Nghiên Cứu Ổn Định Của Tấm Composite FGM Trên Nền Đàn Hồi

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ổn định của tấm composite fgm trên nền đàn hồi, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện thực tiễn.

• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Đình Đức
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ học Kỹ thuật
• Đề tài: Nghiên Cứu Ổn Định Của Tấm Composite FGM Trên Nền Đàn Hồi
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Vật Liệu Composite FGM và Ứng Dụng Tiềm Năng

Vật liệu composite FGM là một loại vật liệu được chế tạo từ hai hay nhiều thành phần khác nhau, tạo ra một vật liệu mới với những tính năng ưu việt. Các tính năng này bao gồm độ bền cao, khối lượng nhẹ, khả năng chịu va đập, chịu tải cơ, chịu tải nhiệt và chịu tải cơ-nhiệt. Ngày nay, vật liệu composite được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế, từ công nghiệp dân dụng đến hàng không vũ trụ. Việc nghiên cứu và chế tạo vật liệu mới này là một trong những thành tựu quan trọng nhất của tiến bộ khoa học kỹ thuật. Với ưu điểm bền cơ học, đặc biệt là bền nhiệt và khả năng chống lại bức xạ nhiệt, vật liệu composite FGM được sử dụng rộng rãi trong việc xây dựng các công trình điện hạt nhân, các kết cấu trong lĩnh vực hàng không và vũ trụ, cũng như các thiết bị điện tử. Theo tài liệu, công dụng và đặc tính của vật liệu composite phụ thuộc vào vật liệu thành phần, cấu trúc phân bố, và công nghệ chế tạo.

1.1. Định Nghĩa Vật Liệu Composite FGM và Các Tính Chất Ưu Việt

Vật liệu composite FGM (Functionally Graded Material) là loại vật liệu mà thành phần và cấu trúc thay đổi dần theo một hướng nhất định, thường là theo chiều dày. Sự thay đổi này giúp vật liệu có sự kết hợp các ưu điểm của các thành phần khác nhau, ví dụ như độ bền nhiệt của gốm và độ dẻo dai của kim loại. Điều này giúp tấm composite FGM có khả năng chịu tải trọng và nhiệt độ khắc nghiệt, mở ra nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau. Tính chất của vật liệu phụ thuộc vào sự phân bố vật liệu dị hướng và thành phần của nó. Các nghiên cứu về tính chất vật liệu FGM được thực hiện để tối ưu hóa hiệu suất.

1.2. Các Ứng Dụng Thực Tế Của Composite FGM Trong Công Nghiệp

Ứng dụng composite FGM rất đa dạng. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, vật liệu này được sử dụng để chế tạo các tấm chắn nhiệt cho tàu vũ trụ và máy bay siêu âm. Trong công nghiệp năng lượng, composite FGM được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân và các thiết bị chịu nhiệt cao. Vật liệu cũng được ứng dụng trong y học để tạo ra các bộ phận cấy ghép có tính tương thích sinh học cao. Việc nghiên cứu ứng xử ổn định của vật liệu composite FGM là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong các ứng dụng này.

II. Phân Tích Bài Toán Ổn Định Tấm Composite FGM Thách Thức

Phân tích ổn định tấm composite FGM là một bài toán phức tạp do sự thay đổi liên tục của tính chất vật liệu. Các yếu tố như tải trọng tới hạn, điều kiện biên, và nền đàn hồi đều ảnh hưởng đến ứng xử ổn định của tấm. Việc xác định chính xác tải trọng tới hạn là rất quan trọng để tránh hiện tượng buckling và đảm bảo an toàn cho kết cấu. Theo tài liệu, phân tích, tính toán kết cấu nói chung trên nền đàn hồi đã được giới thiệu trong nhiều nghiên cứu, tuy nhiên những nghiên cứu về kết cấu composite FGM trên nền đàn hồi chưa nhiều.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Ổn Định Của Tấm Composite FGM

