Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu dao động vỏ composite tròn xoay chứa chất lỏng - Đại học Bách khoa Hà Nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ---------- Vũ Quốc Hiến NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA VỎ COMPOSITE TRÒN XOAY CHỨA CHẤT LỎNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC HÀ NỘI - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ---------- Vũ Quốc Hiến NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA VỎ COMPOSITE TRÒN XOAY CHỨA CHẤT LỎNG Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 62510101 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TRẦN ÍCH THỊNH 2. NGUYỄN MẠNH CƯỜNG HÀ NỘI - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Vũ Quốc Hiến Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hà Nội, ngày…. TRẦN ÍCH THỊNH Người cam đoan 2. NGUYỄN MẠNH CƯỜNG Vũ Quốc Hiến LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn GS. Trần Ích Thịnh, PGS.

Nguyễn Mạnh Cường đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện và động viên trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả chân thành cảm ơn tập thể các thầy, cô bộ môn Cơ học vật liệu và kết cấu, trường Đại học Bách khoa Hà nội đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ và hướng dẫn trong suốt thời gian tác giả nghiên cứu tại bộ môn. Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể các giảng viên trong nhóm seminar “Cơ học vật rắn biến dạng” – Đại học Bách khoa Hà nội, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Công nghệ, Đại học Xây dựng, Đại học Kiến trúc, Học viện Hậu cần, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Đại học thủy lợi, Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái nguyên, Đại học Công nghiệp Việt trì…đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu và có giá trị cho nội dung đề tài luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn Viện Nghiên cứu và Chế tạo Tàu thủy - Đại học Thủy sản Nha Trang đã hướng dẫn, giúp đỡ chế tạo mẫu thí nghiệm.

Tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng thí nghiệm Vật liệu Composite – Đại học Bách khoa Hà nội đã hướng dẫn, giúp đỡ chế tạo mẫu thí nghiệm. Tác giả xin trân trọng cảm ơn tập thể các cán bộ, giảng viên Viện Cơ học Việt Nam, Phòng thí nghiệm kiểm soát rung và ồn – Viện Cơ học Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt quá trình đo đạc thí nghiệm. Tác giả xin chân thành cảm ơn các lãnh đạo Trường Đại học Công nghiệp Việt trì và tập thể các cán bộ, giảng viện Khoa Cơ khí đã giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi về thời gian, vật chất, tinh thần để hoàn thành nghiên cứu. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thành viên trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã thông cảm, tạo điều kiện và chia sẻ những khó khăn trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu luận án.

Vũ Quốc Hiến MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. v DANH MỤC CÁC BẢNG. 5 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Dao động tự do của vỏ trụ, vỏ trụ bậc composite không và có chứa chất lỏng.

Các nghiên cứu về dao động của vỏ trụ không và có chứa chất lỏng. Các nghiên cứu về dao động của vỏ trụ bậc không và có chứa chất lỏng. Dao động tự do của vỏ nón, vỏ nón–trụ, nón–trụ-nón, nón–nón-nón composite không và có chứa chất lỏng. Các nghiên cứu về dao động của vỏ nón không và có chứa chất lỏng.

Các nghiên cứu về dao động của vỏ nón–trụ, nón-trụ-nón, nón-nón-nón không và có chứa chất lỏng. Nghiên cứu thực nghiệm dao động tự do của vỏ composite không và có chứa chất lỏng. Phương pháp PTLT (hoặc ma trận độ cứng động lực) tính dao động tự do của vỏ composite tròn xoay chứa chất lỏng. Các bước giải của phương pháp.

Các phương pháp tính ma trận truyền T(). Các phương pháp tính tần số dao động. Phương pháp giải trực tiếp. Thuật toán William-Wittrick.

Phương pháp giải sử dụng đường cong đáp ứng. Tổng quan về các nghiên cứu tại Việt Nam. Kết luận chương 1. 23 NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG TỰ DO CỦA KẾT CẤU VỎ TRỤ BẬC COMPOSITE CHỨA VÀ KHÔNG CHỨA CHẤT LỎNG.

Mô hình tính dao động tự do của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng. Mô hình vỏ trụ composite chứa chất lỏng. Quan hệ của hằng số vật liệu. Quan hệ giữa ứng suất, biến dạng và nội lực.

Quan hệ giữa biến dạng và chuyển vị của vỏ trụ Composite:. Quan hệ giữa nội lực và chuyển vị của vỏ trụ Composite. Phương trình chuyển động của vỏ trụ Composite chứa chất lỏng. Phương trình chất lỏng.

Ma trận độ cứng động lực của vỏ trụ Composite chứa chất lỏng. Tính toán tần số dao động của vỏ trụ bậc Composite chứa và không chứa chất lỏng. Mô hình vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng. Điều kiện liên tục của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng.

Ma trận độ cứng động lực của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng. Kết quả và thảo luận. Kiểm tra độ tin cậy của kết quả. Kết quả tính tần số dao động của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng.

Kết luận chương 2. 57 NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG TỰ DO CỦA KẾT CẤU VỎ TRÒN XOAY NÓN–TRỤ, NÓN-TRỤ-NÓN VÀ NÓN-NÓN-NÓN COMPOSITE CHỨA VÀ KHÔNG CHỨA CHẤT LỎNG. Mô hình tính dao động tự do của vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng. Mô hình vỏ nón composite chứa chất lỏng.

