Luận án tiến sĩ: Phát triển kỹ thuật phần tử hữu hạn cho phân tích kết cấu tấm và vỏ - Tôn Thất Hoàng Lân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TÔN THẤT HOÀNG LÂN PHÁT TRIỂN CÁC KỸ THUẬT PHẦN TỬ HỮU HẠN CHO PHÂN TÍCH KẾT CẤU DẠNG TẤM VÀ VỎ LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: CƠ KỸ THUẬT Tp. Hồ Chí Minh, tháng /2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TÔN THẤT HOÀNG LÂN PHÁT TRIỂN CÁC KỸ THUẬT PHẦN TỬ HỮU HẠN CHO PHÂN TÍCH KẾT CẤU DẠNG TẤM VÀ VỎ NGÀNH: CƠ KỸ THUẬT - 9520101 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: PGS. NGUYỄN VĂN HIẾU HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 2: PGS. CHÂU ĐÌNH THÀNH PHẢN BIỆN 1: PHẢN BIỆN 2: PHẢN BIỆN 3: Tp.

HồLỜI ChíCẢM Minh,ƠN tháng /2022 i ii LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Tôn Thất Hoàng Lân Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 07/11/1978 Nơi sinh: Huế Quê quán: Thừa Thiên Huế Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Giảng viên Trường đại học Kiến Trúc Thành phố Hồ Chí Minh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 3 Núi Thành, phường 13, quận Tân Bình, thành phố Hồ Chí Minh Điện thoại cơ quan: (028) 38.222748 Điện thoại nhà riêng: 0908531029 Fax: Không E-mail: lan. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/1996 đến 01/2001 Nơi học (trường, thành phố): Trường đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Ngành học: Xây dựng dân dụng và công nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế trụ sở Ngân hàng Sài Gòn Thương tín Sacombank Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 2001, Trường đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: PGS.

Bùi Công Thành 2. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Hợp tác Việt-Bỉ Thời gian đào tạo từ 09/2001 đến 09/2003 Nơi học (trường, thành phố): Trường đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam + Trường đại học Liegé, Vương quốc Bỉ Ngành học: Cơ kỹ thuật Tên luận văn: Yield line method in reinforced concrete shells Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 2003, Trường đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: GS. Nguyễn Đăng Hưng 3. Tiến sĩ: iii Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 05/2017 đến 03/2022 Tại (trường, viện, nước): Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Tên luận án: Phát Triển Các Kỹ Thuật Phần Tử Hữu Hạn Cho Phân Tích Kết Cấu Dạng Tấm Và Vỏ Người hướng dẫn: PGS.

Nguyễn Văn Hiếu, PGS. Châu Đình Thành Ngày & nơi bảo vệ: 2022, Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh 4. Trình độ ngoại ngữ : Tiếng Anh B2 5. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: Kỹ sư xây dựng dân dụng và công nghiệp; số bằng B295650, cấp ngày 23/3/2001 tại Trường đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Thạc sĩ cơ kỹ thuật; cấp ngày 15/3/2004 tại Trường đại học Liegé, Vương quốc Bỉ III.

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Khoa Xây dựng, Trường đại học 2003 đến nay Kiến Trúc Thành phố Hồ Chí Giảng viên Minh IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: • CÁC BÀI BÁO ISI 1. Enhancement to four-node quadrilateral plate elements by using cell-based smoothed strains and higher-order shear deformation theory for nonlinear analysis of composite structures. Journal of Sandwich Structures & Materials, Vol.

An Improved Four-Node Element for Analysis of Composite Plate/Shell Structures Based on Twice Interpolation Strategy. International Journal of Computational Methods, Vol. Static and buckling analyses of stiffened plate/shell structures using the quadrilateral element SQ4C. A Combined Strain Element in Static, Frequency and Buckling Analyses of Laminated Composite Plates and Shells.

Periodica Polytechnica Civil Engineering, Vol. A novel quadrilateral element for analysis of functionally graded porous plates/shells reinforced by graphene platelets. Archive of Applied Mechanics, Vol. Nonlinear Static Bending Analysis of Functionally Graded Plates Using MISQ24 Elements with Drilling Rotations.

Proceedings of the International Conference on Advances in Computational Mechanics, Springer, Singapore, pp. Phân tích ứng xử tĩnh tấm composite đa lớp dựa trên một lý thuyết tấm biến dạng cắt bậc cao. Hội nghi cơ học Việt Nam, 2017. Phân tích dao động tự do của vỏ có sườn gia cường bằng phần tử tứ giác MISQ24.

Hội nghi cơ học Việt Nam, 2017. Nonlinear Bending Analysis of Functionally Graded Plates Using SQ4T Elements based on Twice Interpolation Strategy. Journal of Applied and Computational Mechanics, Vol. Ngày 22 tháng 8 năm 2022 Người khai ký tên (đã ký) Tôn Thất Hoàng Lân v LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 8 năm 2022 (Ký tên và ghi rõ họ tên) (đã ký) Tôn Thất Hoàng Lân vi LỜI CẢM ƠN Trước tiên, nghiên cứu sinh kính gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các Thầy hướng dẫn PGS.Nguyễn Văn Hiếu và PGS.Châu Đình Thành. Các Thầy đã luôn động viên và định hướng cho tôi trong suốt quá trình thực hiện nhiệm vụ. Nghiên cứu sinh cũng chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban chủ nhiệm, quý Thầy, Cô của Khoa Xây dựng trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM; quý Thầy, Cô tham gia hướng dẫn các học phần trong chương trình đào tạo tiến sĩ; Hội đồng khoa học đánh giá chuyên đề tổng quan, chuyên đề khoa học 1, chuyên đề khoa học 2, cấp cơ sở; Nhà khoa học phản biện cấp cơ sở, cấp trường; Đại diện cơ quan đoàn thể, Nhà khoa học nhận xét bản tóm tắt; cùng các cộng sự đã đóng góp ý kiến, tạo điều kiện, động lực cho nghiên cứu sinh thực hiện công việc nghiên cứu.

Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM cũng như Trường Đại học Kiến trúc Tp.HCM vì đã có những chính sách hỗ trợ kịp thời cho nghiên cứu sinh trong quá trình học tập và làm việc. Nghiên cứu sinh không quên cảm ơn những người thân yêu trong gia đình luôn chia sẻ mọi khó khăn, là chỗ dựa vững chắc về vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận án tiến sĩ. Nghiên cứu sinh Tôn Thất Hoàng Lân vii TÓM TẮT Tấm/vỏ là các kết cấu phổ biến trong cuộc sống thực tế, chúng được dùng làm mái che, sàn, tường, xilo, bể chứa,. Trong số các phương pháp dùng để mô phỏng cũng như phân tích ứng xử cơ học của tấm/vỏ, phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là phương pháp được sử dụng rộng rãi và hiệu quả nhất.

Với sự xuất hiện liên tục các bài toán phức tạp mới, FEM vẫn còn đó những hạn chế nhất định liên quan đến kỹ thuật rời rạc phần tử, độ chính xác, tính ổn định, chi phí tính toán, tính linh hoạt,. Do đó, việc đề xuất những cải tiến kỹ thuật cho FEM hiện hữu trong mô phỏng ứng xử tấm/vỏ luôn giữ vai trò quan trọng. Hướng nghiên cứu này luôn mang tính thời sự từ nhiều thập kỷ qua đến tận bây giờ. Với mong muốn làm đa dạng thêm nữa, tạo ra thêm nhiều phần tử lai, tích hợp từ những ưu điểm của các phần tử hiện hữu, luận án này đã được hình thành.

Bên cạnh đó, mục tiêu của nghiên cứu là tạo nên một tập hợp các phần tử tứ giác 4 nút đơn giản trong thiết lập công thức dùng cho phân tích tấm/vỏ, càng ít bị ảnh hưởng bởi các hiện tượng khóa màng, khóa cắt,… càng tốt. Các đóng góp chính của luận án: - Xây dựng phần tử tứ giác 4 nút SQ4H dựa vào kỹ thuật trơn biến dạng trên miền con kết hợp kỹ thuật cải biên dạng C0-HSDT để phân tích phi tuyến kết cấu tấm phẳng và tấm gấp. Phần tử này cải thiện độ chính xác của mô hình và giảm bớt sự bất ổn về số đối với phân tích hình học phi tuyến tính. - Xây dựng phần tử tứ giác 4 nút SQ4T dựa vào kỹ thuật nội suy kép (TIS) để phân tích tuyến tính và phi tuyến kết cấu tấm/vỏ.

Với việc xây dựng hàm nội suy bậc cao dựa vào giá trị nút lẫn gradient trung bình nút trong phạm vi miền ảnh hưởng, phần tử này cải thiện được yếu tố bất liên tục của biến dạng và ứng suất qua biên của nó. - Xây dựng phần tử tứ giác 4 nút SQ4C dựa trên kỹ thuật tổ hợp biến dạng: màng, uốn và cắt để phân tích tuyến tính kết cấu tấm/vỏ có hoặc không có sườn gia cường. Phần tử này cải thiện được độ chính xác của mô hình và giảm bớt sự bất ổn về kết quả số liên quan đến hiện tượng khóa màng khi phân tích kết cấu vỏ. viii - Xây dựng phần tử tứ giác 4 nút SQ4P dựa trên chuỗi đa thức Chebyshev để phân tích tuyến tính kết cấu tấm vỏ.

Kết quả số được cải thiện dựa vào lưới chia lẫn bậc của đa thức Chebyshev. ix ABSTRACT Plates and shells are common structures in real life, they are used as roofs, floors, walls, silos, tanks, etc. Among the numerical methods used to simulate as well as analyze the mechanical behavior of plate and shell structures, the finite element method (FEM) is the most widely used and effective method. With the continuous emergence of new complex problems, FEM still has certain limitations related to discrete element techniques, accuracy, stability, computational cost, flexibility, etc.

Therefore, it is always important to suggest technical improvements to FEM in plate/shell behavior simulation. This research direction has always been topical from the past decades to now. With the desire to further diversify, create more hybrid elements, integrate from the advantages of existing elements, this thesis is formed. Besides, the goal of the study is to create a simple set of 4-node quadrilateral elements in the formulation for plate/shell analysis, which is less affected by the phenomena of membrane locking, shear locking, etc.

The main contributions of this thesis can be listed as follows: - Constructing a 4-node quadrilateral element, namely SQ4H, based on cellbased strain smoothing enhancement combined with the type of C0-HSDT for nonlinear analysis of plate and folded plate structures. This element improves model accuracy and reduces numerical instability for geometrically nonlinear analysis. - Constructing a 4-node quadrilateral element, namely SQ4T, based on twice interpolation strategy (TIS) for linear and nonlinear analysis of plate/shell structures. By establishing high-order shape functions that take into account the influence of the group of neighboring nodes on the considering element, this element improves the discontinuity of its strain and stress across its boundaries.

- Under the combined strain strategy with respect to overcoming membrane locking as well as shear locking phenomenon and using cell-based strain smoothing enhancement, the third contribution is to build a 4-node quadrilateral element, x namely SQ4C, for analysis of plate and shell structures with or without stiffeners.