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến ổn định tấm composite FGM, bao gồm: hình dạng và kích thước tấm, phân bố vật liệu, điều kiện biên, loại tải trọng (nén, nhiệt), và đặc tính của nền đàn hồi. Sự thay đổi của các yếu tố này có thể dẫn đến sự thay đổi đáng kể trong tải trọng tới hạn và dạng buckling của tấm. Phân tích ổn định tấm cần xem xét kỹ lưỡng tất cả các yếu tố này để đưa ra kết quả chính xác. Nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của nền đàn hồi tuyến tính Winkler đối với trạng thái sau vòng của tấm composite FGM.

2.2. Các Phương Pháp Phân Tích Ổn Định Thường Được Sử Dụng

Các phương pháp phân tích ổn định thường được sử dụng bao gồm: phương pháp giải tích (analytical methods), phương pháp số (numerical methods), và phương pháp thực nghiệm (experimental methods). Phương pháp giải tích thường được sử dụng cho các bài toán đơn giản với điều kiện biên và hình học đơn giản. Phương pháp số, đặc biệt là phần tử hữu hạn (FEM), được sử dụng rộng rãi cho các bài toán phức tạp hơn. Phương pháp thực nghiệm được sử dụng để kiểm chứng kết quả của các phương pháp phân tích khác và để đánh giá ứng xử ổn định thực tế của tấm composite FGM. Phương pháp giải và xây dựng mô hình tấm cũng đóng vai trò quan trọng.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Ổn Định Tấm Composite FGM Trên Nền Đàn Hồi

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để phân tích ổn định tấm composite FGM trên nền đàn hồi. Mô hình tấm được xây dựng với các phần tử tấm có xét đến sự thay đổi của tính chất vật liệu theo chiều dày. Nền đàn hồi được mô hình hóa bằng mô hình Winkler foundation hoặc Pasternak foundation. Bài toán ổn định được giải bằng phương pháp lặp, sử dụng tiêu chuẩn ổn định tĩnh hoặc ổn định động để xác định tải trọng tới hạn. Kết quả nghiên cứu được so sánh với các kết quả đã công bố để kiểm chứng tính chính xác của mô hình.

3.1. Mô Hình Hóa Nền Đàn Hồi Winkler và Pasternak Foundation

Mô hình hóa nền đàn hồi là một yếu tố quan trọng trong phân tích ổn định tấm. Mô hình Winkler foundation giả định rằng phản lực của nền tỷ lệ với độ võng tại điểm đó. Mô hình Pasternak foundation bổ sung thêm một thành phần kháng cắt, giúp mô tả chính xác hơn ứng xử của nền. Việc lựa chọn mô hình nền đàn hồi phù hợp phụ thuộc vào đặc tính của nền và độ chính xác yêu cầu của bài toán. Các thông số của nền, như độ cứng và độ võng, ảnh hưởng lớn đến kết quả phân tích ổn định.

3.2. Sử Dụng Phần Tử Hữu Hạn FEM Cho Bài Toán Ổn Định Tấm FGM

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là một công cụ mạnh mẽ để giải các bài toán ổn định phức tạp. Trong bài toán này, tấm composite FGM được chia thành các phần tử nhỏ, và các phương trình cân bằng được thiết lập cho từng phần tử. Sau đó, các phương trình này được giải đồng thời để tìm ra chuyển vị và ứng suất trong tấm. FEM cho phép mô hình hóa các điều kiện biên phức tạp và sự thay đổi của tính chất vật liệu một cách chính xác. Việc sử dụng FEM giúp tăng độ tin cậy của kết quả phân tích ổn định.