Quan hệ giữa ứng suất, biến dạng và nội lực. Quan hệ giữa biến dạng và chuyển vị (với R(x)=R1+x. Quan hệ giữa nội lực và chuyển vị. Phương trình chuyển động của vỏ nón chứa chất lỏng.

Ma trận độ cứng động lực của vỏ nón Composite chứa chất lỏng. Tính toán tần số dao động của vỏ nón-trụ Composite chứa chất lỏng. Mô hình vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng. Điều kiện liên tục của vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng.

Ma trận độ cứng động lực của vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng. Kết quả và thảo luận. Kiểm tra độ tin cậy của kết quả. Ảnh hưởng của khối lượng riêng vật liệu vỏ và chất lỏng đến dao động tự do của vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng.

Tính toán tần số dao động của vỏ nón-trụ-nón Composite chứa chất lỏng. Mô hình vỏ nón-trụ-nón composite chứa chất lỏng. Điều kiện liên tục của vỏ nón-trụ-nón composite chứa chất lỏng. Ma trận độ cứng động lực của vỏ nón-trụ-nón composite chứa chất lỏng.

Kết quả và thảo luận. Tính toán tần số dao động của vỏ nón-nón-nón Composite chứa chất lỏng. Mô hình vỏ nón-nón-nón composite chứa chất lỏng. Điều kiện liên tục cho vỏ nón-nón-nón composite chứa chất lỏng.

Ma trận độ cứng động lực của vỏ nón-nón-nón composite chứa chất lỏng. Kết quả và thảo luận. Kết luận chương 3. 104 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TẦN SỐ DAO ĐỘNG TỰ DO CỦA KẾT CẤU VỎ TRÒN XOAY NÓN-TRỤ, NÓN-TRỤ-NÓN COMPOSITE CHỨA CHẤT LỎNG.

Chế tạo mẫu thí nghiệm. Vật liệu chế tạo mẫu thí nghiệm và cơ tính. Các loại mẫu thí nghiệm. Đồ gá mẫu thí nghiệm.

Thiết bị đo, ghi dữ liệu. Quy trình thực hiện thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm đo tần số dao động tự do. Kết quả đo dao động tự do của vỏ nón-trụ composite.

Kết quả đo dao động tự do của vỏ nón-trụ composite mẫu CT-27. Kết quả đo dao động tự do của vỏ nón-trụ composite mẫu CT-14. Kết quả đo dao động tự do của vỏ nón-trụ-nón composite. Kết luận chương 4.

119 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ. 120 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 134 iv DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT [A]: Ma trận độ cứng màng [B]: Ma trận độ cứng tương tác màng–uốn-xoắn [C]: Ma trận độ cứng trong quan hệ ứng suất–biến dạng của vật liệu dị hướng C: Biên ngàm [D]: Ma trận độ cứng uốn Ei: Mô đun đàn hồi kéo, nén theo phương i f: Hệ số hiệu chỉnh cắt F: Biên tự do [F]: Ma trận độ cứng cắt {F}: Véc tơ lực Gij: Mô đun đàn hồi trượt H: Chiều cao mức chất lỏng trong vỏ h: Chiều dày vỏ hk: Chiều dày lớp vật liệu thứ k kx, k, kx: Các thành phần biến dạng uốn và xoắn của vỏ trong hệ tọa độ trụ [K()]: Ma trận độ cứng động lực L: Chiều dài đường sinh vỏ Mx, M, Mx: Các thành phần mô men uốn và xoắn của vỏ N x , N , N x : Các thành phần lực màng của vỏ P: Áp suất chất lỏng PTLT: Phần tử liên tục PTHH: Phần tử hữu hạn Qx, Q: Các thành phần lực cắt của vỏ [Qij]: Ma trận độ cứng thu gọn {Q}m: Véc tơ lực kích thích R: Bán kính vỏ S: Biên tựa v [T()]: Ma trận truyền u, v, w: Các thành phần chuyển vị theo các phương x,y,z u0, v0, w0; Các thành phần chuyển vị tại mặt trung bình của vỏ {U}: Véc tơ chuyển vị {y}m: Véc tơ trạng thái (x,z,θ): Hệ tọa độ trụ (x,y,z): Hệ tọa độ đề các zk, zk-1: Tọa độ biên của lớp thứ k α: Góc nón xz, z: Các thành phần biến dạng cắt của vỏ trong hệ tọa độ trụ x, , x: Các thành phần biến dạng màng của vỏ trong hệ tọa độ trụ (k): Khối lượng riêng của lớp thứ k nước: Khối lượng riêng của nước rượu: Khối lượng riêng của rượu ij: Hệ số poisson của vật liệu theo phương ij x, : Các thành phần góc xoay quanh trục θ và trục x : Hàm thế vận tốc : Tần số dao động tự do : Tần số dao động tự do không thứ nguyên vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ Hình 1.

Các kết cấu vỏ composite chứa hóa chất của nhà máy hóa chất Việt Trì. Các kết cấu vỏ ghép nối nón-trụ composite, trụ bậc composite của nhà máy sản xuất Amon Nitrat Thái Bình. Các kết cấu vỏ ghép nối composite được ứng dụng trong hằng không và đóng tàu. Đường cong đáp ứng của kết cấu.

Phương pháp thu nhận đường cong đáp ứng cho vỏ trụ-nón. Mô hình PTLT tính dao động tự do của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng. Thông số hình học của vỏ trụ composite chứa chất lỏng. Thông số hình học của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng.

Điều kiện liên tục của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng. Mô hình ghép nối ma trận động lực của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng.