Từ nghiên cứu thực nghiệm đo tần số dao động riêng của các mẫu trụ và mẫu nón cụt làm bằng vật liệu Composite sợi thủy tinh nền polyester có cấu hình đúng trục [00/900/00/900] (thƣờng đƣợc sử dụng trong ngành đóng tàu tại Việt Nam), tác giả rút ra một số nhận xét sau:
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 1.0 1.5 2.0 f [H z] L/R H/L=0 H/L=0.25 H/L=0.5 H/L=0.75 H/L=1
116 - Kết quả đo đạc bằng thực nghiệm và kết quả tính toán bằng phƣơng pháp PTLT sai số nhỏ. Sai khác trung bình chƣa đến 10% đối với vỏ trụ (sai số lớn nhất là với vỏ trụ chứa đầy nƣớc là 17.36%), với vỏ nón cụt sai số trung bình tkhoảng 11% (lớn nhất cho tất cả các trƣờng hợp là 19.12%). Điều đó một lần nữa khẳng định khả năng sử dụng tin cậy của thuật toán và chƣơng trình tính toán trong môi trƣờng Matlab đã thiết lập.
- Ảnh hƣởng của mức nƣớc đến tần số dao động của vỏ trụ và vỏ nón cụt làm bằng Composite sợi thủy tinh/polyester không no, cấu hình đúng trục là rất lớn. Khi vỏ trụ tròn chứa đầy nƣớc, tất cả các tần số dao động đều giảm mạnh, tần số dao động đầu tiên giảm khoảng 75% so với khi không chứa nƣớc. Khi vỏ nón cụt chứa đầy nƣớc, tần số dao động đầu tiên của tất cả các mẫu nón cụt đều giảm khoảng 72% so với khi không chứa nƣớc. Sự thay đổi này khác hoàn toàn so với trƣờng hợp vỏ trụ làm bằng vật liệu Composite sợi Cacbon/nhựa epoxy và vỏ nón cụt làm bằng sợi thủy tinh/ epoxy trong các nghiên cứu ở chƣơng 3 và 4. Mức nƣớc ảnh hƣởng lớn đến tần số dao động của vỏ Composite, nhƣng vỏ làm bằng các vật liệu khác nhau thì sự ảnh hƣởng khác nhau rất nhiều. Kết luận này rất có ý nghĩa trong thực tiễn.
Các kết quả nghiên cứu trong chƣơng này đã đƣợc tác giả công bố trong Tuyển tập công trình, hội nghị khoa học toàn quốc, cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 11 năm 2013. Tài liệu này đƣợc chỉ rõ trong mục “Danh mục các công trình liên quan đến luận án đã đƣợc công bố” trong trang 120 của luận án.
117
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ
Từ các kết quả đã trình bày trong tất cả các chƣơng của luận án, một số kết luận đƣợc rút ra nhƣ sau:
Một số kết quả mới:
1. Dựa trên lý thuyết tấm bậc nhất của Reissner-Mindlin, bằng phƣơng pháp phần tử liên tục (hay phƣơng pháp độ cứng động), tác giả đã xây dựng đƣợc thuật toán và chƣơng trình máy tính để phân tích dao động tự do của một số kết cấu tấm và vỏ composite lớp với các kích thƣớc và điều kiện biên khác nhau tƣơng tác với chất lỏng.
2. Bốn chƣơng trình tính viết bằng ngôn ngữ Matlab đã đƣợc xây dựng và cho những kết quả số tin cậy. Các chƣơng trình tính này cho phép nghiên cứu dao động tự do của các dạng kết cấu:
+ Tấm Composite lớp chữ nhật đặt ngập trong chất lỏng - Chương trình VplateF. + Tấm Composite lớp đặt trên nền đàn hồi không thuần nhất - Chương trình VplateEF. + Vỏ trụ tròn Composite lớp chứa chất lỏng - Chương trình VcylF.
+ Vỏ nón cụt Composite lớp chứa chất lỏng - Chương trình VconF.
