Luận án: Phát triển phương pháp Mesh-free mới cho phân tích giới hạn và thích nghi kết cấu

Luận văn đề xuất phương pháp Mesh-free cho phân tích giới hạn kết cấu. Cải tiến độ chính xác và hiệu suất tính toán so với phương pháp lưới cổ điển.

Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận án tiến sĩ

Năm xuất bản

Số trang

178

Thời gian đọc

27 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

50 Point

Tổng quan nhanh

Chủ đề:
1. Phương pháp Mesh-free mới: Phân tích giới hạn kết cấu
Số trang:
178 trang
Trường:
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành:
Kỹ thuật xây dựng
Tác giả:
Năm:

Tóm tắt nội dung luận án

I. Phương pháp Mesh free mới Phân tích giới hạn kết cấu

Nghiên cứu phát triển các phương pháp số mạnh mẽ giải quyết các bài toán kỹ thuật phức tạp. Phương pháp phân tích trực tiếp được áp dụng. Điều này yêu cầu một công cụ toán học vững chắc cùng chiến lược rời rạc hóa phù hợp. Công trình này tập trung chính vào phân tích giới hạn kết cấu và phân tích thích nghi. Mục tiêu là cung cấp thông tin thiết kế kết cấu nhanh chóng. Điều này không cần biết toàn bộ lịch sử gia tải của vật liệu. Phương pháp không lưới đóng vai trò trọng tâm. Việc ứng dụng phương pháp này giúp vượt qua nhiều hạn chế của các phương pháp truyền thống. Việc này đảm bảo tính ổn định và độ chính xác của các giải pháp. Các bài toán kỹ thuật thực tiễn được xử lý hiệu quả. Phân tích giới hạn là công cụ quan trọng để đánh giá sức chịu tải cực hạn. Nó giúp dự đoán hành vi của kết cấu dưới tải trọng sập đổ.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu phương pháp số mạnh mẽ

Việc phát triển phương pháp số tiên tiến là cần thiết. Các phương pháp này cần giải quyết các thách thức kỹ thuật hiện đại. Chúng cần khả năng mô phỏng hành vi phức tạp của vật liệu và kết cấu. Mục tiêu là tạo ra công cụ mạnh mẽ, cung cấp giải pháp đáng tin cậy. Nghiên cứu tập trung vào phân tích trực tiếp. Cách tiếp cận này giúp tiết kiệm thời gian và tài nguyên tính toán. Nó không yêu cầu mô phỏng toàn bộ lịch sử tải của kết cấu.

1.2. Giải quyết bài toán kỹ thuật thực tiễn hiệu quả

Các bài toán kỹ thuật đòi hỏi phương pháp phân tích chính xác. Đặc biệt là những bài toán liên quan đến độ bền vật liệu và phân tích phá hủy. Phương pháp đề xuất cung cấp giải pháp hiệu quả cho các vấn đề này. Nó giúp kỹ sư đưa ra quyết định thiết kế tối ưu. Phân tích giới hạn kết cấu là một ứng dụng quan trọng. Nó đánh giá khả năng chịu tải của cấu trúc. Điều này rất hữu ích trong thiết kế an toàn và bền vững.

II. Nâng cao Phân tích giới hạn và thích nghi kết cấu

Phân tích giới hạn và thích nghi là các công cụ thiết yếu. Chúng cung cấp thông tin quan trọng về giới hạn tải của kết cấu. Điều này không yêu cầu phân tích toàn bộ lịch sử biến dạng lớn hoặc phân tích phi tuyến phức tạp. Phương pháp này cho phép xác định trực tiếp sức chịu tải cực hạn. Nó cũng giúp đánh giá khả năng chịu tải trọng sập đổ. Các bài toán được xây dựng trên cơ sở cơ học dẻo. Chúng tập trung vào việc tìm điểm giới hạn của vật liệu. Việc này giảm đáng kể chi phí tính toán. Đồng thời cung cấp cái nhìn sâu sắc về an toàn kết cấu. Các thông tin về biến dạng lớn được suy luận từ giới hạn dẻo. Khả năng thích nghi của kết cấu dưới tải trọng lặp lại cũng được xem xét. Điều này quan trọng cho thiết kế dài hạn.

