Chương 1: Tổng quan về đồ án tốt nghiệp Chương 2: Tổng quan nghiên cứu về độ bền mỏi của sản phẩm nhựa Chương 3: Giới thiệu phần mền ANSYS, NCODE DESIGNLIFE và ứng dụng Chương 4: Ứng dụng phần mềm ANSYS, NCODE DESIGNLIFE để phân tích độ bền mỏi của móc khóa mũ bảo hiểm Chương 5: Thực nghiệm kiểm tra độ bền mỏi Chương 6: Đánh giá kết quả SVTH: Nguyễn Phan Hoài Bảo, Nguyễn Cao Thắng & Khổng Thành Trung 16 do an Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: TRẦN MAI VĂN CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN MỎI CỦA NHỰA 2.1 Giới thiệu sản phẩm nhựa Sản phẩm nhựa đang được sử dụng rộng rãi và là một phần không thể thiếu trong đời sống hàng ngày của con người. Hết sức đa dạng mẫu mã và hình dáng từ các vật liệu nhựa khác nhau. Một số sản phẩm nhựa: Hinh 2.1 : Một số sản phẩm nhựa trên thị trường SVTH: Nguyễn Phan Hoài Bảo, Nguyễn Cao Thắng & Khổng Thành Trung 17 do an Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: TRẦN MAI VĂN 2.2 Giới thiệu vật liệu làm sản phẩm nhựa (chất dẻo) có mặt trên thị trường a) Định nghĩa: Chất dẻo, hay còn gọi là nhựa hoặc polime, là các hợp chất cao phân tử, được dùng làm vật liệu để sản xuất nhiều loại vật dụng trong đời sống hằng ngày cho đến những sản phẩm công nghiệp, gắn với đời sống hiện đại của con người. Chúng là những vật liệu có khả năng bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp suất và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng.
b) Phân loại: Phân loại theo hiệu ứng của polyme với nhiệt độ - Nhựa nhiệt dẻo : Là loại nhựa khi nung nóng đến nhiệt độ chảy mềm Tm thì nó chảy mềm ra và khi hạ nhiệt độ thì nó đóng rắn lại. Thường tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp. Các mạch đại phân tử của nhựa nhiệt dẻo liên kết bằng các liên kết yếu (liên kết hydro, vanderwall). Tính chất cơ học không cao khi so sánh với nhựa nhiệt rắn.
Nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh được nhiều lần, ví dụ như : polyetylen (PE), polypropylen (PP), polystyren (PS), poly metyl metacrylat (PMMA), poly butadien (PB), poly etylen tere phtalat (PET)… Hình 2.1: Sản phẩm nhựa nhiệt dẻo - Nhựa nhiệt rắn: là hợp chất cao phân tử có khả năng chuyển sang trạng thái không gian 3 chiều dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc phản ứng hóa học và sau đó không SVTH: Nguyễn Phan Hoài Bảo, Nguyễn Cao Thắng & Khổng Thành Trung 18 do an Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: TRẦN MAI VĂN nóng chảy hay hòa tan trở lại được nữa, không có khả năng tái sinh. Một số loại nhựa nhiệt rắn: ure focmadehyt [UF], nhựa epoxy, phenol focmadehyt [PF], nhựa melamin, poly este không no. - Nhựa thông dụng : là loại nhựa được sử dụng số lượng lớn, giá rẻ, dùng nhiều trong những vật dụng thường ngày, như : PP, PE, PS, PVC, PET, ABS,.2: Sản phẩm nhựa thông dụng - Nhựa kỹ thuật : Là loại nhựa có tính chất cơ lý trội hơn so với các loại nhựa thông dụng, thường dùng trong các mặt hàng công nghiệp, như : PC, PA. - Nhựa chuyên dụng : Là các loại nhựa tổng hợp chỉ sử dụng riêng biệt cho từng trường hợp.
Phân loại theo thành phần hóa học mạch chính - Polyme mạch cacbon: polymer có mạch chính là các phân tử cacbon liên kết với nhau: PE, PP, PS, PVC, PVAc. - Polyme dị mạch: polymer trong mạch chính ngoài nguyên tố cacbon còn có cac nguyên tố khác như O,N,S. Ví dụ như PET, POE, poly sunfua, poly amit. - Polyme vô cơ như poly dimetyl siloxan, sợi thủy tinh, poly photphat,.
c) Thành phần: - Thành phần cơ bản: là 1 polyme nào đó. Ví dụ thành phần chính của êbônit là cao su, của xenluloit là xenlulozơ nitrat, của bakelit là phenolfomanđehit. SVTH: Nguyễn Phan Hoài Bảo, Nguyễn Cao Thắng & Khổng Thành Trung 19 do an Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: TRẦN MAI VĂN - Chất hoá dẻo: để tăng tính dẻo cho polime, hạ nhiệt độ chảy và độ nhớt của polime. Ví dụ đibutylphtalat,… - Chất độn: để tiết kiệm nguyên liệu, tăng cường một số tính chất.
Ví dụ amiăng để tăng tính chịu nhiệt. - Chất phụ: chất tạo màu, chất chống oxi hoá, chất gây mùi thơm.E) : Điều chế từ etilen lấy từ khí dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí than đá. Là chất rắn, hơi trong, không cho nước và khí thấm qua, cách nhiệt, cách điện tốt.3 Sản phẩm nhựa PE Dùng bọc dây điện, bao gói, chế tạo bóng thám không, làm thiết bị trong ngành sản xuất hóa học, sơn tàu thủy… Polyvinyl clorua (PVC) : chất bột vô định hình màu trắng, bền với dung dich axit và kiềm. dùng chế da nhân tạo , vật liệu màng, vật liệu cách điện, sơn tổng hợp, …… SVTH: Nguyễn Phan Hoài Bảo, Nguyễn Cao Thắng & Khổng Thành Trung 20 do an Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: TRẦN MAI VĂN Hình 2.4 Sản phẩm nhựa PVC 2.3 Giới thiệu về độ bền mỏi Có ba hình thức thường thể hiện từ sự mỏi: chu kỳ mỏi cao (HCF), chu kỳ mỏi thấp (LCF) và mỏi cơ nhiệt (TMF).1 SVTH: Nguyễn Phan Hoài Bảo, Nguyễn Cao Thắng & Khổng Thành Trung 21 do an Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: TRẦN MAI VĂN ( a ) Mỏi tĩnh: đây là biến dạng lớn hoàn toàn và lực tĩnh đi qua mặt cắt.
( b ) Mỏi chu kỳ cao: là biến dạng ở vùng có độ đàn hồi nhỏ,nứt ở vùng bán kính và dần phát triển. ( c ) Mỏi chu kỳ thấp:một vùng nhỏ bị biến dạng dẻo. Sự khác biệt chính giữa HCF một LCF là khu vực của đường cong stress strain nơi lặp đi lặp lại của tải ( kết quả biến dạng hoặc căng dãn) đang diễn ra. HCF được đặc trưng bởi các dòng tần số đàn hồi cao biên độ thấp.
ví dụ như một cánh máy bay bị uốn lặp đi lặp lại. nguồn của việc uốn cong này xảy ra như một sức nén hoặc cánh tuabin di chuyển ra sau van stato. Khi cái cánh xuất hiện trong đường dẫn khí đốt nó sẽ bị bẻ cong bằng áp suất khí với vận tốc cao. Những thay đổi trong tốc độ roto làm thay đổi tần số của các tải đặt lên cánh.
tại một số điểm xuất hiện tần số cộng hưởng của cánh gây ra biên độ rung động và làm tăng biên độ này đáng kể.2 SVTH: Nguyễn Phan Hoài Bảo, Nguyễn Cao Thắng & Khổng Thành Trung 22 do an Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: TRẦN MAI VĂN Một ví dụ điển hình của dữ liệu thử nghiệm HCF. Hợp kim A có thể chịu được ứng suất luân phiên lên đến 70ksi trong 10 triệu chu kỳ (gần như mãi mãi) mà không bị phá hủy. Hợp kim B có thể chịu được áp lực như vậy chỉ khoảng 40.000 chu kỳ trước khi bị phá hủy. Đối với hợp kim B để không bị phá hủy, alternating stress phải dưới 40ksi.
LCF là độ suy thoái của vật liệu khi biến dạng dẻo được gây ra trong thành phần của một động cơ do tác động từ môi trường. Nó được thể hiện điển hình trong hình 2.3 Dữ liệu LCF này được phát triển để xác định ảnh hưởng của một môi trường tích cực (như nhiệt độ nóng, lạnh, vv) vào độ bền mỏi. Kết quả thử nghiệm mỏi trong môi trường tích cực (cong bên trái) là của các cường độ thấp hơn so với độ bền mỏi cơ sở thử nghiệm trong không khí (đường cong bên phải). Ví dụ, trong một môi trường bình thường, dưới 120ksi, hợp kim A sẽ bị phá hủy ở mức khoảng 10.
trong một môi trường tích cực, cùng hợp kim sẽ bị phá hủy ở khoảng 600 chu kỳ. SVTH: Nguyễn Phan Hoài Bảo, Nguyễn Cao Thắng & Khổng Thành Trung 23 do an Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: TRẦN MAI VĂN 2.4 Giới thiệu độ bền mỏi của nhựa Độ bền mỏi của nhựa đã xem là một sự quan tâm ngày càng tăng trong vài năm qua trong ô tô, hàng không vũ trụ, y tế, và các ngành công nghiệp hàng đầu khác. Kiểm tra tiêu chuẩn kỹ thuật mới và đang được phát triển để giải quyết nhanh chóng sự gia tăng trong nhu cầu công nghiệp và khoa học. Mặt khác,việc kiểm tra kỹ thuật của nó và các chi tiết khoa học đã được thực hành và tài liệu hóa đáng kể trên chặng đường vài thập kỷ qua.
Các loại Nhựa khác nhau đều bị ảnh hưởng khác nhau bởi các thông số kiểm tra độ bền mỏi hơn các vật liệu khác hay phổ biến hơn là kim loại, và thực tế này đòi cách tiếp cận cụ thể. Trong nhiều trường hợp, khác với các kim loại, trong thử nghiệm độ bền mỏi của nhựa đã cho ta thấy sự nhạy cảm hơn với nhiều thông số bao gồm các thông số hình học, chế độ tải, độ căng hoặc biên độ căng, hoặc tỷ lệ biến dạng, R-ratio, tần số, độ ẩm và nhiệt độ. ảnh hưởng của rất nhiều những thông số, như tỷ lệ biến dạng, tần suất và nhiệt độ hoàn toàn khác biệt so với kim loại. SVTH: Nguyễn Phan Hoài Bảo, Nguyễn Cao Thắng & Khổng Thành Trung 24 do an Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: TRẦN MAI VĂN Hình 2.1 Biến dạng do tải HÌnh 2.2 Biến dạng do nhiệt SVTH: Nguyễn Phan Hoài Bảo, Nguyễn Cao Thắng & Khổng Thành Trung 25 do an Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: TRẦN MAI VĂN Hình 2.3 Biến dạng do tần số 2.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới các tính chất của vật liệu nhựa Theo nghĩa rộng, hiệu ứng nhiệt bị gây ra bởi sự phân bổ năng lượng bên trong một hệ thống, và chúng có thể được nhóm lại trong tự nhiên và nhân tạo các hiệu ứng nhiệt được hiểu là những điều bị gây ra bởi một sự thay đổi nhiệt độ từ bên ngoài hoặc do các quá trình bên trong.
cả phản ứng nhiệt và tải nhiệt được đưa vào nghiên cứu. Hầu hết các lần, hiệu ứng nhiệt được hiểu là chỉ tập trung vào vật liệu (được hiểu là vật liệu rắn),và để cử lý với những tác động của một Nhiệt độ làm việc không hợp lý (lạnh hoặc nóng) trên một số tính chất vật liệu (cấu trúc, điện tử, vv), bao gồm cả các quá trình nhiệt được sử dụng để sản xuất, thay đổi hoặc bỏ các nguyên vật liệu. Đôi khi nó cũng được cho là 'tác dụng của nhiệt trên các vật liệu ", có nghĩa là ảnh hưởng của sự làm nóng để tăng năng lượng bên trong vật liệu. Tất nhiên, hiệu ứng làm mát cũng là hiệu ứng nhiệt có liên quan.1 Các hiệu ứng nhiệt truyền thống là - Giai đoạn thay đổi, tan chảy và đun sôi (nhiệt độ trong giai đoạn chuyển tiếp).
- Sự chuyển nhiệt độ của thủy tinh. - Thay đổi chiều, về cơ bản nhiệt mở rộng. - Thay đổi đàn hồi dẻo, do ứng suất nhiệt.