3. Thuật toán phần tử liên tục và các chƣơng trình tính trong Matlab xây dựng đƣợc theo kỹ thuật vẽ đƣờng cong đáp ứng (chuyển vị-tần số) đề xuất có nhiều ƣu điểm: số lƣợng phần tử sử dụng ít, kết quả nhanh, độ chính xác cao trong tất cả các miền tần số (thấp và cao), không phụ thuộc vào việc chia lƣới, tiết kiệm thời gian tính toán và dung lƣợng máy tính.
Kết quả số thu đƣợc cho nhiều lớp bài toán với các kết cấu tấm và vỏ composite cốt sợi/nền nhựa hữu cơ cho thấy chất lỏng đã làm giảm đáng kể (70-80%) tần số dao động riêng và làm thay đổi dạng dao động của các kết cấu so với khi không chứa chất lỏng.
4. Bộ số liệu thực nghiệm về tần số dao động riêng của vỏ trụ tròn và vỏ nón cụt Composite sợi thủy tinh/nhựa polyester tự chế tạo, chứa các mực nƣớc khác nhau là những kết quả mới và tin cậy.
5. Có thể tham khảo các kết quả tính toán số và thực nghiệm trong phân tích dao động và thiết kế các bể chứa chất lỏng, kết cấu tàu thủy vỏ Composite tại Việt Nam.
Nhận xét
1. Kết quả tính toán số về dao động của tấm Composite lớp ngâm trong nƣớc cho thấy: + Ảnh hƣởng của mức ngập nƣớc đến tần số dao động tự do của tấm chữ nhật khá rõ rệt. Đối với tấm Kim loại, tần số dao động tự do đầu tiên của tấm khi tiếp xúc với nƣớc thay đổi khoảng 14% so với khi đặt trong không khí. Đối với tấm Composite lớp dặt nổi tren mặt nƣớc, tần số dao động tự do đầu tiên giảm khoảng 69% so với tấm đặt trong không khí. Khi độ sâu nƣớc tăng lên thì tần số dao động giảm. Khi độ sâu nƣớc đạt trên một nửa chiều dài tấm thì phần trăm giảm gần bằng hằng số, tức là mặt thoáng nƣớc không còn ảnh hƣởng đến dao động của tấm chữ nhật Composite nữa.
118 + Sự suy giảm của tần số dao động riêng của tấm Composite ngâm trong chất lỏng phụ thuộc vào cấu hình vật liệu, khối lƣợng riêng, vào tính dị hƣớng, kích thƣớc tấm và điều kiện biên.
+ Khi tấm Composite lớp chữ nhật đặt trên nền đàn hồi không thuần nhất gồm nhiều đoạn nền, dộ cứng của nền Winkler hoặc nền Pasternak trên các đoạn nền ảnh hƣởng nhiều đến tần số dao động tự do của cả tấm.
2. Kết quả tính toán số về dao động tự do của vỏ trụ tròn và vỏ nón cụt Composite lớp chứa nƣớc cho thấy:
+ Mức nƣớc chứa trong vỏ trụ tròn Composite lớp làm giảm mạnh mẽ tất cả các tần số dao động riêng của vỏ trụ, phần trăm giảm phụ thuộc vào từng loại vật liệu Composite, hình học, cấu hình vật liệu và điều kiện biên. Chẳng hạn, với vỏ trụ tròn Composite sợi Cacbon/epoxy đƣợc xét trong luận án, khi mức nƣớc H/L=0.25, tần số dao động tự do đầu tiên giảm khoảng 5% nhƣng khi trụ chứa đầy nƣớc tần số này giảm khoảng 46%. Với vỏ trụ Composite sợi thủy tinh/ nhựa Polyester chứa đầy nƣớc, tần số trên giảm đến 72%.
+ Khi vỏ trụ Composite lớp chứa nƣớc, ảnh hƣởng của các thông số hình học vỏ trụ, số lớp vật liệu đến tần số dao động tự do cũng đƣợc xét đến.
