ĐỒ ÁN MÔN HỌCCƠ KỸ THUẬTĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH BẤT ỔN ĐỊNH KẾT CẤUSILO TRỤ TRÒN BẰNG PHƯƠNG PHÁPPHẦN TỬ HỮU HẠN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MƠN CƠ KỸ THUẬT
---------------o0o---------------

ĐỒ ÁN MƠN HỌC
CƠ KỸ THUẬT
ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH BẤT ỔN ĐỊNH KẾT CẤU
SILO TRỤ TRÒN BẰNG PHƯƠNG PHÁP
PHẦN TỬ HỮU HẠN
GVHD: TS. NGUYỄN THÁI HIỀN
SVTH: NGUYỄN PHƯƠNG DUY
VÕ BÁ DUY

---------------o0o---------------

NĂM HỌC 2018 - 2019

1510481
1510510


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

PHIẾU NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ
.......................................................................................................................................

.
.......................................................................................................................................
. .....................................................................................................................................
... ...................................................................................................................................
..... .................................................................................................................................
....... ...............................................................................................................................
......... .............................................................................................................................
........... ...........................................................................................................................
............. .........................................................................................................................
............... .......................................................................................................................
................. .....................................................................................................................
................... ...................................................................................................................
..................... .................................................................................................................
....................... ...............................................................................................................
......................... .............................................................................................................
........................... ...........................................................................................................
............................. .........................................................................................................
............................... .......................................................................................................
................................. .....................................................................................................
................................... ...................................................................................................
..................................... .................................................................................................
....................................... ...............................................................................................
......................................... .............................................................................................
........................................... ...........................................................................................
.............................................
.......................................................................................................................................
. .....................................................................................................................................
... ...................................................................................................................................
..... .................................................................................................................................
....... ...............................................................................................................................

......... .............................................................................................................................
...........

GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 2

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

LỜI CẢM ƠN
Thực hiện đồ án mô phỏng là cơ hội rất quý báu giúp chúng tôi tự nghiên cứu và
học tập trước khi làm luận văn tốt nghiệp và sau đó là trở thành một kỹ sư thực thụ. Bên
cạnh những nổ lực trao dồi kiến thức cho bản thân, không thể kể đến những kiến thức
chúng tôi đã nhận được trên giảng đường trong suốt bốn năm qua. Những kiến thức đó
là vơ cùng cần thiết để chúng tơi hồn thành luận văn này. Trước tiên, chúng tơi xin
chân thành cảm ơn tồn thể q thầy cơ trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí
Minh đã giảng dạy chúng tơi.
Đề tài”phân tích bất ổn định kết cấu silo trụ tròn bằng phương pháp phần tử hữu
hạn” là nội dung tôi chọn để nghiên cứu và làm đồ án mô phỏng sau trong năm thứ tư
chúng tôi theo học chương trình đại học chính quy chun ngành Cơ Kỹ Thuật tại
trường đại học Bách Khoa TPHCM.
Để hoàn thành quá trình nghiên cứu và hồn thiện luận văn này, lời đầu tiên tôi
xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến ThS. Nguyễn Thái Hiền, bộ môn Cơ Kỹ Thuật,
thuộc Khoa Khoa Học Ứng Dụng – Trường đại học Bách Khoa TPHCM. Thầy đã trực

tiếp chỉ bảo và hướng dẫn chúng tơi trong suốt q trình nghiên cứu để chúng tơi hồn
thiện luận văn này. Ngồi ra tơi xin chân thành cảm ơn các Thầy trong bộ môn Cơ kỹ
thuật, Khoa Khoa Học Ứng Dụng đã đóng góp những ý kiến quý báu, quan tâm và tận
tình hướng dẫn cho đồ án của chúng tôi.
Chúng tôi cũng chân thành cảm ơn các bạn lớp Cơ Kỹ Thuật 2015 đã giúp đỡ
chúng tơi trong q trình học tập và nhiệt tình đóng góp ý kiến để tơi hồn thành đồ án
này.
Cuối cùng tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc tới gia đình đã tạo mọi điều kiện cho
chúng tơi học tập và sinh hoạt dưới ngôi trường này.
Trân trọng cảm ơn!

