Luận án Tiến sĩ Nguyễn Thị Hồng: Động lực học tấm nứt chịu tải trọng di động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ Nguyễn Thị Hồng PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC TẤM CÓ VẾT NỨT CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ Nguyễn Thị Hồng PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC TẤM CÓ VẾT NỨT CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã ngành: 9.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Thái Chung Hà Nội - 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi là Nguyễn Thị Hồng 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 công bố trong bất kỳ công trình nào. Tác giả Nguyễn Thị Hồng ii LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với GS.TS Nguyễn Thái Chung đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cho nhiều chỉ dẫn khoa học có giá trị giúp cho tác giả hoàn thành luận án này. Đồng thời, tác giả trân trọng sự động viên, khuyến khích và những kiến thức khoa học cũng như chuyên môn mà Thầy hướng dẫn đã chia sẻ cho tác giả trong nhiều năm qua, giúp cho tác giả nâng cao năng lực khoa học, phương pháp nghiên cứu và lòng yêu nghề.

Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể Bộ môn Cơ học vật rắn, Phòng thí nghiệm Cơ học máy, Khoa Cơ Khí, Phòng Sau đại học – Học viện Kỹ thuật Quân sự đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả học tập, nghiên cứu. Tác giả xin trân trọng cảm ơn GS.NGND Đào Huy Bích – Đại học Quốc gia Hà Nội, GS.NGND Hoàng Xuân Lượng – Học viện Kỹ thuật Quân sự, GS.TSKH Nguyễn Tiến Khiêm – Viện Cơ học đã cung cấp cho tác giả nhiều tài liệu quý báu, các kiến thức khoa học hiện đại và nhiều lời khuyên bổ ích, chỉ dẫn khoa học có giá trị để NCS hoàn thành luận án này. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với những người thân trong gia đình, các đồng nghiệp ở trường Đại học Thủy Lợi đã thông cảm, động viên và chia sẻ những khó khăn với tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu, hoàn thành luận án. Tác giả iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Mục lục iii Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt vii Danh mục các bảng x Danh mục các hình vẽ, đồ thị xii MỞ ĐẦU.

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Tổng quan về tải trọng di động và phương pháp tính kết cấu chịu tải trọng di động. Tổng quan về tính toán kết cấu chịu tải trọng di động và kết cấu có vết nứt. Dầm chịu tác dụng của tải trọng di động và dầm có vết nứt.

Tấm chịu tác dụng của tải trọng di động và tấm có vết nứt. Kết quả nghiên cứu đạt được từ các công trình đã công bố. Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu. Kết luận chương 1.

THUẬT TOÁN PHẦN TỬ HỮU HẠN PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA TẤM CÓ VẾT NỨT CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG. Quan hệ ứng xử cơ học của tấm không có vết nứt. Quan hệ biến dạng - chuyển vị. Quan hệ ứng suất - biến dạng.

Các thành phần nội lực. Mô men uốn và xoắn. Giới thiệu bài toán tấm có vết nứt chịu tải trọng di động và các giả thiết. Thiết lập các quan hệ ứng xử của phần tử tấm có vết nứt chịu tải trọng di động…………………………………………………………………….

Phần tử tấm có vết nứt chịu tải trọng động. Phần tử tấm có vết nứt chịu tải trọng di động. Phần tử tấm có vết nứt chịu tác dụng của khối lượng di động……. Phần tử tấm có vết nứt chịu tác dụng của hệ dao động di động……44 2.

Phương trình mô tả dao động của tấm có vết nứt chịu tải trọng di động và thuật giải. Phương trình mô tả dao động của tấm có vết nứt chịu tải trọng di động. Ghép nối các ma trận phần tử vào ma trận chung của toàn hệ. Phương trình mô tả dao động của hệ.

Điều kiện biên. Liên kết tựa bản lề. Liên kết ngàm. Thuật toán giải phương trình tổng thể mô tả dao động của hệ.

Chương trình tính và kiểm tra độ tin cậy của chương trình tính. Giới thiệu chương trình tính. Kiểm tra độ tin cậy của chương trình tính. Tấm với vết nứt chính giữa chịu lực phân bố đều.2 Tấm chịu tác dụng của hệ dao động di động.

Kết luận chương 2. ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN ĐÁP ỨNG ĐỘNG LỰC HỌC CỦA TẤM CÓ VẾT NỨT CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG. Tấm có vết nứt chịu tác dụng của khối lượng di động. Bài toán xuất phát.

Ảnh hưởng của một số yếu tố đến sự làm việc của hệ. Ảnh hưởng của chiều dài vết nứt. Ảnh hưởng của số lượng vết nứt. Ảnh hưởng của vận tốc tải trọng.

Ảnh hưởng của gia tốc khối lượng di chuyển. Ảnh hưởng của liên kết. Ảnh hưởng của chiều dày tấm. Tấm có vết nứt chịu tác dụng của hệ dao động di động.

Ảnh hưởng của số lượng vết nứt. Ảnh hưởng độ cứng lò xo của hệ dao động. Ảnh hưởng vận tốc của hệ dao động. Ảnh hưởng của phương vết nứt.

Kết luận chương 3. XÁC ĐỊNH PHẢN ỨNG ĐỘNG CỦA TẤM CÓ VẾT NỨT CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG BẰNG THỰC NGHIỆM. Mục đích thí nghiệm. Mô hình và thiết bị thí nghiệm.

Mô hình thí nghiệm. Thiết bị thí nghiệm. Các thiết bị tạo tải. Cảm biến gia tốc và cảm biến biến dạng.

Thiết bị đo dao động. Phương pháp xác định đáp ứng gia tốc, biến dạng của kết cấu. Phân tích và xử lý kết quả thí nghiệm. Thí nghiệm và kết quả thí nghiệm.

Kết luận chương 4.107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.108 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ.111 TÀI LIỆU THAM KHẢO. Một số biểu thức. Mã nguồn chương trình CPM_ 2019. Kết quả đo thí nghiệm.134 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1.

Danh mục các ký hiệu 1. Các ký hiệu bằng chữ La tinh A – diện tích vết nứt Ae – diện tích của phần tử tấm  B – ma trận biến đổi hệ lực nút  B1 ,  B2 – các ma trận đạo hàm riêng [C0] – ma trận độ mềm của phần tử tấm không có vết nứt [C¹] – ma trận độ mềm bổ sung của phần tử tấm có vết nứt Cep – ma trận cản phần tử bổ sung [D] – ma trận các hệ số đàn hồi E – mô đun đàn hồi vật liệu tấm f ( ac ) – hàm hiệu chỉnh có xét đến kích thước hữu hạn của tấm f e , f ce , f se – các véc tơ lực khối, véc tơ lực tập trung, véc tơ b lực bề mặt phần tử  f e – véc tơ lực nút của phần tử {F} – véc tơ lực nút độc lập của phần tử [G] – ma trận phụ thuộc vào hình dạng, kích thước của phần tử He – hàm tác dụng Hamilton [I] – ma trận đơn vị cấp 3 {} – véc tơ độ cong uốn và xoắn KI, KII – hệ số cường độ ứng suất ứng với hai trường hợp của vết nứt K irf – các hệ số cường độ ứng suất theo lý thuyết Mindlin đối với tấm có kích thước hữu hạn viii K ir – hệ số cường độ ứng suất theo lý thuyết Mindlin K i – hệ số cường độ ứng suất theo lý thuyết Kirchhoff - Love  K e – ma trận độ cứng phần tử  K1 e – ma trận độ cứng phần tử do cắt tấm  K 2 e – ma trận độ cứng phần tử do uốn tấm  K ce – ma trận độ cứng của phần tử có vết nứt  K e – ma trận độ cứng phần tử bổ sung p Mx, My, Mxy – mô men uốn quanh trục y, x và mô men xoắn  M e – ma trận khối lượng phần tử  M ep – ma trận khối lượng phần tử bổ sung [N] – ma trận hàm dạng p(x,y,t) – lực phân bố quy đổi từ R(x,y,t) thông qua hàm Delta-Dirac Pe – véc tơ tải trọng phần tử bổ sung Qx, Qy – các thành phần lực cắt phân bố theo chiều dài Q(t) – tải trọng tác dụng lên khối lượng di động qe – véc tơ chuyển vị nút của phần tử q e – véc tơ vận tốc nút của phần tử qe – véc tơ gia tốc nút của phần tử R(x,y,t) – lực tác dụng của tải trọng di động lên phần tử tại vị trí (x,y) {S} – véc tơ lực nút phụ thuộc của phần tử T e – ma trận chuyển đổi hệ trục tọa độ Te – động năng của phần tử Ve – thể tích của phần tử tấm v – vận tốc của tải trọng u – trường chuyển vị ix Ue – thế năng biến dạng đàn hồi của phần tử We – công gây ra bởi ngoại lực WP – chiều rộng của tấm u, v và w tương ứng là chuyển vị dài dọc theo các trục x, y và z (x, y, z) – ký hiệu tên các trục toạ độ trong hệ toạ độ chung 1. Các ký hiệu bằng chữ Hy Lạp R, R – hệ số cản Rayleigh 1 , 2 – các tần số dao động riêng của hệ    – hàm Delta-Dirac ε x, ε y – các thành phần biến dạng { ε } – véc tơ biến dạng ,  – hoành độ và tung độ trong hệ toạ độ tự nhiên { 0 } – véc tơ biến dạng cắt γxy, γxz, γyz – các thành phần biến dạng θx, θy – lần lượt là góc xoay của pháp tuyến tấm quanh các trục x và y ν – hệ số Poátxông ρ – khối lượng riêng vật liệu tấm τxy, τxz, τyz – các thành phần ứng suất tiếp λ – hệ số hiệu chỉnh cắt  – véctơ ứng suất tại một điểm Φ j – hàm hiệu chỉnh, phụ thuộc chiều dày tấm và kích thước vết nứt t – bước thời gian 2. Danh mục các chữ viết tắt CRACKED_PLATE_MOVING_2019 (CPM_2019) – chương trình phân tích động hệ tấm có vết nứt chịu tác dụng của tải trọng di động; PTHH – phần tử hữu hạn.

x DANH MỤC CÁC BẢNG Trang CHƯƠNG 2. THUẬT TOÁN PHẦN TỬ HỮU HẠN PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA TẤM CÓ VẾT NỨT CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG. Kết quả so sánh chuyển vị tại điểm giữa tấm. Kết quả so sánh kiểm tra độ tin cậy chương trình tính (Trường hợp tải trọng di động là hệ dao động di động đơn giản).

ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN ĐÁP ỨNG ĐỘNG LỰC HỌC CỦA TẤM CÓ VẾT NỨT CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG DI ĐỘNG. Chuyển vị, gia tốc và ứng suất lớn nhất của các điểm tính.