+ Tƣơng tự, khi vỏ nón cụt Composite sợi thủy/epoxy chứa đầy nƣớc, tần số dao động đầu tiên giảm 39.86%, nhƣng với vỏ nón cụt thủy tinh/polyester thì tần số trên giảm 76% so với các nón cụt khô.
3. Về nghiên cứu thực nghiệm:
Các thí nghiệm đo dao động tự do của các mẫu tự chế tạo dạng trụ tròn và nón cụt với các thông số hình học khác nhau làm bằng vật liệu Composite sợi thủy tinh/ nền polyester không no, cấu hình [0o/90o/0o/90o], ngàm một đầu, đầu kia tự do, chứa các mức nƣớc khác nhau đƣợc tiến hành và xử lý nghiêm túc. Các kết quả thí nghiệm khá sát với kết quả tính bằng PTLT (sai lệch trung bình trên dƣới 10%). Các kết quả thí nghiệm cũng khẳng định rằng: mực nƣớc chứa trong các vỏ trụ và vỏ nón cụt Composite thủy tinh/polyester đã làm giảm mạnh tần số dao động riêng của kết cấu ƣớt so với kết cấu khô. Với ba mẫu trụ tròn Composite có độ dài khác nhau, khi chứa đầy nƣớc tần số dao động đầu tiên giảm khoảng 75% so với trụ khô; trong khi đó, tần số dao động đầu tiên của ba mẫu nón cụt chứa đầy nƣớc giảm khoảng 70% so với nón cụt khô. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm là mới, tin cậy và những dữ liệu tốt để so sánh với các kết quả tính toán số khác.
Những kết quả nghiên cứu định lƣợng về dao động của tấm và vỏ tròn xoay Composite lớp có xét đến tƣơng tác với chất lỏng ở trên đã khẳng định rõ ảnh hƣởng của môi trƣờng chất lỏng đến dao động tự do của kết cấu Composite khảo sát. Rõ ràng, không thể bỏ qua ảnh hƣởng này mà còn phải đặc biệt chú ý trong tính toán, thiết kế và chế tạo các kết cấu Composite làm việc trong các môi trƣờng chất lỏng.
119
Kiến nghị:
Trên cơ sở các nội dung và các kết quả nghiên cứu đã trình bày, có thể đề xuất một số nội dung cần tiếp tục nghiên cứu nhƣ sau:
+ Nghiên cứu xây dựng thuật toán bằng phƣơng pháp phần tử liên tục và viết chƣơng trình cho các bài toán dao động tự do của các dạng kết cấu Composite có hình dạng khác nhau: tấm xiên, vỏ cầu, vỏ có độ cong bất kỳ, kết cấu Composite có gân gia cƣờng v.v… tƣơng tác với chất lỏng.
+ Phát triển thuật toán bằng phƣơng pháp phần tử liên tục cho bài toán dao động tự do của tấm và vỏ làm bằng vật liệu Comoposite Sandwich và Composite FGM tƣơng tác với chất lỏng và đặt trên nền đàn hồi.
120
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ ĐƢỢC CÔNG BỐ
1. Tạ Thị Hiền, Trần Ích Thịnh, Nguyễn Mạnh Cƣờng (2010), Vibration analysis of thick laminated composite cylindrical shells by Continuous Element Method – Tuyển tập công trình, HN khoa học toàn quốc, cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 10, 253-260.
2. Tạ Thị Hiền, Trần Ích Thịnh, Nguyễn Mạnh Cƣờng, Đinh Gia Ninh (2012), Dynamic stiffness matrix of Continuous Element for free vibration analysis of laminated composite plates using FSDT - Proceedings of the Internationl conference on engineering Mechanics and Automation - ICEMA 2, 309-318.
3. Nguyễn Mạnh Cƣờng, Trần Ích Thịnh, Tạ Thị Hiền (2012), Vibration analysis of thick laminated composite conical shells by Continuous Element Method – Tuyển tập công trình khoa học, HN cơ học toàn quốc lần thứ 9, 183-194.