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 3 tháng 1 năm 2019
Sinh viên thực hiện:

GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 3

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

Nguyễn Phương Duy

GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 4

Võ Bá Duy

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

MỤC LỤC

GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 5

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 6

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 7

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Silo là một dạng thiết bị bảo quản kín thường được sử dụng để lưu trữ sản phẩm
dạng hạt ở quy mô lớn từ vài trăm đến vài ngàn tấn. Silo có thể dùng để lưu trữ nhiều
loại vật liệu khác nhau từ sản phẩm nông nghiệp như lúa, gạo, các loại hạt đến các sản
phẩm công nghiệp như xi măng, than và một số nguyên vật liệu khác.

Kết cấu Silo có ưu điểm là có thể xây dựng theo chiều cao ít tốn kém mặt bằng
nhưng vẫn đảm bảo được khả năng chứa đựng khối lượng lớn sản phẩm. Bên cạnh đó
với kết cấu silo, người ta dễ dàng trang bị các hệ thống kiểm định sản phẩm đầu vào,
thiết bị làm sạch và sấy khơ, nhờ vậy có thể bảo quản chất lượng sản phẩm trong thời
gian dài hơn so với cách bảo quản bằng nhà kho thơng thường. Do đó, kết cấu silo là
giải pháp rất phù hợp cho quá trình bảo quản các sản phẩm dạng hạt ở Việt Nam. Ở
Đồng bằng sơng Cửu Long cũng đã có một số các cụm silo vào thập niên 70 của thế kỷ
trước như ở Cao Lãnh (48.000 tấn), Trà Nóc (10.000 tấn), Bình Chánh (12.000 tấn)
nhưng vì kỹ thuật lạc hậu, thiết bị không đồng bộ nên không được sử dụng đúng công
năng hoặc bỏ trống.
Silo có nhiều ưu điểm trong lưu trữ sản phẩm khi so sánh với cách lưu trữ bằng
nhà kho.

Hình 1. Mơ hình Silo vách trụ trịn

GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 8

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

Về mặt cấu tạo và hình dáng, silo thường có dạng vách thẳng và vách trụ. Với các
Silo vách trụ, vách trụ có gợn sóng thường được sử dụng hơn vách trụ phẳng do nó có
độ cứng theo phương đứng tốt hơn.

Hình 2. Hệ thống Silo chứa bê tơng
Silo thép dạng vách trụ có kết cấu khá phức tạp, có chiều cao lớn, vách mỏng nên
cần nhiều nghiên cứu để hiểu rõ hơn về ứng xử kết cấu của nó trong môi trường tự
nhiên phức tạp để ngăn ngừa những tai nạn và hư hỏng có thể xảy ra, đặc biệt là các đặc
trưng cơ học của nó cần được phân tích một cách chính xác.

GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 9

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Mơn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

Hình 3. Hệ thống Silo có gân tăng cứng

Trong q trình hoạt động, các tải trọng chính tác động lên silo là áp lực ngang và
ma sát bề mặt trong của vách do các hạt sản phẩm gây ra. Ngoài ra, với những silo có
chiều cao lớn, cịn có thêm sự tác động của tải trọng gió. Với kết cấu vách mỏng, cao
chịu tác động của tải trọng ngang nên bài toán bất ổn định kết cấu silo là bài toán rất
quan trọng và cần những phân tích, tính tốn chính xác trong q trình thiết kế.
Trong cơng nghiệp xây dựng, việc các kết cấu xảy ra hiện tượng bất ổn định là
thường xuyên xảy ra với rất nhiều dạng. Nguyên nhân chính là do kết cấu khơng cân
bằng nên khơng ổn định. Và hiện tượng bất ổn định đó gây nguy hại rất lớn cho kết cấu,
hệ thống.

GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 10

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Mơn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

