Cải tiến phần tử vỏ khối tứ giác 8 nút bằng kỹ thuật khử khóa màng MITC4+ dùng phân tích tĩnh kết cấu tấm vỏ

Trong bài viết này, ngoài việc khử khóa cắt và khóa hình thang, phần tử vỏ khối tứ giác 8 nút, gọi là S8+, còn được khử khóa màng dựa trên kỹ thuật MITC4+ được phát triển cho phần tử vỏ suy biến tứ giác 4 nút. Phân tích tĩnh của một số bài toán tấm/vỏ điển hình được trình bày.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cải tiến phần tử vỏ khối tứ giác 8 nút bằng kỹ thuật khử khóa màng MITC4+ dùng phân tích tĩnh kết cấu tấm vỏ Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 45(01/2018) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 43 CẢI TIẾN PHẦN TỬ VỎ KHỐI TỨ GIÁC 8 NÚT BẰNG KỸ THUẬT KHỬ KHÓA MÀNG MITC4+ DÙNG PHÂN TÍCH TĨNH KẾT CẤU TẤM/VỎ IMPROVEMENT ON 8-NODE QUADRILATERAL SOLID-SHELLELEMENTS BY USING MITC4+ TECHNIQUE TO REMOVE MEMBRANE LOCKING FOR STATIC ANALYSES OF PLATE/SHELL STRUCTURES Lê Trần Nhật, Châu Đình Thành Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, Việt Nam Ngày toà soạn nhận bài 28/6/2017, ngày phản biện đánh giá 2/8/2017, ngày chấp nhận đăng 5/10/2017TÓM TẮT Phân tích kết cấu tấm/vỏ bằng phần tử vỏ khối tứ giác 8 nút sẽ xảy ra hiện tượng khóacắt, khóa màng và khóa hình thang do sử dụng hàm xấp xỉ chuyển vị dạng C0. Để khắc phụccác hiện tượng khóa này, các trường biến dạng uốn, biến dạng màng và biến dạng thẳng theophương chiều dày được xấp xỉ lại thông qua giá trị biến dạng tại các điểm buộc được xácđịnh trước. Trong bài báo này, ngoài việc khử khóa cắt và khóa hình thang, phần tử vỏ khối tứgiác 8 nút, gọi là S8+, còn được khử khóa màng dựa trên kỹ thuật MITC4+ được phát triểncho phần tử vỏ suy biến tứ giác 4 nút[1]. Phân tích tĩnh của một số bài toán tấm/vỏ điển hìnhđược trình bày. Kết quả số cho thấy, khi sử dụng cùng số phần tử, phần tử S8+ cho kết quảchuyển vị tốt hơn so với kết quả cho bởi các loại phần tử vỏ tứ giác và tam giác khác.Từ khóa: tấm/vỏ; phần tử vỏ khối tứ giác 8 nút; kỹ thuật MITC4+; khóa màng; phân tích tĩnh.ABSTRACT Analyses of plate/shell structures by using 8-node quadrilateral solid-shell elements oftenlead to the phenomena of shear, membrane and trapezoidal lockings due to the C0-typedisplacement approximation. To overcome these locking phenomena, the bending strains,membrane strains and normal strains in the thickness direction are separately interpolatedfrom values of these strains at pre-defined typing points. In this paper, beside removing thebending and trapezoidal lockings, the present 8-node quadrilateral solid-shell elements,namely S8+, are also eliminated the membrane locking based on the MITC4+ techniquedeveloped for the 4-node quadrilateral degenerated shell elements[1]. Static analyses of somebenchmark plate/shell structures are presented. Numerical results show that when using thesame number of elements, the S8+ elements can give better displacements than those providedby other quadrilateral and triangular shell elements.Keywords: plate/shell; 8-node quadrilateral solid-shell elements; MITC4+ technique;membrane locking, static analyses.1. GIỚI THIỆU là rất cần thiết và được giải quyết bằng các phương pháp số. Tấm/vỏ là kết cấu được sử dụng rất phổbiến trong các công trình xây dựng dân dụng, Hiện nay có rất nhiều phương pháp sốxây dựng công nghiệp, máy bay, tàu biển, ô khác nhau được phát triển để giải quyết bàitô, do có nhiều ưu điểm vượt trội về khả năng toán tấm/vỏ nhưng phương pháp phần tử hữuchịu lực và thẩm mỹ. Do đó, việc tính toán hạn (PPPTHH) vẫn là phương pháp phổ biếnchính xác ứng xử của các kết cấu tấm/vỏ có và hiệu quả nhất. Trong đó, các công thứchình dạng, tải trọng và điều kiện biên bất kỳ PTHH xây dựng cho lý thuyết tấm/vỏ biến Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 45(01/2018) 44 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minhdạng cắt bậc nhất rồi dùng các kỹ thuật loại hiện tượng khóa hình thang[6]. Phần tử vỏbỏ các hiện tượng biến dạng vượt trội thường khối tứ giác 8 nút khử khóa cắt và khóa màngđược sử dụng do chỉ cần hàm xấp xỉ chuyển đã được áp dụng thành công trong việc phânvị dạng C0 và có thể dùng để phân tích kết tích các kết cấu tấm/vỏ đồng nhất, compositecấu tấm/vỏ dày hoặc mỏng. Theo hướng phát đàn hồi tuyến tính, phi tuyến.triển này, các công thức PTHH tấm/vỏ có thể Đối với phần tử vỏ tứ giác, hiện tượngđược chia thành 3 loại: phần tử vỏ phẳng (flat khóa màng xảy ra khi các nút của phần tửshell), phần tử vỏ suy biến (degenerated không đồng phẳng. Đặc biệt, khi kết cấu vỏcontinuum mechanics shell) và phần tử vỏ có hình dáng phức tạp chia lưới phần tửkhối (solid shell)[2]. Phần tử vỏ phẳng và không đều nhau thì hiện tượng khóa màngphần tử vỏ suy biến tính toán các ứng xử trên càng ảnh hưởng nhiều đến độ chính xác củamặt trung bình của p ...