2.1. Phân tích giới hạn xác định sức chịu tải cực hạn

Sức chịu tải cực hạn là một thông số quan trọng. Nó xác định tải trọng tối đa mà một kết cấu có thể chịu. Phương pháp phân tích giới hạn cung cấp cách tiếp cận trực tiếp. Cách tiếp cận này không cần theo dõi chi tiết toàn bộ hành vi vật liệu. Việc này giúp đánh giá độ bền vật liệu nhanh chóng. Kết quả giúp đưa ra quyết định thiết kế an toàn. Các mô hình dựa trên cơ học dẻo được sử dụng. Chúng mô tả hành vi của vật liệu khi đạt đến giới hạn chảy.

2.2. Xử lý tải trọng sập đổ không cần lịch sử tải

Việc mô phỏng toàn bộ lịch sử tải có thể tốn kém. Đặc biệt là với các bài toán phức tạp và biến dạng lớn. Phân tích giới hạn giải quyết vấn đề tải trọng sập đổ. Nó xác định mức tải mà tại đó kết cấu có thể bị phá hủy. Điều này được thực hiện mà không cần biết chi tiết quá trình gia tải. Cách tiếp cận này tiết kiệm đáng kể tài nguyên máy tính. Nó tập trung vào trạng thái cuối cùng của kết cấu. Phân tích thích nghi xem xét hành vi dưới tải trọng lặp.

2.3. Cơ học dẻo và phân tích phi tuyến kết cấu

Cơ học dẻo là nền tảng lý thuyết. Nó mô tả hành vi của vật liệu khi vượt qua giới hạn đàn hồi. Điều này cần thiết cho phân tích giới hạn. Các bài toán phân tích phi tuyến thường gặp phức tạp. Phương pháp đề xuất đơn giản hóa quá trình này. Nó biến các bài toán cơ học dẻo thành các bài toán tối ưu hóa. Điều này cho phép giải quyết hiệu quả các vấn đề biến dạng lớn. Phân tích phá hủy cũng được hưởng lợi từ cách tiếp cận này. Nó giúp đánh giá độ bền vật liệu trong các tình huống cực đoan.

III. Ứng dụng iRBF trong phương pháp không lưới hiệu quả

Một công cụ số mạnh mẽ cần chiến lược rời rạc hóa xuất sắc. Nó phải cung cấp các giải pháp ổn định và chính xác. Trong nghiên cứu này, phương pháp tích hợp hàm cơ sở xuyên tâm không lưới (iRBF) được sử dụng. Phương pháp này xấp xỉ các trường tính toán. Nó là một phương pháp phần tử không lưới tiên tiến. Nó loại bỏ nhu cầu về lưới phần tử truyền thống. Các ràng buộc trong bài toán được áp dụng trực tiếp tại các nút phân tán. Phương pháp đối ngẫu được sử dụng để thực hiện việc này. Điều này giữ cho kích thước bài toán tối ưu hóa nhỏ. Nó cũng đảm bảo quy trình số thực sự không lưới. Một ưu điểm khác của iRBF là tính chất Kronecker delta của hàm hình dạng. Tính chất này giúp việc áp đặt các điều kiện biên thiết yếu trở nên dễ dàng.

3.1. Giới thiệu phương pháp phần tử không lưới iRBF

iRBF là một phương pháp không lưới tiên tiến. Nó sử dụng các hàm cơ sở xuyên tâm để nội suy. Các hàm này xấp xỉ các trường vật lý trong bài toán. Phương pháp này không yêu cầu một lưới phần tử cấu trúc. Điều này giúp giảm đáng kể công đoạn tiền xử lý. Nó cũng cải thiện khả năng xử lý các hình học phức tạp. Phương pháp iRBF cung cấp giải pháp chính xác. Nó được áp dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác nhau.

3.2. Rời rạc hóa không cần lưới phần tử truyền thống

Các phương pháp phần tử hữu hạn truyền thống đòi hỏi lưới. Việc tạo lưới thường phức tạp và tốn thời gian. Đặc biệt là với các bài toán biến dạng lớn. Phương pháp không lưới iRBF loại bỏ yêu cầu này. Nó sử dụng một tập hợp các nút phân tán. Các nút này được đặt trong miền tính toán. Sự phân bố nút linh hoạt hơn nhiều so với lưới. Điều này giúp đơn giản hóa quá trình mô hình hóa. Nó cũng cải thiện độ chính xác tại các vùng tập trung ứng suất.