Hình 4. Hiện tượng bất ổn định từ thí nghiệm

Phương pháp phần tử hữu hạn (PP PTHH) (Finite Element Method - FEM) được
phát triển bởi Alexander Hrennikoff (1941) và Richard Courant (1942). Cơ sở của
phương pháp này là làm rời rạc hóa miền xác định của bài tốn, bằng cách chia nó
thành nhiều miền con (phần tử). Các phần tử này được liên kết với nhau tại các điểm
nút chung. Trong phạm vi mỗi phần tử đại lượng cần tìm được lấy xấp xỉ trong dạng
một hàm đơn giản được gọi là hàm xấp xỉ (Approximation function) và các hàm xấp xỉ
này được biểu diễn qua các giá trị của hàm.tại các điểm nút trên phần tử. Các giá trị này
được gọi là bậc tự do của phần tử được xem là ẩn số cần tìm của bài tốn. Phương pháp
phần tử hữu hạn (PP PTHH) là phương pháp số phổ biến và có độ chính xác cao khi
được dùng để phân tích kết cấu, đặc biệt là các bài tốn bất ổn định kết cấu.
Ngày nay, sự phát triển nhanh chóng của ngành kỹ thuật máy tính đã tạo điều kiện
thuận lợi cho việc ứng dụng các chương trình tính tốn mạnh mẽ như ANSYS hay
ABAQUS – các chương trình được xây dựng dựa trên nền tản PP PTHH - để phân tích
ứng xử các kết cấu phức tạp như kết cấu silo.
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CÚU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC

1.2.1. Ngoài nước
Kết cấu silo đã được phát triển từ thế kỷ 19, được sử dụng rất phổ biến trong lĩnh
vực nông nghiệp và công nghiệp tại các nước phát triển. Do vậy, kết cấu này thu hút
được sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học. Một số nghiên cứu trong những
năm gần đây:
- Adam J. Sadowski và J. Michael Rotter (2010) đã sử dụng PP PTHH thông qua
chương trình ABAQUS để phân tích bất ổn định cho silo dưới tác động của dòng
GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 11

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

chảy của sản phẩm được lưu trữ trong silo. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả
sử dụng tiêu chuẩn Eurocode EN 1991-4 để tính tốn tải trọng do sản phẩm
trong silo tác động lên thành silo. Các kết quả phân tích bất ổn định của nghiên
cứu rất phù hợp với các hiện tượng ngoài thực tế.
- Dhanya Rajendran (2014) cùng các cộng sự đã thực hiện đã thực hiện so sánh
khả năng chịu tải trọng ngang của silo được xây từ bê tông cốt thép và silo thép.
Từ kết quả nghiên cứu, nhóm tác giả này kết luận silo bê tơng cốt thép có nhiều
ưu điểm hơn so với silo thép.
- Tawanda Mushiri (2014) và các cộng sự đã sử dụng PP PTHH để phân tích cho
kết cấu silo 5000 tấn chịu tải trọng đơn điệu (monotonic loads), silo này được
thiết kế để chứa sản phẩm khai thác từ quặng mỏ. Trong nghiên cứu này, nhóm

tác giả đã đạt được mục tiêu là phân tích được lực và áp suất do quặng tác dụng
lên silo, nhưng chưa đạt được mục tiêu phân tích bất ổn định cho silo…
Yu Xie (2015) đã thực hiện luận văn thạc sỹ về vấn đề ứng xử của kết cấu silo,
trong đó có ứng xử bất ổn định. Trong nghiên cứu này, tác giả tiến hành thực nghiệm
với một vài mơ hình và so sánh với kết quả tính tốn từ chương trình PTHH. Kết quả
nghiên cứu cho thấy sự phù hợp cao giữa PP PTHH và thực nghiệm.
1.2.2. Trong nước
Trong thời gian gần đây, kết cấu silo với nhiều tính năng lưu trữ nổi trội so với các
nhà kho thông thường đã thu hút được sự chú ý của nhiều công ty sản xuất, của các nhà
khoa học trong nước. Một số công bố trong nước gần đây có liên quan đến kết cấu silo:
- Nguyễn Tường Long (2010) cùng các cộng sự đã nghiên cứu xây dựng chương
trình tính tốn silo dúng ANSYS APDL và VISUAL BASIC. Trong nghiên cứu
này, nhóm tác giả xây dựng mối liên kết giữa Visual Basic và ANSYS APDL để
tính tốn và thiết kế silo dạng trịn và dạng vng.
- Nguyễn Văn Cương và Nguyễn Hồi Tân (2014) nghiên cứu tính tốn thiết kế
silo tồn trữ cám viên với năng suất 500 tấn. Mục tiêu của nghiên cứu này là kiểm
tra bền cho kết cấu đã thiết kế và tính tốn thơng gió bên trong silo.

GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 12

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

- Ngơ Quang Hưng (2016) đã thực hiện nghiên cứu tính tốn kết cấu bản trịn bê
tơng cốt thép (thường áp dụng cho silo) theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN
5574:2012.
Thực tế cho thấy rằng trong q trình sử dụng silo, có nhiều vấn đề cần được quan tâm
nghiên cứu như độ biến dạng của silo, khả năng thơng thống gió trong silo, kết cấu
thành silo … và những nghiên cứu gần đây tại Việt Nam cũng chủ yếu tập trung vào các
vấn đề này mà chưa có nhiều cơng bố về vấn đề ổn định kết cấu silo.
1.3. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Việt Nam nằm trong nhóm những nước xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới. Theo Bộ
Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, tổng sản lượng lúa thu hoạch năm 2016 là 43,6
triệu tấn, tuy nhiên khối lượng gạo xuất khẩu chỉ đạt 4,88 triệu tấn. Trong khi đó, hệ
thống lưu trữ còn thiếu và lạc hậu về kỹ thuật nên gây nhiều khó khăn trong việc lưu
trữ. Trong bối cảnh này, các kết cấu lưu trữ silo là giải pháp tối ưu. Do đó, vấn đề
nghiên cứu, phân tích ứng xử của silo để thiết kế và sản xuất silo phù hợp với hoàn
cảnh địa lý của Việt Nam là cấp bách.
Tại nước ta, tuy có nhiều nghiên cứu về ứng xử bất ổn định tấm mỏng, tấm nhiều
lớp, nhưng chủ yếu các nghiên cứu này tập trung phân tích các bài tốn mang tính lý
thuyết. Có rất ít những nghiên cứu về ổn định các kết cấu thực tế như silo được công bố
trong những năm qua. Do đó, trong đồ án mơn học này này, tác giả chọn đề tài “Phân
tích bất ổn định kết cấu silo trụ tròn bằng phương pháp phần tử hữu hạn”.
1.3.1. Lợi ích khoa học
Việc áp dụng các phương pháp số trong tính tốn để phân tích các ứng xử cơ học
của kết cấu là một trong những xu hướng đang được các nhà nghiên cứu cũng như các
nhà kỹ thuật rất quan tâm. Dựa trên các kết quả mơ phỏng tính tốn, chúng ta có thêm
cơ sở khoa học để đánh giá tính hiệu quả và an tồn của thiết kế, cũng như đưa ra được
các đề xuất cải tiến, tối ưu hóa kết cấu.
1.3.2. Lợi ích thực tiễn
Việc tiến hành các thí nghiệm để nghiên cứu ứng xử bất ổn định của kết cấu là
rất tốn kém, đặc biệt là với kết cấu phức tạp như silo. Vì vậy, việc ứng dụng các phần
mềm tính tốn PTHH mạnh mẽ như: ANSYS, ABAQUS,.. để phân tích ứng xử bất ổn

định của silo có ý nghĩa thực tiễn đặc biệt quan trọng.

GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 13

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

1.4. MỤC TIÊU VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
1.4.1. Mục tiêu tổng quát
Phân tích ứng xử bất ổn định của kết cấu Silo trụ tròn bằng phần mềm ANSYS
WORKBENCH.
1.4.2. Mục tiêu cụ thể
Đồ án này thực hiện nhằm đáp ứng được các mục tiêu:
-

Mục tiêu 1: Tìm hiểu tổng quan kết cấu silo vách trụ, bao gồm:
 Cấu tạo của silo vách trụ.
 Các phương pháp tính tốn áp lực do sản phẩm lưu trữ tác động lên
vách trong silo và tác động do tải trọng gió.
 Phân tích lựa chọn kết cấu silo phù hợp với khu vực miền Nam nói
chung.

-

Mục tiêu 2: Tìm hiểu PP PTHH cho phân tích ứng xử bất ổn định tấm trụ.
 Tìm hiểu các loại phần tử dùng để mơ hình cho kết cấu.
 Qui trình phân tích bài tốn bất ổn định kết cấu tấm bằng PP PTHH.