3.3. Tiêu Chuẩn Ổn Định Tĩnh và Động Cách Xác Định Tải Trọng Tới Hạn

Để xác định tải trọng tới hạn, người ta sử dụng các tiêu chuẩn ổn định tĩnh hoặc ổn định động. Tiêu chuẩn ổn định tĩnh dựa trên việc xác định điểm mà tại đó ma trận độ cứng của hệ thống trở nên suy biến. Tiêu chuẩn ổn định động dựa trên việc phân tích tần số dao động riêng của hệ thống, và tải trọng tới hạn được xác định là tải trọng mà tại đó một trong các tần số dao động riêng trở nên bằng không. Lựa chọn tiêu chuẩn phù hợp phụ thuộc vào loại tải trọng và đặc tính của bài toán. Phân tích tĩnh và phân tích động giúp đánh giá ứng xử ổn định của tấm.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Nền Đàn Hồi Lên Ổn Định

Kết quả nghiên cứu cho thấy nền đàn hồi có ảnh hưởng đáng kể đến ổn định tấm composite FGM. Độ cứng của nền đàn hồi càng lớn thì tải trọng tới hạn càng cao. Mô hình Pasternak foundation cho kết quả chính xác hơn so với mô hình Winkler foundation, đặc biệt khi nền có độ cứng cao. Biến dạng tấm và ứng suất tấm cũng bị ảnh hưởng bởi nền đàn hồi. Các kết quả này cung cấp thông tin quan trọng cho việc thiết kế các kết cấu composite FGM có độ ổn định cao.

4.1. Ảnh Hưởng Của Độ Cứng Nền Đến Tải Trọng Buckling Tới Hạn

Độ cứng của nền đàn hồi có vai trò quan trọng trong việc tăng khả năng chịu buckling của tấm composite FGM. Khi độ cứng của nền tăng lên, khả năng chống lại biến dạng của tấm cũng tăng lên, dẫn đến tải trọng tới hạn cao hơn. Điều này có nghĩa là tấm có thể chịu được tải trọng nén lớn hơn trước khi xảy ra hiện tượng mất ổn định. Các bảng số liệu trong tài liệu gốc minh họa rõ sự thay đổi của tải trọng nén theo độ cứng của nền Winkler và Pasternak.

4.2. So Sánh Kết Quả Giữa Hai Mô Hình Nền Đàn Hồi Winkler và Pasternak

So sánh giữa mô hình Winkler foundation và Pasternak foundation cho thấy mô hình Pasternak thường cho kết quả chính xác hơn, đặc biệt khi nền có độ cứng cao. Mô hình Pasternak xét đến tương tác giữa các điểm trên nền, trong khi mô hình Winkler chỉ xét phản lực tại từng điểm riêng lẻ. Sự khác biệt này trở nên quan trọng khi biến dạng của tấm có sự thay đổi lớn trên diện rộng. Hình ảnh 4 và 5 trong tài liệu gốc minh họa ảnh hưởng của hai mô hình nền này đến trạng thái sau vòng của tấm composite FGM.

4.3. Ảnh hưởng của tải nhiệt tăng đều

Tấm FGM chịu tải nhiệt tăng đều chịu ảnh hưởng của mô hình nền đàn hồi tuyến tính Winkler đối với trạng thái sau vòng. Hình 14 và 15 trong tài liệu gốc minh họa rõ ảnh hưởng. Ảnh hưởng của mô hình nền Pasternak lên trạng thái sau vòng của các tấm FGM chịu tải nhiệt tăng đều cũng được nghiên cứu trong tài liệu.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Luận Về Ổn Định Tấm FGM

Nghiên cứu này cung cấp các kết quả quan trọng cho việc thiết kế các kết cấu composite FGM trong các ứng dụng thực tiễn. Việc lựa chọn vật liệu, kích thước tấm, điều kiện biên, và đặc tính của nền đàn hồi cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo độ ổn định cao và tránh hiện tượng mất ổn định đột ngột. Kết quả nghiên cứu cũng mở ra hướng nghiên cứu mới về ổn định tấm composite FGM trong các điều kiện môi trường khác nhau, như nhiệt độ và độ ẩm.

5.1. Hướng Dẫn Thiết Kế Kết Cấu Composite FGM Đảm Bảo Ổn Định

Để thiết kế kết cấu composite FGM đảm bảo ổn định, cần tuân thủ các bước sau: (1) Xác định rõ các tải trọng và điều kiện biên mà kết cấu phải chịu đựng. (2) Lựa chọn vật liệu composite FGM phù hợp với yêu cầu về độ bền, độ cứng, và khả năng chịu nhiệt. (3) Mô hình hóa kết cấu và nền đàn hồi một cách chính xác bằng phương pháp phần tử hữu hạn. (4) Phân tích ổn định để xác định tải trọng tới hạn và dạng buckling. (5) Tối ưu hóa thiết kế để tăng tải trọng tới hạn và giảm nguy cơ mất ổn định. Chú ý đến phân bố vật liệu và bậc tự do của kết cấu.

5.2. Đề Xuất Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Ổn Định Tấm Composite FGM

Nghiên cứu tiếp theo về ổn định tấm composite FGM có thể tập trung vào các khía cạnh sau: (1) Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng động và bài toán phi tuyến đến ứng xử ổn định của tấm. (2) Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ ẩm đến tính chất vật liệu và ổn định của tấm. (3) Phát triển các phương pháp phân tích ổn định hiệu quả hơn, đặc biệt là cho các kết cấu phức tạp. (4) Nghiên cứu ứng dụng của composite FGM trong các lĩnh vực mới, như năng lượng tái tạo và y sinh. Cần xem xét thêm tần số dao động riêng và các yếu tố khác để đánh giá ổn định toàn diện.

VI. Bí Quyết Tối Ưu Ổn Định Tấm Composite FGM Trên Nền Đàn Hồi

Để tối ưu hóa ổn định của tấm composite FGM trên nền đàn hồi, cần kết hợp các yếu tố thiết kế và vật liệu một cách hài hòa. Việc lựa chọn phân bố vật liệu phù hợp, cùng với việc tối ưu hóa độ cứng của nền đàn hồi, sẽ giúp tăng khả năng chịu tải và giảm nguy cơ buckling. Ngoài ra, việc sử dụng các kỹ thuật gia cường và giảm thiểu ứng suất tập trung cũng đóng vai trò quan trọng.

6.1. Cách Tối Ưu Hóa Phân Bố Vật Liệu Để Tăng Độ Ổn Định

Việc tối ưu hóa phân bố vật liệu trong tấm composite FGM có thể đạt được bằng cách sử dụng các thuật toán tối ưu hóa hoặc các phương pháp thiết kế dựa trên kinh nghiệm. Mục tiêu là tạo ra một tấm có độ cứng và độ bền cao nhất có thể, đồng thời giảm thiểu ứng suất tập trung. Phân bố vật liệu cần được điều chỉnh sao cho phù hợp với loại tải trọng và điều kiện biên mà tấm phải chịu đựng. Các nghiên cứu về phân tích ổn định có thể giúp xác định phân bố vật liệu tối ưu cho từng ứng dụng cụ thể.

