Thông tin luận án tiến sĩ - NCS Phạm Văn Mạnh
THÔNG TIN LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Tên
đề tài: “Mô hình cơ học phá hủy mới cho vật
liệu tựa giòn: thuật toán và ứng dụng”
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã số: 9580201
Họ và tên nghiên cứu sinh: Phạm Văn Mạnh Khóa: 10
Người hướng dẫn khoa học: Hướng dẫn 1. PGS. TS. Bùi
Quốc Tính
:
Hướng dẫn 2. TS. Nguyễn Ngọc Minh
1. Những kết quả chính của luận án
Luận án đã đề xuất và phát triển một
mô hình phá hủy cục bộ (LDM) cải tiến, kết hợp khái niệm biến dạng tương đương
theo chuẩn song năng lượng (BEN) với các đặc trưng của mô hình Mazars. Mô hình
này cho phép mô phỏng chính xác quá trình phá hủy trong vật liệu tựa giòn, đặc
biệt trong các điều kiện tải hỗn hợp, và thể hiện sự giảm rõ rệt mức độ phụ thuộc
vào lưới phần tử.
Ngoài ra, luận án mở rộng ứng dụng của
mô hình để giải quyết các bài toán phá hủy do tác động kết hợp giữa tải cơ và tải
nhiệt, cho thấy khả năng dự đoán tốt ứng xử của kết cấu gồm hai vật liệu khác
nhau. Thuật toán chia lưới thích ứng (AMR) được tích hợp nhằm cải thiện độ
chính xác trong mô phỏng vùng phá hủy và đường nứt, đồng thời tối ưu chi phí
tính toán trong các bài toán có đường nứt không xác định trước. Luận án còn xây
dựng quy trình tính toán hiệu quả dựa trên sơ đồ giải tuần tự (staggered), giúp
đơn giản hóa thuật toán mà vẫn đảm bảo tính ổn định và chính xác.
Cuối cùng, mô hình được kiểm chứng
thông qua các ví dụ số và đối chiếu với dữ liệu thực nghiệm cũng như các mô
hình số khác, qua đó khẳng định khả năng dự đoán chính xác đường nứt, vùng phá
hủy và quan hệ tải trọng – chuyển vị trong nhiều bài toán khác nhau.
2. Những đóng góp mới của luận án
Kết quả nghiên cứu của luận án có ý nghĩa cả về mặt học
thuật và thực tiễn:
Luận án đã đóng góp quan trọng vào lĩnh vực cơ học vật liệu thông qua việc
phát triển một mô hình phá hủy cục bộ (LDM) cải tiến, đặc biệt phù hợp với các
vật liệu tựa giòn như bê tông. Cốt lõi học thuật của mô hình là việc kết hợp
khái niệm biến dạng tương đương dựa trên chuẩn song năng lượng (BEN) với mô
hình Mazars, giúp khắc phục các hạn chế trong dự báo đường nứt và vùng phá hủy
khi vật liệu chịu tải phức tạp.
Bên cạnh đó, mô hình mới được đơn giản hóa đáng kể với chỉ một tham số
hiệu chỉnh, thay vì bốn như trong các mô hình truyền thống (Mazars, Ottosen),
giúp giảm độ phức tạp khi hiệu chỉnh và tăng tính ứng dụng. Một đóng góp đáng
chú ý khác là khả năng giảm sự phụ thuộc vào kích thước phần tử, từ đó nâng cao
tính ổn định và độ tin cậy của kết quả mô phỏng.
Cuối cùng, việc tích hợp thuật toán chia lưới thích ứng và sơ đồ giải
đơn giản giúp mô hình đạt hiệu quả cao trong xử lý các bài toán có vết nứt
không xác định trước, đồng thời tiết kiệm tài nguyên tính toán.
Đóng góp về mặt thực tiễn:
Luận án đã phát triển một
mô hình tiên tiến, có khả năng dự đoán chính xác sự hình thành và phát triển vết
nứt trong bê tông dưới tác động kết hợp của tải trọng cơ học và nhiệt học. Mô
hình này hỗ trợ trực tiếp kỹ sư xây dựng trong việc đánh giá và xử lý các vấn đề về độ bền kết cấu, góp
phần nâng cao độ an toàn và tuổi thọ công trình. Ngoài ra, mô hình là công cụ
hiệu quả giúp đánh giá chính xác điều kiện làm việc của cấu kiện, đồng thời mô
phỏng cơ chế phá hủy vật liệu, hỗ trợ nâng cao độ bền và chất lượng vật liệu.
Bên cạnh đó, mô hình còn tích
hợp thêm thuật toán chia lưới thích ứng cho phép dự đoán chính xác vị trí và
hình dạng các vết nứt phức tạp hoặc chưa biết trước với chi phí tính toán thấp.
Nhờ đó, mô hình trở thành công cụ hữu ích cho các ứng dụng công nghiệp, đặc biệt
trong thiết kế kết cấu đòi hỏi độ an toàn và hiệu quả cao.
Những đóng góp này không chỉ
làm phong phú thêm kho tàng tri thức khoa học mà còn mang lại giá trị thiết thực
trong việc áp dụng các lý thuyết và thuật toán vào ngành công nghiệp xây dựng.
3. Khả năng ứng dụng thực tế
Mô hình phá hủy được phát triển trong luận án
này có tiềm năng ứng dụng cao trong thực tiễn kỹ thuật, đặc biệt là trong lĩnh
vực thiết kế và đánh giá kết cấu bê tông. Nhờ khả năng mô phỏng chính xác sự
hình thành và phát triển vết nứt dưới tác động đồng thời của tải trọng cơ học
và nhiệt học. Mô hình giúp kỹ sư dự đoán trước các điểm yếu trong kết cấu, từ
đó có giải pháp gia cường phù hợp nhằm nâng cao độ bền và tuổi thọ công trình.
Ngoài ra, nhờ sử dụng thuật toán tính toán đơn
giản kết hợp với chia lưới thích ứng, mô hình cho phép xử lý hiệu quả các
trường hợp vết nứt phức tạp hoặc chưa biết trước với chi phí tính toán thấp,
đáp ứng yêu cầu về độ chính xác và hiệu quả trong môi trường thiết kế thực tế.
Công cụ này đặc biệt phù hợp để tích hợp vào các phần mềm mô phỏng kỹ thuật
hiện nay, phục vụ tốt cho các bài toán kiểm định kết cấu, đánh giá hư hỏng,
hoặc thiết kế các kết cấu chịu điều kiện làm việc khắc nghiệt như nhiệt độ cao
hoặc tải trọng biến đổi theo thời gian.
4. Hướng nghiên cứu tiếp
theo
Mô hình có thể được mở rộng để xét đến quá
trình dẫn nhiệt theo thời gian và ảnh hưởng của tải trọng động, nhằm nâng cao
độ chính xác khi mô phỏng các hiện tượng động học và nhiệt động học trong kết
cấu. Đồng thời, việc phát triển mô hình để mô phỏng vật liệu có tính chất dị
hướng sẽ mở rộng khả năng ứng dụng cho các bài toán vật liệu phức tạp hơn. Một
hướng quan trọng khác là xây dựng mô hình 3D, giúp phản ánh đầy đủ hơn các hiệu
ứng không gian và tương tác đa chiều trong quá trình phá hủy.
Ngoài ra, cần nghiên cứu tích hợp các kỹ thuật chia lưới thích ứng nâng cao như làm thô lưới cục bộ để tối ưu hóa hiệu suất tính toán và tăng độ chính xác trong mô phỏng vùng phá hủy. Về ứng dụng thực tế, mô hình có thể được khai thác để phân tích các bài toán liên quan đến kết cấu bê tông chịu lửa, như đánh giá khả năng chịu lực còn lại sau cháy. Các hiện tượng dài hạn như từ biến, co ngót và sự phát triển vết nứt theo thời gian cũng nên được tích hợp để mô phỏng chính xác tuổi thọ kết cấu. Cuối cùng, mô hình có thể mở rộng cho các bài toán phân tích bề rộng vết nứt trong bê tông cốt thép, đáp ứng yêu cầu của các tiêu chuẩn như TCVN 5574:2018, bao gồm các trường hợp thực tế như dầm nhiều vết nứt, đầu neo cáp dự ứng lực hoặc bu lông neo móng trong kết cấu hỗn hợp.
Đính kèm là file mềm luận án (Trước bảo vệ)
Files đính kèm
