Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử của dầm màng mỏng thổi phồng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

,

VÕ NGỌC QUANG

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ
CỦA DẦM MÀNG MỎNG THỔI PHỒNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình
Dân dụng và Công nghiệp
Mã số:
60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2019


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN QUANG TÙNG

Phản biện 1: PGS.TS. PHẠM THANH TÙNG

Phản biện 2: TS. LÊ ANH TUẤN

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc
sĩ chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công

nghiệp họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 04
tháng 05 năm 2019

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu và Truyền thông Trường Đại học Bách khoa
Đại học Đà Nẵng
- Thư viện Khoa Xây dựng dân dụng & Công nghiệp,
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Hiện nay, phần lớn những công trình xây dựng trên thế giới
làm từ vật liệu cổ điển là: gạch, đá, bê tông và đặc biệt là bê tông cốt
thép và thép. Ưu điểm chung của các loại vật liệu này là khả năng
chịu lực lớn, tuổi thọ công trình cao. Tuy nhiên, nhược điểm của
những vật liệu cổ điển này là trọng lượng bản thân lớn, việc xây dựng
và tháo dỡ khi không dùng đến tốn nhiều chi phí. Vì vậy, một loại vật
liệu mới nhẹ hơn đang được nghiên cứu và đưa vào sử dụng là vật
liệu vải kỹ thuật.
Các tấm vải kỹ thuật này thường được tạo hình thành những
ống kín, được thổi khí vào để có thể chịu được tải trọng bản thân
cũng như chịu các tải trọng khác gọi là các ống thổi phồng.
Ưu điểm của dạng kết cấu mới này là quá trình xây dựng
nhanh, có thể tháo dỡ và chuyển đến nơi khác một cách nhanh chóng,
tiện lợi. Tải trọng bản thân của kết cấu nhỏ nên sẽ giảm thiểu trọng
lượng bản thân công trình. . . Ngoài ra, khi dầm thổi phồng này được
kết hợp với các vật liệu truyền thống một cách hiệu quả thì có thể

nâng cao rất nhiều khả năng chịu lực của kết cấu mà không làm tăng
nhiều trọng lượng bản thân. Kết cấu liên hợp này hiện đang được sử
dụng rất nhiều trên thế giới như một cấu kiện chịu lực cơ bản của
công trình.
Với tầm quan trọng như vậy, nhưng đến nay vẫn chưa có nhiều


2

kết quả nghiên cứu được đưa ra, không có nhiều bài báo khoa học đề
cập đến ứng xử của loại kết cấu này. Đa phần các nghiên cứu trong
nước tập trung vào phương pháp giải tích cũng như phương pháp mô
phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích ứng xử của
dầm màng mỏng thổi phồng. Hiện tại chưa có nghiên cứu nào được
đầu tư theo hướng thực nghiệm. Vậy nên đề tài
“Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử của dầm màng mỏng thổi
phồng”
có ý nghĩa khoa học cao nhằm kiểm chứng các lý thuyết được
xây dựng.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
a) Mục tiêu tổng quát:
Nghiên cứu ứng xử của dầm màng mỏng thổi phồng bằng
phương pháp thực nghiệm
b) Mục tiêu cụ thể:
-

Chế tạo được các mẫu dầm thổi phồng dùng để thí nghiệm;

-

Xác định được sự thay đổi đặc trưng hình học của dầm
màng mỏng sau khi được thổi phồng bằng phương pháp
thực nghiệm;

-

Nghiên cứu ứng xử của dầm màng mỏng thổi phồng khi
chịu uốn;


3

-

So sánh với các kết quả lý thuyết và mô phỏng đã có trước
đây để đưa ra kết luận.

3. Đối tượng nghiên cứu:
Dầm màng mỏng thổi phồng được cấu tạo từ vải kỹ thuật.
4. Phạm vi nghiên cứu:
Ứng xử của dầm màng mỏng khi được thổi phồng và khi chịu
tải trọng.
5. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu cứu thực nghiệm ứng xử của dầm màng mỏng thổi
phồng.
6. Bố cục đề tài
Chương 1. Tổng quan về kết cấu màng mỏng thổi phồng
Chương 2. Thí nghiệm sự thổi phồng dầm màng mỏng
Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm dầm màng mỏng thổi
phồng chịu uốn

Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo


4

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THỔI PHỒNG

1.1 Tổng quan về cấu tạo và ứng dụng của kết cấu thổi phồng
1.1.1 Định nghĩa
1.1.2

ng dụng của

t c u màng mỏng thổi phồng

1.1.3 Nh ng u iểm à nh
mỏng thổi phồng

c iểm của

t c u màng

1.2 Một số nghiên cứu về ứng xử của vật liệu
1.2.1 C u tạo của ải ỹ thuật
1.2.2

ng xử cơ học của ải ỹ thuật.

1.3 Một số nghiên cứu thực nghiệm về ứng xử của dầm màng
mỏng thổi phồng
1.4 Một số công trình nghiên cứu lý thuyết về sự làm việc của
kết cấu thổi phồng
1.5 Kết luận chương
Từ kết quả nghiên cứu tài liệu trong chương này, ta nhận thấy
rằng, mặc dù các kết cấu màng mỏng thổi phồng không phải là một
kết cấu mới, thậm chí đã được thiết kế và sử dụng từ lâu, tuy nhiên
vẫn chưa có nhiều nghiên cứu dành riêng cho loại kết cấu này. Bên
cạnh đó, các thí nghiệm xác định tính chất cơ lý của vải kỹ thuật yêu


5

cầu các máy móc rất hiện đại, nếu chỉ sử dụng các thiết bị thông
thường thi khó đạt được độ chính xác nhất định. Nghiên cứu đề xuất
quy trình thí nghiệm để tìm hiểu ứng xử thực tế của dầm màng mỏng
thổi phồng và so sánh với các lý thuyết đã được phát triển trước đó.


6

Chương 2

TÍNH

TOÁN KẾT
THỔI PHỒNG

CẤU

MÀNG

MỎNG

2.1 Thiết lập phương trình cho bài toán thổi phồng ống màng
mỏng trực giao
2.1.1 Đặt

n ề

Ống có kích thước ban đầu với bán kính R, chiều dày màng
mỏng H và có chiều dài L, được khép kín tại các tiết diện có tọa độ X
= 0 và X = L, (xem Hình 2-1).
Phương trực giao

et

er

ex
e

eℓ

R
X
H

L

en = er

Hình 2-1. Kích thước hình học ban đầu của ống
Trong nghiên cứu này, vật liệu vải kỹ thuật được mô hình
như một màng mỏng đàn hồi trực giao với các vectơ chỉ phương trực
giao e và et lần lượt được định hướng theo phương ngang và dọc
của các sợi vải. Góc tạo bởi các vectơ e và e x được gọi là góc định
hướng và ký hiệu là

, 0

180o .


7

2.1.2 Sự ận ộng
r

kθ R

x kx X

(2-1)

trong đó, các hệ số kθ , kx lần lượt là các hệ số biểu hiện sự thay đổi
bán kính, chiều dài của ống; và

k X thể hiện góc xoay của tiết

diện ngang của ống.
2.1.3 Sự bi n ổi - Bi n dạng
2.1.4

ng su t

2.1.5 Ph ơng trình cân bằng
2.1.6 Hệ ph ơng trình phi tuy n xác ịnh ích th ớc ống
màng mỏng thổi phồng
(k 2 1)k x
k x2

( Rk k ) 2 1 k x

2 Rk 2 k k x

pR C *

R2k 2k 2

2k x2

C*

pR C * xx

R2k 2k 2

2k x2

C * xxxx k 2 C * xxx Rk 2 k

pR C *

R2k 2k 2

2k x2

C*

x

xx

xxx

k 2 C*

k 2 C*

x

xx

Rk 2 k

Rk 2 k

Khi đã xác định được các hệ số thay đổi kích thước ống k x , k , k
ta hoàn toàn có thế xác định được kích thước thực của ống từ biểu
thức sau:
kx L , a k A ,

(X ) k X

(2-2)