3.3. Đặc tính Kronecker delta và điều kiện biên thiết yếu

Một trong những thách thức của phương pháp không lưới là áp đặt điều kiện biên. Nhiều phương pháp không lưới gặp khó khăn trong việc này. Phương pháp iRBF có một ưu điểm lớn. Hàm hình dạng của nó thỏa mãn tính chất Kronecker delta. Điều này có nghĩa là giá trị hàm tại một nút bằng 1 tại nút đó và 0 tại các nút khác. Tính chất này giúp việc áp đặt các điều kiện biên thiết yếu trở nên đơn giản. Nó tương tự như trong phương pháp phần tử hữu hạn. Điều này đảm bảo tính ổn định và chính xác của giải pháp.

IV. Tối ưu hóa số liệu Ổn định và hiệu quả tính toán

Để xử lý toán học, các bài toán được phát biểu. Chúng có dạng cực tiểu hóa tổng các chuẩn Euclidean. Các bài toán này sau đó được chuyển thành bài toán quy hoạch hình nón phù hợp. Loại quy hoạch này phụ thuộc vào tiêu chuẩn chảy. Ví dụ, quy hoạch hình nón bậc hai (SOCP) được sử dụng. SOCP là một công cụ mạnh mẽ cho tối ưu hóa. Nó cho phép giải quyết các bài toán với ràng buộc phi tuyến. Để loại bỏ vấn đề bất ổn định số, lược đồ tích phân nút phù hợp ổn định (SCNI) được giới thiệu. SCNI giúp duy trì tính ổn định của giải pháp. Nó đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình tính toán. Các ràng buộc trong bài toán được thực thi trực tiếp tại các nút phân tán. Phương pháp đối ngẫu được áp dụng hiệu quả. Điều này giữ cho kích thước của bài toán tối ưu hóa nhỏ. Nó cũng đảm bảo quy trình số thực sự không lưới.

4.1. Công thức toán học Tối thiểu hóa chuẩn Euclidean

Việc phát biểu bài toán dưới dạng toán học là bước quan trọng. Các bài toán cơ học dẻo được chuyển đổi. Chúng trở thành các bài toán tối thiểu hóa tổng các chuẩn Euclidean. Công thức này giúp chuẩn hóa vấn đề. Nó cho phép áp dụng các công cụ tối ưu hóa mạnh mẽ. Việc này làm nền tảng cho việc giải quyết các bài toán phân tích giới hạn kết cấu. Các phép tính toán trở nên rõ ràng và có hệ thống.

4.2. Phương pháp Conic Programming SOCP áp dụng

Các bài toán tối thiểu hóa chuẩn Euclidean sau đó được chuyển. Chúng thành dạng quy hoạch hình nón (Conic Programming). Đặc biệt, Quy hoạch hình nón bậc hai (SOCP) được sử dụng rộng rãi. SOCP là một kỹ thuật tối ưu hóa hiện đại. Nó xử lý hiệu quả các ràng buộc phi tuyến. Phương pháp này phù hợp cho các bài toán phân tích phi tuyến. Nó đảm bảo tìm ra giải pháp tối ưu. Nó cũng thích hợp với các tiêu chuẩn chảy phức tạp trong cơ học dẻo.

4.3. Ổn định số bằng lược đồ tích phân nút SCNI

Bất ổn định số là một thách thức lớn. Nó thường gặp trong các phương pháp không lưới. Để giải quyết vấn đề này, lược đồ SCNI được tích hợp. SCNI là một kỹ thuật tích phân nút hiệu quả. Nó giúp cải thiện tính ổn định của các phép tính. Điều này đảm bảo rằng các giải pháp là chính xác và đáng tin cậy. SCNI duy trì sự phù hợp hình học. Đồng thời ngăn chặn sự xuất hiện của các chế độ biến dạng không vật lý. Việc này nâng cao chất lượng tổng thể của phân tích.

V. Lợi ích vượt trội của phương pháp Mesh free đề xuất

Phương pháp kết hợp iRBF và quy hoạch hình nón bậc hai mang lại nhiều lợi ích. Lợi thế lớn nhất là khả năng đạt được các giải pháp chính xác cao. Điều này được thực hiện với chi phí tính toán thấp. Kích thước của bài toán tối ưu hóa được giữ nhỏ. Điều này do việc thực thi các ràng buộc tại các nút phân tán. Quy trình này thực sự là một phương pháp không lưới. Việc này tránh các phức tạp của việc tạo và quản lý lưới. Phương pháp này có thể áp dụng rộng rãi. Nó giúp giải quyết các bài toán kỹ thuật phức tạp. Đặc biệt là những bài toán liên quan đến phân tích giới hạn kết cấu. Nó cung cấp sự linh hoạt cao. Nó cũng dễ dàng thích ứng với các hình học phức tạp và thay đổi điều kiện biên. Các lợi ích này làm cho phương pháp trở thành công cụ mạnh mẽ.

5.1. Kích thước bài toán tối ưu hóa nhỏ gọn

Một ưu điểm nổi bật là kích thước bài toán tối ưu hóa nhỏ. Các ràng buộc được áp dụng trực tiếp tại các nút. Việc này khác với việc áp dụng trên các phần tử lưới. Cách tiếp cận này giúp giảm số lượng biến. Nó cũng giảm số lượng ràng buộc trong hệ thống. Điều này dẫn đến các bài toán tối ưu hóa nhỏ gọn hơn. Việc giải quyết các bài toán này nhanh hơn. Nó cũng yêu cầu ít tài nguyên bộ nhớ hơn. Điều này là quan trọng cho các phân tích biến dạng lớn.

5.2. Giải pháp phân tích giới hạn kết cấu chính xác cao

Mặc dù chi phí tính toán thấp, phương pháp vẫn đảm bảo độ chính xác. Các giải pháp cho phân tích giới hạn kết cấu là rất chính xác. Điều này đã được kiểm chứng qua các so sánh. Kết quả đạt được phù hợp với các dữ liệu khoa học. Độ chính xác cao là yếu tố then chốt. Nó đảm bảo tính an toàn và độ tin cậy của thiết kế. Đặc biệt trong phân tích độ bền vật liệu và phân tích phá hủy. Phương pháp cung cấp kết quả đáng tin cậy.

5.3. Tiết kiệm chi phí tính toán đáng kể

Chi phí tính toán là một yếu tố quan trọng. Phương pháp đề xuất giảm thiểu đáng kể chi phí này. Nó không yêu cầu quá trình tạo lưới phức tạp. Kích thước bài toán tối ưu hóa cũng nhỏ gọn. Điều này giúp tăng tốc độ phân tích. Nó làm cho việc thực hiện các nghiên cứu tham số trở nên khả thi hơn. Việc này cũng phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp. Chi phí thấp nhưng vẫn đảm bảo chất lượng giải pháp cao.

VI. Kiểm chứng hiệu suất phương pháp phân tích phi tuyến

Hiệu suất của phương pháp đề xuất được kiểm chứng. Điều này được thực hiện thông qua việc so sánh các kết quả. Các kết quả thu được được đối chiếu với các giải pháp đã có. Các giải pháp này được công bố trong tài liệu khoa học. Sự phù hợp giữa các kết quả chứng minh tính đúng đắn. Nó cũng chứng minh độ tin cậy của phương pháp. Phương pháp đã thể hiện khả năng vượt trội. Nó giải quyết các bài toán liên quan đến phân tích phi tuyến. Đặc biệt là các bài toán về cơ học dẻo và phân tích phá hủy. Việc kiểm chứng này khẳng định giá trị thực tiễn. Nó cũng cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi. Phương pháp này có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác nhau.

6.1. So sánh kết quả với dữ liệu khoa học hiện có

Để xác nhận hiệu quả, các kết quả được so sánh. Chúng được so sánh với các dữ liệu và giải pháp có sẵn. Các dữ liệu này được công bố trong các nghiên cứu trước. Việc này bao gồm các bài toán kiểm tra chuẩn. Nó cũng bao gồm các ví dụ thực tiễn. Sự trùng khớp giữa các kết quả cho thấy độ chính xác. Nó khẳng định tính hợp lệ của phương pháp. Điều này là cần thiết để xây dựng lòng tin. Nó cũng cần thiết để chấp nhận phương pháp trong cộng đồng khoa học.

