Đang tải... (xem toàn văn)
Luận án nhằm phát triển mô hình phần tử hữu hạn dùng trong nghiên cứu dao động của dầm FGM có lỗ rỗng vi mô trong môi trường nhiệt độ chịu tác dụng của tải trọng di động. Mời các bạn tham khảo!
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - BÙI VĂN TUYỂN DAO ĐỘNG CỦA DẦM FGM CÓ LỖ RỖNG VI MÔ TRONG MÔI TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG LUẬN ÁN TIẾN SỸ NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT Hà nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - BÙI VĂN TUYỂN DAO ĐỘNG CỦA DẦM FGM CĨ LỖ RỖNG VI MƠ TRONG MÔI TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 9520101 LUẬN ÁN TIẾN SỸ NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Đình Kiên TS Trần Thanh Hải Hà nội – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu kết trình bày Luận án trung thực chưa công bố công trình khác Nghiên cứu sinh Bùi Văn Tuyển LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành hướng dẫn khoa học Thầy PGS.TS Nguyễn Đình Kiên TS Trần Thanh Hải Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Thầy, người tận tâm giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu Trong q trình thực luận án, tơi nhận nhiều giúp đỡ, tạo điều kiện tập thể lãnh đạo, nhà khoa học, cán bộ, chuyên viên Học viện khoa học công nghệ,Viện hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam; tập thể ban lãnh đạo Viện Cơ học; tập thể Ban giám hiệu, khoa khí, mơn Máy xây dựng, đồng nghiệp trường Đại học Thủy Lợi Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành giúp đỡ Tơi xin chân thành cảm ơn đến nghiên cứu viên phòng Cơ học vật rắn giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm cho tơi q trình thực Luận án Tôi xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến người thân gia đình chia sẻ, động viên, giúp đỡ để tơi hồn thành Luận án Tác giả Luận án NCS Bùi Văn Tuyển MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT I DANH MỤC CÁC BẢNG V DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ VI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN .6 1.1 Dầm FGM .6 1.2 Tình hình ngiên cứu giới 1.2.1 Ứng xử học dầm FGM 1.2.2 Dầm FGM với lỗ rỗng vi mô 13 1.2.3 Dầm FGM môi trường nhiệt độ 14 1.2.4 Dầm FGM chịu tải trọng di động 16 1.3 Tình hình nghiên cứu nước 17 1.4 Nhận xét định hướng nghiên cứu .19 CHƯƠNG DẦM FGM TRONG MÔI TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ 21 2.1 Dầm FGM chịu tải trọng di động 21 2.2 Lỗ rỗng vi mô dầm FGM 22 2.3 Trường nhiệt độ dầm FGM 23 2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ tới tham số vật liệu 26 2.5 Các phương trình 29 2.5.1 Trường chuyển vị 29 2.5.2 Trường biến dạng, ứng suất 29 2.5.3 Năng lượng biến dạng đàn hồi .30 2.5.4 Năng lượng biến dạng ứng suất nhiệt ban đầu 30 2.5.5 Động 31 2.5.6 Thế lực 32 2.6 Ảnh hưởng nhiệt độ tới độ cứng dầm 32 2.7 Phương trình chuyển động 34 2.8 Dầm Euler-Bernoulli 37 Kết luận chương 38 CHƯƠNG MƠ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ THUẬT TOÁN SỐ 39 3.1 Véc tơ chuyển vị nút .39 3.2 Hàm nội suy thứ bậc .40 3.3 Trường chuyển vị với ràng buộc 42 3.4 Ma trận độ cứng phần tử .43 3.5 Ma trận độ cứng ứng suất nhiệt ban đầu 44 3.6 Ma trận khối lượng phần tử 45 3.7 Phần tử dựa hàm nội suy xác 46 3.8 Phần tử dầm Euler-Bernoulli 48 3.9 Phương trình chuyển động rời rạc 49 3.10 Thuật toán Newmark 50 3.10.1 Họ phương pháp Newmark 50 3.10.2 Phương pháp gia tốc trung bình 52 3.11 Véc-tơ lực nút .53 3.12 Qui trình tính tốn .53 Kết luận chương 55 CHƯƠNG KẾT QUẢ SỐ VÀ THẢO LUẬN 57 4.1 Kiểm nghiệm mơ hình phần tử chương trình số 57 4.2 Tần số dao động 60 4.3 Đáp ứng động lực học 63 4.