4. Đinh Gia Ninh, Trần Ích Thịnh, Nguyễn Mạnh Cƣờng, Tạ Thị Hiền (2012), Vibration analysis of laminate Composite Plate on Foundation bay Continuous Element method – Tuyển tập công trình khoa học, HN cơ học toàn quốc lần thứ 9, 790-800.
5. Tạ Thị Hiền, Trần Ích Thịnh, Nguyễn Mạnh Cƣờng (2013), Numerical analysis of free vibration of cross-ply thick laminated Composite cylindrical shells by continuous element method - Vietnam Journal of Mechanics, VAST, Vol. 35, No. 1, pp. 17 – 33.
6. Nguyễn Mạnh Cƣờng, Trần Ích Thịnh, Tạ Thị Hiền, Đinh Gia Ninh (2013), Free vibration of thick Composite plated on non-homogeneous elastic foundations by dynamic stiffness method - Vietnam Journal of Mechanics, VAST, Vol. 35, No. 4, pp. 257 – 274. 7. Nguyễn Mạnh Cƣờng, Trần Ích Thịnh, Tạ Thị Hiền (2013), Vibration of a cross-ply
laminated Composite circular cylindrical shell filled with fluid - Tuyển tập công trình, Hội nghị khoa học toàn quốc, cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 11, 315-328.
8. Trần Ích Thịnh, Tạ Thị Hiền, Nguyễn Mạnh Cƣờng (2013), Theoretical-Experimental studies on free vibration of glass fiber/polyester composite cylindrical shells containing fluid – Tuyển tập công trình, Hội nghị khoa học toàn quốc, cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 11, 814-825.
9. Đinh Gia Ninh, Trần Ích Thịnh, Nguyễn Mạnh Cƣờng , Tạ Thị Hiền (2013), Vibration of Laminated Composite Plates in Fluid – Tuyển tập công trình, Hội nghị khoa học toàn quốc, cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 11, 1118-1127.
121
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Đào Huy Bích, Vũ Khắc Bảy (1999). Tính toán phi tuyến vỏ trụ composite lớp. Tuyển tập các công trình khoa học Hội nghị cơ học vật rắn biến dạng toàn quốc lần thứ VII 2. Đào Huy Bích, Vũ Đỗ Long (2007). Dao động phi tuyến của vỏ composite lớp có gân gia
cƣờng lệch tâm, 21- Tuyển tập các công trình khoa học - Hội nghị cơ học toàn quốc lần thứ 8, Hà Nội.
3. Bùi Văn Bình (2013). Mô hình hóa và tính toán số kết cấu tấm composite gấp nếp, lƣợn sóng. Luận án Tiến sĩ kỹ thuật. ĐHBK Hà Nội.
4. Nguyễn Thái Chung, Hoàng Xuân Lƣợng, Nguyễn Thị Thanh Xuân (2012). Dao động của tấm composite áp điện chịu tác dụng đồng thời của tải trọng cơ – nhiệt, 124. Tuyển tập các công trình khoa học - Hội nghị cơ học toàn quốc lần thứ 10, Hà Nội.
5. Nguyễn Thái Chung, Vũ Quốc Trụ, Lê Thúc Định (2012). Dao động của tấm composite chịu tác dụng của lực khí động, 156. Tuyển tập các công trình khoa học - Hội nghị cơ học toàn quốc lần thứ 10, Hà Nội.
6. Đào Văn Dũng, Nguyễn Thị Nga (2012). On the Nonlinear Post-Buckling Behavior of Imperfect Functionally Graded Cylindrical Panels Taking into Account the Thickness Dependent Poisson’s Ratio, 204. Tuyển tập các công trình khoa học - Hội nghị cơ học toàn quốc lần thứ 10, Hà Nội.
7. Nguyễn Văn Đạt (2005) Nghiên cứu thiết kế hệ thống bệ máy đáy tàu vỏ composite trong bài toán chống rung - Luận án Tiến sĩ kỹ thuật.
8. Phạm Tiến Đạt, Khúc Văn Phú (2004). Giải bài toán tấm Composite lớp có xét đến yếu tố phi tuyến hình học- Tuyển tập các công trình khoa học Hội nghị cơ học vật rắn biến dạng toàn quốc lần thứ VII.
