Nghiên cứu trạng thái ứng suất, độ võng và dao động của tấm bê tông xi măng có vết nứt
Email:
nguyendinhdu@lhu.edu.vn
Từ khóa:
Ứng suất; độ võng; phase field; vết nứt; tấm bê tông xi măng (BTXM); phần tử hữu hạn (PTHH); FSDT
Tóm tắt
Các tấm bê tông xi măng (BTXM) trong công trình giao thông và kết cấu sàn thường xuất hiện vết nứt do tải trọng lặp, co ngót và môi trường, làm suy giảm độ cứng, tăng độ võng và thay đổi đặc trưng dao động. Vì vậy, cần mô hình hóa chính xác trạng thái ứng suất, độ võng, dao động để phục vụ đánh giá và thiết kế tăng cường. Bài báo này trình bày một khung tính toán thống nhất cho tấm BTXM có vết nứt dựa trên lý thuyết biến dạng cắt bậc nhất (FSDT) để mô tả ứng xử tấm chiều dày trung bình, mô hình phase-field để mô tả trường nứt liên tục không cần theo dõi biên nứt, và phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) cho bài toán uốn tĩnh và dao động tự do. Mô hình được kiểm chứng bằng cách so sánh với các nghiên cứu uy tín (độ võng tấm BTXM, đáp ứng tấm nứt và mối liên hệ giữa vết nứt và tần số riêng), sau đó thực hiện khảo sát tham số theo chiều dài vết nứt, góc nghiêng vết nứt, điều kiện biên và tỷ số chiều dày. Kết quả cho thấy: ứng suất biên và vùng lân cận tip nứt tăng rõ rệt và trường ứng suất/độ võng phụ thuộc mạnh vào chiều dài vết nứt và điều kiện biên; độ võng tại giữa tấm và tần số riêng giảm đơn điệu khi chiều dài vết nứt tăng; trong khi đó góc nứt ảnh hưởng thứ yếu hơn so với chiều dài nứt trong các trường hợp khảo sátTài liệu tham khảo
[1]. M.K. Singha, T. Prakash, M. Ganapathi, Finite element analysis of functionally graded plates under transverse load, Finite Elements in Analysis and Design, (2011). https://doi.org/10.1016/j.finel.2010.12.001
[2]. A.M. Zenkour, Generalized shear deformation theory for bending analysis of functionally graded plates, Applied Mathematical Modelling, (2006). https://doi.org/10.1016/j.apm.2005.03.009
[3]. T.Í. Thịnh, T.M. Tú, B.V. Bình, Tính toán uốn và dao động tấm composite gấp nếp bằng phương pháp phần tử hữu hạn, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, (2011).
[4]. N.T.B. Phượng, T.M. Tú, P.T.T. Hiền, Tính toán tấm chịu uốn làm bằng vật liệu có cơ tính biến thiên, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, (2012).
[5]. N.V. Long, T.M. Tú, L.T. Hải, V.T.T. Trang, Phân tích phi tuyến ứng xử uốn của tấm bằng vật liệu FGM xốp đặt trên nền đàn hồi Pasternak với các điều kiện biên khác nhau có xét đến vị trí thực của mặt trung hòa, Journal of Science and Technology in Civil Engineering (NUCE), (2020). https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(4V)-01
[6]. T.N. Hung, P.D. Tiep, Investigation of thermal stress in concrete pavement based on the finite element method, Journal of Science and Transport Technology, (2022).
[7]. T.V. Hùng, V.D. Hải, H.A. Tài, C.Q. Mô, L.T. Thành, N.V. Lượng, N.Đ. Đức, Phân tích trạng thái ứng suất biến dạng mặt đường bê tông xi măng có và không kể đến ứng xử của lớp phân cách bằng phương pháp phần tử hữu hạn, Journal of Science in Transport and Technology, (2025).
