BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
BÙI VĂN TUYỂN
DAO ĐỘNG CỦA DẦM FGM CÓ LỖ RỖNG VI MÔ TRONG
MÔI TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG
Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật
Mã số : 9520101
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN S
NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT
Hà nội – 2018
Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ -
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Nguyễn Đình Kiên
Người hướng dẫn khoa học 2: TS. Trần Thanh Hải
Phản biện 1: GS.TS. Hoàng Xuân Lượng
Phản biện 2: PGS.TS. Trần Minh Tú
Phản biện 3: PGS.TS. Phan Bùi Khôi
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp
Học viện, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng
… năm 2018
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
1. Tính thời sự của đề tài luận án
Ảnh hưởng của lỗ rỗng vi (porosities) sinh ra trong quá trình
chế tạo FGM tới các đặc trưng dao động của dầm FGM được một số
tác giả nghiên cứu trong thời gian gần đây [16, 17, 18, 19]. Do dầm
FGM thường được sử dụng trong môi trường có nhiệt độ cao, nghiên
cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ tới dao động tự do cũng được một số
tác giả nghiên cứu [20, 21]. Với bài toán dao động cưỡng bức của
dầm FGM chỉu tải trọng di động, theo hiểu biết của tác giả, mới chỉ
nghiên cứu Wang Wu [22], trong đáp ứng động lực học của
dầm dầm FGM nằm trong môi trường nhiệt độ tăng đều, chịu tải
trọng di động điều hòa được tính toán bằng phương pháp Lagrange.
Cần nhấn mạnh rằng, trong [22] các tác giả chỉ xét dầm FGM hoàn
hảo (không có lỗ rỗng vi mô), có cơ tính biến đổi dọc và trường nhiệt
độ được giả định tăng đều. Về mặt toán học, trường nhiệt độ tăng
đều trường hợp riêng của trường nhiệt độ phi tuyến khá đơn
giản về mặt tính toán. Nghiên cứu dao động của dầm FGM lỗ
rỗng vi mô, chịu tải trọng di động trong môi trường nhiệt độ cao,
thế có tính khoa học và có tính thực tế cao.
2. Mục tiêu của luận án
Luận án nhằm phát triển mô hình phần tử hữu hạn dùng trong
nghiên cứu dao động của dầm FGM lỗ rỗng vi trong môi
trường nhiệt độ chịu tác dụng của tải trọng di động.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Luận án tập trung nghiên cứu dầm FGM hai pha là gốm kim
loại với tính biến đổi theo chiều cao dầm. Tải trọng tác động lên
dầm các lực tập trung hoặc lực điều hòa di động trên dầm với vận
tốc không thay đổi.
4. Phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng phương pháp giải tích phương pháp phần tử
hữu hạn, trong đó phương pháp giải tích dùng để xây dựng các
phương trình vi phân chuyển động của dầm, phương pháp phần tử
hữu hạn được sử dụng để giải phương trình chuyển động và tính toán
các đặc trưng động lực học của dầm.
2
5. Cấu trúc của luận án
Luận án gồm phần mở đầu, bốn chương, phần kết luận danh
mục c công trình của tác giả liên quan tới nội dung luận án. Các
các tài liệu tham khảo được liệt kê ở cuối luận án.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Dầm FGM
FGM thể xem như vật liệu composite mới, được tạo từ hai
hay một vài vật liệu thành phần với tỷ lệ thể tích thay đổi liên tục
theo một hoặc vài hướng không gian. So với vật liệu composite
truyền thống, FGM nhiều ưu điểm như độ bền phá hủy cao n,
hệ số cường độ tập trung ứng suất giảm, cải thiện được sự phân bố
của ứng suất dư, không làm mất tính liên tục của ứng suất, thế
tránh được các vấn đề liên quan tới hiện tượng tách lớp thường gặp
trong các vật liệu composite truyền thống. Với các ưu điểm nêu trên,
FGM tiềm năng ứng dụng trong các ngành công nghệ cao như
công nghệ hàng không, vũ trụ, lĩnh vực quân sự, công nghệ hạt nhân,
công nghệ năng lượng và cơ khí chính xác [24].