8

2.2 Thiết lập phương trình cho bài toán dầm ống màng mỏng
thổi phồng chịu uốn
2.2.1 Chuyển ộng
2.2.2 Chuyển ộng ảo
2.2.3 Công su t ảo của nội ứng su t
2.2.4 Công ảo của tải trọng ngoài
2.2.5 Ph ơng trình cân bằng phi tuy n
2.2.6 Quy luật ứng xử của ải ỹ thuật ở trạng thái thổi
phồng
2.2.7 Tuy n tính hoá bài toán
Phương trình phi tuyếnError! Reference source not found.,
ta thu được phương trình tuyến tính hóa:

N0 , X
( N0 kG t S0 )V ,2X ( P kG t S0 ) , X
(E

N0

) I 0 ,2X ( P kG t S0 )(V , X
S0

px
py

(2-3)

)

 Phương trình Error! Reference source not found., ta thu
được các điều kiện biên tuyến tính hóa:


9

N 0 (0) P
N 0 ( L) P
( N 0 (0) kG t S0 )V , X (0) ( P kG t S0 ) (0)
( N 0 ( L) kG t S0 )V , X ( L) ( P kG t S0 ) ( L)
N 0 (0)
(E
) I 0 , X (0)
S0
(E

X (0)
X ( L)
Y (0)
Y ( L)

N 0 ( L)
) I 0 , X ( L)
S0

(2-4)

(0)
( L)

Các phương trình (2-3)1 và các điều kiện biên (2-4)1-2 cho
phép xác định giá trị ứng lực ban đầu N0. ột khi N0 đã biết, dựa vào
các phương trình (2-3)2-3 và các điều kiện biên (2-4)3-6, ta tìm được
các giá trị chuyển vị V và góc xoay

của tiết diện ngang.

2.3 Phân tích ứng xử của dầm màng mỏng thổi phồng chịu uốn
2.3.1 Dầm công xôn thổi phồng chịu uốn ngang
Ở trạng thái quy chiếu, dầm có dạng hình trụ tròn xoay, chiều
dài L, bán kinh R, chịu áp suất thổi phồng p. Dầm bị ngàm ở đầu có
tọa độ X 0 và chịu tải trọng tập trung có phương vuông góc với
trục dầm Fe y tại đầu có tọa độ X

L , xem Error! Reference

source not found..
 Độ võng và góc xoay của tiết diện ngang

10

(X )
(E

Thế c

F
( LX
P
)I0
S0

X2
)
2

(2-5)

F , phương trình (2-5) và điều kiện biên Error!

Reference source not found.2 vào phương trình Error! Reference
source not found., ta được biểu thức xác định chuyển vị:
V (X )

F
LX 2
(
P
(E

)I0 2
S0

X3
)
6

FX
P kG t S0

(2-6)

2.3.2 Dầm ơn giản thổi phồng chịu uốn ngang
Ở trạng thái quy chiếu, dầm có dạng hình trụ tròn xoay, chiều
dài L, bán kinh R, chịu áp suất thổi phồng p. Dầm bị ngàm ở đầu có
tọa độ X 0 và X L chịu tải trọng tập trung có phương vuông
góc với trục dầm

Fe y tại đầu có tọa độ X

L / 2 , xem Error!

Reference source not found..
 Độ võng lớn nhất ở giữa dầm V(L/2)

FL

V ( L / 2)
48( E

P
)I0
S0

PL
4( P kG t S0 )

(2-7)


11

2.4 Kết luận chương
Nghiên cứu ứng xử của dầm màng mỏng thổi phồng được
thực hiện qua hai giai đoạn: thổi phồng và chịu uốn.
Trong giai đoạn đầu tiên, ống được thổi phồng và bắt đầu
biến dạng từ trạng thái tự nhiên chưa thổi phồng đến trạng thái căng
phồng do tác dụng của áp suất từ bên trong. Ban đầu, việc tính toán
kết cấu trong giai đoạn này được thực hiện bằng cách áp dụng các
công thức cổ điển cho ống có thành dày, sau đó sẽ áp dụng các giả
thiết của ống thành mỏng để đơn giản hóa bài toán và đưa ra công
thức tính toán cuối cùng.
Trong giai đoạn tiếp theo, ống đã ở trạng thái thổi phồng và
sẽ chịu tác dụng của tải trọng ngoài. Tải trọng này sẽ gây uốn ngang
hoặc uốn dọc cho dầm. Bằng cách sử dụng mô hình dầm Timoshenko
và nguyên lý cân bằng công suất ảo. Các phương trình cân bằng cũng
như các điều kiện biên được áp dụng cho bài toán dầm màng mỏng
thổi phồng chịu uốn.
Trong cả hai giai đoạn trên, các kết quả giải tích thu được
đều được so sánh với các kết quả của phương pháp tính toán phần tử