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ lỗ rỗng vi mô 63 4.3.2 Ảnh hưởng độ mảnh dầm 68 4.3.3 Ảnh hưởng trường nhiệt độ phân bố .71 4.3.4 Ảnh hưởng tần số lực kích động 72 4.3.5 Ảnh hưởng số lượng lực di động 74 Kết luận chương 77 KẾT LUẬN 78 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC 96 I DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu thơng thường A Diện tích thiết diện ngang A11 Độ cứng dọc trục A12 Độ cứng tương hỗ kéo-uốn A22 Độ cứng chống uốn A33 Độ cứng chống trượt E Mô-đun đàn hồi hiệu dụng Ec Mô-đun đàn hồi gốm Em Mô-đun đàn hồi kim loại v Vận tốc lực di động G Mô-đun trượt hiệu dụng Gc Mô-đun trượt gốm Gm Mô-đun trượt kim loại h Chiều cao dầm I Mô-men quán tính bậc hai thiết diện ngang I11 Mơ-men khối lượng dọc trục I12 Mô-men khối lượng tương hỗ dọc trục-xoay I22 Mô-men khối lượng xoay (của thiết diện ngang) l Chiều dài phần tử L Chiều dài dầm n Chỉ số mũ (tham số vật liệu) nE Số lượng phần tử rời rạc dầm P Tính chất hữu hiệu FGM Pc Tính chất gốm Pm Tính chất kim loại Động dầm e Động phần tử II u0 Chuyển vị dọc trục điểm nằm mặt U Năng lượng biến dạng đàn hồi dầm Ue Năng lượng biến dạng đàn hồi phần tử UT Năng lượng biến dạng ứng suất nhiệt ban đầu Vα Tỷ lệ thể tích lỗ rỗng Vc Tỷ lệ thể tích pha gốm Vm Tỷ lệ thể tích pha kim loại Thế dầm e Thế phần tử w0 Chuyển vị ngang điểm nằm mặt wst Độ võng tĩnh dầm Véc-tơ ma trận d Véc-tơ chuyển vị nút phần tử D Véc-tơ chuyển vị nút tổng thể D Véc-tơ vận tốc nút tổng thể D Véc-tơ gia tốc nút tổng thể f Véc-tơ lực nút phần tử F Véc-tơ lực nút tổng thể Fef Véc-tơ lực nút hữu hiệu k Ma trận độ cứng phần tử K Ma trận độ cứng tổng thể Kef Ma trận độ cứng hữu hiệu m Ma trận khối lượng phần tử M Ma trận khối lượng tổng thể NT Lực dọc trục sinh ứng suất nhiệt III Ni (i=1 4) Các hàm dạng thứ bậc Nu Ma trận hàm nội suy cho chuyển vị dọc trục Nw Ma trận hàm nội suy cho chuyển vị ngang Nθ Ma trận hàm nội suy cho góc quay T Nhiệt độ mơ trường (K) Tc Nhiệt độ mặt giàu gốm (mặt dầm) Tm Nhiệt độ mặt giàu kim loại (mặt dầm) T0 Nhiệt độ tham chiếu (300K ~ 27oC) Chữ Hy Lạp t Bước thời gian (trong thuật toán Newmark) T (K) Lượng nhiệt tăng (Temperature rise) T* Tổng thời gian để lực hết chiều dài dầm T (K) Nhiệt độ T0 (K) Nhiệt độ tham chiếu (300K) xx Biến dạng dọc trục xz Biến dạng trượt Tham số tần số Tần số lực di động điều hòa 𝜔 Tần số dao động dầm thép Hệ số điều chỉnh trượt ρ Khối lượng riêng hiệu dụng (kg/m3) ρc Khối lượng riêng gốm (kg/m3) ρm Khối lượng riêng lim loại (kg/m3) σxx Ứng suất pháp ... trình vi phân chuyển động dầm FGM chịu tải trọng di động có tính tới ảnh hưởng lỗ rỗng vi mơ nhiệt độ môi trường Đánh giá hệ số độ cứng mơ-men khối lượng dầm FGM có lỗ rỗng vi mô, đặt môi trường nhiệt. .. CHƯƠNG DẦM FGM TRONG MÔI TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ 21 2.1 Dầm FGM chịu tải trọng di động 21 2.2 Lỗ rỗng vi mô dầm FGM 22 2.3 Trường nhiệt độ dầm FGM 23 2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ tới... lỗ rỗng vi mô nhiệt độ môi trường tới dao động dầm FGM, dừng lại toán dao động tự Độ cứng mô- men khối lượng dầm thay đổi xét tới ảnh hưởng lỗ rỗng vi mô ảnh hưởng tới giá trị độ võng tham số động