4.1.2.1 Giả thiết tĩnh
Tất cả các lực tác động chậm và tăng dần cho tới khi đạt đủ cường độ. Sau khi đạt đủ cường độ, lực sẽ giữ không đổi theo thời gian. Giả thiết này cho phép ta bỏ qua các lực quán tính và giảm chấn do khi gia tốc và vận tốc nhỏ thì các lực này là không đáng kể.
Trường hợp các lực tác động thay đổi theo thời gian, có thể gây nên các lực quán tính hoặc giảm chấn lớn, ta phải tính toán trong các phân tích động. Các tải động thay đổi theo thời gian và trong nhiều trường hợp gây nên các lực quán tính hoặc giảm chấn lớn không thể bỏ qua thì không áp dụng giả thiết tĩnh được.
Lưu ý:
- Việc xác định tải có áp dụng theo giả thiết tĩnh được hay không là rất quan trọng, lý do là một tải động có thể sinh ra ứng suất lớn gấp 1/(2x) lần tải tĩnh với cùng cường độ, ở đây, x là hệ số giảm chấn. Với cấu trúc ít giảm chấn, ví dụ với 5% giảm chấn, ứng suất động sẽ lớn gấp 10 lần ứng suất tĩnh. Trường hợp xấu nhất là cộng hưởng. - Có thể dùng các phân tích tĩnh để tính toán phản ứng của cấu trúc một vật quay với
tốc độ không đổi hoặc di chuyển thẳng với gia tốc không đổi, do lực quán tính sinh ra không đổi theo thời gian.
- Có thể dùng các modul phân tích Dynamic Response hoặc Nonlinear Dynamic, có trong các sản phẩm COSMOS khác, để tính toán các cấu trúc chịu tải động. Các tải động gồm có các lực giao động, va chạm và ngẫu nhiên.
- 68-
Quan hệ giữa tải và các đáp ứng sinh ra (chuyển vị, sức căng và ứng suất) là tuyến tính. Ví dụ, nếu bạn tăng tải gấp đôi, thì các đáp ứng của mô hình cũng tăng gấp đôi. Bạn có thể thực hiện các phân tích theo giả thiết tuyến tính nếu:
- Tất cả các vật liệu trong mô hình tuân theo định luật Hooke, rằng ứng suất tỷ lệ bậc nhất với sức căng. (Ta biết rằng thực tế thì ứng suất không tỷ lệ bậc nhất với sức căng, mà chỉ gần đúng như vậy. Giả thiết này nhằm đơn giản hóa tính toán và kết quả không sai lệch đáng kể với thực nghiệm).
- Các chuyển vị sinh ra là đủ nhỏ để bỏ qua sự thay đổi độ cứng do tải. (Độ cứng của một cấu trúc phụ thuộc vào hình dạng của cấu trúc đó. Khi cấu trúc chịu tải thì hình dạng của nó sẽ thay đổi, thể hiện qua chuyển vị, độ võng và góc xoay. Như vậy, nhìn chung là độ cứng của cấu trúc sẽ thay đổi khi chịu tải. Nhưng nếu tính toán chi tiết đến như vậy thì bài toán trở nên phức tạp. Giả thiết này nhằm đơn giản hóa bài toán đối với những trường hợp cấu trúc chỉ có những chuyển vị nhỏ dưới tác động ngoại lực).
- Các điều kiện biên không thay đổi trong quá trình chịu tải. Tải phải bằng hằng số về cường độ, hướng và phân bố. Chúng không thay đổi khi mô hình bị biến dạng. (Điều kiện biên bao gồm tải trọng và các ràng buộc đối với cấu trúc, như bản lề, ngàm, nhiệt độ... Giả thiết này cũng nhằm đơn giản hóa tính toán chứ thực tế không bao giờ như vậy, chúng phải thay đổi khi mô hình biến dạng.)
Như vậy, ta chỉ áp dụng phân tích tĩnh tuyến tính nếu cấu trúc có vật liệu là tuyến
tính và tải chỉ gây biến dạng nhỏ cho cấu trúc đó. Phần lớn các bài toán sức bền trên thực tế đều thỏa mãn 2 điều kiện này và ta có thể áp dụng để tính toán cho phần lớn kết cấu.