Mô hình hóa dầm gỗ liên hợp hiện đại bằng phần tử hữu hạn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Mô hình hóa dầm gỗ liên hợp hiện đại bằng phần tử hữu hạn giới thiệu một mô hình số bằng phần tử hữu hạn, cho phép mô tả ứng xử cơ học tổng thể của dầm Glued Laminated Timber, bao gồm ứng xử cơ học của liên kết mộng răng lược, liên kết keo dán và của gỗ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Mô hình hóa dầm gỗ liên hợp hiện đại bằng phần tử hữu hạn

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2017. ISBN: 978-604-82-2274-1 MÔ HÌNH HÓA DẦM GỖ LIÊN HỢP HIỆN ĐẠI BẰNG PHẦN TỬ HỮU HẠN Trần Văn Đăng Trường Đại học Thủy lợi, email: tranvandang@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG Hình 2 thể hiện đường cong biến dạng- ứng suất của gỗ chịu nén và chịu kéo theo Trong xu thế chung của ngành xây dựng phương ngang thớ và dọc thớ. Ta có thể thấy công trình thế giới, các giải pháp xử dụng vật rằng ứng xử cơ học của gỗ theo các phương liệu xanh, vừa thân thiện với môi trường, vừa là khác nhau. Cường độ chịu kéo lớn hơn đảm bảo khả năng chịu lực, đã được ưu tiên đáng kể so với khi chịu nén. Khi chịu kéo gỗ phát triển và ứng dụng rộng rãi. bị phá hoại dòn, ngược lại, khi chịu nén, gỗ Kết cấu gỗ liên hợp hiện đại, tên tiếng anh có một thềm phá hoại từ từ. là Glued Laminated Timber (GLT)), được sử dụng như là một trong các giải pháp hiện nay. GLT là một kết cấu dầm (cột) được tạo thành từ nhiều phiến dầm được liên kết với nhau bằng keo. GLT có ưu thế vượt trội so với gỗ thịt về khả năng chịu lực. Có rất nhiều nghiên cứu liên quan đến xây dựng mô hình số, mô tả ứng xử cơ học của liên kết mộng răng lược, một thành phần Hình 1. (a) Phương dọc và phương bán kính; quan trọng của dầm GLT. Trong báo cáo này, (b) Phương trực giao T và R tác giả sẽ giới thiệu một mô hình số bằng phần tử hữu hạn, cho phép mô tả ứng xử cơ Ứng suất (MPa) học tổng thể của dầm GLT, bao gồm ứng xử Kéo phương L cơ học của liên kết mộng răng lược, liên kết keo dán và của gỗ. Kết quả của mô hình số sẽ được so sánh và kiểm chứng qua kết quả thực nghiệm. Phần nghiên cứu thực nghiệm, tác Nén phương L giả đã giới thiệu trong tuyển tập của hội nghị KHTN năm 2016. Nén phương T 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nén phương R 2.1. Ứng xử cơ học của vật liệu Biến dạng (%) 2.1.1. Ứng xử cơ học của gỗ Hình 2. Đường cong đặc trưng ứng suất - biến dạng của gỗ Gỗ là một vật liệu tự nhiên, trong mô hình lý tưởng, gỗ có thể được xem là vật liệu đồng Ứng xử cơ học đàn hồi tuyến tính của gỗ nhất, làm việc theo ba phương chính L, T, R được giả thiết tuôn theo định luật Hooke, có (Hình 1). phương trình quan hệ ứng suất - biến dạng sau: 72
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2017. ISBN: 978-604-82-2274-1 ⎡ 1 ν RL ν TL ⎤ ⎛σ n ⎞ ⎡ K nn K ns K nt ⎤ ⎛ δ n ⎞ − − 0 0 0 ⎥ ⎢ E ⎜ ⎟ ⎢ ⎜ ⎟ K st ⎥⎥ ⎜ δ s ⎟ ER ET ⎢ L ⎢ ν LR 1 ν TR ⎥ ⎜ σ s ⎟ = ⎢ K sn K ss ⎛ ε L ⎞ ⎢− − 0 0 0 ⎥⎛σ L ⎞ ⎜σ ⎟ ⎜ ⎟ ER ER ET ⎥⎜ ⎟ ⎝ t ⎠ ⎢⎣ K tn K ts K tt ⎥⎦ ⎜⎝ δ t ⎟⎠ ⎜ ε R ⎟ ⎢ ν LT ν RT 1 ⎥⎜σ R ⎟ ⎜ ε ⎟ ⎢− − 0 0 0 ⎥⎜ ⎟ Điểm giới hạn phá hoại của liên kết keo ⎜ T ⎟ = ⎢ EL ER ET ⎥⎜σ T ⎟ ⎜ γ RT ⎟ ⎢ 0 ⎥ dán được định nghĩa bởi tiêu chuẩn bậc 2 của 0 ⎥⎜⎜τ RT ⎟⎟ 1 ⎜ ⎟ ⎢ 0 0 0 2GRT ứng suất cực đại: ⎜ γ LT ⎟ ⎢ ⎥⎜τ LT ⎟ ⎜γ ⎟ ⎢ 0 1 ⎝ LR ⎠ ⎢ 0 0 0 0 ⎥⎜⎝τ LR ⎟⎠ 2 2 2 2GLT ⎥ ⎛σn ⎞ ⎛σ ⎞ ⎛ σ ⎞ ⎢ 1 ⎥⎥ ⎜⎜ 0 ⎟⎟ + ⎜⎜ s0 ⎟⎟ + ⎜⎜ 0t ⎟⎟ = 1 ⎢ 0 ⎢⎣ 0 0 0 0 2GLR ⎥⎦ ⎝σn ⎠ ⎝σ s ⎠ ⎝σt ⎠ Ứng xử cơ học đàn dẻo của gỗ được mô tả Để mô phỏng sự mất mát ứng suất, trong theo tiêu chuẩn bậc 2 của Hill. Tiêu chuẩn giai đoạn phá hoại, định luật phát triển tuyến Hill là một dạng mở rộng của tiêu chuẩn tính được áp dụng, sử dụng tham số D, thể Von - Mises. Nó được thể hiện bằng mối hiện bằng mối quan hệ sau: quan hệ sau: ⎧ (1 − D ) σ ⎧σ ≥ 0 ( ) ϕ σij = F ( σ22 −σ33 ) +G( σ33 −σ11) + H ( σ11 −σ22 ) + 2Lσ223 + 2 2 2 σ n = ⎨ n ⇔ ⎨ n 2 2 ⎩ σn ⎩σ n < 0 + 2Mσ31 + 2Nσ12 Trong đó: σ s = (1 − D ) σ s Để miêu tả ứng xử cơ học phá hoại dòn σ t = (1 − D ) σ t của gỗ, tiêu chuẩn Hoffman đã được sử dụng, có phương trình quan hệ sau: 2.2. Mô hình phần tử hữu hạn C1 (σ y − σ z ) + C 2 (σ z − σ x ) + C 3 (σ x − σ y ) + 2 2 2 Trong nghiên cứu này, phần mềm C 4σ x + C 5σ y + C 6σ z + C 7τ yz2 + C 8τ xz2 + C 9τ xy2 = 1 ABAQUS được sử dụng, để mô hình hóa các thí nghiệm uốn 4 điểm của dầm liên hợp, 2.1.2. Ứng xử cơ học của liên kết keo dán gồm 2 phiến. Ứng xử cơ học của liên kết keo dán phụ Dạng phần tử tam giác, gồm 3 nút, ở trạng thuộc vào các đặc tính của vật liệu keo được thái ứng suất phẳng, được sử dụng để xây sử dung. Ứng xử cơ học của liên kết keo dán dựng mô hình. Kích thước phần tử lớn nhất là được giả thiết đàn hồi tuyến tính, tuân theo 10mm. Tại các vị trí gần liên kết keo, các quy luật kéo-tách rời (traction-separation) phần tử được làm mịn tới 1mm (Hình 5). (Hình 3). Traction Hình 5. Mô hình phần tử hữu hạn Separation 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Kết quả của mô hình số được thể hiện Hình 3. Ứng xử cơ học đàn hồi tuyến tính trong hình 6, đó là đường cong lực - chuyển của liên kết keo dán (traction-separation) vị giữa dầm. Khi so sánh với đường cong Phương trình đặc trưng của quy luật thực nghiệm, kết quả thể hiện tốt cho trường traction - separation như sau hợp dầm, 2 phiến. Đường cong của mô hình 73
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2017. ISBN: 978-604-82-2274-1 số thể hiện được đặc trưng ứng xử cơ học của 4. KẾT LUẬN dầm liên hợp. Sức kháng của dầm được mô Trong nghiên cứu này, mô hình số bằng hình số dự báo chỉ sai khác 2,3% so với thực phần tử hữu hạn, mô tả ứng xử cơ học của nghiệm, và 7,7% đối với chuyển vị (Bảng 1). dầm gỗ liên hợp hiện đại, đã được xây dựng Lực (N) hoàn thiện, và có thể dự báo ứng xử cơ học đặc trưng của loại dầm này. Mô hình số cho phép dự báo sức kháng, chuyển vị của dầm với độ chính xác cao. Mô hình số hoàn thiện góp phần giảm được việc thực hiện nhiều thí nghiệm, tốn kém và mất nhiều thời gian. 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dassault Systèmes Simulia Corp. (2008), ABAQUS theory manual. Providence, Rhode Island, USA. [2] R. Hill (1948). A theory of yielding and plastic Chuyển vị giữa dầm (mm) flow of anisotropic metals. London Proc. Hình 6. So sánh đường cong (Lực-Chuyển vị [3] Serrano E, Gustafsson PJ. (1999). Influence of bond line brittleness and defects on the giữa dầm) của mô hình phần tử hữu hạn strength of timber finger-joints. Int. J. và kết quả thực nghiệm Adhesive and Adhesion; vol. 19(1), p. 9–17. Bảng 1. So sánh kết quả của mô hình số [4] M. Oudjene et M. Khelifa (2009). Finite và thực nghiệm element modelling of wooden structures at large deformation and brittle failure Mô Sai số prediction. Materials and Design, vol. 30, p. Thực nghiệm hình (%) 4081-4087. [5] Tran V. D., M. Oudjene, P.J.Méausoone. Lực tới hạn (N) 29622 ± 4623 30384 2,3 (2015). Experimental and numerical Chuyển vị (mm) 19,5 ± 4,0 21 7,7 analyses of the structural response of adhesively reconstituted beech timber beams. Composite Structures, vol.119, p. 206-217. [6] Tran V.D., Oudjene M., Méausoone P.J. (2015). Experimental and numerical analysis of the structural response of adhesively reconstituted beech timber beams, Composite Structures, vol.119, p.206-217. [7] Trần Văn Đăng, Oudjene M., Méausoone P.J. (2016), Nghiên cứu thực nghiệm dầm gỗ liên hợp, nhiều phiến, sử dụng keo dán, Tuyển tập hội nghị KHTN 2016, Trường Hình 7. Dạng phá hoại của dầm 2 phiến: Đại học Thủy lợi, ISBN 978-604-82-1980- (a): Mô hình số; (b): Thực nghiệm 2. p.51-53. Khi quan sát dạng phá hoại của dầm, mô hình số cũng dự báo được dạng phá hoại đặc trưng của dầm liên hợp (Hình 7). 74