6.2. Ứng dụng vào phân tích phá hủy và độ bền vật liệu

Khả năng ứng dụng của phương pháp là rất rộng. Nó đặc biệt phù hợp cho phân tích phá hủy và độ bền vật liệu. Các lĩnh vực này đòi hỏi sự chính xác cao. Chúng cũng đòi hỏi khả năng xử lý biến dạng lớn. Phương pháp cung cấp công cụ hiệu quả. Nó giúp đánh giá rủi ro phá hủy của kết cấu. Nó cũng giúp tối ưu hóa thiết kế vật liệu. Điều này quan trọng trong ngành xây dựng, cơ khí và hàng không. Phương pháp hỗ trợ thiết kế an toàn và bền vững.

Mục lục chi tiết luận án

Declaration of Authorship
Acknowledgements
Abstract
List of Tables
List of Figures
List of Abbreviations
List of Notations
1. Chapter 1: Introduction
1.1. 1.1 Limit and shakedown analysis
1.2. The direct analysis for microstructures
1.3. Mesh-free methods - state of the art
1.4. The objectives and scope of thesis
1.5. Original contributions of the thesis
2. Chapter 2: Fundamentals
2.1. 2.1 Plasticity relations in direct analysis
2.2. Upper bound theorem of shakedown analysis
2.3. The lower bound theorem of shakedown analysis
2.4. Separated and unified methods
2.5. Upper bound formulation of limit analysis
2.6. Lower bound formulation of limit analysis
2.7. Conic optimization programming
2.8. The iRBF-based mesh-free method
2.8.1. iRBF shape function
2.8.2. The integrating constants in iRBF approximation
2.8.3. The influence domain and integration technique
3. Chapter 3: Displacement and equilibrium mesh-free formulation based on integrated radial basis functions for dual yield design
3.1. 3.2 Kinematic and static iRBF discretizations
3.1.1. iRBF discretization for kinematic formulation
3.1.2. iRBF discretization for static formulation
3.2. Square plates with cutouts subjected to tension load
3.3. Notched tensile specimen
4. Chapter 4: Limit state analysis of reinforced concrete slabs using an integrated radial basis function based mesh-free method
4.1. 4.2 Kinematic formulation using the iRBF method for reinforced concrete slab
4.2. Regular polygonal slabs
4.3. Arbitrary geometric slab with a rectangular hole
5. Chapter 5: A stabilized iRBF mesh-free method for quasi-lower bound shakedown analysis of structures
5.1. 5.2 iRBF discretization for static shakedown formulation
5.1.1. Punch problem under proportional load
5.1.2. Thin plate with a central hole subjected to variable tension loads
5.1.3. Grooved plate subjected to tension and in-plane bending loads
5.2. 5.4 A symmetric continuous beam
5.3. 5.5 A simple frame with different boundary conditions
6. Chapter 6: Kinematic yield design computational homogenization of micro-structures using the stabilized iRBF mesh-free method
6.1. 6.2 Limit analysis based on homogenization theory
6.1.1. Discrete formulation using iRBF method
6.1.2. Metal with cavities
6.1.3. Perforated material with different arrangement of holes
7. Chapter 7: Discussions, conclusions and future work
7.1. 7.2 The convergence and reliability of obtained solutions
7.1.1. The advantages of present method
7.1.2. The disadvantages of present method
7.2. Suggestions for future work
List of publications
Bibliography
Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Luận án tiến sĩ development of novel meshless method for limit and shakedown analysis of structures materials

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (178 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

Declaration of Authorship I declare that this is my own research. The data and results stated in the thesis are honest and have not been published by anyone in any other works. Ho Chi Minh city, October 2020 PhD candidate HO LE HUY PHUC i Acknowledgements The research presented in this thesis has been carried out in the framework of a doctorate at Faculty of Civil Engineering, Ho Chi Minh city University of Technology and Education, Vietnam. This work would have never been possible without the support and help of many people to whom I feel deeply grateful.