-

Mục tiêu 3: Nghiên cứu cách sử dụng chương trình ANSYS WORKBENCH để
phân tích ứng xử bất ổn định tấm vỏ trụ.
1.4.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu: Silo trụ tròn

Phạm vi nghiên cứu: Đồ án tập trung nghiên cứu phân tích ứng xử bất ổn định
của kết cấu silo trụ tròn dưới tác động của các loại tải trọng. Các liên kết bên trong và
bên ngồi silo được lý tưởng hóa (xem như được hàn cứng vào silo)

GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 14

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. LÝ THUYẾT ỔN ĐỊNH
2.1.1. Định nghĩa về bất ổn định:
Bất ổn định (Buckling) là ứng xử của một kết cấu hay một hệ kết cấu đột
nhiên bị biến dạng và lệch ra khỏi mặt phẳng đặt tải. Bất ổn định có thể xảy ra
đối với mọi phần tử, có thể là cột, dầm, khung, tấm…
Bất ổn định được chia làm nhiều dạng khác nhau: bất ổn định
nén,
bất
ổn
định uốn (Flexural Buckling), bất ổn định xoắn (Torsional Buckling),
bất
ổn
định
uốn xoắn đồng thời (Flexural_Torsional Buckling)
Mọi kết cấu đều chịu được lực và moment với một giá trị nhất
định,vươt qua giá trị đó thanh sẽ bị biến dạng và được coi là bất ổn
định.
Ví dụ đơn giản về bất ổn định dạng thanh chịu kéo nén đúng
tâm:

Hình 5. Dạng riêng bất ổn định với các điều kiện biên khác nhau
Với lực nén P nhỏ thì thanh chịu nén vẫn thẳng, trạng thái chịu nén của thanh
được coi là trạng thái cân bằng ban đầu. Nếu đưa thanh ra khỏi dạng cân bằng ban đầu,
GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 15

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy

Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

thanh sẽ dao động và cuối cùng trở về trạng thái cân bằng ban đầu => Đây là dạng cân
bằng ổn định.
Khi tăng lực nén P tới một tới hạn P th, trong thanh hiện giờ ngoài dạng cân bằng
chịu nén thì đồng thời cịn có khả năng xuất hiện trạng thái căn bằng uốn dọc => Đây là
trạng thái cân bằng phiếm định.
Khi tăng lực P > Pth, trạng thái cân bằng chịu nén có thể vẫn tồn tại nhưng khơng
ổn định. Vì nếu đưa thanh ra khỏi dạng cân bằng thì thanh sẽ khơng thể trở về trạng thái
ban đầu => Đây là trạng thái bất ổn định.
2.1.2. Các dạng bất ổn định:
2.1.2.2. Bất ổn định dạng uốn:
Dạng này có thể bao gồm cả chuyển vị theo phương u và v của
hệ trục, và
bao gồm cả hai thành phần độ cứng uốn là EI x và EI y. Bất ổn định
dạng uốn xảy ra bởi moment uốn do thành phần lực tác dụng nhân
với chuyển vị u hay v gây ra.
Bất ổn định dạng uốn có thể xảy ra đối với một phần tử dầm,
một hệ dẩm hoặc một khung.
2.1.2.3. Bất ổn định dạng xoắn:
Thanh chịu xoắn khi trên mặt cắt ngang chỉ có một thành phần
nội lực là
moment xoắn Mz tác dụng trong mặt phẳng thẳng góc với trục thanh
xOy. Bất ổn
định dạng xoắn của một thành phần bao gồm góc xoắn của mặt cắt
ngang, độ cứng xoắn GJ và độ cứng uốn EIw.

Bất ổn định dạng xoắn xảy ra khi moment xoắn được gây ra
bởi lực và góc
xoắn bằng tổng của các thành phần cản xoắn: và s
2.1.2.4. Bất ổn định dạng uốn - xoắn đồng thời:
Là dạng chuyển vị bao gồm ba thành phần chuyển vị là u, v và ,
vì
thế
nó
bao gồm tính chất của hai dang uốn và xoắn.
2.2. PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN CHO BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH TẤM
Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM) được bắt nguồn từ
những yêu cầu giải các bài toán phức tạp về lý thuyết đàn hồi, phân tích kết cấu trong
GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 16

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

kỹ thuật. Nó được bắt đầu phát triển bởi Alexander Hrennikoff (1941) và Richard
Courant (1942). Phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp số gần đúng để giải các
bài toán được mơ tả bởi các phương trình vi phân đạo hàm riêng trên miền xác định có
hình dạng và điều kiện biên bất kỳ mà nghiệm chính xác khơng thể tìm được bằng
phương pháp giải tích.
- Tấm mỏng dưới tác động ứng suất nén, một chiều hoặc cả hai

chiều,
tùy thuộc tải nén, tấm có nguy cơ chuyển sang trạng thái mất ổn
định.

Hình 6. Ứng suất nén tác dụng lên tấm mỏng
Phương trình chính:

Chia lưới với => Phương trình chính:

Áp dụng cơng thức trên cho các nút tính tốn, tiến hành áp đặt
điều kiện biên,
kết quả nhận được là hệ phương trình đại số, dạng ma trận sẽ là:

GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 17

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

Trị riêng nhỏ nhất sẽ đóng vai trị hệ số tải giới hạn, có nghĩa tải
gây mất ổn định tấm

Hình 7. Các trường hợp bất ổn định tấm mỏng silo ứng với các trị riêng
2.3. LÝ THUYẾT BỀN:

Khi kiểm tra độ bền một điểm của một bộ phận cơng trình hay
chi tiết máy bị kéo nén (trạng thái ứng suất đơn), bị cắt hoặc xoắn
(trượt thuần túy), ta có điều kiện sau:
GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 18

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

Trong đó: [Ứng suất cho phép]=

Ứng suất nguy hiểm có được thì thí nghiệm kéo – nén đúng tâm:
Trong đó những ứng suất cho phép viết ở vế phải được suy ra từ
những
kết
quả thí nghiệm về kéo, nén, cắt (hay xoắn), những ứng suất cho phép
được
tính
bằng cách lấy ứng suất nguy hiểm chia cho hệ số an tồn.
Những thí nghiệm để xác định ứng suất nguy hiểm kéo, nén, cắt
(hay
xoắn),
thường đơn giản và có thể thực hiện được.
Nếu muốn kiểm tra độ bền một điểm của một bộ phận cơng

trình
hay
chi
tiết
máy ở trạng thái ứng suất phức tạp (phẳng hoặc khối) thì ta cần có
những
kết
quả
thí nghiệm phá hoại những mẫu thử ở trạng thái ứng suất tương tự,
tức
là
tỉ
lệ
giữa
những ứng suất chính , và của mẫu thử khi bị phá hoại phải bằng tỉ lệ
giữa
những ứng suất chính của điểm cần kiểm tra. Việc thực hiện những
thí
nghiệm
như
thế rất khó khăn và thực tế có khi khơng thực hiện được vì:
-

Số lượng thí nghiệm phải rất nhiều mới đáp ứng được các tỉ
lệ giữa những ứng suất có thể gặp trong thực tế.
Trình độ kỹ thuật hiện nay chưa cho phép thực hiện được tất
cả những thí nghiệm về trạng thái ứng suất phức tạp, ví dụ
trường hợp kéo theo 3 phương vng góc nhau.

Ðể đơn giản, người ta đưa trạng thái ứng suất phức tạp đang xét

về
trạng
thái
ứng suất đơn tương đương và việc kiểm tra bền sẽ tiến hành đối với
trạng
thái
ứng
suất đơn tương đương này.
GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 19

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

Bây giờ ta phải tìm sự liên hệ giữa các ứng suất chính , và với
ứng suất tương đươnglà như thế nào. Những giả thuyết cho phép thiết
lập sự liên hệ đó gọi là các lý thuyết bền.
Thuyết bền là những giả thuyết về nguyên nhân cơ bản gây ra
trạng
thái
ứng
suất giới hạn của vật liệu, cho phép ta đánh giá độ bền của vật ở bất
kỳ
một

trạng
thái ứng suất phức tạp nào, nếu biết độ bền của vật liệu đó từ thí
nghiệm
kéo
nén
đúng tâm.
Nghĩa là, với phân tố ở trạng thái ứng suất bất kì có các ứng
suất ,, ta phải tìm ứng suất tính theo thuyết bền la một hàm của ,,rồi
so
sánh với hay ở trạng thái ứng suất đơn.
 Điều kiện bền của vật liệu có thể biểu diễn dưới dạng tổng
quát như sau:

Với hay là ứng suất tính hay ứng suất tương đương. Các ứng suất được tính dựa
trên hàm f hay tìm được thuyết bền.
Thực ra độ bền của vật liệu khơng những chỉ phụ thuộc vào
trạng
thái
ứng
suất mà cịn phụ thuộc nhiều nhân tố cơ, lý khác như nhiệt độ , thời
gian,
cách
đặt
lực... Ảnh hưởng của những nhân tố này rất phức tạp. Hiện nay cũng
chưa
có
lý
thuyết tổng quát nào xét được đầy đủ những ảnh hưởng đó. Ở đây,
những lý thuyết bền chỉ xét đến một nhân tố là trạng thái ứng suất và
nghiên cứu sự làm việc của vật liệu trong giới hạn đàn hồi. Các thuyết

bền được xây dựng trên mỗi giả thuyết riêng và vì tính chưa hồn
chỉnh của các thuyết bền nên kết quả tính ra sẽ có giá trị khác nhau.

