Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Cường Độ Ứng Suất Trên Dầm Composite Nhiều Lớp

Nghiên cứu luận văn thạc sĩ về cường độ ứng suất trên dầm composite nhiều lớp cốt sợi không liên tục. Tìm hiểu ảnh hưởng, ứng dụng và kết quả nghiên cứu.

• Đề tài: Nghiên cứu cường độ ứng suất trên dầm composite nhiều lớp với cốt sợi không liên tục
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ

Tóm tắt

I. Giới thiệu và đặt vấn đề

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu cường độ ứng suất trên dầm composite nhiều lớp với cốt sợi không liên tục. Đây là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong khoa học vật liệu và cơ học kết cấu, nhằm tìm kiếm các giải pháp vật liệu mới với tính năng cơ học vượt trội. Việc sử dụng cốt sợi không liên tục trong vật liệu composite mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí sản xuất, tăng khả năng chống nứt và cải thiện tính chất cơ học. Tuy nhiên, việc phân bố ứng suất trong loại vật liệu này phức tạp hơn so với vật liệu composite cốt sợi liên tục, đòi hỏi các nghiên cứu chuyên sâu để hiểu rõ cơ chế chịu tải và dự đoán khả năng hư hỏng. Luận văn sẽ tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của các yếu tố như chiều dài sợi, phân bố sợi, góc sợi và tính chất của vật liệu nền đến cường độ ứng suất của dầm composite. Mục tiêu của nghiên cứu là xây dựng mô hình dự đoán cường độ ứng suất cho dầm composite nhiều lớp cốt sợi không liên tục, đồng thời đề xuất các giải pháp tối ưu hóa thiết kế để nâng cao hiệu suất của vật liệu.

II. Phương pháp nghiên cứu và mô hình hóa

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, luận văn sử dụng kết hợp giữa phương pháp thực nghiệm và mô phỏng số. Các thí nghiệm được tiến hành trên các mẫu dầm composite với các thông số vật liệu và hình học khác nhau để đo đạc cường độ ứng suất dưới tải trọng uốn. Dữ liệu thực nghiệm này sẽ được sử dụng để kiểm chứng và hiệu chỉnh mô hình số. Luận văn sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để mô phỏng trường ứng suất trong dầm composite. Mô hình FEM được xây dựng dựa trên các lý thuyết cơ học vật liệu composite và tính đến ảnh hưởng của các yếu tố vi mô như chiều dài sợi, góc sợi và phân bố sợi. Việc lựa chọn phần mềm FEM phù hợp và xây dựng lưới phần tử hữu hạn tối ưu là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của kết quả mô phỏng. Bên cạnh đó, luận văn cũng sẽ khảo sát và so sánh các mô hình lý thuyết khác nhau để dự đoán cường độ ứng suất của dầm composite cốt sợi không liên tục.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy chiều dài sợi, góc sợi và phân bố sợi có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ ứng suất của dầm composite. Cụ thể, việc tăng chiều dài sợi và phân bố sợi đồng đều giúp cải thiện cường độ chịu tải của vật liệu. Góc sợi tối ưu cũng được xác định để đạt được cường độ ứng suất cao nhất. Kết quả mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn cho thấy sự phù hợp tốt với dữ liệu thực nghiệm, chứng minh tính chính xác và tin cậy của mô hình. Luận văn cũng phân tích chi tiết cơ chế hư hỏng của dầm composite dưới tải trọng uốn và xác định các vùng ứng suất tập trung. Từ kết quả nghiên cứu, luận văn đề xuất các giải pháp thiết kế tối ưu để nâng cao hiệu suất của dầm composite cốt sợi không liên tục, ví dụ như tối ưu hóa chiều dài sợi, góc sợi và phân bố sợi.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn

Luận văn đã thành công trong việc xây dựng mô hình dự đoán cường độ ứng suất cho dầm composite nhiều lớp với cốt sợi không liên tục. Mô hình này có thể được sử dụng để thiết kế và tối ưu hóa các cấu kiện composite trong nhiều ứng dụng thực tiễn, chẳng hạn như trong ngành hàng không, ô tô, xây dựng và năng lượng gió. Việc sử dụng vật liệu composite cốt sợi không liên tục mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và kỹ thuật, giúp giảm trọng lượng, tăng độ bền và cải thiện hiệu suất của các sản phẩm. Kết quả nghiên cứu của luận văn góp phần thúc đẩy việc ứng dụng rộng rãi hơn nữa của loại vật liệu tiên tiến này. Hơn nữa, luận văn cũng đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo, bao gồm việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến cường độ ứng suất, phát triển các mô hình dự đoán hư hỏng chính xác hơn và ứng dụng vật liệu composite cốt sợi không liên tục trong các lĩnh vực mới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ll il <C 0 0 ¢ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH # LUẬN VĂN THẠC SĨ VÕ QUANG THU f 1 NGHIEN CUU CUONG BO UNG SUAT TREN DAM COMPOSITE NHIEU LOP VOI COT SOI KHONG LIEN TUC NGANH: CONG NGHE CHE TAO MAY - 605204 Hướng dẫn khoa học: TS. ĐỒ THÀNH TRUNG THU VIEN TRUONG DHSPKT SKC 004199 Tp. Hé Chi Minh, thang 10/2013 TÓM TAT 4 Trong những thập niên sần đây. vật liệu composite được sử dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp như hàng không.

vũ trụ, đóng tàu. xây dựng và sửa chữa công trình. Với các ưu điểm như bèn. phù hợp với các điều kiện và môi trường làm việc khác nhau nên vật liệu composite được sử dụng để thay thế các vật liệu truyền thống.

' Trong dé tai nay, thi neg nổu dựa trên phương pháp thí nghiệm 3 điểm uốn và các mẫu thí nghiệm được chế tạo Than tiêu chuân ASTM 790. Nội dung chính đã được nghiên cứu là cường độ ứng suất và mô đun đàn hồi uốn của dầm composite nhiều lớp được chế tạo từ sợi thủy tinh ngắn. hướng sợi phân bố ngẫu nhiên và nền nhựa epoxy. Phân tích ảnh hưởng của tỷ lệ sợi (số lớp sợi) trong composite đến độ bền uốn (ứng suất uốn lớn nhất) và mô đun đàn hồi uốn.

Trên cơ sở các kết quả thu được từ thí nghiệm. tìm được dạng phương trình đặc trưng giữa độ bền. mô đun đàn hồi uốn và tỷ lệ sợi gia cường. So sánh các kết quả đạt được của thí nghiệm với các mô hình lý thuyết tính toán các đặc tính sức bèn của composite soi ngắn.

phân bố ngẫu nhiên. Các kết quả cho thấy tỷ lệ sợi gia cường ảnh hưởng đến các thuộc tính cơ khí của composite đó là độ bền và mô đun đàn hồi uốn. Mô đun đàn hồi và độ bền uốn tăng khi tỷ lệ sợi gia cường tăng; độ bền và mô đun đàn hồi uốn của composite sợi ngắn trong nghiên cứu này đều đạt giá trị lớn nhất khi tỷ lệ sợi gia cường là lớn nhất. Các kết quả thu được của mô đun đàn hồi uốn từ thí nghiệm so với lý thuyết hoà trộn thì hệ số ánh hưởng của sợi đến mô đun đàn hồi uốn trong thí nghiệm là K, =0.24 và hệ số ảnh hưởng của sợi đến độ bền uốn là K„ = 0.17 thấp hơn hệ số ảnh hưởng theo lý thuyết hoà trộn với K„= K, = 0.

So sánh kết quả giữa thí nghiệm và lý thuyết Christensen and Waal's ta thấy kết quả thu được từ thí nghiệm có sự khác nhau, kết quả thí nghiệm có giá trị thấp hơn so với lý thuyết Christensen and Waal's. Ta thấy rằng các kết quả từ thí nghiệm đều thấp hơn các lý thuyết là do: IV chiều đài sợi. hướng phân bô của sợi trong các lý thuyết là lý tưởng, chiêu dài sợi Š K : ^ K , , _ A À K băng nhau. sô lượng sợi phân bô theo các hướng như nhau, liên kết nên — cốt trong composite là lý tưởng.

Và trong nghiên cứu này. chiêu dài các sợi là không băng nhau. sự phân bô của sợi theo các hướng cũng không đêu: liên kết nên — côt không z được tốt nhất do các nguyên nhân như công nghệ chê tạo còn nhiêu hạn chê dân đên tồn tại các khuyết tật, lỗ trông làm giảm sức bên của composife; vật liệu nên đề lâu : # n 2 + KK ý i tA, 4A ` ee , ngày chịu tác động của các yêu tômhư ánh sáng. làm giảm cơ tính.

‘ { a MỤC LỤC Trang tựa Quyết định giao đề tài Xác nhận của Giảng viên hướng dẫn „ ID AI 8. 0 annananannaannaaaanyanayyn i npevee sci ons sex cer~eeremm-SeE-- Lời œa1n COA, scvsccscecec s m. 0189808005060 AO ii HH son tn tii Sas ¬.Ô LAunadeesseeesi~esssedee ` ill Tóm tắt luận văn. fo cccecevestbteccccessusceseecseeseessevscesssusssssesaeeseeseeeeeceseeeeesseeeessess iv MUC .aana Vill Danh mục các từ `.

XI Danh sách các hình. T2 se XI Danh sách các et .ôÔỎ sxmemempesrasergen ex <t2xxeeieerseinsresmedhễ XV CHUONG I. Tình hình nghiên cứu. ---‹s+ + + set re 3 1,1, Nước HgØäi.-eeoaxsaneesverreeeker M483 000058200700 SE TRU eerrrrr eeees 3 0408040 kmaiesmeneee rerrees 1.

0ï 7850080180 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận VĂN. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu .-------------++strererertrttrrrrrrrrrrrrrrrrrre 9 "nh v ii 0 .aa na ao ananananannn 9 2. Nội dung nghiên cứu. Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu.

NUi@nn vy eta GB tai ccscssccnecnessssnsensceescessnesntsnasnneneeecennennesasensenssnnesneeed 3. Phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Điểm mới của luận văn và giá trị thực di.

VAT LIEU COMPOSITE 2. Giới thiệu chung về vật liệu composit€. Khái niệm vật liệu compOSIf€_. Lịch sử phát triển.

Xu hướng phát triển của vật liệu composite trong tương lai. Các thành phần cấu tạo và phân loại vật liệu composite ———————--—~- 13 ees eee. Thành phần cấu tạo. PBA WORK sea ws senasenneereme : 5 eS pre ra ete ene co co 14 2,1.

Liên kếtmnÊn — COE ceneetereeenenienin enacting etn nen od RS 15 2. Composite cấu trúc dạng lớp, “TT. Ứng dụng của vật liệu compo8ÏÌf€_. Trong lĩnh vực thể thaO .2, Trong lĩnh vực hàng khôPg,.488 SE HOE OH RS 17 2.

Trong các lĩnh vực KH G. «mon gui ọì nhung nhà hHgg1801018600026160 tu trii-ranSigiï' tgŠ Tôn taiP9'd70/40H 8 18 2. Phản ứng kết nối ngang. Vung chuyén tiép trong COMPOSIte.

Công nghệ chế tạo €OmpOSi{€.- 21 5: 2c 2k2 HH Se, CSET TERT ,.- Wi ek ERRORS 2 TERRAIN TEP PHN ranma 21 2.2 Uu -nhuoc điểm của phương pháp lát tay .- Composite sợi ngắn .tt --:-c:+ tr HE 222122121. H6 22 CHƯƠNG II CƠ SỞ PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN CƠ TÍNH CỦA COMPOSITE 3. TH TH HH ng ng HH HHĂTH 24. nh HH TH KH E7.

Lý thuyết dầm chịu uốn của vật liệu đồng nhất ¬. Đặc tính uốn của COIDOSi€.:- -52- 2222 S+‡EE+E#EtEvekErrkerkrkererrrkr kerrkerrree 27 3. Tính toán mô đun đàn hồi ctia composite sợi ngắn. Các lý thuyết về sự truyền ứng suất.

Ứng suất bình quân sợi_. Ảnh hưởng của vật liệu nền. Các lý thuyết tính toán độ bên và mô đun đàn hôi uôn của composite sợi ngăn eo sinh ghẩn bổ ngu pBHïỆN,. Eres 31 SNCS ee i.

ix reet tr thợ eereeeiere se cnrroerree 3.1, PHƯƠHg trinh Halpin = TSBÏ ssussaeseaessnnsmnnsitrrne re 31 Ƒ 5 .Lý thuyết tính toán thuộc tính của composite cot soi ngau nhién dựa trên các kết quả tính toán thuộc tính composite đơn hướng. Hệ số ảnh hưởng của SỢI. M6 hinh cua Christensen and Waal's na. cố Tn C6 cac no 34 3.

Mô hình Pans, Hàm tỷ tronỡø cÚa SỚI.e 34 «e2 02 2438134361 1508402401158 CHUONG IV MO TA THi NGHIEM 4. Vật liệu chế tạo CöoffiĐøsile. Quy trinh ché tao composite bang phương pháp lát tay. 39 A3 đã UR a 8 42 địt DU.csceeceó 13, Tiínghiệm 3 điểm uỗn.

Các mẫu composite đã được chế tạo và thí nghiệm .------c+c<+s+ 43 CHUONG V PHAN TICH KET QUA THI NGHIEM 5. Mối liên hệ giữa lực và chuyển ; ease erisheinimamimetin womens SAR 6 i TOTO 45 5.2, Thuộc tính cơ khí của các mẫu thí nghiệm chịu UỐN. Ảnh hưởng của tỷ lệ sợi đến độ bền uốn. Ảnh hưởng của tỷ lệ sợi đến mô đun đàn hồi uốn.

So sánh, đánh giá kết quả thí nghiệm của độ bền uốn và mô đun đàn hồi uốn 2 12112111. với các mô hình lý thuyết. So sánh kết quả độ bền uốn giữa thí nghiệm và lý thuyết hoà trộn. So sánh, đánh giá kết quả mô đun đàn hồi uốn giữa thí nghiệm và lý thuyết POSTION seesanserenrnrresrertarrrsierrrrsseeeieeekeisrrdesisrarrsreronliiSi0S28/58001388401830075-G01390013881018015€ 53 5.

So sánh, đánh giá kết quả mô đun đàn hồi uốn giữa thí nghiệm và lý thuyết - -- << << << 1 1 1 10110 .9 3 Christensen and WaalS_. Đánh giá sự phá huỷ của các mẫu composite qua các ảnh SEM.,ÔỎ s9 CHƯƠNG VL KÉT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 6.1 Tóm tắt các kết quả đạt được của luận văn .-------©5c5cc+ccscsscssree 62 10 re 62 6.2 _ Hướng phát triển của để tài. 63 TAI LIEU THAM KHAO TAI LIEU THAM KHAO TIENG VIET [1]. Ngo Quang Trường-Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh; Ths.

Võ Văn Tuắn-Trường Đại Học Kiến Trúc Tp Hồ Chí Minh. "Phương pháp sử dụng FRP trong sửa ehita Wa gia cố công trình bê tông cột thép "-Hội nghị khoa học toàn quốc về sự có vừ hư hỏng công trình xây dựng. Nguyễn Tiên Đức. "Tính toán xác định một số đặc trưng cơ học cho vát liệu composite cốt sợi đông phương".

Luận văn Thạc sĩ-Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, 2012. Nguyễn Thị Bích Nga, "Nghiên cứu cơ chế phá hủy vật liệu composite sợi ngắn ". Luận văn Thạc sĩ-Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, 2010. Hoàng Phương Hoa, Nguyễn Văn Mỹ, Đỗ Việt Hải-Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, “Nghiên cứu trạng thải ứng suất và biến dạng của các lớp vật liéu composite trong liên kết dạng chữ T dưới tác dụng của tải trọng tĩnh bằng phương pháp phần tử hữu hạn".

Tạp chí khoa học và công nghệ, Đại Học Đà Nẵng-Số 4(39), 2010. Nguyễn Đăng Cường, Compozit soi thiy tinh va ung dung, Nha xuat ban khoa học và kỹ thuật, 2011 [6]. Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn Đình Đức, Vat liệu composite co’ hoc va cong nghệ, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2002 [7]. Nguyễn Văn Dán, Nguyễn Ngọc Hà, Đặng Vũ Ngoạn, Trương Văn Trường, Vật liệu kỹ thuật, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp.

Nghiêm Hùng, Vật liệu học cơ sở, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2002 [9]. Hoàng Phương Hoa, Nguyễn Văn Mỹ, Đỗ Việt Hải — Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, "Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng của các lớp vật liệu composite trong liên kết dạng chữ T dưới tác dụng của tải trọng tĩnh bằng 63 sụ/93e=— ạn đang có trong tay thông tin cơ bản của một trong số những tài liệu có hàm lượng chất xám cao, với những thông tin vô cùng hữu ích cho quá trình học tập và nghiên cứu của bản thân bạn ! Bạn đã và đang trải qua những ưu tư, trăn trở của bản thân mình trước biến kiến thức mênh mông vô hạn và đang tìm hướng đi cho riêng mình bằng việc biến kiến thức thành tài sản tri thức của riêng bạn ! 6 Hãy để Thư viện trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM chia sẻ những khó khăn và trăn trở đó cùng bạn! Hãy đến với Thư viện trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM để cùng nhau, chúng ta xây dựng vương quốc khoa học và trí tuệ của chính mình ! NG VIEN Cùng với bạn, Thư viện ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.

$ HCM mong ước góp phan duy trì và phát triển văn hóa xứ doc! THU VIEN Ì Hãy đến với chúng tôi - Thư viện trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.