First and foremost, I would like to express my most sincere thanks to my su- pervisors, Assoc. Le Van Canh and Assoc. Phan Duc Hung, for their guidance, valuable academic advice, mental support and constant encouragement during the course of this work. I am deeply indebted to my major supervisor, As- soc.

Le Van Canh. He is one of most influential people in my life, both profes- sionally and personally. His guidance is precious, helping me develop the personal skills needed to succeed in future work. I would like to thank the co-author of my papers - Prof.

Tran Cong Thanh for his encouragement, support and guidance. I would also like to express my admiration for his unsurpassed knowledge of mathematics and numerical methods. I really appreciate the financial support received from the Institute for Com- putational Science and Technology (ICST) - HCMC, the Science and Technology Incubator Youth Program - HCMC, and International University - VNU-HCMC throughout the research projects. I take this opportunity to thank my colleagues in International University - VNU-HCMC, HCMC University of Technology and Education, and HUTECH Uni- versity, especially Dr.

Tran Trung Dung, PhD candidate Nguyen Hoang Phuong, PhD candidate Do Van Hien, Dr. Khong Trong Toan and Dr. Vo Minh Thien, for fruitful discussions about a range of topics and their mental support. I sincerely thank my parents and my younger sisters for their unconditional love and support.

I am also definitely indebted to my wife, Nguyen My Lam, for her love, understanding and encouraging me whenever I needed motivation. ii Acknowledgements Finally, I would like to dedicate this thesis to my little son - Ho Nguyen Nhat Duy. No word can describe my love for him. Ho Chi Minh city, October 2020 PhD candidate HO LE HUY PHUC iii Abstract The proposed research is essentially concerning on the development of powerful numerical methods to deal with practical engineering problems.

The direct methods requiring the use of a strong mathematical tool and a proper numerical discretiza- tion are considered. The current work primarily focuses on the study of limit and shakedown analysis allowing the rapid access to the requested information of structural design with- out the knowledge of whole loading history. For the mathematical treatment, the problems are formulated in form of minimizing a sum of Euclidean norms which are then cast as suitable conic programming depending on the yield criterion, e. second order cone programming (SOCP).

In addition, a robust numerical tool also requires an excellent discretization strat- egy which is capable of providing stable and accurate solutions. In this study, the so-called integrated radial basis functions-based mesh-free method (iRBF) is em- ployed to approximate the computational fields. To eliminate numerical instability problems, the stabilized conforming nodal integration (SCNI) scheme is also intro- duced. Consequently, all constrains in resulting problems are directly enforced at scattered nodes using collocation method.

That not only keeps size of the optimiza- tion problem small but also ensures the numerical procedure truly mesh-free. One more advantage of iRBF method, which is absent in almost meshless ones, is that the shape function satisfies Kronecker delta property leading the essential boundary conditions to be imposed easily. In summary, the iRBF-based mesh-free method is developed in combination with second order cone programming to provide solutions for direct analysis of structures and materials. The most advantage of proposed approach is that the highly accu- rate solutions can be obtained with low computational efforts.

The performance of proposed method is justified via the comparison of obtained results and available ones in the literature. iv Tóm tắt Luận án này hướng đến việc phát triển một phương pháp số mạnh để giải quyết các bài toán kỹ thuật, và phương pháp phân tích trực tiếp được sử dụng. Phương pháp này yêu cầu một thuật toán tối ưu hiệu quả và một công cụ rời rạc thích hợp. Trước tiên, nghiên cứu này tập trung vào lý thuyết phân tích giới hạn và thích nghi, phương pháp được biết đến như một công cụ hữu hiệu để xác định trực tiếp những thông tin cần thiết cho việc thiết kế kết cấu mà không cần phải thông qua toàn bộ quá trình gia tải.

Về mặt toán học, các bài toán được phát biểu dưới dạng cực tiểu một chuẩn của tổng bình phương các biến trong không gian Euclide, sau đó được đưa về dạng chương trình hình nón phù hợp với tiêu chuẩn dẻo, ví dụ chương trình hình hón bậc hai (SOCP). Hơn nữa, một công cụ số mạnh còn đòi hỏi phải có kỹ thuật rời rạc tốt để đạt được kết quả tính toán chính xác với tính ổn định cao. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp không lưới dựa trên phép tích phân hàm cơ sở hướng tâm (iRBF) để xấp xỉ các trường biến. Kỹ thuật tích phân nút ổn định (SCNI) được đề xuất nhằm loại bỏ sự thiếu ổn định của kết quả số.

