I. Giới thiệu về vật liệu tổ hợp
Vật liệu tổ hợp nhiều thành phần, hay còn gọi là vật liệu composite, là loại vật liệu được tổng hợp từ hai hay nhiều loại vật liệu khác nhau. Mục tiêu chính là tạo ra một vật liệu mới có tính năng vượt trội hơn so với các vật liệu ban đầu. Các vật liệu thành phần được gọi là các pha, trong đó pha gián đoạn gọi là cốt liệu phức hợp, có nhiệm vụ tăng cường cơ tính, chống mòn và chống xước. Pha liên tục, hay còn gọi là pha nền, có vai trò kết dính các pha lại với nhau. Việc nghiên cứu các đặc trưng cơ – lý tính của loại vật liệu này là rất cần thiết, đặc biệt trong các ứng dụng thực tế trong ngành công nghiệp chế tạo như ô tô, máy bay, và xây dựng. Theo thống kê, vật liệu composite chiếm tới 50% trọng lượng trong một số sản phẩm như máy bay Boeing 787. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu và phát triển các cơ tính vật liệu này.
II. Tính chất cơ lý của vật liệu tổ hợp
Các tính chất cơ lý của vật liệu tổ hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỉ lệ thể tích của từng pha, cấu trúc hình học và liên kết giữa các pha. Ở cấp độ vi mô, các thành phần vật liệu có tính chất khác nhau, nhưng khi xem xét ở cấp độ vĩ mô, vật liệu có thể coi là đồng nhất và được đặc trưng bởi các giá trị hiệu dụng. Việc xác định các giá trị này là rất quan trọng để đánh giá tính chất cơ tính của vật liệu. Các phương pháp như xấp xỉ trung bình và mô hình cốt tương đương được sử dụng để đưa ra các công thức xấp xỉ đơn giản, giúp kỹ sư dễ dàng đánh giá tính chất của vật liệu. Hơn nữa, mô phỏng số bằng phương pháp phần tử hữu hạn cũng được áp dụng để kiểm nghiệm tính đúng đắn của các công thức xấp xỉ.
III. Phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng hai phương pháp chính là phương pháp giải tích và phương pháp số. Phương pháp giải tích bao gồm việc xây dựng lời giải trực tiếp từ các phương trình dựa trên bài toán phân bố thưa của cốt liệu trong pha nền vô tận. Sau đó, các kết quả này được đồng nhất để tìm các đặc trưng cơ – lý tính tương ứng. Phương pháp số sử dụng phần mềm MATLAB và CAST3M để tính toán cho một số mô hình vật liệu cụ thể. Việc áp dụng các phương pháp này giúp xác định các giá trị hiệu dụng của hệ số dẫn và mô đun đàn hồi của vật liệu composite với cốt phức hợp. Kết quả đạt được từ các phương pháp này sẽ được so sánh với kết quả thí nghiệm và lý thuyết của các nhóm nghiên cứu trước đó.
IV. Kết quả và ứng dụng
Luận án đã xây dựng được các công thức xác định hệ số dẫn hiệu dụng và mô đun đàn hồi hiệu dụng của vật liệu composite cốt sợi phức hợp. Các kết quả này đã được công bố trên các tạp chí quốc tế và trong nước, cho thấy tính khả thi và ứng dụng thực tế của nghiên cứu. Việc áp dụng các công thức này trong thực tế sẽ giúp các kỹ sư có thể tính toán và thiết kế các sản phẩm từ vật liệu tổ hợp một cách hiệu quả hơn. Hơn nữa, nghiên cứu này cũng mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực vật liệu composite, đặc biệt là trong việc phát triển các vật liệu mới với tính năng vượt trội hơn.
