intTypePromotion=1

Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Cơ học kỹ thuật: Phân tích động lực học của khung dầm FGM chịu tải trọng động đất bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Chia sẻ: Nguyễn Văn H | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

0
41
lượt xem
0
download

Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Cơ học kỹ thuật: Phân tích động lực học của khung dầm FGM chịu tải trọng động đất bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn sẽ tiến hành thực hiện các nhiệm vụ cụ thể sau đây: 1) Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn để nghiên cứu ứng xử động lực học của khung, dầm FGM chịu tải trọng động đất. 2) Tìm hiểu và ứng dụng phương pháp tích phân trực tiếp trong phân tích kết cấu chịu tải trọng động đất. 3) Phát triển chương trình tính toán dựa trên mô hình phần tử hữu hạn và thuật toán nói trên và ứng dụng để tính toán đáp ứng động lực học cho một số khung, dầm 2D-FGM cụ thể.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Cơ học kỹ thuật: Phân tích động lực học của khung dầm FGM chịu tải trọng động đất bằng phương pháp phần tử hữu hạn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ<br /> -------------------<br /> <br /> NGUYỄN QUANG HUÂN<br /> <br /> PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA KHUNG DẦM FGM<br /> CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT<br /> BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN<br /> <br /> Ngành: Cơ kỹ thuật<br /> Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật<br /> Mã số: 8520101.01<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ HỌC KỸ THUẬT<br /> <br /> Hà Nội – Năm 2018<br /> <br /> 1<br /> MỞ ĐẦU<br /> <br /> 1.<br /> <br /> Tổng quan<br /> <br /> Vật liệu có cơ tính biến đổi (Functionally Graded Material - FGM) được<br /> các nhà khoa học Nhật Bản khởi tạo lần đầu tiên ở Sendai vào năm 1984 có khả<br /> năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như hàng không<br /> vũ trụ, đóng tàu, ô tô, quốc phòng, xây dựng, sản xuất đồ gia dụng... FGM có thể<br /> xem như là một loại vật liệu composite mới, thường được tạo từ gốm và kim loại,<br /> với tỷ phần thể tích của các vật liệu thành phần thay đổi liên tục theo một hoặc vài<br /> hướng không gian mong muốn. Do sự thay đổi liên tục của vật liệu thành phần,<br /> các tính chất hữu hiệu của FGM là hàm liên tục của các biến không gian, vì thế<br /> FGM không có các nhược điểm thường gặp trong vật liệu composite truyền thống<br /> như sự tập trung ứng suất, tách lớp... và có khả năng ứng dụng trong các môi<br /> trường khắc nghiệt như nhiệt độ cao, tính mài mòn và ăn mòn của a-xít. Trên quan<br /> điểm động lực học, sự kết hợp các ưu điểm về độ bền cao, tỷ trọng thấp của gốm<br /> với độ dai và khả năng chịu va đập tốt của kim loại giúp cho FGM có tiềm năng<br /> là vật liệu kết cấu chịu tải trọng động nói chung và tải trọng động đất nói riêng.<br /> Các kết quả về phân tích dao động của kết cấu FGM đã chỉ ra rằng ứng xử<br /> động lực học của kết cấu FGM được cải thiện đáng kể so với kết cấu truyền thống<br /> làm từ các vật liệu thuần nhất [8, 13]. Với khả năng chịu được nhiệt độ cao, vật<br /> liệu FGM được sử dụng rộng rãi để làm các phần tử kết cấu trong ngành công<br /> nghiệp hạt nhân [9], nơi mà các kết cấu chịu kích động của động đất luôn là vấn<br /> đề đặt ra và được sự quan tâm của các nhà khoa học.<br /> Trong nhiều tình huống thực tế, các tải trọng cơ và nhiệt có thể thay đổi<br /> theo nhiều phương khác nhau của kết cấu [12], vì thế việc phát triển các vật liệu<br /> có cơ tính biến đổi theo các hướng khác nhau là nhu cầu của thực tế, có ý nghĩa<br /> khoa học, giúp cho việc tối ưu hóa kết cấu. Nghiên cứu ứng xử cơ học của dầm<br /> làm từ vật liệu FGM có cơ tính biến đổi theo hai chiều (dầm 2D-FGM), chiều cao<br /> và chiều dài dầm, đã được một số tác giả quan tâm nghiên cứu trong thời gian gần<br /> đây, điển hình là các tài liệu [14, 15, 16]. Tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứu về<br /> ứng xử của dầm 2D-FGM mới chỉ dừng lại ở phân tích dao động tự do hay mất<br /> ổn định của dầm. Một số nghiên cứu đã đề cập tới ứng xử động lực học của dầm,<br /> <br /> 2<br /> tuy nhiên các tính chất của vật liệu được giả định tuân theo quy luật hàm số Euler,<br /> trường hợp đơn giản nhất của quy luật phân bố vật liệu FGM.<br /> 2.<br /> <br /> Định hướng và nội dung nghiên cứu<br /> <br /> Từ các phân tích nêu trên ta thấy rằng, nghiên cứu ứng xử động lực học của<br /> dầm 2D-FGM với các tính chất vật liệu tuân theo quy luật hàm số lũy thừa vẫn<br /> chưa được xét đến. Liên quan đến kết cấu khung, dầm 2D-FGM chịu tải trọng<br /> động đất, theo hiểu biết của tác giả, hiện chưa có nghiên cứu nào về bài toán này.<br /> Vì lý do này, việc đánh giá ảnh hưởng của sự phân bố vật liệu đến đáp ứng động<br /> lực học của khung, dầm 2D-FGM chịu tải trọng động đất mà Luận văn này quan<br /> tâm nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.<br /> Trong Luận văn này, các khung dầm giả định được tạo thành từ vật liệu<br /> FGM có cơ tính biến đổi theo hai chiều, tức là tính chất vật liệu của khung, dầm<br /> FGM được biến đổi theo cả chiều cao và chiều dài dầm theo quy luật hàm lũy<br /> thừa. Phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên lý thuyết biến dạng trượt bậc nhất<br /> được sử dụng kết hợp với phương pháp tích phân trực tiếp NewMark để tính toán<br /> đáp ứng động lực học của kết cấu. Các đáp ứng động của kết cấu bao gồm sự phụ<br /> thuộc của chuyển vị, vận tốc và gia tốc theo thời gian dưới tác động của trận động<br /> đất El Centro được nghiên cứu. Ảnh hưởng của sự phân bố vật liệu tới đáp ứng<br /> động lực học của các kết cấu được tính toán và đánh giá.<br /> Từ định hướng nghiên cứu nêu trên, luận văn sẽ tiến hành thực hiện các<br /> nhiệm vụ cụ thể sau đây:<br /> 1) Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn để nghiên cứu ứng xử động lực học của<br /> khung, dầm FGM chịu tải trọng động đất.<br /> 2) Tìm hiểu và ứng dụng phương pháp tích phân trực tiếp trong phân tích kết<br /> cấu chịu tải trọng động đất.<br /> 3) Phát triển chương trình tính toán dựa trên mô hình phần tử hữu hạn và thuật<br /> toán nói trên và ứng dụng để tính toán đáp ứng động lực học cho một số<br /> khung, dầm 2D-FGM cụ thể. Trên cơ sở kết quả số nhận được rút ra các nhận<br /> xét về ảnh hưởng của sự phân bố vật liệu tới đáp ứng động lực học của kết<br /> cấu khung, dầm 2D-FGM.<br /> <br /> 3<br /> Chương 1<br /> CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU<br /> CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT<br /> 1.1.<br /> <br /> Quá trình phát triển các phương pháp<br /> <br /> Trong những năm cuối thế kỷ XIX - đầu của thế kỷ XX, sau các trận động<br /> ở Nobi (Nhật Bản – 1891) và San Francisco (1906), hai nhà khoa học Nhật Bản<br /> là Omori và Sano đã đề xuất lý thuyết tính toán tĩnh để xác định tải trọng động đất<br /> lên kết cấu công trình. Theo phương pháp này, toàn bộ công trình xây dựng được<br /> xem như một vật thể cứng tuyệt đối đặt trên nền đất. Khi có động đất xảy ra, các<br /> đặc trưng như chuyển vị ngang, vận tốc và gia tốc tại bất kỳ vị trí nào trên công<br /> trình cũng bằng các đặc trưng dao động nền tại chân công trình. Với giả thiết này,<br /> tải trọng động đất lên công trình được xác định theo biểu thức [4]:<br /> x<br /> F  Ms x0,max  0,max Q  Ks Q<br /> (1.1)<br /> g<br /> trong đó: M và Q lần lượt là khối lượng và trọng lượng của kết cấu công trình<br /> x0,max : gia tốc cực đại của nền đất dưới chân công trình.