Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CẤU KIỆN CHỊU UỐN
3.2 Thí nghiệm đo chuyển vị của dầm Tensairity có định hướng màng mỏng bất kỳ
bất kỳ
Các mô phỏng số cho thấy, ở giai đoạn thổi phồng, khi định hướng vật liệu không trùng với trục ống, sự biến thiên bán kính của ống sẽ lớn hơn 2%, vượt ra ngoài giới hạn đo được của các strain gauge hiện có. Bên cạnh đó, việc đo biến dạng của ống bằng các phương pháp khác khơng cho độ chính xác cao nên trong nghiên cứu này, tác giả không thực hiện phép đo biến dạng ống màng mỏng thổi phồng.
Ngoài ra, theo như nghiên cứu của Lê Văn Quang, chênh lệch kết quả giữa phương pháp thực nghiệm và phương pháp giải tích là lớn nên trong nghiên cứu này, các nghiên cứu thực nghiệm chỉ phục vụ mục đích quan sát ứng xử của dầm Tensairity khi định hướng vật liệu thay đổi chứ không phục vụ việc so sánh kết quả và kiểm định sự chính xác so với phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn.
Các kết quả đo được tổng hợp và vẽ thành biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị giữa dầm và áp suất thổi phồng, thực hiện cho 3 trường hợp định hướng màng mỏng và 2 bán kính ống thổi phồng khác nhau.
47
a) Ống thổi phồng có bán kính R = 0.125m
b) Ống thổi phồng có bán kính R = 0.15m
Hình 3.9. Độ võng giữa dầm Tensairity – Phương pháp neo trước
Từ các biểu đồ trong Hình 3.9, nhận thấy xu hướng biến thiên độ võng giữa dầm theo góc định hướng của vật liệu được thể hiện trong chương 2 là hoàn toàn xác thực. Theo xu hướng này, độ cứng của dầm Tensairity tăng dần khi góc định hướng tăng từ 00 đến 300.
Khi áp suất thổi phồng càng tăng thì ảnh hưởng của góc định hướng đến độ võng của dầm càng lớn. Cụ thể ở p=20kPa, R=0.15m, chuyển vị giữa dầm tương ứng với góc định hướng 0 30 = bằng 92%so với trường hợp 0 0 = , tỷ lệ này giảm 40 50 60 70 80 90 100 110 120 20 25 30 35 40 45 50 w( mm ) Áp suất p (kPa) R=0.125m
alpha=0 alpha=15 alpha=30
30 40 50 60 70 80 90 20 25 30 35 40 45 50 w( mm ) Áp suất p (kPa) R=0.15m
48 xuống còn 63% khi áp suất đạt p=50kPa.
3.3 Kết luận
Các dầm Tensairity đã được chế tạo với các đường kính ống thổi phồng khác nhau, định hướng vật liệu khác nhau. Các phép đo đạc thực nghiệm đã được tiến hành và cho thấy chuyển vị của dầm Tensairity phụ thuộc rất lớn vào áp suất thổi phồng, kích thước của dầm màng mỏng thổi phồng và phương pháp neo cáp và đặc biệt là định hướng vật liệu. Khi định hướng vật liệu thay đổi, dạng của ống thổi phồng sẽ có nhiều sự khác biệt, ảnh hưởng lớn đến lực căng trong dây cáp và từ đó ảnh hưởng đến độ cứng tổng thể của dầm, ảnh hưởng đến chuyển vị trong dầm. Kết quả đo cho thấy, với các dữ liệu được thực hiện trong thí nghiệm này, thay đổi định hướng vật liệu có thể giảm gần 40% chuyển vị của dầm. Trong trường hợp định hướng vật liệu 0
45 = , độ cứng cua dầm có thể sẽ lớn hơn nữa, giúp giảm thiểu tối đa chuyển vị của dầm mà khơng làm thay đổi kích thước dầm cũng như chi phí chế tạo.
49
KẾT LUẬN
Mục đích của luận văn này là phân tích ảnh hưởng của định hướng vật liệu đến ứng xử của dầm Tensairity – loại kết cấu chịu uốn mới được kết hợp từ 3 thành phần chính: thanh nén, dầm màng mỏng thổi phồng và hệ dây cáp nhằm tối ưu hóa khả năng chịu lực và tối ưu hóa hiệu quả sử dụng vật liệu. Các mục tiêu được đặt ra ngay từ phần đầu của luận văn đã được thực hiện và cho phép thu thập một số kết quả sau:
➢ Mơ hình phần tử hữu hạn của dầm Tensairity
Dầm Tensairity được mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn (phần mềm ABAQUS) nhằm phân tích ứng xử của dầm Tensairity. Ảnh hưởng của định hướng vật liệu đến ứng xử của dầm Tensairity đã được phân tích bằng phương pháp số.
