MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1
1.1. 1
6
1.3. 8
1.4. 9
1.5. 10
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ HỌC RẠN NỨT, LÝ THUYẾT ĐÀN HỒI,
LÝ THUYẾT TẤM 11
2.1. 11
2.2. 17
21
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 26
3.1. 26
3.2. giác 8 nút 28
30
3.4. trong FEM 33
3.5. 34
3.6. 35
37
- 38
3.9. PNewmark 40
CHƯƠNG 4: BÀI TOÁN ÁP DỤNG 45
4.1. 46
4.2. 47
4.3. thép SM490 50
4.5-6Al-4V. 55
4.6. Kh-4147 70
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 86
5.1. 86
4.2. 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Chương 1
GVHD: PGS.TS Nguy1
P
liên
.
thái mà
- 1933)
Chương 1
GVHD: PGS.TS Nguy2
:
T phát sinh,
C
C
i
kim
1
tốc độ giải phóng năng lượng (The
energy release rate)
hệ số cường độ ứng
suất (the stress intensity factor).
Trong
Chương 1
GVHD: PGS.TS Nguy3
tr, Fracture
Mechanics).
V
rwin, David Broeke Paris
[4, 32]
Richard W. Hertzberg. Cơ học biến dạng và rạn nứt của vật liệu cơ khí”
[36].
Irwin, G.R.“Động học rạn nứt”, “Sự rạn nứt của vật liệu” [18]
-LEFM), nó
:
Hệ số cường độ ứng suất (Stress Intensity Factor-SIF) [25, 36, 32
Chương 1
GVHD: PGS.TS Nguy4
không
.
P. Cawley, R.D. Adams. Xác định vị trí và khuyết tật trong kết cấu tấm
bằng kết quả đo đạc thực nghiệm tần số tự nhiên” [31];
Nghiên cứu ảnh hưởng của vết nứt đến tần số dao động của kết
cấu dầm và khung” [21
c
Wu XR, Carlsson AJ. “Hàm trọng số và hệ số cường độ ứng suất” [44].
Brennan FP, Teh LS. “Xác định SIF bằng tổ hợp hàm trọng số” [6].
Chen DH, Nisitani H, Mori K. “Tính toán SIF trên tấm bán vô hạn có vết
nứt elip dưới ứng suất kéo” [7].
Chongmin Song*, Zora Vrcelj. “Đánh giá hệ số cường độ và ứng suất T
bằng phương pháp điều kiện biên”
-
i nghiên
CTOD – crack tip open displacement
(độ mở đầu vết nứt) .
J integral.
Cá
Khiêm
Chương 1
GVHD: PGS.TS Nguy5
.
Xuân Hoàng -
.
khung
- .
P
h (FEM) Matlab
P cho .
.
chọn mô hình Phần tử đẳng tham số tứ giác bậc hai (8 nút), Phần tử
đẳng tham số tam giác bậc hai
.
Phần tử đẳng tham số tứ giác bậc hai (8 nút) và Phần tử tam
giác suy biến điểm 1/4
xác
[22, 33, 34, 39].
v.v
Chương 1
GVHD: PGS.TS Nguy6
, v.v
v.v
v.v
v.v
.
V
,
tài :
Phân tích
.
1.2 .
.
Chương 1
GVHD: PGS.TS Nguy7
Galileo (1564-1642) phân tích
niên sau,
Joseph Sauveur (1653-1716)
a và
:
Robert Hooke (1635-1703)
F=kX t.
Newton (1642-1727)
F=ma.
Leibnitz (1646 - 1716)
Brook Taylor (1658-1731)
-1783)
Daniel Bernoulli Euler
Chương 1
GVHD: PGS.TS Nguy8
nhà
Sophie Germaine (1776-
.
1811 [31].
1.3 .
-1831), Lagrange
(1736-1813) và Poisson (1781-1840).
Lý thuyết tấm mỏng cổ điển của
Kirchhoff,
,
Kirchhoff (1824-
1824-1907) và G.T. Peter (1831-
1, 4, 38].
Chương 1
GVHD: PGS.TS Nguy9
khôn
p
p
Reissner-
[1, 38].
1.4 (PTHH)
Finite element method)
o hàm
Phần tử hữu hạn (Finite element) ình
1960.
O. C Zienkiewicz, R. L. Taylor (1967, 1971, 1977, 1989), G. Strang, G.
Fix (1973), J. N. Reddy (1984, 1993), S. S. Rao (1982, 1989), T. J. T. Hughes
(1979), R. H Gallagher (1975), E. L. Wilson (1971)
Chương 1
GVHD: PGS.TS Nguy10
[12, 25,
27, 29, 40, 45].
1.5 .
P
Các :
- FEA
(Finite Element Analysi
-6Al-
-S
Intensity Factor
Chương 2:
Trang 11
C
2.1.
xác, l [20, 22, 23].
2.1.1 [50]
Kh hình thành
n.
. là
Hình 2.1a
, Hình 2.1b
Chương 2:
Trang 12
2.1.2. n v
ba ba hình thành có y
ra:
- I: h vuông góc, Hình 2.2a.
- II: , Hình 2.2b.
- III: , Hình 2.2c.
hình thành
I
.
II hình thành
và vuông góc
.
III
.
a) Kiểu I
b) Kiểu II
c) Kiểu III
Hình 2.2: Các kiểu hình thành vết nứt
Phá
Phá
Hình 2.1: nh hưởng của vết nứt đến tần số và độ bền
kết ấ
a)
b)
Chương 2:
Trang 13
, Hình 2.3
Hình 2.3: Vết nứt trong trường hợp ứng suất kéo
hình thành I cho
2
3
cos.
2
cos.
2
sin.
2
.
2
3
sin.
2
sin1.
2
cos.
2
.
2
3
sin.
2
sin1.
2
cos.
2
.
r
a
r
a
r
a
xy
y
x
(2.1)
r.
n vô
0r
không pHệ số cường độ ứng suất [17, 41]
2
2
3
cos.
2
cos.
2
sin.
2
2
3
sin.
2
sin1.
2
cos.
2
2
3
sin.
2
sin1.
2
cos.
2
r
K
r
K
r
K
I
xy
I
y
I
x
(2.2)
Ch
d
x
d
y
2a
y
x
r
y
x
xy
Chương 2:
Trang 14
2
sin21.
2
cos.
2
.
2
2
sin21.
2
cos.
2
.
2
2
1
2
1
r
G
K
u
r
G
K
u
y
x
(2.3)
1
3
G : module
isson
0
,
r
K
yx
2
1
,
0
xy
(2.4)
hình thành II III,
là:
2
3
sin.
2
sin1.
2
cos.
2
2
3
cos.
2
cos.
2
sin.
2
2
3
cos.
2
cos2.
2
sin.
2
r
K
r
K
r
K
II
xy
II
y
II
x
(2.5)
2
sin21.
2
cos.
2
.
2
2
cos21.
2
sin.
2
.
2
2
2
r
G
K
u
r
G
K
u
II
y
II
x
(2.6)
2
sin.
2
.
2
cos.
2
2
sin.
2
r
K
u
r
K
r
K
III
z
III
yz
III
xz
(2.7)
K
I
, K
II
, K
III
n u III III
lúc thì:
Chương 2:
Trang 15
Ires
2 2 2
(1 )
Ires I II III
K K K K
(2.8)
2 2 2 2
(1 )( ) (1 )
Ires I II III
K K K K
(2.9)
tính:
III
ij
II
ij
I
ij
total
ij
(2.10)
I
= K
IC
K
IC
(Critical Stress Intensity
Factor)
2.hình thành [50]
.
th, t
= 0,
ch
p
y
r
K
*
2
hay
2
2
2
*
22
chch
p
a
K
r
(2.11)
; a là
;
ch
.
đàn – dẻo,
*
p
r
y
ch
*
2
pp
rr
[18, 37], Hình 2.4
Chương 2:
Trang 16
Hình 2.4: Vùng biến dạng dẻo tại đáy vết nứt Hình 2.5: Độ mở rộng của đáy vết nứt
[11, 18, 37]:
ch
I
p
E
K
ar
E
CTOD
2
*
4
2.
4
(2.12)
t COD (Crack Opening Displacement), ,
Hình 2.5:
2
2
*
4
xra
E
COD
p
(2.13)
2.1.4 (Stress Intensity Factor) [17, 50]
h
.
:
)2(lim
0
rK
r
(2.14)
Hình 2.3 và
0
K
hình
. K
aK
(2.15)
Đàn - dẻo
Đàn hồi
*
p
r
y
CTOD
Vùng biến dạng dẻo
ch
*
2
pp
rr
x
CTOD
COD
a
*
p
ra
*
p
r
Chương 2:
Trang 17
K
C
. , K
C
C
KK
(2.16)
K
C
hình
(2.14
[36, 40]:
KbaFK )/(
(2.17)
K
)/( baF
(a/b), a
b
)/( baF
. F(a/b) s tay
TaDa [41].
2.2. I
L
trong sách “Theory of Elasticity” Goodier [39].
Trong
g
2.2.1 bài toán
6 thành
, Hình 2.6 [12, 39].
Chương 2:
Trang 18
xzyzxyzyx
,,,,,
o
x, y, z z, x, y.
xzyzxyxxx
,,,,,
x, y, z z, x, y.
3D c thành phân tích
2D [12].
z
, Oxy, Hình 2.7,
N
0
yzxzz
(2.18)
z (
0
z
).
.
a. Quan hệ ứng suất - biến dạng – nhiệt độ
Hình 2.7: Mô hình bài toán ứng suất phẳng
Hình 2.6: Các thành phần ứng suất và biến dạng
Chương 2:
Trang 19
và có:
0
0
0
.
/100
0/1/
0//1
xy
y
x
xy
y
x
xy
y
x
G
EE
EE
(2.19)
,
0
1
][
(2.20)
0
là vector
][
; E ;
:
)1(2
E
G
(2.21)
(2.19:
0
0
0
2
.
2/)1(00
01
01
1
xy
y
x
xy
y
x
xy
y
x
E
(2.22)
Hay
0
][
(2.23)
00
][
.
0
:
0
0
0
0
T
T
xy
y
x
(2.24)
,
T
b. Quan hệ biến dạng – chuyển vị
y
u
x
v
y
v
x
u
xyyx
; ;
(2.25)
v
u
xy
y
x
xy
y
x
//
/0
0/
(2.26)
Chương 2:
Trang 20
Hay
uD][
(2.27)
c. Phương trình cân bằng
0
0
y
yxy
x
xy
x
q
yx
q
yx
(2.28)
yx
qq ,
d. Điều kiện biên
8. Thành
biên chính S
u
S
t
[13 S
u
ta có
00
, vvuu
và trên S
t
ta có
00
,
yyxx
tttt
yx
tt ,
o
x, y
0000
,,,
yx
ttvu
2.3.
Khi
1 h 1
100 l 5
Hình 2.8: Biên S của vật thể
Chương 2:
Trang 21
Oxyz Oxy trùng v
z vuông góc v (Hình 2.9a ).
(Hình 2.9a,b).
2.3.1. -
xyyx
,,
quan
xyyx
MMM ,,
[1,9,38]:
2/
2/
h
h
xx
zdzM
;
2/
2/
h
h
yy
zdzM
;
2/
2/
h
h
xyxy
zdzM
(2.28)
yx
QQ ,
2/
2/
h
h
xzx
dzQ
;
2/
2/
h
h
yzy
dzQ
(2.29)
2.3.2.
Kirchhoff [1, 9, 12]:
-
-
hòa.
-
a. - -
t, Hình 2.10
Hình 2.9: a) Các thành phần lực và Momen trên tấm; b) Sự phân bố ứng suất
a)
b)
Chương 2:
Trang 22
.
y
x
w
u z z
x
w
v z z
y
(2.30)
,
xy
),( vuww
z
yx
w
z
x
u
y
u
y
w
z
y
u
x
w
z
x
u
x
2
xy
2
2
y
2
2
2
;
;
(2.31)
xy
y
x
xy
y
x
E
2/)1(00
01
01
1
2
(2.32)
Hay:
xy
y
x
xy
y
x
k
k
k
E
z
2/)1(00
01
01
1
2
(2.33)
Hình 2.10: Quan hệ giữa các góc xoay của mặt phẳng trung hòa và đạo hàm độ võng
Chương 2:
Trang 23
T
T
xyyx
yx
w
y
w
x
w
kkkk
2
2
2
2
2
2,,,,
(2.34)
E isson
{k}
b. :
Ngàm:
0 ,0
n
w
w
(2.35)
0 ,0 Mw
(2.36)
0 ,0 MQ
(2.37)
n Hình 2.11
2.3.3ý teissner Mindlin:
, Reissner Mindlin
[1, 9, 12, 38]
ngang, hay
0 ,0
yzxz
(2.38)
,
;
ai, , Hình 2.12
Hình 2.11: Đường biên và pháp vector n