(Đề tài NCKH) phân tích kết cấu tấm vỏ bằng phần tử vỏ khối có trường biến dạng trơnv

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG PHÂN TÍCH KẾT CẤU TẤM VỎ BẰNG PHẦN TỬ VỎ KHỐI CÓ TRƯỜNG BIẾN DẠNG TRƠN MÃ SỐ: T2019 SKC006881 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM PHÂN TÍCH KẾT CẤU TẤM VỎ BẰNG PHẦN TỬ VỎ KHỐI CÓ TRƯỜNG BIẾN DẠNG TRƠN Mã số: T2019-73TĐ Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Châu Đình Thành TP HCM, 7/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM PHÂN TÍCH KẾT CẤU TẤM VỎ BẰNG PHẦN TỬ VỎ KHỐI CÓ TRƯỜNG BIẾN DẠNG TRƠN Mã số: T2019-73TĐ Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Châu Đình Thành TP HCM, 7/2020 DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Châu Đình Thành Khoa Xây Dựng, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU INFORMATION ON RESEARCH RESULTS Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2 Tính cấp thiết 1.3 Mục tiêu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Cách tiếp cận 1.5.2 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Nội dung nghiên cứu Chương 2: CÔNG THỨC PHẦN TỬ VỎ KHỐI NÚT ĐƯỢC LÀM TRƠN TRÊN MIỀN PHẦN TỬ CSn-S8 2.1 Xấp xỉ hình học chuyển vị 2.2 Trường biến dạng ứng suất 2.3 Xấp xỉ trường biến dạng 2.3.1 Kỹ thuật khử khóa cắt 2.3.2 Kỹ thuật khử khóa hình thang 2.3.3 Kỹ thuật xấp xỉ biến dạng uốn 2.3.4 Kỹ thuật làm trơn biến dạng màng miền phần tử (CS) 2.4 Ma trận độ cứng phần tử vỏ khối nút làm trơn CSn-S8 Chương 3: VÍ DỤ SỐ 3.1 Tấm kéo nén Cook 3.2 Tấm vuông chịu uốn 3.3 Tấm chữ nhật chịu uốn 3.4 Tấm thoi chịu uốn 3.5 Vỏ mái Scordellis-Lo 3.6 Vỏ hình trụ Vỏ bán cầu có lỗ 18o 3.7 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận 4.2 Kiến nghị iii TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT PP PTHH Phương pháp phần tử hữu hạn PP PTHH trơn Phương pháp phần tử hữu hạn trơn CS Làm trơn miền phần tử ES Làm trơn cạnh NS Làm trơn nút ANS Giả sử biến dạng tự nhiên EAS Giả sử biến dạng nâng cao MITC Các thành phần ten-xơ nội suy hỗn hợp DSG Discrete Shear Gap MIN Mindlin v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Định nghĩa hình học tọa độ nút phần tử vỏ khối nút Hình 2.2: Vị trí điểm buộc A1, A2, A3, A4 hệ tọa độ tự nhiên dùng xấp xỉ biến dạng cắt mặt phẳng kỹ thuật khử khóa cắt MITC4 13 Hình 2.3: Vị trí điểm buộc B1, B2, B3, B4 hệ tọa độ tự nhiên dùng xấp xỉ biến dạng thẳng mặt phẳng kỹ thuật khử khóa hình thang 14 Hình 2.4: Chia mặt trung bình phần tử thành miền làm trơn cs giá trị hàm dạng (N1,N2,N3,N4) điểm Gauss biên miền làm trơn tương ứng với (a) 1, (b) 2, (c) (d) miền làm trơn 16 Hình 3.1: Hình học, điều kiện biên, tải trọng lưới phần tử Nx Ny = 4 Cook 19 Hình 3.2: So sánh chuyển vị thẳng đứng điểm A Cook cho phần tử vỏ khối đề xuất phần tử tham khảo lưới phần tử mịn dần 20 Hình 3.3: Hình học, điều kiện biên ngàm cạnh, tải trọng thẳng đứng phân bố lưới phần tử Nx Ny = 4 vuông 21 Hình 3.4: Hình học, điều kiện biên đối xứng, tải trọng thẳng đứng tập trung lưới phần tử Nx Ny = 4 chữ nhật ngàm cạnh 22 Hình 3.5: Tốc độ hội tụ độ xác độ võng tâm (a) Tấm vuông (b) Tấm chữ nhật ngàm cạnh chịu lực tập trung thẳng đứng tâm 23 Hình 3.6: Hình học, tải trọng thẳng đứng phân bố lưới phần tử Nx Ny = 4 hình thoi tựa đơn cạnh 24 Hình 3.7: Hình học, điều kiện biên lưới phần tử Nx = Ny = vỏ Scordellis-Lo 25 Hình 3.8: Độ hội tụ xác độ võng điểm A vỏ mái Scordellis-Lo 26 Hình 3.9: Hình học, điều kiện biên, tải tập trung lưới phần tử 4 vỏ trụ 27 Hình 3.10: Độ hội tụ xác chuyển vị thẳng điểm A vỏ trụ 28 Hình 3.11: Hình học, điều kiện biên, tải tập trung lưới phần tử 2 vỏ bán cầu o có lỗ 18 mơ 1/4 vỏ 29 Hình 3.12: Độ hội tụ xác chuyển vị thẳng theo phương X điểm A vỏ o bán cầu có lỗ 18 chịu tải trọng tập trung 30 vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Độ võng chuẩn hóa tâm vng ngàm cạnh chịu tải trọng thẳng đứng -3 phân bố với tỉ số h/L = 10 22 Bảng 3.2: Độ võng chuẩn hóa tâm vuông ngàm cạnh chịu tải trọng thẳng đứng -3 -8 phân bố đều, chia lưới 16 16 phần tử với tỉ số h/L từ 10 đến 10 22 Bảng 3.3: Độ võng tâm hình thoi tựa đơn cạnh chịu tải trọng phân bố 25 Bảng 3.4: Độ võng điểm A vỏ mái Scordellis-Lo chịu trọng lượng thân .26 Bảng 3.5: Chuyển vị thẳng điểm A vỏ trụ chịu tải trọng tập trung 28 o Bảng 3.6: Chuyển vị thẳng theo phương X điểm A vỏ bán cầu có lỗ 18 .29 vii TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA XÂY DỰNG Tp HCM, ngày 25 tháng năm 2020 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: Phân tích kết cấu vỏ phần tử vỏ khối có trường biến dạng trơn - Mã số: T2019-73TĐ - Chủ nhiệm: Châu Đình Thành - Cơ quan chủ trì: Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM - Thời gian thực hiện: 12 tháng Mục tiêu: Phát triển đ ánh giá hiệu công thức PTHH vỏ khối nút có sử dụng trường biến dạng trơn miền phần tử phân tích tĩnh số kết cấu vỏ điển hình Tính sáng tạo: Cơng thức PTHH vỏ khối nút CSn-S8 có khả khử khóa cắt, khóa màng khóa hình thang phát tri ển để phân tích tĩnh kết cấu vỏ đồng Biến dạng uốn phần tử đề xuất lần thiết lập dự a xấp xỉ biến dạng uốn phần tử vỏ suy biến Biến dạng màng phần tử đề xuất làm trơn miền trơn xác định cách chia mặt trung bình phần tử thành 1, 2, miền dựa kỹ thuật làm trơn miền phần tử (CS) Kết nghiên cứu: Phần tử vỏ khối nút CSn-S8 áp dụng để phân tích tĩnh số tốn vỏ đồng có đ iều kiện biên tải trọng khác Kết tính tốn độ võng cho thấy tính xác hiệu phần tử đề xuất so với số lời giải tham khảo Sản phẩm: 01 báo đăng tạp chí quốc tế ESCI Thanh Chau-Dinh, Nhat Le-Tran, An 8-node solid-shell finite element based on assumed bending strains and cell-based smoothed membrane strains for static analysis of plates and shells, Journal of Applied and Computational Mechanics, 2020 Đào tạo học viên cao học Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: K ết phân tích tĩnh vỏ đồng phần tử vỏ khối nút đề xuất CSn-Q8 kết tham khảo tin cậy để so sánh đánh giá nghiên cứu khác viii 112 Thanh Chau-Dinh, Nhat Le-Tran, Vol x, No x, 20xx Strains and Cell-Based Smoothed Membrane Strains for Static Analysis of Plates and Shells, J Appl Comput Mech., xx(x), 20xx, x–xx https://doi.org/10.22055/JACM.2020.34192.2353 Journal of Applied and Computatio nal Mechanics, Vol xx, No x, (20xx), xx-xx B0 crAo DUC vA DAo rAo TRtr0NG DAr HQC SU Pr4M rff THUAT THANH PHO HO CHI MINH S6: s6OIQD-DHSPKT viQc giao tIE VB slr PHAM xV rHuAr rp Hb cui MrNH Cin crl Quy6t dinh s6 LLB/2000/QD-TTg 10 th6ng 10 nim 2000 cria Thir HIEU TRITONG TRLT0NG DAr Hoc tudng Chinh phri vB vi6c thay eldi td ch*c cfia D4i hqc Qu6c gia TP Hb Chf Minh, tdch Trulng Dai hoc Su ph4m Kf thu4t TP Hb Chi Minh tnrc thu6c Bd Gi6o duc vi Dio t?o CIn cfr Quy6t clinh s6 70/2074/QD-TTg ngey 70/t2/2014 ct.r- Thfi tudng Chfnh phti vE ban hinh DiEu lQ trudng Dai hoc Cin crl Thdng tu s6 75/201,4/TT-BGDDT ngiy 15/5/2014 ctra 86 Gi6o dgc vd Dio t4o vE viQc Ban hinh Qui chd dlo tao trinh dd thac si; Cln ctr vho Bi6n bAn bAo vQ Chuy6n dE cria ngdnh Ki thu4t xAy dung c6ng trinh dAn dung vi c6ng nghiQp v)o ngiy 77 /02/20L7; X6t nhu chu cdng tdc vi khA ning cdn b6; X6t dE nghi cria Tru&ng phdng Dio tao, DiEu Giao clb n5m 2017 cho: HQc vi6n Nglnh TOn iIE D!NH: QUYfr tii LuAn vin tdt nghiOp thqc si vi nguli hudng d5n Cao hgc : L€ Trhn NhAt MSHV:1620808 K! thuQtxdy dqrng cdng trinh ddn dqtng vd cdng nghiQp : Phdt tridn phwang phdp phdn ttr htru hgn tran cho : t)i phhn tft vd khdi dilng phdn tfch kdt cdu vd Nguli hudng d5n : TS Chdu Dinh Thdnh Thdi gian thUc hiqn: tir ngdy 27/02/2077 ddn ngqy 27/S/2077 DiEu Giao cho Phdng D)o tao quAn l1f, thqc hi6n theo ching Qui chd dio t4o trinh cl6 thac si cria BQ Gi6o dgc & Ddo t4o ban hAnh Ong DiEu Tru&ng cdc don vi, phdng Dio t4o, c6c Khoa quan ngdnh cao hoc vir cdc c6 tdn tai DiEu chiu trdch nhi€m thi hinh quydt niy L [Bi) 'Quy6t dinh c6 hi6u h.rc kd tir ngey 'tf ki./ \ Clinh \ \ Nd nhdn : - BGH (d6bi6t); Nhu cliEu 2, 3; - Luu:VT, SDH (3bJ {lHoC SiJPH,qM KY i iiUAT Hgp ooxcrntr c qrpN DE TAr NGHITN CUU KHOA HQC c,{p TnIIOTVG TRONG DTE,M NAM 2019 Cdn crlr Lu{t Khoa hgc vi Cdng nghQ ngiry 181612013; \ Cen crl Quyi5t dinh si5 937lQD-TTg ngiy 30 th6ng nlm 2017 cia Thri tu6ng Chinh vA viQc mi di6m a6,i mdi co chti hoat ttQng cua Trulng Eai hqc Su ph4m K! thuf,t TP HCM; phQ duyQt Ad ran CIn cri Quytit dM s6 1O27/QD-DHSPKT ngiry 201612018 cria Trudng E4i.hgc Su ph4m K! thuft Tp HCM v€ vi0c ban hinh quy dinh vO quan t)t de tai Khoa hgc vi C6ng nghQ c6p Truong; Cen crl gi6y riy quyAn s6 :Struq-OHSPKT, ngity 2011112018; CIn cft Danh mgc dd tai, Thuy6t minh d6 tdi c6p Trudng trgng di6m dd tlugc phO duyQt; B0n A: Truong Dai hqc Su phamJ(! thu6t Thanh ptrti ftO Chi Minh Do Ong: PGS TS L0 Hi6u Giang Chfrc v.u: Ph6 HiQu truong Trudrng DHSPKT TPHCM ldm dai diQn Sti niputai khoAn: 3712.1.1055501.00000 - Kho b4c Nhi nudc Thri Dric ThAnh pU6 ftO Cfri Minh ho{c 3141.0000.247673 BGn - Ng6n hang TMCP Diu tu vi Ph6t tri6n ViQt Nam - CN D6ng Sii gdn B: 6ng @n): ChAu Dinh Thirnh - cht nhi€m d€ tai Don vf c6ng t6c: Khoa XAy dpg s6 hiQu tii khoan: 1410001 135683 Tai Ngdn hang: BIDV - CN D6ng ' Sii Gdn Sau the; lufln vi ban bac,'chringt6i th