➢ Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử của dầm Tensairity
Mơ hình dầm Tensairity theo tỷ lệ thực đã được thiết kế và chế tạo. Kích thước ống màng mỏng thổi phồng cũng như định hướng vật liệu được thay đổi nhằm phân tích ảnh hưởng của định hướng vật liệu đến ứng xử của dầm Tensairity. Các phép đo thực nghiệm đã được thực hiện nhằm quan sát ứng xử thực tế của dầm khi thay đổi định hướng vật liệu.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyen,Q.T., Contribution à l'étude du gonflage, de la flexion et du flambement de tubes membranaires orthotropes pressurisés. PhD thesis, Ecole Centrale de Nantes, 2013.
[2]. Kirsti P., Paul J., Raj K., Julian J., Chiara D., Design and impact response of 3D- printable tensegrity-inspired structures, Materials and Design 182 (2019) 107966. [3]. Yitian W., Weijia Zh., Julian J., Rui Zh., Gengkai H., Prestress-controlled asymmetric wave propagation and reciprocity-breaking in tensegrity metastructure, Extreme Mechanics Letters, Extreme Mechanics Letters 37 (2020) 100724.
[4]. Luchsinger.R, Pedretti.M, and Reinhard.A, Pressure induced stability : from pneumatic structure to tensairity. Journal of Bionics Engineering, 1(3) :141–148, 2004.
[5]. Luchsinger R, Pedretti A, Steingruber.P, and Pedretti.M, The New Structural Concept Tensairity : Basic Principles. London : A.A. Balkema Publishers, 2004. [6]. Bridgens.B.N, Gosling. P.D, and M.J.S. Birchall, Membrane material behaviour :
concepts, practise and developments. Structural Engineer, 82(14) :28–33., 2004. [7]. Cavallaro.P.V, Jonhson.M.E, and A.M. Sadegh, Mechanics of plain-woven
fabrics for inflated structures. Composite structures, 61 :375–393, 2003.
[8]. Quaglini.V, Corazza.C, and Poggi.C , Experimental characterization of orthotropic technical textiles under uniaxial and biaxial loading. Composites : Part A, 39 :1331–1342, 2008.
[9]. Galliot C. And Luchsinger .R , A simple model describing the non-linear biaxial tensile behaviour of PVCcoated polyester fabrics for use in finite element analysis. Composite Structures, 90 :437–447, 2009.
[10]. Galliot C. and Luchsinger.R, A simple model describing the non-linear biaxial tensile behaviour of PVCcoated polyester fabrics for use in finite element analysis. Composite Structures, 90 :437–447, 2009.
[11]. Guidanean K. and Williams.G, An inflatable rigidizable struss strucrure with complex joint. The 39th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structure, Structural
Dynamics and Materials Conference, California, USA, 1998
[12]. Peng.X.Q, and Cao.J, A continuum mechanics-based non-orthogonal constitutive model for woven composite fabrics. Composites : Part A, 36 :859–874, 2005. [13]. Vysochina.K, Comportement des textiles techniques souples dans le domaines
des grandes déformations : Identification de la rigidité en cisaillement plan. PhD thesis, Université Claude Bernard Lyon 1, 2005.
[14]. Nguyen .Q.T, Thomas .J.C, and Le van. A, An exact solution to calculate the lenght and radius of an orthotropic inflatable beam - a theoretical application to the determination of the material coefficients. Tensinet Symposium [RE] THINKING Lightweight Structures, Istanbul, Turkey, 2013.
[15]. Malm.C.G. Davids W.G, Peterson M.L , and Turner A.W, Experimental characterization and finite element analysis of inflated fabric beams. Construction and Building Materials, 23 :2027–2034, 2009.
[16]. Nguyen.Q.T, ThomasJ.C, and Le van .A, An analytical solution for an inflated orthotropic membrane tube with an arbitrarily oriented orthotropy basis. Engineering Structures, 56 :1080–1091, 2013.
[17]. Võ Ngọc Quang, "Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử của dầm màng mỏng thổi phồng", Luận văn thạc sĩ kỹ thuật,2018.
[18]. Luchsinger R.H., Antje S., Rene C., Structural behavior of asymmetric spindle- shaped Tensairity girders under bending loads, Thin-Walled Structures 49 (2011) 1045–1053.
[19]. Lê Văn Quang, “Nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc của dầm Tensairity”, luận văn thạc sỹ khoa học, Đà Nẵng 2018.