hữu hạn. Sai khác rất nhỏ giữa hai phương pháp chứng minh tính
đúng đắn của lý thuyết được xây dựng.


12

Chương 3

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ CỦA
KẾT CẤU MÀNG MỎNG THỔI PHỒNG

3.1 Thí nghiệm đo biến dạng ống màng mỏng thổi phồng
3.1.1 Ống màng mỏng thổi phồng

c sử dụng

Trong nghiên cứu này, 2 ống màng mỏng thổi phồng có
chiều dài giống nhau L = 3m và bán kính lần lượt là R = 10cm và 12.
5cm được chế tạo, xem Error! Reference source not found.. Các
ống này được cấu tạo từ cùng một loại vải kỹ thuật. Để đảm bảo tính
chính xác trong khâu chế tạo, các mẫu vật này được đặt hàng chế tạo
bởi công ty TNHH Nguyện Như, thành phố Hồ Chí inh.
3.1.2 Vải ỹ thuật

ơc sử dụng

Các ống màng mỏng được sử dụng trong thí nghiệm này
được cấu tạo từ vải kỹ thuật Ferrari F502. Các thông số kỹ thuật của
loại vải này được cung cấp bởi nhà phân phối S. F. A (Pháp), xem
Error! Reference source not found..

3.1.3 Các dụng cụ o
 Bơm hí à o áp su t trong ống
Thiết bị bơm hơi là máy nén khí Sunny Compressor 2. 5Hp
thường được sử dụng để bơm xe máy và ô tô. Ống bơm được kết nối
với đầu bơm có gắn đồng hồ đo áp suất mã hiệu Flexbimec 7301 để
sơ bộ kiểm soát áp suất trong ống.


13

Sau khi sơ bộ kiểm soát được áp suất vào ống, áp suất khí trong
ống được kiểm tra chính xác hơn bằng cảm biến đo áp suất Tire
Gauge 4 in 1.
 Đo bi n dạng ống
Để đo biến dạng của ống, chúng tôi sử dụng các cảm biến đo
biến dạng Strain Gauge PL-60-11. Đây là cảm biến điện trở, có chiều
2% .
dài 60mm và có giới hạn biến dạng tương đối là
 Đo chuyển vị
Để đo chuyển vị, chúng tôi sử dụng thiết bị đo chuyển vị
bằng phương pháp vật lý. Thiết bị này có cho phép xác định chuyển
vị của dầm với độ chính xác lên đến 0.01mm .
3.1.4 Lắp ặt thi t bị o
 Dụng cụ lắp ặt
Ống màng mỏng được kê lên các gối tựa, cách nhau 2m. Do
khi bị thổi phồng, một đoạn dài khoảng 20cm ở phía đầu ống bị méo,
không có dạng hình trụ tròn xoay, không phù hợp với lý thuyết tính
toán. Vậy nên, để đảm bảo các tiết diện ngang của ống đều có dạng
hình tròn, các phép đo biến dạng của ống màng mỏng được thực hiện
trong phạm vi chiều dài L = 1m ở giữa ống.

14

a) Cảm biến S2 đo ở vị trí bên
trái

b) Cảm biến S5 đo ở vị trí bên
phải

Hình 3-1. Sơ đồ bố trí các cảm biến đo biến dang
3.2 Đo một dầm mẫu
Trong bước đầu tiên này, thí nghiệm đo được thực hiện với
một dầm mẫu (dầm có góc định hướng vật liệu (

00 ) để tìm hiểu

các vấn đề gặp phải trong quá trình thí nghiệm để có thể đề xuất một
quy trình thí nghiệm chuẩn cho tất cả các dầm còn lại.
3.2.1 Giả thi t ề trạng thái rỗng của ống
3.2.2 Thời gian chờ ể l y

t quả thí nghiệm

Giả thiết áp dụng: Trong khuôn khổ thí nghiệm này, giá trị
đo được của một tham số cho trước Vt ở thời điểm t được gọi là hoàn
toàn ổn định nếu sau 1 phút mà giá trị đo được Vt

1

không biến đổi

quá 1% so với giá trị ban đầu. Quảng thời gian chờ được tính từ khi


15

bắt đầu đo đến thời điểm t đang xét.
Kết quả thí nghiệm cho thấy, sau mỗi lần gia tăng áp suất,
cần phải chờ khoảng 2 phút để vật liệu có thời gian từ biến, các kết
quả đo lúc này mới đáng tin cậy.
3.2.3 Sự ổn ịnh của ứng xử ật liệu
Vật liệu vải kỹ thuật được cấu thành từ các sợi vải theo
phương ngang và phương dọc. Trong các lần sử dụng đầu tiên, các
sợi vải sẽ được sắp xếp lại và tự định vị vào các vị trí tốt nhất. Ứng
xử của vật liệu sẽ ổn định sau một vài lần gia tải. Trong nghiên cứu
này, để sự làm việc của dầm là giống với kết cấu thực nhất, cần phải
thực hiện một số đợt gia tải và dỡ tải trước khi chính thức thực hiện
phép đo thì mới có được các số liệu đáng tin cậy nhất.
3.3 Quy trình thí nghiệm
3.4 Kết quả thí nghiệm và nhận định
3.4.1 K t quả
Biến dạng thu được là chênh lệch chỉ số thu được từ thiết bị
đo của trạng thái áp suất hiện tại so với trạng thái tự nhiên.


16

Bảng 3.1. Kết quả đo biến dạng ống màng mỏng trong quá trình thổi
phồng

R (m) p (kPa)

0.1

0.125

0
10
20
30
40
50
0
10
20
30
40
50

R (m) p (kPa)

0.1

0.125

0
10
20
30
40

50
0
10
20
30
40
50

Chỉ số strain gauge
S2 106 S5 106
-732
-472
1748
1971
4215
4458
6287
6438
8272
8506
11698 11903
-615
-243
1751
1962
5017
5106
7150
7769
9907

10118
14209 15011
Chỉ số strain gauge
S3 106 S4 106
-279
-1119
721
31
1767
1364
3284
2552
4711
3921
6102
5288
-583
-621
805
712
2605
2421
4141
3942
5333
5238
6871
6692

Biến thiên bán kính

R1 (%)

0
0.248
0.495
0.702
0.900
1.243
0
0.237
0.563
0.777
1.052
1.482

R2

(%)

0
0.244
0.493
0.691
0.898
1.238
0
0.221
0.535
0.801
1.036

1.525

R-ex

(%)

0
0.246
0.494
0.696
0.899
1.240
0
0.229
0.549
0.789
1.044
1.504

R-ana

(%)

0
0.300
0.600
0.899
1.198
1.496
0

0.375
0.750
1.123
1.496
1.868

Biến thiên chiều dài
R1

(%)

0.000
0.100
0.205
0.356
0.499
0.638
0.000
0.139
0.319
0.472
0.592
0.745

R2

(%)

0.000
0.115

0.248
0.367
0.504
0.641
0.050
0.133
0.304
0.456
0.586
0.731

R-ex

(%)

0.000
0.108
0.226
0.362
0.502
0.639
0.000
0.136
0.312
0.464
0.589
0.738

R-ana

(%)

0.000
0.102
0.205
0.309
0.415
0.522
0.000
0.127
0.257
0.389
0.522
0.658

Sai số (%)
0
18.0
17.7
22.5
24.9
17.1
0
39.1
26.7
29.8
30.2
19.5

Sai số (%)

0
-5.7
-10.6
-17.0
-20.8
-22.4
0
-6.9
-21.3
-19.5
-12.7
-12.1

Các giá trị biến thiên kích thước ống sau đó được vẽ biểu đồ
và so sánh với các giá trị thu được từ lý thuyết (xem Hình 3-2).


2
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0

R(%)

17

Biến thiên bán kính R
Exp R=0.1
Ana R=0.1

Exp R=0.125
Ana R=0.125

p (kPa)
0

10

20

30

40

50

60

L(%)

a) Sự biến thiên bán kính ống
Biến thiên chiều dài L

0.800
0.700

Exp R=0.1

0.600

Ana R=0.1
Exp R=0.125

0.500

Ana R=0.125

0.400
0.300

0.200
0.100

p (kPa)

0.000
0

10

20

30

40

50

60

b) Sự biến thiên chiều dài ống
Hình 3-2. Sự biến thiên kích thước hình học của ống
3.4.2 Nhận xét
Ta nhận thấy, sự biến thiên kích thước của ống màng mỏng


18

thổi phồng đo được từ thí nghiệm là khá logic. Chiều dài cũng như
bán kính ống có xu hướng tăng theo áp suất thổi phồng. Tuy nhiên có
sự chênh lệch tương đối lớn giữa kết quả lý thuyết và kết quả thực
nghiệm. Chênh lệch lớn nhất có lúc lên đến 39,1%. Tuy nhiên sai số
này bé dần khi áp suất thổi phồng được tăng cao. Sai số này có thể do
một số nguyên nhân sau:
-

Sai số do thiết bị đo áp suất;
Sai số do các giá trị mô đun đàn hồi không chính xác;
Sai số trong quá trình chế tạo ống màng mỏng thổi phồng,
định hướng màng mỏng không đúng với yêu cầu.

3.5 Đo chuyển vị của ống màng mỏng thổi phồng chịu uốn
3.5.1 Lắp ặt thi t bị o

Hệ kết cấu chịu lực được sử dụng trong thí nghiệm thổi
phồng được sử dụng lại trong thí nghiệm này, tuy nhiên việc lắp đặt
các thiết bị đo được thay đổi cho phù hợp với phép đo chuyển vị dầm
thổi phồng chịu uốn.
Trong thí nghiệm này, ta sử dụng thêm một hệ vật nặng để
tạo ra lực tập trung tác dụng lên dầm thổi phồng. Lực này được đặt
tại giữa dầm. Do dầm có độ cứng không lớn, và hai đầu dầm không
có dạng tròn xoay. Ta sẽ không làm thí nghiệm với toàn bộ chiều dài
dầm, mà chỉ thí nghiệm với đoạn dầm dài 2m ở giữa mà thôi. Tải
trọng sẽ được tạo ra bằng cách treo các vật nặng lên hệ gia tải được
đặt ở chính giữa dầm. Cảm biến đo chuyển vị cũng sẽ được đặt giữa


19

dầm để đo chuyển vị lớn nhất của dầm.

Hình 3-3.

ô hình thí nghiệm

3.5.2 Quy trình thí nghiệm
Các phép đo được thực hiện theo hai dạng sau đây:
-

-

Giữ nguyên áp suất thổi phồng p và thay đổi tải trọng tác
dụng. Phép đo này nhằm mục đích kiểm tra sự phụ thuộc
tuyến tính của chuyển vị theo tải trọng tác dụng. Trong thí

nghiệm này, ta chọn áp suất thổi phồng p = 30 kPa và tải
trọng tác dụng F biến thiên từ 0 đến 40N;
Giữ nguyên tải trọng tác dụng ở F=30N và thay đổi áp suất
thổi phồng p = 10-50 kPa.

Các kết quả đo chuyển vị được thể hiện trong biểu đồ Hình
3-4, Hình 3-5 và trong Bảng 3-2.


20

Chuyển vị giữa dầm V(L/2)

V (mm)

18
16

Exp R=0.1

14

Ana R=0.1

12

Exp R=0.125

10

Ana R=0.125

8
6
4

2

F (N)

0
0

10

20

30

40

50

Hình 3-4. Biến thiên của độ võng theo tải trọng tác dụng – p=30 kPa
Chuyển vị giữa dầm V(L/2)

V (mm)

16
14

12

10
8

6

Exp R=0.1

4

Ana R=0.1
Exp R=0.125

2

p (kPa)

Ana R=0.125
0
0

10

20

30

40

50

60

Hình 3-5. Biến thiên của độ võng theo áp suất – F=30N
Sự biến thiên của chuyển vị của tiết diện ngang theo tải trọng


21

tác dụng và theo áp suất là phù hợp với dự đoán:
-

-

Trong trường hợp áp suất không đổi (xem Hình 3-4),
các biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị và áp suất đo
được từ thí nghiệm gần như là tuyến tính, phù hợp
với kết quả giải tích;
Trong trường hợp tải trọng không đổi (xem Hình
3-5), chuyển vị biến thiên phi tuyến theo áp suất thổi
phồng.

Tuy nhiên vẫn còn sai lệch khoảng 23% giữa kết quả giải tích
và kết quả thí nghiệm (xem Bảng 3-2). Các sai số này có thể được
giải thích như sau:
-

-

có những sai sót trong quá trình thực hiện phép đo biến dạng
ống trong quá trình thổi phồng như: ống không được tuyệt
đối thẳng, các số liệu đo được chưa chính xác, sai số của cảm
biến…. Điều này dẫn đến các sai số không thể tránh khỏi
trong việc xác định các hệ số đàn hồi của vật liệu.
vẫn còn các sai sót trong quá trình đo chuyển vị ống thổi
phồng chịu uốn như: ống không được tuyệt đối thẳng, tải
trọng tác dụng lên ống tuyệt đối ngang, sai số của cảm
biến…

Với tất cả những khó khăn đó, ta có thể xem như sai số 23%
giữa kết quả lý thuyết và kết quả thí nghiệm là hoàn toàn có thể chấp
nhận được.
Từ các kết quả này, ta có thể kết luận rằng:


22

-

lý thuyết tính dầm màng mỏng thổi phồng chịu uốn khá phù
hợp với kết quả thí nghiệm;
sai số không lớn giữa kết quả giải tích và kết quả thí nghiệm
cho thấy các hệ số đàn hồi của vật liệu được xác định bởi
phương pháp phân tích ngược là khá tin cậy.
Bảng 3-2. Kết quả đo chuyển vị theo tải trọng tác dụng
R (m)

0.1

0.125

F(N)
0
7.5
15
20
30
40
0
7.5
15
20
30
40

VL (mm)
Thực nghiệm
Lý thuyết
0
0
3.52
2.75
6.21
5.49
8.43
7.32
11.88
10.99
15.67

14.65
0
0
2.14
1.72
4.05
3.44
5.98
4.59
8.35
6.88
10.24
9.18

Sai số (%)
0
22.0
11.5
13.1
7.5
6.5
0
19.6
15.0
23.3
17.6
10.4


23

R (m)

0.1

0.125

p (kPa)
10
20
30
40
50
10
20
30
40
50

VL (mm)
Thực nghiệm
Lý thuyết
14.55
12.90
13.01
11.81
11.98
10.99
10.83
10.33

9.41
9.80
9.94
8.56
8.82
7.59
8.41
6.88
7.75
6.35
7.34
5.92

Sai số (%)
11.4
9.2
8.3
4.6
-4.1
13.9
13.9
18.1
18.1
19.3

3.6 Kết luận
Các nghiên cứu thực nghiệm ứng xử của dầm màng mỏng thổi phồng
đã được thực hiện nhằm mục đích kiểm chứng lý thuyết thổi phồng
ống màng mỏng và lý thuyết dầm màng mỏng thổi phồng chịu uốn.
Thông qua quá trình thí nghiệm, nhận thấy rằng:

-

Sự thay đổi kích thước của ống màng mỏng trong quá trình
thổi phồng và chuyển vị của dầm thổi phồng chịu uốn thu
được có xu hướng logic;

-

Vẫn còn sai số khá lớn giữa kết quả thực nghiệm và lý
thuyết;

-

Cần phải có biện pháp để khắc phục.