9. Phạm Tiến Đạt, (1998). Nghiên cứu bài toán tĩnh và động kết cấu tấm composite nhiều lớp - Luận án Tiến sĩ kỹ thuật.
10.Phạm Tiến Đạt, Hoàng Xuân Lƣợng, Nguyễn Thái Chung, Lê Văn Dân (2006). Tính toán dao động riêng của tấm chữ nhật có gân tăng cƣờng, 272 - Tuyển tập các công trình khoa học Hội nghị cơ học vật rắn biến dạng toàn quốc lần thứ 7 - Thái nguyên
11.Nguyễn Đình Đức, Đinh Văn Đạt, Đỗ Nam (2012). Dao động phi tuyến và đáp ứng động lực học của tấm composite polyme 3 pha có gân gia cƣờng lệch tâm và không hoàn hảo hình dáng ban đầu - 313. Tuyển tập các công trình khoa học - Hội nghị cơ học toàn quốc lần thứ 10, Hà Nội.
12.Nguyễn Xuân Hùng (1999). Động lực học công trình trên biển - Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
13.Ngô Nhƣ Khoa (2002). Mô hình hóa và tính toán số vật liệu, kết cấu composite lớp. Luận án - Tiến sĩ kỹ thuật - Đại học Bách khoa Hà nội.
122 14.Nguyễn Tiến Khiêm, Trần Văn Liên, Lê Khánh Toàn (2004). Xác định tải trọng sóng tác động lên kết cấu khung theo phƣơng pháp ma trận độ cứng động lực, 417 – Tuyển tập công trình khoa học hội nghị cơ học vật rắn biến dạng toàn quốc lần thứ 7.
15.Vũ Đỗ Long (2006). Tính toán phi tuyến vỏ thoải Composite lớp, 463 - Tuyển tập các công trình khoa học Hội nghị cơ học vật rắn biến dạng toàn quốc lần thứ 8 - Thái Nguyên.
16.Hoàng Xuân Lƣợng, Nguyễn Thái Chung, Trƣơng Thị Hƣơng Huyền (2012). Phân tích động lực vỏ trụ thoải composite áp điện có xét đến yếu tố phi tuyến hình học, 692 - Tuyển tập các công trình khoa học - Hội nghị cơ học toàn quốc lần thứ 10, Hà Nội. 17.Hoàng Xuân Lƣợng, Phạm Tiến Đạt, Nguyễn Thái Chung, Lê Văn Dân (2006). Tính toán
dao động riêng của vỏ trụ thoải composite lớp, 512 - tuyển tập hội nghị cơ học vật rắn biến dạng lần thứ 8, Thái Nguyên.
18.Hoàng Xuân Lƣợng, Phạm Tiến Đạt, Nguyễn Thái Chung, Lê Văn Dân (2006). Tính toán dao động riêng của vỏ trụ thoải composite lớp, 512. Tuyển tập các công trình khoa học Hội nghị cơ học vật rắn biến dạng toàn quốc lần thứ 8 - Thái Nguyên.
19.Đinh Khắc Minh (2011). Tính toán uốn tấm composite polume ba pha trong kết cấu tàu thủy - Luận án tiến sĩ kỹ thuật. Đại học Hàng hải
20.Lê Kim Ngọc, (2010). Tính toán tĩnh và dao động của kết cấu tấm composite áp điện - Luận án Tiến sỹ kỹ thuật. ĐHBK Hà Nội.
21.Khúc Văn Phú (2006). Nghiên cứu ổn định của tấm composte lớp có kể đến yếu tố phi tuyến hình học - Luận án tiến sĩ kỹ thuật. HVKTQS.
22.Khúc Văn Phú, Lê Văn Dân. Dao động tấm composite lớp có dạng lƣợn sóng, 438 - Tuyển tập các công trình khoa học - Hội nghị cơ học toàn quốc lần thứ 8, Hà Nội.