Phát triển phương pháp phần tử biên và phần tử chuyển động trong phân tích ứng xử kết cấu nổi siêu lớn - NCS. Nguyễn Xuân Vũ

Tên luận án: Phát triển phương pháp phần tử biên và phần tử chuyển động trong phân tích ứng xử kết cấu nổi siêu lớn
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp   
Mã số: 62.58.02.08
Họ và tên nghiên cứu sinh: Nguyễn Xuân Vũ   
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Lương Văn Hải
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Bách khoa - ĐHQG TPHCM 
1. Tóm tắt nội dung luận án
Mục tiêu chính của Luận án là đề xuất phương pháp số hiệu quả cho bài toán mô phỏng ứng xử của kết cấu nổi siêu lớn (VLFS, Very Large Floating Structure) dưới tác động của tải di chuyển dựa trên cơ sở nền tảng của phương pháp phần tử biên (BEM, Boundary Element Method) và phần tử chuyển động (MEM, Moving Element Method). Kết quả nghiên cứu của Luận án được thực hiện lần đầu tiên thông qua 2 nội dung chính như sau. Thứ nhất, đối với vùng nước sâu, khác với các nghiên cứu trước đây chỉ đơn thuần áp dụng MEM cho phần kết cấu nền như dầm hoặc tấm, BEM áp dụng cho bài toán VLFS sẽ được xây dựng lại trong hệ tọa độ di chuyển cùng với tải trọng. Song song với đó là việc xây dựng lại các ma trận tương tác giúp kết nối miền kết cấu và lưu chất trong hệ tọa độ mới. Điều này dẫn đến sự ra đời của một phương pháp lai mới là sự kết hợp giữa hai phương pháp số BEM và MEM, được gọi là BEM-MEM. Thứ hai, đối với vùng nước nông, phương pháp MEM lần đầu được xây dựng cho không chỉ phần kết cấu tấm như truyền thống mà còn cho vùng chất lỏng bên dưới và sự tương tác giữa chúng. Do đó, hai phương pháp mới này giúp tận dụng được ưu điểm của phương pháp MEM nhằm đơn giản hóa việc xử lý vùng biên của bài toán tấm nổi rộng vô hạn, cũng như loại bỏ được việc cập nhập vị trí tải di chuyển và sự phụ thuộc giữa miền tính toán và quãng đường di chuyển. Các kết quả số cho tấm nổi rộng vô hạn chịu tải di chuyển nhận được từ phương pháp được phát triển cho hai vùng nước sẽ được so sánh với phương pháp biến đổi Fourier, phương pháp kết hợp giữa BEM và phần tử hữu hạn (FEM, Finite Element Method) và số liệu từ đo đạc thực tế để minh chứng cho tính hiệu quả, mạnh mẽ và độ tin cậy của phương pháp đề xuất. Thêm nữa, hai phương pháp đề xuất trong Luận án được ứng dụng để phân tích ứng xử của kết cấu VLFS, với trọng tâm là ảnh hưởng của độ sâu vùng nước, độ cứng lốp xe, tính trực hướng, phương di chuyển của tải trọng. Ngoài ra, một mô hình tấm nổi nhiều lớp kết nối bởi lớp đàn hồi loại Winkler được đề xuất lần đầu trong Luận án nhằm giảm ảnh hưởng của sóng nước lên phương tiện di chuyển
2. Khả năng ứng dụng trong thực tiễn
Trong công việc nghiên cứu và thiết kế kết cấu nổi siêu lớn liên quan đến ứng xử thủy đàn hồi do tải di động gây ra, một phương pháp thuận lợi, tiết kiệm thời gian và tài nguyên máy tính, đồng thời vừa đảm bảo tính chính xác và phản ánh đúng ứng xử của kết cấu là một trong những yêu cầu thiết yếu. Phương pháp phần tử biên và phương pháp phần tử chuyển động được phát triển trong Luận án này thuận lợi hơn về thuật toán, tiết kiệm thời gian tính toán và chính xác hơn so với những phương pháp truyền thống trong trường hợp miền kết cấu lớn hơn nhiều so với quãng đường di chuyển (bài toán tấm vô hạn). Do đó, phương pháp này sẽ hữu ích trong công tác nghiên cứu và thiết kế thực hành sau này. 
3. Những hướng nghiên cứu tiếp theo
Trong hai phương pháp được đề xuất trong Luận án, hệ động lực di chuyển được giả thiết là tiếp xúc hoàn hảo với tấm. Sẽ thực tế hơn nếu sự tiếp xúc này có xét đến yếu tố phi tuyến xuất hiện trong độ cứng lốp xe và sự nẩy của bánh xe, điều này cần thiết khi bề mặt tấm không bằng phẳng.