To N0 tgn = tgn = tg * ((2 + d_ta(n, j)) + b_toan * (1 + d_ta(n, j))) tgn = tgn + tg1 * (d_ta(n, j) * (n * pi) ^ + b_toan * (d_ta(n, j) * ((4 * j - 1) * pi / 2) ^ + pi * pi / 4)) tgn = tgn + tg2 * (d_ta(n, j) * (n * pi) ^ + b_toan * (d_ta(n, j) * ((4 * j - 1) * pi / 2) ^ + (pi * pi / 4) ^ 2)) A0(N0 * N0 + (i - 1) * N0 + j, (m - 1) * N0 + n) = tgn Next n Next m Next j Next i For i = To N0 For j = To N0 For m = To N0 tg = tg = ((b * h) / (a * R)) * (m * pi) ^ * T3(i, m) dau = -1 For n = To N0 tgn = 0: dau = -dau tgn = tg * (dau * d_ta(n, j) + b_toan * (1 + d_ta(n, j))) A0(N0 * N0 + (i - 1) * N0 + j, N0 * N0 + (m - 1) * N0 + n) = tgn Next n Next m Next j Next i '{++++++++Ve Phai ++++++++++++} If b_toan = Then For i = To N0 ' begin tg = tg = + I0(i + 3) dau = -1 For j = To N0 tg1 = 0: dau = -dau tg1 = -0.75 - dau * 1.7 * Sin(j * pi / 2) / (j * pi) tg2 = tg2 = (-2.2 / ((4 * j - 1) * pi)) * Cos((4 * j - 1) * pi / 4) - 1.1 * Sqr(2) / pi tgn = tgn = tg1 + tg2 tgn = tgn * a * b * P0 * tg A0(N0 * N0 + (i - 1) * N0 + j, * N0 * N0 + 1) = tgn Next j Next i End If If b_toan = Then For i = To N0 tg = tg = (2 + I0(i + 3)) * * a * b * P0 For j = To N0 A0(N0 * N0 + (i - 1) * N0 + j, * N0 * N0 + 1) = tg Next j Next i End If End If 'chtua = "D" '************************** If chtua = "T" Then For i = To N0 For j = To N0 For m = To N0 tg = tg = * (m + 2) * (I0(m + 1) + T1(m, i)) + * (m + 2) * (m + 1) * (I2(m) + T2(m, i)) For n = To N0 tgn = tgn = tg * (2 + d_ta(n, j) + b_toan * (1 + d_ta(n, j))) A0((i - 1) * N0 + j, (m - 1) * N0 + n) = tgn * (b / a) / R Next n Next m Next j Next i For i = To N0 For j = To N0 For m = To N0 tg1 = 0: tg1 = tgH * (b / (a * a * a)) * d_ta(m, i) * (m * pi) ^ tg2 = 0: tg2 = (TgK / (a * b)) * d_ta(m, i) * (m * pi) ^ tg3 = 0: tg3 = (TgM * a / (b * b * b)) * (2 + d_ta(m, i)) For n = To N0 tgn = tgn = tg1 * (d_ta(n, j) + + b_toan * (1 + d_ta(n, j))) tg = tg = tg2 * (d_ta(n, j) * (n * pi) ^ + b_toan * (d_ta(n, j) * ((4 * j - 1) * pi) ^ / + pi * pi / 4)) tgn = tgn + tg + tg3 * (d_ta(n, j) * (n * pi) ^ + b_toan * (d_ta(n, j) * ((4 * j - 1) * pi) ^ / 16 + (pi) ^ / 16)) A0((i - 1) * N0 + j, N0 * N0 + (m - 1) * N0 + n) = tgn Next n Next m Next j Next i '{===+++++++Phuong trinh loai thu 2++++++======} For i = To N0 For j = To N0 For m = To N0 tg1 = 0: tg1 = 12 * (m + 2) * (m + 1) * I0(m + i + 2) tg2 = 0: tg2 = 48 * (m + 2) * (m + 1) * m * I2(m + i + 1) tg = 0: tg = 16 * (m + 2) * (m + 1) * m * (m - 1) * I4(m + i) tg = (tg + tg1 + tg2) * b * (D1 / (a * a * a)) tg1 = 0: tg1 = * (m + 2) * I0(m + i + 3) tg2 = 0: tg2 = * (m + 2) * (m + 1) * I2(m + i + 2) tg2 = -(tg1 + tg2) * * D3 / (a * b) tg1 = tg1 = D2 * (a / (b * b * b)) * I0(m + i + 4) For n = To N0 tgn = tgn = tg * ((2 + d_ta(n, j)) + b_toan * (1 + d_ta(n, j))) tgn = tgn + tg2 * (d_ta(n, j) * (n * pi) ^ + b_toan * (d_ta(n, j) * ((4 * j - 1) * pi / 2) ^ + pi * pi / 4)) tgn = tgn + tg1 * (d_ta(n, j) * (n * pi) ^ + b_toan * (d_ta(n, j) * ((4 * j - 1) * pi / 2) ^ + (pi * pi / 4) ^ 2)) A0(N0 * N0 + (i - 1) * N0 + j, (m - 1) * N0 + n) = tgn Next n Next m Next j Next i '{==========} For i = To N0 For j = To N0 For m = To N0 tg = tg = ((b * h) / (a * R)) * (m * pi) ^ * T3(i, m) For n = To N0 tgn = tgn = tg * (2 + d_ta(n, j) + b_toan * (1 + d_ta(n, j))) A0(N0 * N0 + (i - 1) * N0 + j, N0 * N0 + (m - 1) * N0 + n) = tgn Next n Next m Next j Next i '{++++++++Ve Phai ++++++++++++} If b_toan = Then For i = To N0 tg = 0: tg = I0(i + 2): dau = -1 For j = To N0 tg1 = 0: dau = -dau tg1 = -0.75 - dau * 1.7 * Sin(j * pi / 2) / (j * pi) tg2 = 0: tg2 = (-2.2 / ((4 * j - 1) * pi)) * Cos((4 * j - 1) * pi / 4) - 1.1 * Sqr(2) / pi tgn = tgn = tg1 + tg2 tgn = tgn * a * b * P0 * tg A0(N0 * N0 + (i - 1) * N0 + j, * N0 * N0 + 1) = tgn Next j Next i End If '++++++++++++++++++ If b_toan = Then 'begin For i = To N0 tg = 0: tg = I0(i + 2) For j = To N0 tgn = tgn = tg * * a * b * P0 A0(N0 * N0 + (i - 1) * N0 + j, * N0 * N0 + 1) = tgn Next j Next i End If End If 'chtua = "T" ' {++++++++++++++++++} For k = To N20 For j = To N20 + z(k, j) = A0(k, j) Next j Next k '{*********************} i=1 Do While (i