Nhờ đó, tất cả các ràng buộc trong bài toán được áp đặt trực tiếp tại các nút bằng phương pháp tụ điểm. Điều này không những giúp kích thước bài toán được giữ ở mức tối thiểu mà còn đảm bảo phương pháp là không lưới thực sự. Một ưu điểm nữa mà hầu hết các phương pháp không lưới khác không đáp ứng được, đó là hàm dạng iRBF thỏa mãn đặc trưng Kronecker delta. Nhờ vậy, các điều kiện biên chính có thể được áp đặt dễ dàng mà không cần đến các kỹ thuật đặc biệt.

Tóm lại, nghiên cứu này phát triển phương pháp không lưới iRBF kết hợp với thuật toán tối ưu hình nón bậc hai cho bài toán phân tích trực tiếp kết cấu và vật liệu. Thế mạnh lớn nhất của phương pháp đề xuất là kết quả số với độ chính xác cao có thể thu được với chi phí tính toán thấp. Hiệu quả của phương pháp được đánh giá thông qua việc so sánh kết quả số với những phương pháp khác. v Contents Declaration of Authorship i Acknowledgements iii Abstract v Contents ix List of Tables xi List of Figures xvi List of Abbreviations xvii List of Notations xix Chapter 1: Introduction 1 1.1 Limit and shakedown analysis .4 The direct analysis for microstructures .5 Mesh-free methods - state of the art .4 The objectives and scope of thesis .5 Original contributions of the thesis.

25 vi Contents Chapter 2: Fundamentals 27 2.1 Plasticity relations in direct analysis .1 Upper bound theorem of shakedown analysis .2 The lower bound theorem of shakedown analysis .3 Separated and unified methods .1 Upper bound formulation of limit analysis .2 Lower bound formulation of limit analysis .4 Conic optimization programming .6 The iRBF-based mesh-free method .1 iRBF shape function .2 The integrating constants in iRBF approximation .3 The influence domain and integration technique. 49 Chapter 3: Displacement and equilibrium mesh-free formulation based on integrated radial basis functions for dual yield design 53 3.2 Kinematic and static iRBF discretizations .1 iRBF discretization for kinematic formulation .2 iRBF discretization for static formulation .2 Square plates with cutouts subjected to tension load .3 Notched tensile specimen. 67 Chapter 4: Limit state analysis of reinforced concrete slabs using an integrated radial basis function based mesh-free method 68 4.2 Kinematic formulation using the iRBF method for reinforced con- crete slab .2 Regular polygonal slabs .3 Arbitrary geometric slab with a rectangular hole. 81 Chapter 5: A stabilized iRBF mesh-free method for quasi-lower bound shakedown analysis of structures 82 5.2 iRBF discretization for static shakedown formulation .1 Punch problem under proportional load .2 Thin plate with a central hole subjected to variable tension loads .3 Grooved plate subjected to tension and in-plane bending loads 95 5.4 A symmetric continuous beam .5 A simple frame with different boundary conditions.

