Phân tích động lực học kết cấu tấm mỏng chịu tải trọng di động

Bộ giáo dục đào tạo quốc phòng Học viện kỹ thuật quân Lê Ngọc Lý PHN TCH ĐỘNG LỰC HỌC KẾT CẤU TẤM MỎNG CHỊU TẢI TRỌNG DI NG Luận án tiến sĩ kỹ thuật Hà Nội - 2013 Bộ giáo dục đào tạo quốc phòng Học viện kỹ thuật quân Lê Ngọc Lý PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC KẾT CẤU TẤM MỎNG CHỊU TI TRNG DI NG Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mà ngành: 62.52.01.01 Luận án tiến sĩ kỹ thuật Ngời hớng dÉn khoa häc: PGS.TS Nguyễn Thái Chung GS.TS Hoàng Xuân Lợng Hà Nội - 2013 i Lời cam đoan Tôi Lê Ngọc Lý xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận án trung thực cha đợc công bố công trình Tác giả Lê Ngọc Lý ii Lời cảm ơn Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành PGS.TS Nguyễn Thái Chung, GS.TS.NGND Hoàng Xuân Lợng cố PGS.TS Đỗ Anh Cờng đà tận tình hớng dẫn, giúp đỡ cho nhiều dẫn khoa học có giá trị giúp cho tác giả hoàn thành luận án Tác giả trân trọng động viên, khuyến khích kiến thức khoa học nh chuyên môn mà tập thể hớng dẫn đà chia sẻ cho tác giả nhiều năm qua, giúp cho tác giả nâng cao lực khoa học, phơng pháp nghiên cứu lòng yêu nghề Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể Bộ môn Cơ học vật rắn, Phòng thí nghiệm Cơ học, Khoa Cơ khí, Phòng Sau đại học - Học viện Kỹ thuật quân đà tạo điều kiện thuận lợi, hợp tác trình nghiên cứu Tác giả xin trân trọng cảm ơn GS.TSKH.NGND Đào Huy Bích Đại học quốc gia Hà Nội, GS.TSKH Nguyễn Đông Anh - Viện Cơ học Việt Nam, GS.TS Nguyễn Mạnh Yên - Đại học Xây dựng Hà Nội đà cung cấp cho tác giả nhiều tài liệu quý hiếm, kiến thức khoa học đại nhiều lời khuyên bổ ích, dẫn khoa học có giá trị để NCS hoàn thành luận án Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn ngời thân gia đình, đồng nghiệp trờng Đại học Công nghệ giao thông vận tải đà thông cảm, động viên chia sẻ khó khăn với tác giả suốt thời gian nghiên cứu, hoàn thành luận án Tác giả iii Mục lục Trang Lời cam ñoan Mục lục i iii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt vii Danh mục bảng x Danh mục hình vẽ, đồ thị xii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan tải trọng di ñộng phương pháp tính kết cấu chịu tải trọng di động 1.2 Tổng quan tính tốn kết cấu chịu tải trọng di ñộng 10 1.3 Kết nghiên cứu đạt từ cơng trình ñã công bố 18 1.4 Các vấn ñề cần tiếp tục nghiên cứu 20 1.5 Kết luận rút từ tổng quan 20 CHƯƠNG PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG CỦA TẤM MỎNG CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 23 2.1 Đặt vấn ñề 23 2.2 Xây dựng thuật tốn PTHH phân tích dao động mỏng chịu tải trọng di ñộng 23 2.2.1 Giới thiệu toán giả thiết 23 2.2.2 Phương trình dao động tổng quát hệ 25 2.2.3 Xây dựng ma trận véc tơ tải trọng phần tử thông thường 26 2.2.3.1 Phần tử chịu uốn 26 2.2.3.2 Phần tử gối ñàn hồi 29 2.2.4 Xây dựng véc tơ tải trọng ma trận bổ sung tải trọng di ñộng 30 iv 2.2.4.1 Phần tử chịu tác dụng khối lượng di ñộng với vận tốc thay ñổi 31 2.2.4.2 Phần tử chịu tác dụng hệ dao ñộng di ñộng với vận tốc thay ñổi 38 2.2.5 Ghép nối ma trận phần tử vào ma trận chung toàn hệ 48 2.2.6 Điều kiện biên 48 2.2.6.1 Liên kết tựa lề 48 2.2.6.2 Liên kết ngàm 49 2.2.7 Phương trình vi phân mơ tả dao động tồn hệ 49 2.2.7.1 Tấm chịu tác dụng khối lượng di ñộng 49 2.2.7.2 Tấm chịu tác dụng hệ dao ñộng di ñộng 50 2.2.8 Thuật tốn PTHH giải hệ phương trình vi phân dao ñộng tổng thể hệ 51 2.3 Chương trình tính kiểm tra độ tin cậy chương trình tính 54 2.3.1 Giới thiệu chương trình tính 54 2.3.2 Kiểm tra độ tin cậy chương trình tính 54 2.3.2.1 Trường hợp chịu tác dụng khối lượng di ñộng 54 2.3.2.2 Trường hợp chịu tác dụng hệ dao ñộng di ñộng 56 2.4 Kết luận chương 57 CHƯƠNG KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN DAO ĐỘNG CỦA TẤM CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG 58 3.1 Đặt vấn ñề 58 3.2 Ảnh hưởng số yếu tố ñến làm việc liên kết cứng tuyệt ñối chịu tác dụng khối lượng di ñộng 58 3.2.1 Bài toán xuất phát 58 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng cuả số yếu tố ñến làm việc hệ 65 v 3.2.2.1 Ảnh hưởng cản kết cấu 65 3.2.2.2 Ảnh hưởng tốc ñộ tải trọng 69 3.2.2.3 Ảnh hưởng thay ñổi gia tốc tải trọng 73 3.2.2.4 Ảnh hưởng liên kết 74 3.2.2.5 Ảnh hưởng chiều dày 78 3 Ảnh hưởng số yếu tố ñến làm việc liên kết cứng tuyệt ñối chịu tác dụng hệ dao ñộng di ñộng (mô xe bánh lốp bậc tự do) 82 3.3.1 Bài toán xuất phát 82 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng số yếu tố ñến làm việc hệ 86 3.3.2.1 Ảnh hưởng tốc ñộ tải trọng 86 3.3.2.2 Ảnh hưởng thay ñổi gia tốc tải trọng 90 3.3.2.3 Ảnh hưởng liên kết 91 3.3.2.4 Ảnh hưởng chiều dày 94 3.4 Ảnh hưởng số yếu tố ñến phản ứng ñộng liên kết ñàn hồi tuyến tính chịu tải trọng di động 96 3.4.1 Ảnh hưởng mơ hình tải trọng ñến phản ứng ñộng 96 3.4.2 Ảnh hưởng ñộ cứng liên kết ñến phản ứng ñộng 98 3.4.3 Ảnh hưởng cách bố trí liên kết đến phản ứng động 99 3.4.4 Ảnh hưởng chiều dài ñến phản ứng ñộng 102 3.5 Kết luận chương 104 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG ĐỘNG CỦA TẤM CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG BẰNG THỰC NGHIỆM 106 4.1 Mục đích thí nghiệm 106 4.2 Mô hình thiết bị thí nghiệm 106 4.2.1 Mơ hình thí nghiệm 106 vi 4.2.2 Thiết bị thí nghiệm 109 4.2.2.1 Các thiết bị gây tải 109 4.2.2.2 Cảm biến gia tốc 110 4.2.2.3 Thiết bị ño dao ñộng 110 4.3 Phương pháp xác ñịnh gia tốc, chuyển vị kết cấu 111 4.4 Phân tích xử lý kết thí nghiệm 112 4.5 Kết thí nghiệm 113 4.5.1 Thử nghiệm kết cấu với liên kết ngàm cạnh chịu khối lượng di ñộng 113 4.5.2 Thử nghiệm kết cấu với liên kết tựa lò xo ñàn hồi cạnh chịu khối lượng di ñộng 117 4.6 Kết luận chương 119 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 120 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO 123 PHỤ LỤC 132 Phụ lục Mã nguồn chương trình PLATE_MOVING_2012 133 Phụ lục Kết đo thí nghiệm 140 vii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục ký hiệu 1.1 Các ký hiệu chữ La tinh Ae – diện tích phần tử [C] – ma trận cản tổng thể hệ C0e  – ma trận cản thân phần tử cf, cr – phần tử cản D – ñộ cứng chịu uốn [Dt] – ma trận hệ số đàn hồi E – mơ đun ñàn hồi vật liệu  Fe  – véc tơ lực nút phần tử   G – mô ñun ñàn hồi biến dạng trượt vật liệu |J| – ñịnh thức Jacobi [K] – ma trận ñộ cứng tổng thể hệ  K 0e  – ma ñộ cứng thân phần tử  K e  – ma trận ñộ cứng phần tử liên kết lò xo   pill {k} – véc tơ tọa ñộ cong chịu uốn k f1 , k f , kr1 , kr2 – độ cứng lị xo mơ hình thân xe bậc tự LP – chiều dài lf, lr – khoảng cách từ bánh trước, bánh sau ñến khối tâm G thân xe [M] – ma trận khối lượng tổng thể hệ  M 0e  – ma trận khối lượng thân phần tử  M e  – ma trận khối lượng phần tử lò xo   pill viii [ N ] – ma trận hàm dạng [ N ]′ ,[ N ]′′ – ma trận ñạo hàm theo tọa ñộ x ma trận hàm dạng  P e  – véc tơ tải trọng nút p(x,y,t) – lực phân bố quy đổi từ R(x,y,t) thơng qua hàm Delta-Dirac Q(t) – tải trọng tác dụng khối lượng di ñộng {q} – véc tơ chuyển vị nút {q& } – véc tơ vận tốc nút {&q&} – véc tơ gia tốc nút {q } – véc tơ chuyển vị nút phần tử e {q } e pill – véc tơ chuyển vị nút phần tử liên kết lò xo R(x,y,t) – lực tác dụng tải trọng di ñộng ñặt lên vị trí (x,y) {R} – véc tơ tải trọng nút tổng thể {R}e – véc tơ tải trọng nút phần tử (r,s) – hệ tọa ñộ ñịa phương phần tử v – vận tốc xe &u& – gia tốc theo phương thẳng ñứng thân xe WP –chiều rộng (x, y, z) – ký hiệu tên trục toạ ñộ hệ toạ ñộ chung 1.2 Các ký hiệu chữ Hy Lạp αr, βr – số cản Rayleigh δ ( ⋅) – hàm Delta-Dirac ωi, ωj – tần số dao ñộng riêng hệ ζi, ζj – tỷ số cản ... NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan tải trọng di ñộng phương pháp tính kết cấu chịu tải trọng di động 1.2 Tổng quan tính tốn kết cấu chịu tải trọng di ñộng 10 1.3 Kết nghiên cứu đạt từ cơng... PLATE_MOVING_2012 – chương trình phân tích động hệ chịu tác dụng tải trọng di ñộng; PTHH – phần tử hữu hn x danh mục bảng Trang CHNG PHN TÍCH DAO ĐỘNG CỦA TẤM MỎNG CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP... phòng Học viện kỹ thuật quân Lê Ngọc Lý PHN TCH ĐỘNG LỰC HỌC KẾT CẤU TẤM MỎNG CHỊU TẢI TRỌNG DI NG Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mà ngành: 62.52.01.01 Ln ¸n tiÕn sÜ kü tht Ng−êi h−íng dÉn khoa học: