Nghiên cứu dao động của vỏ composite tròn xoay chứa chất lỏng (Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

----------

Vũ Quốc Hiến

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA VỎ COMPOSITE TRÒN XOAY
CHỨA CHẤT LỎNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC

HÀ NỘI - 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

----------

Vũ Quốc Hiến

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA VỎ COMPOSITE TRÒN XOAY
CHỨA CHẤT LỎNG

Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật
Mã số: 62510101

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. GS.TS. TRẦN ÍCH THỊNH
2. PGS.TS. NGUYỄN MẠNH CƯỜNG

HÀ NỘI - 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Vũ Quốc Hiến
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả trong luận
án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS.TS. TRẦN ÍCH THỊNH

Hà Nội, ngày….tháng….năm 2017
Người cam đoan

2. PGS.TS. NGUYỄN MẠNH CƯỜNG
Vũ Quốc Hiến


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn GS.TS. Trần Ích Thịnh,
PGS.TS. Nguyễn Mạnh Cường đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện và động viên
trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Tác giả chân thành cảm ơn tập thể các thầy, cô bộ môn Cơ học vật liệu và kết cấu, trường
Đại học Bách khoa Hà nội đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ và hướng dẫn trong suốt thời
gian tác giả nghiên cứu tại bộ môn.
Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể các giảng viên trong nhóm seminar “Cơ học vật rắn biến
dạng” – Đại học Bách khoa Hà nội, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Công nghệ, Đại

học Xây dựng, Đại học Kiến trúc, Học viện Hậu cần, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Đại học
thủy lợi, Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái nguyên, Đại học Công nghiệp Việt trì…đã đóng
góp nhiều ý kiến quý báu và có giá trị cho nội dung đề tài luận án.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Viện Nghiên cứu và Chế tạo Tàu thủy - Đại học Thủy sản
Nha Trang đã hướng dẫn, giúp đỡ chế tạo mẫu thí nghiệm.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng thí nghiệm Vật liệu Composite – Đại học Bách khoa
Hà nội đã hướng dẫn, giúp đỡ chế tạo mẫu thí nghiệm.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn tập thể các cán bộ, giảng viên Viện Cơ học Việt Nam, Phòng
thí nghiệm kiểm soát rung và ồn – Viện Cơ học Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt
quá trình đo đạc thí nghiệm.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các lãnh đạo Trường Đại học Công nghiệp Việt trì và tập
thể các cán bộ, giảng viện Khoa Cơ khí đã giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi về thời gian, vật
chất, tinh thần để hoàn thành nghiên cứu.
Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thành viên trong gia đình, bạn bè,
đồng nghiệp đã thông cảm, tạo điều kiện và chia sẻ những khó khăn trong suốt quá trình
học tập và nghiên cứu luận án.

NCS. Vũ Quốc Hiến


MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................. v
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................... x
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 ........................................................................................................................... 5
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................................................... 5
1.1. Dao động tự do của vỏ trụ, vỏ trụ bậc composite không và có chứa chất lỏng .............. 8
1.1.1. Các nghiên cứu về dao động của vỏ trụ không và có chứa chất lỏng ................. 8
1.1.2. Các nghiên cứu về dao động của vỏ trụ bậc không và có chứa chất lỏng ......... 10

1.2. Dao động tự do của vỏ nón, vỏ nón–trụ, nón–trụ-nón, nón–nón-nón composite không
và có chứa chất lỏng ............................................................................................................ 10
1.2.1. Các nghiên cứu về dao động của vỏ nón không và có chứa chất lỏng .............. 10
1.2.2. Các nghiên cứu về dao động của vỏ nón–trụ, nón-trụ-nón, nón-nón-nón không
và có chứa chất lỏng .................................................................................................... 11
1.3. Nghiên cứu thực nghiệm dao động tự do của vỏ composite không và có chứa chất lỏng
............................................................................................................................................. 13
1.4. Phương pháp PTLT (hoặc ma trận độ cứng động lực) tính dao động tự do của vỏ
composite tròn xoay chứa chất lỏng .................................................................................... 14
1.4.1. Các bước giải của phương pháp ........................................................................ 16
1.4.2. Các phương pháp tính ma trận truyền T() ...................................................... 18
1.4.3. Các phương pháp tính tần số dao động ............................................................. 18
1.4.3.1. Phương pháp giải trực tiếp.......................................................................... 19
1.4.3.2. Thuật toán William-Wittrick ........................................................................ 19
1.4.3.3. Phương pháp giải sử dụng đường cong đáp ứng ........................................ 19
1.5. Tổng quan về các nghiên cứu tại Việt Nam ................................................................. 20
1.6. Kết luận chương 1 ........................................................................................................ 21
CHƯƠNG 2 ......................................................................................................................... 23
NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG TỰ DO CỦA KẾT CẤU VỎ TRỤ BẬC COMPOSITE CHỨA
VÀ KHÔNG CHỨA CHẤT LỎNG ................................................................................... 23
2.1. Mô hình tính dao động tự do của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng ....................... 23

i


2.2. Mô hình vỏ trụ composite chứa chất lỏng .................................................................... 24
2.3. Quan hệ của hằng số vật liệu ........................................................................................ 24
2.4. Quan hệ giữa ứng suất, biến dạng và nội lực ............................................................... 25
2.4.1. Quan hệ giữa biến dạng và chuyển vị của vỏ trụ Composite: ........................... 25
2.4.2. Quan hệ giữa nội lực và chuyển vị của vỏ trụ Composite ................................. 25

2.5. Phương trình chuyển động của vỏ trụ Composite chứa chất lỏng ................................ 26
2.6. Phương trình chất lỏng ................................................................................................. 27
2.7. Ma trận độ cứng động lực của vỏ trụ Composite chứa chất lỏng ................................. 29
2.8. Tính toán tần số dao động của vỏ trụ bậc Composite chứa và không chứa chất lỏng.. 34
2.8.1. Mô hình vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng................................................... 34
2.8.2. Điều kiện liên tục của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng ............................. 35
2.8.3. Ma trận độ cứng động lực của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng ................ 35
2.8.4. Kết quả và thảo luận .......................................................................................... 40
2.8.4.1. Kiểm tra độ tin cậy của kết quả ................................................................... 41
2.8.4.2. Kết quả tính tần số dao động của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng ..... 48
2.9. Kết luận chương 2 ........................................................................................................ 55
CHƯƠNG 3 ......................................................................................................................... 57
NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG TỰ DO CỦA KẾT CẤU VỎ TRÒN XOAY NÓN–TRỤ,
NÓN-TRỤ-NÓN VÀ NÓN-NÓN-NÓN COMPOSITE CHỨA VÀ KHÔNG CHỨA CHẤT
LỎNG .................................................................................................................................. 57
3.1. Mô hình tính dao động tự do của vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng ...................... 57
3.2. Mô hình vỏ nón composite chứa chất lỏng................................................................... 58
3.3. Quan hệ giữa ứng suất, biến dạng và nội lực ............................................................... 58
3.3.1. Quan hệ giữa biến dạng và chuyển vị (với R(x)=R1+x.sin): .......................... 58
3.3.2. Quan hệ giữa nội lực và chuyển vị .................................................................... 59
3.4. Phương trình chuyển động của vỏ nón chứa chất lỏng................................................. 59
3.5. Ma trận độ cứng động lực của vỏ nón Composite chứa chất lỏng ............................... 60
3.6. Tính toán tần số dao động của vỏ nón-trụ Composite chứa chất lỏng ......................... 66
3.6.1. Mô hình vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng .................................................. 66
3.6.2. Điều kiện liên tục của vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng ............................ 66
ii


3.6.3. Ma trận độ cứng động lực của vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng ............... 67
3.6.4. Kết quả và thảo luận .......................................................................................... 69

3.6.4.1. Kiểm tra độ tin cậy của kết quả ................................................................... 69
3.6.4.2. Ảnh hưởng của khối lượng riêng vật liệu vỏ và chất lỏng đến dao động tự
do của vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng ........................................................... 73
3.6.5. Nhận xét............................................................................................................. 82
3.7. Tính toán tần số dao động của vỏ nón-trụ-nón Composite chứa chất lỏng .................. 83
3.7.1. Mô hình vỏ nón-trụ-nón composite chứa chất lỏng .......................................... 83
3.7.2. Điều kiện liên tục của vỏ nón-trụ-nón composite chứa chất lỏng ..................... 83
3.7.3. Ma trận độ cứng động lực của vỏ nón-trụ-nón composite chứa chất lỏng ........ 84
3.7.4. Kết quả và thảo luận .......................................................................................... 86
3.7.5. Nhận xét............................................................................................................. 91
3.8. Tính toán tần số dao động của vỏ nón-nón-nón Composite chứa chất lỏng ................ 93
3.8.1. Mô hình vỏ nón-nón-nón composite chứa chất lỏng ......................................... 93
3.8.2. Điều kiện liên tục cho vỏ nón-nón-nón composite chứa chất lỏng ................... 93
3.8.3. Ma trận độ cứng động lực của vỏ nón-nón-nón composite chứa chất lỏng ...... 94
3.8.4. Kết quả và thảo luận .......................................................................................... 95
3.9. Kết luận chương 3 ...................................................................................................... 102
CHƯƠNG 4 ....................................................................................................................... 104
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TẦN SỐ DAO ĐỘNG TỰ DO CỦA KẾT
CẤU VỎ TRÒN XOAY NÓN-TRỤ, NÓN-TRỤ-NÓN COMPOSITE CHỨA CHẤT
LỎNG ................................................................................................................................ 104
4.1. Chế tạo mẫu thí nghiệm .............................................................................................. 104
4.1.1. Vật liệu chế tạo mẫu thí nghiệm và cơ tính ..................................................... 104
4.1.2. Các loại mẫu thí nghiệm .................................................................................. 105
4.2. Đồ gá mẫu thí nghiệm ................................................................................................ 106
4.3. Thiết bị đo, ghi dữ liệu ............................................................................................... 106
4.4. Quy trình thực hiện thí nghiệm................................................................................... 107
4.5. Kết quả thí nghiệm đo tần số dao động tự do ............................................................. 111
4.5.1. Kết quả đo dao động tự do của vỏ nón-trụ composite ..................................... 111
iii

4.5.1.1. Kết quả đo dao động tự do của vỏ nón-trụ composite mẫu CT-27............ 111
4.5.1.2. Kết quả đo dao động tự do của vỏ nón-trụ composite mẫu CT-14............ 114
4.5.2. Kết quả đo dao động tự do của vỏ nón-trụ-nón composite ............................. 117
4.6. Kết luận chương 4 ...................................................................................................... 119
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................ 120
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............................. 123
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 125
PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 134

iv


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
[A]:

Ma trận độ cứng màng

[B]:

Ma trận độ cứng tương tác màng–uốn-xoắn

[C]:

Ma trận độ cứng trong quan hệ ứng suất–biến dạng của vật liệu dị
hướng

C:

Biên ngàm

[D]:

Ma trận độ cứng uốn

Ei:

Mô đun đàn hồi kéo, nén theo phương i

f:

Hệ số hiệu chỉnh cắt

F:

Biên tự do

[F]:

Ma trận độ cứng cắt

{F}:

Véc tơ lực

Gij:

Mô đun đàn hồi trượt

H:

Chiều cao mức chất lỏng trong vỏ

h:

Chiều dày vỏ

hk:

Chiều dày lớp vật liệu thứ k

kx, k, kx:

Các thành phần biến dạng uốn và xoắn của vỏ trong hệ tọa độ trụ

[K()]:

Ma trận độ cứng động lực

L:

Chiều dài đường sinh vỏ

Mx, M, Mx:

Các thành phần mô men uốn và xoắn của vỏ

N x , N , N x :

Các thành phần lực màng của vỏ

P:

Áp suất chất lỏng

PTLT:

Phần tử liên tục

PTHH:

Phần tử hữu hạn

Qx, Q:

Các thành phần lực cắt của vỏ

[Qij]:

Ma trận độ cứng thu gọn

{Q}m:

Véc tơ lực kích thích

R:

Bán kính vỏ

S:

Biên tựa
v


[T()]:

Ma trận truyền

u, v, w:

Các thành phần chuyển vị theo các phương x,y,z

u0, v0, w0;

Các thành phần chuyển vị tại mặt trung bình của vỏ

{U}:

Véc tơ chuyển vị

{y}m:

Véc tơ trạng thái

(x,z,θ):

Hệ tọa độ trụ

(x,y,z):

Hệ tọa độ đề các

zk, zk-1:

Tọa độ biên của lớp thứ k

α:

Góc nón

xz, z:

Các thành phần biến dạng cắt của vỏ trong hệ tọa độ trụ

x, , x:

Các thành phần biến dạng màng của vỏ trong hệ tọa độ trụ

(k):

Khối lượng riêng của lớp thứ k

nước:

Khối lượng riêng của nước

rượu:

Khối lượng riêng của rượu

ij:

Hệ số poisson của vật liệu theo phương ij

x, :

Các thành phần góc xoay quanh trục θ và trục x

:

Hàm thế vận tốc

:

Tần số dao động tự do

:

Tần số dao động tự do không thứ nguyên

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ
Hình 1. 1. Các kết cấu vỏ composite chứa hóa chất của nhà máy hóa chất Việt Trì.. .......... 5
Hình 1. 2. Các kết cấu vỏ ghép nối nón-trụ composite, trụ bậc composite của nhà máy sản
xuất Amon Nitrat Thái Bình.. ................................................................................................ 6
Hình 1. 3. Các kết cấu vỏ ghép nối composite được ứng dụng trong hằng không và đóng
tàu.. ........................................................................................................................................ 7

Hình 1. 4. Đường cong đáp ứng của kết cấu. ...................................................................... 18
Hình 1. 5. Phương pháp thu nhận đường cong đáp ứng cho vỏ trụ-nón. ........................... 20
Hình 2. 1. Mô hình PTLT tính dao động tự do của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng. . 23
Hình 2. 2. Thông số hình học của vỏ trụ composite chứa chất lỏng. .................................. 24
Hình 2. 3. Thông số hình học của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng. ........................... 34
Hình 2. 4. Điều kiện liên tục của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng. ............................. 35
Hình 2. 5. Mô hình ghép nối ma trận động lực của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng. 37
Hình 2. 6. Phương pháp thu nhận đường cong đáp ứng cho vỏ trụ bậc composite chứa chất
lỏng. ..................................................................................................................................... 39
Hình 2. 7. Đường cong đáp ứng của vỏ trụ bậc composite, chứa đầy chất lỏng, biên ngàm–
tự do. .................................................................................................................................... 40
Hình 2. 8. Đồ thị so sánh tần số dao động của vỏ trụ composite chứa chất lỏng giữa kết
quả của Xi và phương pháp PTLT....................................................................................... 46
Hình 2. 9. Đồ thị so sánh đường cong đáp ứng của phương pháp PTLT và phương pháp
PTHH cho tần số dao động của vỏ trụ composite chứa chất lỏng. ..................................... 47
Hình 2. 10. Ảnh hưởng của mức chất lỏng, điều kiện biên đến tần số dao động tự do của vỏ
trụ bậc composite chứa chất lỏng........................................................................................ 53
Hình 2. 11. Ảnh hưởng của tỉ lệ kích thước L/R đến tần số dao động tự do, số mode vòng
m, số mode dọc n của vỏ trụ bậc composite chứa chất lỏng. .............................................. 55
Hình 3. 1. Mô hình PTLT tính dao động tự do của vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng.. 57
Hình 3. 2. Thông số hình học của vỏn nón composite chứa chất lỏng. ............................... 58
Hình 3. 3. Thông số hình học của vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng. ........................... 66
Hình 3. 4. Điều kiện liên tục tại mặt cắt ghép nối cho vỏ nón-trụ composite.. ................... 67
Hình 3. 5. Mô hình ghép nối ma trận động lực của vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng. 67

vii


Hình 3. 6. Phương pháp thu nhận đường cong đáp ứng cho vỏ nón-trụ composite chứa
chất lỏng. ............................................................................................................................. 68

Hình 3. 7. Mô hình vỏ trụ-nón Composite. .......................................................................... 71
Hình 3. 8. Ảnh hưởng của vật liệu vỏ, kết cấu vỏ đến tần số dao động tự do của vỏ trụ, nón,
nón-trụ composite chứa chất lỏng. ...................................................................................... 79
Hình 3. 9. Ảnh hưởng của điều kiện biên, khối lượng riêng chất lỏng đến tần số dao động
tự do của vỏ nón-trụ composite chứa chất lỏng. ................................................................. 81
Hình 3. 10. Thông số hình học của vỏ nón-trụ-nón composite chứa chất lỏng. ................. 83
Hình 3. 11. Mô hình ghép nối ma trận động lực của vỏ nón-trụ-nón composite chứa chất
lỏng. ..................................................................................................................................... 84
Hình 3. 12. Phương pháp thu nhận đường cong đáp ứng cho vỏ nón-trụ-nón composite
chứa chất lỏng. .................................................................................................................... 85
Hình 3. 13. Đường cong đáp ứng cho vỏ nón-trụ-nón composite chứa đầy chất lỏng. ...... 87
Hình 3. 14. Ảnh hưởng của mức chất lỏng đến tần số dao động tự do của vỏ nón-trụ-nón
composite chứa chất lỏng (α=90). ....................................................................................... 87
Hình 3. 15. Ảnh hưởng của nón phân kì và hội tụ đến tần số dao động tự do của vỏ nóntrụ-nón composite chứa chất lỏng. ...................................................................................... 89
Hình 3. 16. Ảnh hưởng của kích thước vỏ đến tần số dao động tự do của vỏ nón-trụ-nón
composite chứa chất lỏng (α=90). ....................................................................................... 91
Hình 3. 17. Thông số hình học của vỏ nón-nón-nón composite chứa chất lỏng. ................ 93
Hình 3. 18. Mô hình ghép nối ma trận động lực của vỏ nón-nón-nón composite chứa chất
lỏng. ..................................................................................................................................... 94
Hình 3. 19. Đường cong đáp ứng cho vỏ nón-nón-nón composite chứa đầy chất lỏng. ..... 98
Hình 3. 20. Ảnh hưởng của mức chất lỏng đến tần số dao động tự do của vỏ nón-nón-nón
composite chứa chất lỏng. ................................................................................................. 100
Hình 3. 21. Ảnh hưởng của góc nón α1, α2, α3 đến tần số dao động tự do của vỏ nón-nónnón composite chứa chất lỏng. .......................................................................................... 101
Hình 4. 1. Thông số kích thước các mẫu thí nghiệm hình nón-trụ, nón-trụ-nón composite.
........................................................................................................................................... 105
Hình 4. 2. Mẫu thí nghiệm hình nón-trụ, nón-trụ-nón composite. .................................... 106
Hình 4. 3. Sơ đồ minh họa các thiết bị đo và các điểm đặt đầu đo trên vỏ. ...................... 107

viii

Hình 4. 4. Đồ thị tín hiệu dao động trong miền tần số của vỏ nón-trụ composite (CT14)
khô, so với đường cong đáp ứng của phương pháp PTLT. ............................................... 109
Hình 4. 5. Đồ thị tín hiệu dao động trong miền tần số của vỏ nón- trụ composite (CT14)
chứa đầy nước, so với đường cong đáp ứng của phương pháp PTLT. ............................. 110
Hình 4. 6. Đồ thị ảnh hưởng của mức chất lỏng đến tần số dao động của vỏ nón-trụ
composite (CT27) chứa chất lỏng. .................................................................................... 113
Hình 4. 7. Đồ thị so sánh kết quả thí nghiệm và kết quả tính toán lý thuyết PTLT của vỏ
nón-trụ composite (CT27) chứa chất lỏng. ....................................................................... 113
Hình 4. 8. Đồ thị ảnh hưởng của mức chất lỏng đến tần số dao động của vỏ nón-trụ
composite (CT14) chứa chất lỏng. .................................................................................... 115
Hình 4. 9. Đồ thị so sánh kết quả thí nghiệm và kết quả tính toán lý thuyết PTLT của vỏ
nón-trụ composite (CT14) chứa chất lỏng. ....................................................................... 115
Hình 4. 10. Đồ thị ảnh hưởng của tỉ lệ kích thước L/R đến tần số dao động tự do của vỏ
nón-trụ composite chứa chất lỏng. .................................................................................... 116
Hình 4. 11. Đồ thị ảnh hưởng của mức chất lỏng đến tần số dao động của vỏ nón-trụ-nón
composite (CTC-9) chứa chất lỏng. .................................................................................. 118
Hình 4. 12. Đồ thị so sánh kết quả thí nghiệm và kết quả tính toán lý thuyết PTLT của vỏ
nón-trụ-nón composite (CTC9) chứa chất lỏng. ............................................................... 118

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2. 1. So sánh tần số không thứ nguyên  = ωR(ρ(1-2)/E)1/2 của vỏ trụ kim loại hai
bậc, với điều kiện biên ngàm-ngàm. .................................................................................... 42
Bảng 2. 2. So sánh tần số không thứ nguyên  = ωR(ρ(1-2)/E)1/2 của vỏ trụ kim loại hai
bậc, với điều kiện biên ngàm-tự do. .................................................................................... 43
Bảng 2. 3. So sánh tần số dao động tự do (Hz) của vỏ trụ bốn bậc composite, với điều kiện
biên ngàm–tự do, mode n=1. ............................................................................................... 44

Bảng 2. 4. So sánh tần số dao động tự do (Hz) của vỏ trụ bốn bậc composite, với điều kiện
biên ngàm–ngàm, mode n=1. .............................................................................................. 45
Bảng 2. 5. Tần số dao động tự do (Hz) của vỏ trụ bốn bậc composite, với các điều kiện
biên ngàm–tự do, n=1 và 2, cấu hình [00/900/00/900] 2 ....................................................... 49
Bảng 2. 6. Tần số dao động tự do (Hz) của vỏ trụ bốn bậc composite, với các điều kiện
biên ngàm–tự do, n=1 và 2, cấu hình [00/900/00/900] s . ...................................................... 50
Bảng 2. 7. Tần số dao động tự do (Hz) của vỏ trụ bốn bậc composite, với các điều kiện
biên ngàm–ngàm, n=1 và 2, cấu hình [00/900/00/900] 2 . ..................................................... 51
Bảng 2. 8. Tần số dao động tự do (Hz) của vỏ trụ bốn bậc composite, với các điều kiện
biên ngàm–ngàm, n=1 và 2, cấu hình [00/900/00/900] s . ..................................................... 52



 

Bảng 3. 1. So sánh tần số   R2  1   2 / E

1/ 2

của vỏ nón-trụ kim loại. ..................... 69

Bảng 3. 2. So sánh tần số dao động nhỏ nhất 1  R1 h / A11 

1/ 2

và số mode dao động

vòng (m) tương ứng của vỏ trụ-nón Composite trực hướng (với =00). ............................ 72
Bảng 3. 3. So sánh tần số dao động nhỏ nhất 1  R1 h / A11 

1/ 2

và số mode dao động

vòng (m) tương ứng của vỏ trụ-nón Composite trực hướng (với =300). .......................... 72
Bảng 3. 4. So sánh tần số dao động nhỏ nhất 1  R1 h / A11 

1/ 2

và số mode dao động

vòng (m) tương ứng của vỏ trụ-nón Composite trực hướng (với =600). .......................... 73
Bảng 3. 5. Thông số của các vật liệu composite.................................................................. 74
Bảng 3. 6. Ảnh hưởng của điều kiện biên, khối lượng riêng, vật liệu vỏ đến tần số dao động
tự do của vỏ trụ composite lớp chứa chất lỏng. .................................................................. 75
Bảng 3. 7. Ảnh hưởng của điều kiện biên, khối lượng riêng, vật liệu vỏ đến tần số dao động
tự do của vỏ nón composite lớp chứa chất lỏng. ................................................................. 76
Bảng 3. 8. Ảnh hưởng của điều kiện biên, khối lượng riêng, vật liệu vỏ đến tần số dao động
tự do của vỏ nón-trụ composite lớp chứa chất lỏng. ........................................................... 77
x


Bảng 3.9. Tần số dao động tự do (Hz) của vỏ nón-trụ-nón composite lớp chứa chất lỏng 86
Bảng 3. 10. Tần số dao động tự do (Hz) của vỏ nón-trụ-nón composite lớp chứa chất lỏng
............................................................................................................................................. 88
Bảng 3. 11. Ảnh hưởng của tỉ lệ kích thước vỏ L/R đến tần số dao động tự do của vỏ nóntrụ-nón composite lớp chứa chất lỏng (α=90). .................................................................... 90
Bảng 3. 12. So sánh tần số dao động nhỏ nhất 1  R1 h / A11 

1/ 2

và số mode dao động

vòng (m) tương ứng của vỏ nón-nón Composite trực hướng. ............................................. 95
Bảng 3. 13. So sánh tần số dao động (Hz) và số mode dao động vòng (m) tương ứng của vỏ
nón-nón-nón Composite trực hướng chứa chất lỏng (n=1, α1=600, α2=450, α3=300, biên
ngàm–tự do). ........................................................................................................................ 97
Bảng 3. 14. So sánh tần số dao động (Hz) và số mode dao động vòng (m) tương ứng của vỏ
nón-nón-nón Composite trực hướng chứa chất lỏng (n=1, α1=450, α2=300, α3=150, biên
ngàm–tự do). ........................................................................................................................ 99
Bảng 4. 1. Thông số kỹ thuật của các mẫu vật liệu Composite sợi thủy tinh/nền polyester,
cấu hình [00/900/00/900]. ................................................................................................... 105
Bảng 4. 2. Danh mục thiết bị và phần mềm đo thí nghiệm................................................ 108
Bảng 4. 3. So sánh tần số dao động (Hz) của mẫu vỏ nón-trụ Composite trực hướng (CT27) chứa các mức chất lỏng khác nhau ............................................................................. 111
Bảng 4. 4. So sánh tần số dao động (Hz) của mẫu vỏ nón-trụ Composite trực hướng (CT14) chứa các mức chất lỏng khác nhau ............................................................................. 114
Bảng 4. 5. So sánh tần số dao động (Hz) của mẫu vỏ nón-trụ-nón Composite trực hướng
(CTC-9) chứa các mức chất lỏng khác nhau. .................................................................... 117

xi


MỞ ĐẦU
Các kết cấu dạng vỏ tròn xoay bằng vật liệu composite lớp cốt sợi/nền nhựa hữu cơ
như vỏ trụ composite, vỏ nón composite, vỏ trụ nối với vỏ nón hoặc vỏ nón nối với vỏ trụ,
vỏ nón nối với vỏ trụ rồi lại nối với vỏ nón composite v.v ngày càng được ứng dụng nhiều
trong các ngành công nghiệp hiện đại trên thế giới như: công nghiệp hàng không vũ trụ, công
nghiệp tàu thủy, công nghiệp điện hạt nhân, công nghiệp xây dựng, công nghiệp cơ khí, hóa
chất v.v.
Ở Việt Nam, bằng vật liệu composite cốt sợi/nền nhựa hữu cơ, chúng ta đã chế tao và đưa
vào sử dụng nhiều vòm che máy bay cỡ nhỏ, nhiều tàu du lịch, tàu hai thân, các tháp chứa
nước, bồn chứa hóa chất, bồn chứa dầu, bể nuôi trồng thủy sản, ống dẫn nước đường kính

lớn v.v. Có nhiều kết cấu composite nói trên được chế tạo dưới dạng vỏ trụ bậc hoặc vỏ trụ
nối với vỏ nón; vỏ nón nối với vỏ trụ và vỏ nón.
Các đặc tính dao động của các kết cấu composite nói trên khi chứa chất lỏng bị thay đổi
nhiều so với điều kiện làm việc trong không khí. Vì vậy, vấn đề nghiên cứu định lượng sự
thay đổi của tần số và dạng dao động của các kết cấu vỏ composite lớp tròn xoay chứa chất
lỏng sẽ có ý nghĩa khoa học và có vai trò quan trọng trong kỹ thuật, cụ thể là trong tính toán,
thiết kế tối ưu các kết cấu.
Bài toán dao động tự do và cưỡng bức của các kết cấu kim loại đẳng hướng dạng vỏ trụ tròn
và vỏ nón tiếp xúc với chất lỏng đã được nghiên cứu từ 50-60 năm nay nhờ các lý thuyết vỏ
và các phương pháp tính khác nhau như: phương pháp giải tích, phương pháp số và phương
pháp thực nghiệm. Bài toán dao động của các kết cấu composite dạng vỏ tròn xoay tiếp xúc
với chất lỏng mới được nghiên cứu gần đây do tính dị hướng cao của các lớp vật liệu gây ra
các tương tác cơ học màng-uốn-xoắn trong kết cấu dao động, kéo theo những tương tác phức
tạp khác khi tiếp xúc với chất lỏng. Do đó, việc nghiên cứu lựa chọn (hoặc xây dựng) được
một lý thuyết phù hợp với kết cấu composite cần tính toán, thiết kế cùng với một phương
pháp số có độ tin cậy cao để tìm được lời giải số tin cậy cho bài toán dao động của các kết
cấu vỏ composite tròn xoay như: vỏ composite dạng trụ bậc (có độ dày thay đổi), vỏ
composite dạng trụ nối với vỏ nón (mặt cắt ngang thay đổi), có chứa các mức chất lỏng khác
nhau là rất quan trọng và cần thiết cho các nhà khoa học và các kỹ sư.
Xuất phát từ thực tế ứng dụng vật liệu composite cốt sợi/nền polyme ở Việt Nam và từ phân
tích các kết quả nghiên cứu hiện có về lĩnh vực dao động của các kết cấu vỏ tròn xoay bằng
vật liệu composite lớp, luận án đã đặt vấn đề:
“Nghiên cứu dao động của vỏ composite tròn xoay chứa chất lỏng”
1


Luận án đầy đủ ở file: Luận án full