2.4. PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI LỰC TÁC ĐỘNG LÊN SILO
Dựa vào các tiêu chuẩn thiết kế và phân tích, các tải trọng được tính bao gồm:
+ Áp lực tác động lên silo do vật liệu gây ra: Tiêu chuẩn EuroCode
GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 20

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

+ Tải gió: Tiêu chuẩn TCVN2737-1995
2.4.1. Áp lực do vật liệu chứa tác dụng lên silo
a) Áp lực tác dụng lên phần thân trụ trịn silo

Hình 8. Sơ đồ áp lực tác dụng lên thành silo do vật liệu chứa gây ra
- Áp lực theo phương ngang:

- Áp lực theo phương tiếp tuyến:

- Áp lực theo phương đứng:

- Áp lực theo phương đứng tính tốn:

Trong đó:
: giá trị áp lực tại mức cao nhất h0 tương ứng với vật liệu tiếp xúc với vách.

A: Diện tích mặt cắt ngang
U: Nội chu vi tiết diện
z: độ sâu dưới mặt phẳng tương đương của vật liệu
k=0,54: Hệ số áp lực ngang do ảnh hưởng của vật liệu
Cb=1,3: Hệ số khuếch đại lực tại đáy silo
GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 21

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

: Hệ số ma sát trên vách đứng (chọn góc ma sát nghĩ là 22
b) Áp lực táy dụng lên đáy phễu silo:

Hình 9. Sơ đồ áp lực tác dụng lên đáy phễu silo theo chuẩn EuroCode
- Áp lực tác dụng lên vách theo phương pháp tuyến:

Với các thành phần lực:

- Áp lực tác dụng lên vách silo theo phương tiếp tuyến:

Trong đó:
x: độ dài giữa 0 
: Chiều dài phần phễu
: giá trị áp lực theo phương thẳng đứng tại vị trí mặt chuyển tiếp khi z=z t
2.4.2. Tải gió tác dụng lên silo
Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió W ở độ cao Z so với mốc tiêu
chuẩn xác định theo công thức:

W0 - Giá trị áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng (phụ lục D và điều 6.4)
k - Hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió thay đổi theo độ cao
GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 22

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

c - Hệ số khí động
Chọn vị trí đặt silo ở Cần thơ. Theo phụ lục D vùng chọn thuộc khu vực II. Địa
hình dạng B là dạng địa hình tương đối trống trải, có vật cản thưa thớt khơng q 10m.
Bảng 1. Giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam

Vùng áp lực gió trên bản đồ

I

II

III

IV

V

Wo (daN/m²)

65

95

125

155

185

Bảng 2. Hệ số k kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình

Dạng địa hình

A

B

C

3

1,00

0,80

0,47

5

1,07

0,88

0,54

10

1,18

1,00

0,66

15

1,24

1,08

0,74

20

1,29

1,13

0,80

30

1,37

1,22

0,89

Độ cao Z, m

Hình 10. Tính hệ số khí động theo mơ hình
GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 23

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy

Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Cơ Kỹ Thuật 2015

Trang 24

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy


Đồ Án Môn Học Cơ Kỹ Thuật

Cơ Kỹ Thuật 2015

2.5. QUI TRÌNH GIẢI BÀI TỐN BẤT ỔN ĐỊNH BẰNG CHƯƠNG TRÌNH
ANSYS
XÂY DỰNG MƠ HÌNH

GIẢI BÀI TỐN TĨNH
GIẢI BÀI TỐN
LINEAR BUCKLING

ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT
KẾT QUẢ

GVHD: ThS.Nguyễn Thái Hiền

Trang 25

SVTH: Nguyễn Phương Duy
Võ Bá Duy