Dầm FGM, đối tượng quan m nghiên cứu trong Luận án này,
thường được tạo từ hai pha vật liệu thành phần pha gốm pha
kim loại. Tỷ lệ thể tích của các pha thành phần thay đổi theo hàm số
của một tọa độ không gian, chẳng hạn theo chiều cao của dầm
theo quy luật [3]
,
1
2
,2
1
2
n
c c m
hz
z
V V V
h
h
(1.1)
trong đó Vc, Vm tương ứng tỉ lệ thể tích của pha gốm pha kim
loại, z tọa độ theo chiều cao dầm, chỉ số n là tham số vật liệu
xác định tỷ lệ sự phân bố thể tích của vật liệu thành phần. Ngoài
quy luật (1.1), một số c giả cũng nghiên cứu dầm tính biến
đổi theo trục dầm và dầm có cơ tính biến đổi theo cả hai phương.
1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
1.2.1. Ứng xử cơ học của dầm FGM
Phương pháp giải tích truyền thống, đặc biệt phương pháp
Galerkin, được một số tác giả sử dụng trong nghiên cứu ứng xử
học của dầm FGM [35-41]. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)
3
cũng được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu dầm FGM. Một số
phần tử hữu hạn đã được đề nghị để phân tích dầm FGM trong thời
gian gần đây [59-64], trong đó phải kể tới các công trình của
Alshorbagy cộng sự [25] Mohanty đồng nghiệp [66, 67], Gan
Nguyễn Đình Kiên [70, 71, 72]. Eltaher cộng sự [73, 74] xét
tới vị trí thực của trục trung hòa trong xây dựng công thức phần tử
hữu hạn để nghiên cứu dao động tự do của dầm kích thước
macro/nano làm từ vật liệu FGM. Jin and Wang [76] sử dụng
phương pháp phần tử cầu phương để xây dựng ma trận độ cứng
ma trận khối lượng cho nghiên cứu dao động tự do của dầm FGM.
Frikha và cùng đồng nghiệp [77] phát triển phần tử dầm hỗn hợp dựa
trên lý thuyết biến dạng trượt bậc cao dùng trong phân tích uốn.
1.2.2. Dầm FGM với lỗ rỗng vi mô
Sự xuất hiện của lỗ rỗng vi m giảm độ cứng của vật liệu,
dẫn tới khả năng chịu tải thấp hơn của các phần tử kết cấu FGM.
Wattanasakulpong Ungbhakorn [18], Wattanasakulpong và
Chaikittiratana [19] đề nghị hình đơn giản, trong đó thể tích của
lỗ rỗng vi được chia đều cho c pha gốm pha kim loại để
nghiên cứu ảnh hưởng của lỗ rỗng tới dao động tự do của dầm FGM.
hình lỗ rỗng nói trên cũng được Ebrahimi Zia [79] sử dụng
trong phân tích dao động tự do phi tuyến của dầm Timoshenko làm
từ FGM. Chen cộng sự [16] đưa ra khái niệm hệ số l rỗng
(porosity coefficient) trong nghiên cứu ng xử uốn mất ổn định
của dầm FGM. Mô hình trong [16] được các tác giả mrộng cho bài
toán dao động phi tuyến của dầm sandwich với lõi FGM có lỗ
rỗng vi mô [80], dao động tdo cưỡng bức của dầm Timoshenko
làm từ FGM [81]. Shafiei Kazemi [82] mở rộng nh lỗ rỗng
trong [18, 19] sang trường hợp lỗ rỗng phân bố không đều trong mặt
phẳng thiết diện ngang để nghiên cứu bài toán mất ổn định của dầm
nano/micro làm từ FGM. hình lỗ rỗng phân bố không đều cũng
được sử dụng trong nghiên cứu dao động của dầm 2D- FGM [83].
1.2.3. Dầm FGM trong môi trường nhiệt độ
Chakraborty và cộng sự [84] xây dựng phần tử dầm Timoshenko
để nghiên cứu truyền sóng trong dầm sandwich lõi FGM với s
tăng đều của nhiệt độ môi trường. Bhangale Ganesan [85] dùng
FEM để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới tới tần số dao động