Phân tích tấm reissner mindlin có dầm timoshenko gia cường bằng phương pháp CS DSG3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM ĐỨC TUẤN PHÂN TÍCH TẤM REISSNER - MINDLIN CÓ DẦM TIMOSHENKO GIA CƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CS-DSG3 Chun ngành : Xây dựng cơng trình Dân dụng Công nghiệp Mã số ngành : 60 58 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn : TS NGUYỄN THỜI TRUNG Cán hướng dẫn : TS LƯƠNG VĂN HẢI Cán chấm nhận xét : PGS TS NGUYỄN THỊ HIỀN LƯƠNG Cán chấm nhận xét : PGS TS PHAN NGỌC CHÂU Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày 28 tháng 09 năm 2012 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS BÙI CÔNG THÀNH PGS TS NGUYỄN THỊ HIỀN LƯƠNG PGS TS PHAN NGỌC CHÂU TS LƯƠNG VĂN HẢI TS NGUYỄN MINH LONG TS NGUYỄN XUÂN HÙNG CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM ĐỨC TUẤN MSHV: 10210254 Ngày, tháng, năm sinh: 28 / 02 / 1986 Nơi sinh: Hà Tĩnh Chuyên ngành: Xây dựng Cơng trình Dân dụng & Cơng nghiệp Mã số: 60 58 20 I TÊN ĐỀ TÀI PHÂN TÍCH TẤM REISSNER–MINDLIN CÓ DẦM TIMOSHENKO GIA CƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CS–DSG3 II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN Sử dụng phương pháp CS–DSG3 để phân tích tĩnh học, động học, ổn định kết cấu Reissner–Mindlin có dầm Timoshenko gia cường Phát triển thuật tốn Code Matlab tính tốn ví dụ số So sánh kết đạt với kết tham khảo III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06 / 02 / 2012 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30 / 06 / 2012 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CBHD 1: TS NGUYỄN THỜI TRUNG CBHD 2: TS LƯƠNG VĂN HẢI Tp HCM, ngày 12 tháng 10 năm 2012 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) CBHD CBHD TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Họ tên chữ ký) -i- LỜI CẢM ƠN Tôi xin gởi lời cám ơn chân thành tới hai người Thầy đáng kính, TS Nguyễn Thời Trung TS Lương Văn Hải Nhờ bảo, hướng dẫn tận tình từ hai Thầy, tơi tiếp thêm nhiều động lực, niềm tin sức mạnh để thực đề tài Bên cạnh đó, điều hai Thầy truyền dạy cịn giúp tơi thêm tự tin, vững vàng đường nghiên cứu ứng dụng khoa học kỹ thuật sau Ngồi tơi chân thành cảm ơn hỗ trợ anh chị Thạc sĩ trước, đặc biệt từ Thạc sĩ Bùi Xuân Thắng Thạc sĩ Phùng Văn Phúc Bên cạnh tơi cảm ơn anh chị, bạn bè học viên cao học giúp đỡ, chia sẻ kiến thức, giúp tơi hồn thành đề tài Và cuối cảm ơn bố mẹ, chị gái, người thân động viên, cho điểm tựa chắn, vững vàng suốt thời gian thực luận văn Tp.Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2012 Phạm Đức Tuấn - ii - TĨM TẮT Mục đích luận văn thạc sĩ phân tích tĩnh học, phân tích động học phân tích ổn định kết cấu Mindlin có dầm Timoshenko gia cường Giải tốn, tác giả sử dụng phương pháp trơn hóa dựa kết hợp với rời rạc hóa độ lệch trượt phần tử tam giác ba nút (a cell-based smoothed discrete shear gap method using triangular elements CS–DSG3) Trong luận văn này, tác giả kể đến biến dạng màng, biến dạng uốn, biến dạng cắt biến dạng hình học tấm, đồng thời kể đến biến dạng dầm biến dạng dọc trục, biến dạng uốn, biến dạng cắt, biến dạng xoắn biến dạng hình học Riêng biến dạng cắt dầm, tác giả sử dụng lý thuyết cắt bậc FSDT (First–order shear deformation theory) Để xấp xỉ phần tử hữu hạn, miền hình học tốn rời rạc hóa thành phần tử con, tam giác nút nút dầm Mỗi nút phần tử có bậc tự Trong phương pháp phần tử hữu hạn cho Mindlin, chiều dày trở nên mỏng dần, tượng “khóa cắt” (shear locking) xuất Để loại bỏ tượng này, tác giả sử dụng phương pháp CS-DSG3 Độ xác tính hiệu phương pháp minh chứng ví dụ số Ngơn ngữ lập trình sử dụng Matlab - iii - LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng việc tơi thực Các kết luận văn thật chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm công việc thực Tp.HCM, ngày 24 tháng 08 năm 2012 Phạm Đức Tuấn - iv - MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i  TÓM TẮT ii  LỜI CAM ĐOAN iii  MỤC LỤC iv  DANH MỤC HÌNH VẼ vii  DANH MỤC BẢNG BIỂU x  MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT xi  CHƯƠNG 1:  TỔNG QUAN 1  1.1 Giới thiệu chung 1  1.2 Tình hình nghiên cứu 3  1.2.1 Trên giới 3  1.2.2 Trong nước 4  1.3 Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học thực tiễn luận văn 4  1.4 Cấu trúc luận văn 5  CHƯƠNG 2:  CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6  2.1 Các mơ hình dầm 6  2.1.1 Một số mơ hình dầm 6  2.1.2 Một số mơ hình 7  2.2 Mơ hình Reissner–Mindlin có dầm Timoshenko gia cường 9  2.2.1 Thành phần Reissner–Mindlin 10  2.2.2 Thành phần dầm Timoshenko 15  2.2.3 Năng lượng toàn phần Reissner–Mindlin có dầm Timoshenko gia cường 24  CHƯƠNG 3:  PHƯƠNG PHÁP CS–DSG3 CHO BÀI TOÁN TẤM REISSNER–MINDLIN CÓ DẦM TIMOSHENKO GIA CƯỜNG 25  -v- 3.1 Phương pháp phần tử hữu hạn cho Reissner–Mindlin có dầm Timoshenko gia cường 25  3.1.1 Phương pháp phần tử hữu hạn cho Reissner–Mindlin 25  3.1.2 Phương pháp phần tử hữu hạn cho dầm Timoshenko 27  3.1.3 Phương pháp phần tử hữu hạn cho Reissner–Mindlin có dầm Timoshenko gia cường 29  3.2 Phương pháp CS–DSG3 cho Reissner–Mindlin có dầm Timoshenko gia cường 34  3.2.1 Phương pháp DSG3 cho Reissner–Mindlin 34  3.2.2 Phương pháp CS–DSG3 cho Reissner–Mindlin 40  3.2.3 Phương pháp CS–DSG3 cho Reissner–Mindlin có dầm Timoshenko gia cường 47  3.3 Điều kiện biên toán 48  3.3.1 Công thức đổi trục 48  3.3.2 Điều kiện biên tựa đơn 50  3.3.3 Điều kiện biên ngàm 50  CHƯƠNG 4:  KẾT QUẢ SỐ 51  4.1 Phân tích tĩnh học 51  4.1.1 Phân tích tĩnh học vng tựa đơn, gia cường dầm theo phương x 51  4.1.2 Phân tích tĩnh học hình chữ nhật tựa đơn bốn cạnh, gia cường hai dầm chéo 56  4.2 Phân tích động học vuông ngàm bốn cạnh, gia cường dầm theo phương x 60  4.3 Phân tích ổn định tựa đơn bốn cạnh, có dầm song song theo phương x (đồng tâm) 67  CHƯƠNG 5:  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74  - vi - 5.1 Kết luận 74  5.2 Kiến nghị 74  TÀI LIỆU THAM KHẢO 76  MỘT SỐ KẾT QUẢ CÔNG BỐ ĐẠT ĐƯỢC TỪ LUẬN VĂN 79  PHỤ LỤC 81  LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 96  - vii - DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1.  Ứng dụng vỏ gia cường cơng trình cầu 1  Hình 1.2.  Ứng dụng vỏ gia cường chế tạo vỏ tàu 2  Hình 1.3.  Ứng dụng vỏ gia cường chế tạo thân máy bay 2  Hình 1.4.  Ứng dụng vỏ gia cường xây dựng 2  Hình 1.5.  Ứng dụng vỏ gia cường xây dựng 3  Hình 2.1.  Chuyển vị góc xoay lý thuyết dầm [27] 6  Hình 2.2.  Chuyển vị góc xoay lý thuyết [27] 8  Hình 2.3.  Tấm có dầm gia cường 9  Hình 2.4.  Tải ngang tác dụng lên 14  Hình 2.5.  Hệ trục tọa độ địa phương 0’rs gắn với dầm hệ trục tọa độ tổng thể đặt mặt phẳng trung hòa 15  Hình 2.6.  Chiều dương chuyển vị dầm hệ trục địa phương 15  Hình 3.1.  Mơ hình dầm 29  Hình 3.2.  Sự tương thích chuyển vị dầm 29  Hình 3.3.  Phần tử tam giác nút 34  Hình 3.4   Phần tử tam giác nút DSG3 hệ tọa độ địa phương 35  Hình 3.5.  Tam giác 1 ,  , 3 tạo tam giác (123) phương pháp CS–DSG3 cách nối trọng tâm O với nút đỉnh tam giác 41  Hình 3.6.  Hệ trục tọa độ ban đầu 48  Hình 3.7.  Hệ trục tọa độ chuyển đổi 48  Hình 3.8.  Điều kiện biên tựa đơn 50  Hình 3.9.  Điều kiện biên ngàm 50  Hình 4.1.  Lưới phần tử 51  ... TÀI PHÂN TÍCH TẤM REISSNER? ? ?MINDLIN CÓ DẦM TIMOSHENKO GIA CƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CS? ? ?DSG3 II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN Sử dụng phương pháp CS? ? ?DSG3 để phân tích tĩnh học, động học, ổn định kết cấu Reissner? ? ?Mindlin. .. Reissner? ? ?Mindlin có dầm Timoshenko gia cường 34  3.2.1 Phương pháp DSG3 cho Reissner? ? ?Mindlin 34  3.2.2 Phương pháp CS? ? ?DSG3 cho Reissner? ? ?Mindlin 40  3.2.3 Phương pháp CS? ? ?DSG3 cho Reissner? ? ?Mindlin. .. Matlab để phân tích tĩnh học, phân tích động học phân tích ổn định cho tốn kết cấu Reissner? ?? Mindlin có dầm Timoshenko gia cường Cụ thể cho Reissner? ? ?Mindlin, phần tử CS- DSG3 sử dụng, cho dầm Timoshenko,