<br /> g: gia tốc trọng trường.<br /> Ks: hệ số địa chấn.<br /> Năm 1920, nhà khoa học Nhật Mononobe đã đề nghị đưa các tính chất biến<br /> dạng của kết cấu vào trong tính toán tác động động đất. Ông xem kết cấu như một<br /> hệ có một bậc tự do dao động không có lực cản và giả thiết trong thời gian xảy ra<br /> động đất, nền đất chuyển động theo quy luật điều hòa sau [4]:<br /> x0 (t )  x0,max sin(t )<br /> <br /> (1.2)<br /> <br /> Trong phương pháp của mình, Mononobe chỉ xét tới phần dao động cưỡng bức<br /> của hệ kết cấu và đã thu được hệ số khuyếch đại động có dạng sau [4]:<br /> <br />  <br /> <br /> 1<br /> T2<br /> 1 2<br /> T0<br /> <br /> (1.3)<br /> <br /> trong đó: T, T0 lần lượt là chu kỳ dao động của kết cấu và chu kỳ dao động của<br /> nền đất (T0 có giá trị từ 0.8s ~ 1s).<br /> Trên cơ sở hệ số động đất này, tác động động đất lớn nhất lên hệ kết cấu được xác<br /> định theo biểu thức [4]:<br /> <br /> 4<br /> <br /> F   Ms x0,max  <br /> <br /> x0,max<br /> g<br /> <br /> Q   Ks Q<br /> <br /> (1.4)<br /> <br /> Tuy nhiên Mononobe đã bỏ qua lực cản, chưa xét đến lực động đất sẽ tăng thêm<br /> khi có tác dụng của dao động tự do và dao động cưỡng bức, phạm vi áp dụng cũng<br /> cho kết cấu có 1 bậc tự do nhưng chưa giải quyết được sự phân bố động đất theo<br /> chiều cao công trình (tức kết cấu có nhiều bậc tự do).<br /> Năm 1927, nhà khoa học Nga Zavriev đã đưa ra các yếu tố quan trọng trong<br /> dao động tự nhiên trong giai đoạn khởi đầu của tác động động đất [4]. Zavriev đã<br /> đặt nền móng đầu tiên cho cơ sở lý thuyết động lực học trong tính toán tác động<br /> động đất.<br /> Năm 1934, nhà khoa học Mỹ Biot đã đề xuất phương pháp tính tải trọng<br /> động đất bằng cách dùng các số liệu dao động nền đất thực ghi lại được khi động<br /> đất xảy ra.<br /> Năm 1949, Housner và Kahn đã đưa ra được cách xác định phổ gia tốc bằng<br /> thiết bị tương tự điện.<br /> 1.2.<br /> <br /> Một số phương pháp tính toán<br /> <br /> Phương pháp tính toán tĩnh tương đương<br /> Phương pháp tính toán tĩnh tương đương (còn gọi là phương pháp lực ngang<br /> tương đương) là phương pháp tính toán đơn giản nhất trong số các phương pháp<br /> được dùng để xác định phản ứng của kết cấu chịu tác động động đất. Phương pháp<br /> này giả định rằng kết cấu làm việc đàn hồi tuyến tính, còn tính phi tuyến hình học<br /> được xem xét tới một cách gián tiếp. Các tải trọng ngang tác động lên chiều cao<br /> công trình được xem là tương đương với tác động động đất và được tổ hợp với<br /> các tải trọng đứng (lực trọng trường).<br /> Phương pháp này thường được sử dụng để thiết kế các công trình tương<br /> đối đều đặn có chu kỳ cơ bản bằng khoảng 1.5 - 2s. Đối với các công trình có hình<br /> dạng không đều đặn hoặc có chu kỳ dài cần sử dụng các phương pháp động chính<br /> xác hơn như phân tích dạng hoặc phân tích lịch sử phản ứng không đàn hồi.<br /> 1.2.1.<br /> <br /> Phương pháp tính toán tĩnh phi tuyến<br /> Trong phương pháp này, sự phân bố giả định lực quán tính ngang được dựa<br /> trên giả thiết cho rằng phản ứng của công trình được kiểm soát bởi một dạng dao<br /> động duy nhất và hình dạng của dao động này giữ nguyên không đổi trong suốt<br /> thời gian phản ứng. Thông thường, dạng dao động cơ bản được chọn là dạng phản<br /> ứng trội của hệ nhiều bậc tự do động, ảnh hưởng của các dạng dao động khác được<br /> 1.2.2.<br /> <br />
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2