104 Chapter 6: Kinematic yield design computational homogenization of micro-structures using the stabilized iRBF mesh-free method 106 6.2 Limit analysis based on homogenization theory .3 Discrete formulation using iRBF method .2 Metal with cavities .3 Perforated material with different arrangement of holes. 121 Chapter 7: Discussions, conclusions and future work 123 7.2 The convergence and reliability of obtained solutions .1 The advantages of present method .2 The disadvantages of present method .4 Suggestions for future work. 129 List of publications 131 Bibliography 154 ix List of Tables 3.1 Prandtl problem: upper and lower bound of collapse multiplier .2 Prandtl problem: comparison with previous solutions .3 Collapse multipliers for the square plate with a central square cutout 65 3.4 Collapse multipliers for the square plate with a central thin crack .5 Plates with cutouts problem: comparison with previous solutions .6 The double notched specimen: comparison with previous solutions .1 Rectangular slabs with various ratios b/a: limit load factors .2 Results of simply supported and clamped square slabs .3 Square slabs: limit load multipliers in comparison with other methods 77 4.4 Clamped regular polygonal slabs: limit load factors in comparison with other solutions (mp /qR2 ) .5 Collapse load of an arbitrary shape slab (×m− p) .1 Computational results of iRBF and RPIM methods .2 Plate with hole: comparison of limit load multipliers .3 Plate with hole: comparison of shakedown load multipliers .4 Grooved plate: present solutions in comparison with other results .5 Symmetric continuous beam: limit load factors .6 Symmetric continuous beam: shakedown load factors .7 A simple frame (model A): limit and shakedown load multipliers .8 A simple frame (model B): limit and shakedown load multipliers. 102 x List of Tables 6.1 Perforated materials: the given data .2 Rectangular hole RVE (L1 × L2 = 0.

113 xi List of Figures 1.1 Direct analysis: numerical procedures.2 The discretization of FEM and MF method .3 The computational domain in mesh-free method .4 Numerical procedures: Mesh-free method vesus FEM .2 Stable and unstable material models .3 The normality rule .4 The equilibrium body .5 The different behaviors of structures under the cycle load .6 Loading cycles in shakedown analysis .7 Homogenization technique: correlation between macro- and micro- scales .8 The iRBF shape function and its derivatives .9 The influence domain and representative domain of nodes .10 The SCNI technique in a representative domain .2 Prandtl problem: approximation displacement and stress boundary conditions .3 Bounds on the collapse multiplier versus the number of nodes and variables. 62 xii List of Figures 3.4 Thin square plates .5 The upper-right quater of plates .6 Uniform nodal discretization .7 Convergence of limit load factor for the plates .8 Double notch specimen .9 Convergence study for the double notched specimen problem .1 Slab element subjected to pure bending in the reinforcement direction 71 4.2 Rectangular slab: geometry, loading, boundary conditions and nodal discretization .3 Simply supported square slab: normalized limit load factor λ+ versus the parameter αs .4 Limit load factors λ+ (mp /qab) of rectangular slabs (b/a = 2) with different boundary conditions: CCCC (56.5 Rectangular slabs (b = 2a) with various boundary conditions: plastic dissipation distribution .6 Nodal distribution and computational domains of polygonal slabs: (a) triangle; (b) square; (c) pentagon; (d) hexagon; (e) circle .7 Plastic dissipation distribution and collapse load multipliers (mp /qR2 ) of polygonal slabs: (a, b, c, d, e)-clamped; (f, g, h, i, j)-simply supported 79 4.8 Arbitrary shape slabs: geometry (all dimensions are in meter) and discretization .

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Trích dẫn luận án này

Hồ Lê Huy Phúc (2020). Phương pháp Mesh-free mới cho phân tích giới hạn kết cấu [Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh]. LuanAn.net. https://luanan.net/ky-thuat-xay-dung-kien-truc/ky-thuat-xay-dung-dan-dung-cong-nghiep/luan-an-phuong-phap-mesh-free-moi-phan-tich-gioi-han-ket-cau

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Phương pháp Mesh-free mới cho phân tích giới hạn kết cấu" nghiên cứu về vấn đề gì?

Luận văn đề xuất phương pháp Mesh-free cho phân tích giới hạn kết cấu. Cải tiến độ chính xác và hiệu suất tính toán so với phương pháp lưới cổ điển.

Luận án "Phương pháp Mesh-free mới cho phân tích giới hạn kết cấu" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Năm bảo vệ: 2020.

Luận án "Phương pháp Mesh-free mới cho phân tích giới hạn kết cấu" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Phương pháp Mesh-free mới cho phân tích giới hạn kết cấu" thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng. Danh mục: Kỹ Thuật Xây Dựng Dân Dụng & Công Nghiệp.

Luận án "Phương pháp Mesh-free mới cho phân tích giới hạn kết cấu" có bao nhiêu trang?

Luận án "Phương pháp Mesh-free mới cho phân tích giới hạn kết cấu" có 178 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Phương pháp Mesh-free mới cho phân tích giới hạn kết cấu" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter