Hiện nay, kết cấu tấm/vỏ, đặc biệt loại làm bằng vật liệu composite, được sử dụng rất phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp do có khả năng chịu lực, tính thẩm mỹ và hiệu quả kinh tế cao. Để phân tích ứng xử của các kết cấu tấm/vỏ có hình dáng, điều kiện biên và tải trọng bất kỳ, phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) là một trong những phương pháp phổ biến và hiệu quả nhất được sử dụng. Phần tử hữu hạn tấm/vỏ đơn giản nhất là các phần tử tam giác 3 nút hoặc tứ giác 4 nút sử dụng xấp xỉ chuyển vị dạng C^o và lý thuyết biến dạng cắt bậc nhất hoặc bậc cao, tức là xét đến biến dạng cắt ngoài mặt phẳng. Tuy nhiên, các phần tử hữu hạn dạng C^o bị hiện tượng khóa cắt khi phân tích ứng xử các kết cấu tấm/vỏ có chiều dày mỏng dần. Để khắc phục hiện tượng khóa cắt, các kỹ thuật xấp xỉ lại biến dạng cắt ngoài mặt phẳng đã được đề xuất bởi nhiều nghiên cứu khác nhau.

Trong nghiên cứu “Phát triển phần tử tấm/vỏ trơn tam giác 3 nút dựa trên kỹ thuật MITC để phân tích tuyến tính và phi tuyến kết cấu tấm/vỏ đồng nhất hoặc composite” của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ CHí Minh do PGS. TS. Châu Đình Thành làm chủ nhiệm, các phần tử tấm/vỏ tam giác 3 nút hoặc tứ giác 4 nút sử dụng kỹ thuật khử khóa cắt nội suy hỗn hợp các thành phần ten-xơ (MITC) sẽ được cải tiến bằng cách làm trơn trường biến dạng trên các miền con của phần tử, miền các phần tử chung cạnh hoặc chung nút, hoặc chung cạnh – nút kết hợp của phương pháp PTHH trơn. Nhờ vào các kỹ thuật làm trơn, sự khác biệt biến dạng giữa các phần tử sẽ giảm. Nghĩa là, trường biến dạng cho bởi phương pháp PTHH trơn sẽ gần với ứng xử thật của kết cấu hơn phương pháp PTHH truyền thống. Các công thức PTHH trơn này được sử dụng để phân tích tuyến tính và phi tuyến các kết cấu tấm/vỏ đồng nhất hoặc composite nhiều lớp.

Các kết quả đạt được như sau:

• Phát triển phương pháp PTHH trơn trên miền phần tử cho phần tử vỏ tứ giác 4 nút MITC4 có khả năng phân tích ứng xử phi tuyến hình học của các kết cấu tấm/vỏ composite nhiều lớp theo lý thuyết biến dạng cắt bậc cao. Phần tử đề xuất có khả năng phân tích ứng xử các kết cấu tấm/vỏ có hình học, điều kiện và cấu tạo hướng sợi các lớp composite khác nhau với độ chính xác tương đương hoặc tốt hơn một số nghiên cứu tham khảo. Kết quả nghiên cứu có khả năng mô phỏng được ứng xử snap-through của lực và chuyển vị trong các kết cấu tấm/vỏ.

• Phát triển phương pháp PTHH trơn trên cạnh, trên cạnh - nút kết hợp hoặc trên phần tử cho các phần tử tấm/vỏ tam giác 3 nút MITC3 hoặc MITC3+. Các phần tử đề xuất có khả năng phân tích tĩnh, dao động hay ổn định các kết cấu tấm/vỏ đồng nhất theo lý thuyết biến dạng cắt bậc nhất hay composite nhiều lớp theo lý thuyết biến dạng cắt bậc cao. Nhờ sử dụng lý thuyết biến dạng cắt bậc cao, phần tử đề xuất đã biểu diễn chính xác sự phân bố ứng xuất theo chiều dày tấm composite nhiều lớp. Kết quả so sánh với một số phần tử cùng loại cho thấy các phần tử đề xuất có những vượt trội về độ chính xác và hội tụ khi phân tích ứng xử của một số kết cấu tấm/vỏ đồng nhất hay composite nhiều lớp điển hình.

Các cơ sở lý thuyết, kết quả nghiên cứu và chương trình máy tính viết bằng ngôn ngữ lập trình Matlab của đề tài đã và sẽ được sử dụng làm tài liệu tham khảo, tài liệu giảng dạy sau đại học hoặc phát triển thành các chương trình mô phỏng tính toán các kết cấu tấm/vỏ ở các viện nghiên cứu, công ty thiết kế và phát triển các sản phẩm công nghiệp.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 18922/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)