[8]. S. Natarajan, P.M. Baiz, S. Bordas, T. Rabczuk, P. Kerfriden, Natural frequencies of cracked functionally graded material plates by the extended finite element method, Composite Structures, (2011). https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2011.04.007
[9]. P.M. Phuc, Analysis free vibration of the functionally grade material cracked plates with varying thickness using the phase-field theory, Transport and Communications Science Journal, (2019). https://doi.org/10.25073/tcsj.70.2.35
[10]. P.M. Phuc, Using phase field and third-order shear deformation theory to study the effect of cracks on free vibration of rectangular plates with varying thickness, Transport and Communications Science Journal, (2020). https://doi.org/10.47869/tcsj.71.7.10
[11] H.D. Doan, V.T. Do, P.M. Pham, Buckling analysis of variable thickness cracked nanoplates considering the flexoelectric effect, Transport and Communications Science Journal, 73 (2022) 470–485. https://doi.org/10.47869/tcsj.73.5.3
[12]. S.K. Singh, I.V. Singh, B.K. Mishra, G. Bhardwaj, Analysis of cracked functionally graded material plates using XIGA based on generalized higher-order shear deformation theory, Composite Structures, (2019). https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111038
[13]. X. Zhu, S. Zhao, Y. Zhu, H. Dai, S. Natarajan, Y. Yang, Free vibration and damage identification of cracked functionally graded plates, Composite Structures, (2020). https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.112517
[14]. M. Chen, J. Wu, C. Yin, D. Zhang, B. Lin, Y. Chen, G. Jin, Three-dimensional vibration analysis of rotating pre-twisted variable thickness blades composed of spanwise graded functional materials, Composite Structures, (2023). https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.116836
[15]. C.S. Huang, P.J. Yang, M.J. Chang, Three-dimensional vibration analyses of functionally graded material rectangular plates with through internal cracks, Compos. Struct., (2012). https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2012.04.003
[2]. A.M. Zenkour, Generalized shear deformation theory for bending analysis of functionally graded plates, Applied Mathematical Modelling, (2006). https://doi.org/10.1016/j.apm.2005.03.009
[3]. T.Í. Thịnh, T.M. Tú, B.V. Bình, Tính toán uốn và dao động tấm composite gấp nếp bằng phương pháp phần tử hữu hạn, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, (2011).
[4]. N.T.B. Phượng, T.M. Tú, P.T.T. Hiền, Tính toán tấm chịu uốn làm bằng vật liệu có cơ tính biến thiên, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, (2012).
[5]. N.V. Long, T.M. Tú, L.T. Hải, V.T.T. Trang, Phân tích phi tuyến ứng xử uốn của tấm bằng vật liệu FGM xốp đặt trên nền đàn hồi Pasternak với các điều kiện biên khác nhau có xét đến vị trí thực của mặt trung hòa, Journal of Science and Technology in Civil Engineering (NUCE), (2020). https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(4V)-01
[6]. T.N. Hung, P.D. Tiep, Investigation of thermal stress in concrete pavement based on the finite element method, Journal of Science and Transport Technology, (2022).
[7]. T.V. Hùng, V.D. Hải, H.A. Tài, C.Q. Mô, L.T. Thành, N.V. Lượng, N.Đ. Đức, Phân tích trạng thái ứng suất biến dạng mặt đường bê tông xi măng có và không kể đến ứng xử của lớp phân cách bằng phương pháp phần tử hữu hạn, Journal of Science in Transport and Technology, (2025).
[8]. S. Natarajan, P.M. Baiz, S. Bordas, T. Rabczuk, P. Kerfriden, Natural frequencies of cracked functionally graded material plates by the extended finite element method, Composite Structures, (2011). https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2011.04.007
[9]. P.M. Phuc, Analysis free vibration of the functionally grade material cracked plates with varying thickness using the phase-field theory, Transport and Communications Science Journal, (2019). https://doi.org/10.25073/tcsj.70.2.35
[10]. P.M. Phuc, Using phase field and third-order shear deformation theory to study the effect of cracks on free vibration of rectangular plates with varying thickness, Transport and Communications Science Journal, (2020). https://doi.org/10.47869/tcsj.71.7.10
[11] H.D. Doan, V.T. Do, P.M. Pham, Buckling analysis of variable thickness cracked nanoplates considering the flexoelectric effect, Transport and Communications Science Journal, 73 (2022) 470–485. https://doi.org/10.47869/tcsj.73.5.3
[12]. S.K. Singh, I.V. Singh, B.K. Mishra, G. Bhardwaj, Analysis of cracked functionally graded material plates using XIGA based on generalized higher-order shear deformation theory, Composite Structures, (2019). https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111038
[13]. X. Zhu, S. Zhao, Y. Zhu, H. Dai, S. Natarajan, Y. Yang, Free vibration and damage identification of cracked functionally graded plates, Composite Structures, (2020). https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.112517
[14]. M. Chen, J. Wu, C. Yin, D. Zhang, B. Lin, Y. Chen, G. Jin, Three-dimensional vibration analysis of rotating pre-twisted variable thickness blades composed of spanwise graded functional materials, Composite Structures, (2023). https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.116836
[15]. C.S. Huang, P.J. Yang, M.J. Chang, Three-dimensional vibration analyses of functionally graded material rectangular plates with through internal cracks, Compos. Struct., (2012). https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2012.04.003
Tải xuống
Chưa có dữ liệu thống kê
Nhận bài
19/09/2025
Nhận bài sửa
05/10/2025
Chấp nhận đăng
12/10/2025
Xuất bản
15/10/2025
Chuyên mục
Công trình khoa học
Kiểu trích dẫn
Phạm Minh, P., Mai Anh, D., & Nguyễn Đình, D. (1760461200). Nghiên cứu trạng thái ứng suất, độ võng và dao động của tấm bê tông xi măng có vết nứt. Tạp Chí Khoa Học Giao Thông Vận Tải, 76(8), 1064-1077. https://doi.org/10.47869/tcsj.76.8.3
