Mô phỏng số đánh giá khả năng thấm khí của một số dạng vật liệu kiến trúc tiên tiến
Email:
viettb@utc.edu.vn
Từ khóa:
Vật liệu kiến trúc, Hệ số thấm khí, Lattice Boltzmann, TPMS, In 3D
Tóm tắt
Với sự tiến bộ của công nghệ chế tạo bồi đắp, vật liệu kiến trúc tiên tiến có cấu trúc đặc biệt ngày càng có triển vọng ứng dụng cụ thể trong ngành xây dựng. Bài báo này trình bày nghiên cứu đánh giá khả năng thấm khí của các cấu trúc vật liệu kiến trúc tiên tiến dựa trên bề mặt cực tiểu tuần hoàn ba chiều (Triply Periodic Minimal Surfaces - TPMS), bao gồm ba dạng cơ bản: Primitive (P), Gyroid (G) và Diamond (D). Bằng việc ứng dụng phương pháp mô phỏng số Lattice Boltzmann (LBM) với cấu hình không gian D3Q19, dòng chảy không khí qua các không gian rỗng phức tạp của TPMS được mô hình và phân tích chi tiết. Thông qua việc tính toán hệ số thấm không thứ nguyên và đối chiếu trực tiếp với tiêu chuẩn EN 12114 về độ thấm khí của cấu kiện xây dựng, nghiên cứu đã định lượng rõ sự ảnh hưởng của đặc điểm hình học, kích thước và độ rỗng đến lưu lượng và các đặc tính dòng chảy. Kết quả chỉ ra rằng cấu trúc Primitive mang lại khả năng thông gió tốt nhất nhờ các kênh dẫn thẳng, cấu trúc Gyroid cho thấy sự phân bố dòng chảy xoắn ốc đồng đều tối ưu, trong khi cấu trúc Diamond tạo ra trở lực lớn nhất do mạng lưới kênh dẫn uốn lượn và thắt nút cổ chai. Nghiên cứu cũng nhấn mạnh sự sụt giảm phi tuyến tính mạnh mẽ của hệ số thấm khi độ rỗng và kích thước giảm xuống mức thấp. Các phát hiện này cung cấp cơ sở khoa học vững chắc cho việc thiết kế và ứng dụng vật liệu kiến trúc TPMS trong các hệ thống vách ngăn thông gió tự nhiên và màng bao che công trình hiệu năng caoTài liệu tham khảo
[1]. T.L.T. Võ, L.K.N. Nguyễn, M.K. Châu, T.P. Huỳnh, Gạch thông gió: Thực trạng và giải pháp ứng dụng hiệu quả trong kiến trúc hiện đại, CTU Journal of Science, 59 (2023) 269–278. https://doi.org/10.22144/ctu.jvn.2023.053.
[2]. K. Tran-Quoc, L.B. Nguyen, V.H. Luong, H. Nguyen-Xuan, Machine learning for predicting mechanical behavior of concrete beams with 3D printed TPMS, Vietnam Journal of Mechanics 44, (2022) 538–584. https://doi.org/10.15625/0866-7136/17999.
[3]. M. Benedetti, A. du Plessis, R.O. Ritchie, M. Dallago, S.M.J. Razavi, F. Berto, Architected cellular materials: A review on their mechanical properties towards fatigue-tolerant design and fabrication, Materials Science and Engineering: R: Reports, 144 (2021) 100606. https://doi.org/10.1016/j.mser.2021.100606.
[4]. A. Garg, A. Sharma, W. Zheng, L. Li, A review on artificial intelligence-enabled mechanical analysis of 3D printed and FEM-modelled auxetic metamaterials, Virtual and Physical Prototyping, 20 (2025) e2445712. https://doi.org/10.1080/17452759.2024.2445712.
[5]. I. Mat Samudin, N.A. Mohd Radzuan, A.B. Sulong, Q. Ma, A.H. Azman, W.F.H. Wan Zamri, Stress strain curve analysis of sheet based TPMS structures in quasi static compression test: A review, Journal of Materials Research and Technology, 36 (2025) 5757–5796. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.04.168.
[6]. N. Khan, A. Riccio, A systematic review of design for additive manufacturing of aerospace lattice structures: Current trends and future directions, Progress in Aerospace Sciences, 149 (2024) 101021. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2024.101021.
[7]. H. Hoàng Thị Minh, T. Tống Anh, T. Trần Anh, A. Trương Đình Thảo, V. Trần Bảo, Xấp xỉ giải tích và mô phỏng số bài toán lan truyền trong vật liệu cấu trúc mặt cong Primitive hai chiều, Transport and Communications Science Journal, 76 (2025) 1229–1242. https://doi.org/10.47869/tcsj.76.9.7
[8]. D.S. Springer, H.A. Loaiciga, S.J. Cullen, L.G. Everett, Air Permeability of Porous Materials Under Controlled Laboratory Conditions, Groundwater, 36 (1998) 558–565. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1998.tb02829.x.
[9]. V.T. Vu, V.D. Duong, I.L. Ngo, A comprehensive study of low-Reynold flow through two tandem cylinders with various configurations using the Lattice Boltzmann method, Mar Geophys Res, 46 (2025) 7. https://doi.org/10.1007/s11001-025-09568-5
[10]. E.G. Flekkøy, Lattice Bhatnagar-Gross-Krook models for miscible fluids, Physical Review E, 47 (1993) 4247–4257. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.47.4247.
[2]. K. Tran-Quoc, L.B. Nguyen, V.H. Luong, H. Nguyen-Xuan, Machine learning for predicting mechanical behavior of concrete beams with 3D printed TPMS, Vietnam Journal of Mechanics 44, (2022) 538–584. https://doi.org/10.15625/0866-7136/17999.
[3]. M. Benedetti, A. du Plessis, R.O. Ritchie, M. Dallago, S.M.J. Razavi, F. Berto, Architected cellular materials: A review on their mechanical properties towards fatigue-tolerant design and fabrication, Materials Science and Engineering: R: Reports, 144 (2021) 100606. https://doi.org/10.1016/j.mser.2021.100606.
[4]. A. Garg, A. Sharma, W. Zheng, L. Li, A review on artificial intelligence-enabled mechanical analysis of 3D printed and FEM-modelled auxetic metamaterials, Virtual and Physical Prototyping, 20 (2025) e2445712. https://doi.org/10.1080/17452759.2024.2445712.
[5]. I. Mat Samudin, N.A. Mohd Radzuan, A.B. Sulong, Q. Ma, A.H. Azman, W.F.H. Wan Zamri, Stress strain curve analysis of sheet based TPMS structures in quasi static compression test: A review, Journal of Materials Research and Technology, 36 (2025) 5757–5796. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.04.168.
[6]. N. Khan, A. Riccio, A systematic review of design for additive manufacturing of aerospace lattice structures: Current trends and future directions, Progress in Aerospace Sciences, 149 (2024) 101021. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2024.101021.
[7]. H. Hoàng Thị Minh, T. Tống Anh, T. Trần Anh, A. Trương Đình Thảo, V. Trần Bảo, Xấp xỉ giải tích và mô phỏng số bài toán lan truyền trong vật liệu cấu trúc mặt cong Primitive hai chiều, Transport and Communications Science Journal, 76 (2025) 1229–1242. https://doi.org/10.47869/tcsj.76.9.7
[8]. D.S. Springer, H.A. Loaiciga, S.J. Cullen, L.G. Everett, Air Permeability of Porous Materials Under Controlled Laboratory Conditions, Groundwater, 36 (1998) 558–565. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1998.tb02829.x.
[9]. V.T. Vu, V.D. Duong, I.L. Ngo, A comprehensive study of low-Reynold flow through two tandem cylinders with various configurations using the Lattice Boltzmann method, Mar Geophys Res, 46 (2025) 7. https://doi.org/10.1007/s11001-025-09568-5
[10]. E.G. Flekkøy, Lattice Bhatnagar-Gross-Krook models for miscible fluids, Physical Review E, 47 (1993) 4247–4257. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.47.4247.
Tải xuống
Chưa có dữ liệu thống kê
Nhận bài
10/06/2026
Nhận bài sửa
06/08/2026
Chấp nhận đăng
11/08/2026
Xuất bản
15/08/2026
Chuyên mục
Công trình khoa học
Kiểu trích dẫn
Đặng Thị Thu, T., Đỗ Hải, H., & Trần Bảo, V. (1786726800). Mô phỏng số đánh giá khả năng thấm khí của một số dạng vật liệu kiến trúc tiên tiến. Tạp Chí Khoa Học Giao Thông Vận Tải, 77(6), 828-841. https://doi.org/10.47869/tcsj.77.6.6