6.2. Mẹo Chọn Vật Liệu Nền Đàn Hồi Phù Hợp Với Tấm Composite FGM

Việc lựa chọn vật liệu nền đàn hồi phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo ổn định của tấm composite FGM. Vật liệu nền cần có độ cứng đủ lớn để hỗ trợ tấm, nhưng cũng cần có độ dẻo dai để hấp thụ năng lượng và giảm ứng suất. Các yếu tố khác cần xem xét bao gồm khả năng chịu nhiệt độ, độ ẩm, và ăn mòn. Các thử nghiệm thực nghiệm có thể giúp đánh giá hiệu quả của các loại vật liệu nền khác nhau và lựa chọn vật liệu phù hợp nhất cho từng ứng dụng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 - TỔNG QUAN 1. Vật liệu composite FGM Vật liệu composite là loại vật liệu được chế tạo nên từ hai hay nhiều loại vật liệu thành phần khác nhau. Mỗi thành phần lại có những đặc trưng cơ – lý – hóa riêng biệt và khi tổng hợp chúng lại sẽ tạo ra một vật liệu mới nh m đạt được các tính chất ưu việt như khối lượng nh , độ cứng và độ bền cao, khả năng kháng nhiệt, chống ăn mòn hoá học tốt,… Công dụng và đặc tính của vật liệu composite phụ thuộc chủ yếu vào 3 yếu tố [3]: các vật liệu thành phần của composite, cấu trúc sự phân bố của các thành phần, và công nghệ chế tạo. Khi thay đổi một trong ba yếu tố này sẽ dẫn đến thay đổi sang một dạng composite khác; chẳng hạn khi thay đổi vật liệu composite cốt sợi đồng phương 1D sang cấu trúc cốt sợi không gian 3D với cùng thành phần ban đầu chúng ta sẽ có vật liệu mới với môđun trượt có thể cao hơn gấp 2-3 lần.

Còn nếu là vật liệu 3D cacbon-cacbon thì khả năng kháng nhiệt có thể là 25000C đến 30000C. Chính nhờ những ưu điểm nổi trội mà không vật liệu tự nhiên nào có được, hiện nay, vật liệu composite đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: Y tế, Thể thao, Công nghiệp Dân dụng, Giao thông Vận tải, Xây dựng, Công nghiệp nặng, điện hạt nhân,… và đặc biệt là trong ngành Hàng không Vũ trụ. Chính nhờ có các đặc tính nổi trội của loại vật liệu mới composite mà việc khám phá vũ trụ của loài người đã thu được nhiều kết quả quan trọng và đưa ngành khoa học Vũ trụ có những bước tiến dài trong việc thực hiện mơ ước chinh phục Vũ trụ của con người. Để phân loại composite, người ta có 2 cách [3]: Trong công nghệ có thể dựa vào vật liệu nền, gọi tên theo vật liệu nền, như vật liệu composite polymer, composite kim loại (nền là kim loại hoặc hợp kim), composite gốm và composite carbon-carbon.

Nếu một trong các thành phần cấu thành nên composite có cấu trúc nano, composite khi đó được gọi là nano composite (khá phổ biến là composite nền polymer trộn các hạt nano hoặc các sợi ống nano). Trong cơ học, người ta phân loại composite theo kết cấu của các thành phần độn gia cường, theo đó có thể phân thành các loại như sau: composite cốt hạt hoặc sợi nhỏ phân tán; composite cốt sợi đồng phương, composite phân lớp, composite có cấu trúc không gian nD và composite có cấu trúc không gian nhiều pha nDm. + Vật liệu composite cốt hạt hoặc sợi nhỏ phân tán là một trong các mô hình cơ bản nhất của cơ học vật liệu composite [3]. Trong đó các hạt được đưa vào với mục đích làm tăng độ cứng, tăng khả năng chịu nhiệt, chịu mòn, giảm độ co ngót…Trong một số trường hợp hạt dùng để giảm giá thành sản phẩm mà không làm thay đổi cơ (LUAN.hoi TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 4 tính của vật liệu.

Cốt hạt trong vật liệu composite phổ biến là dạng hình cầu, sợi nhỏ phân tán để tránh sự tập trung ứng suất, qua đó giảm độ nhạy của vật liệu với các vết nứt. Cốt hạt khác cốt sợi ở đặc điểm là nó không có phương ưu tiên. + Vật liệu composite cốt sợi đồng phương [3, 4] là mô hình vật liệu trong đó thành phần cốt là các sợi được sắp xếp theo cùng một phương (ngang, dọc hoặc xiên). Cốt sợi gồm nhiều loại như: sợi thủy tinh; sợi các bon; sợi aramit, kevla,… + Vật liệu composite phân lớp [3, 4] là loại vật liệu tạo nên từ nhiều lớp có tính chất khác nhau được xếp chồng lên nhau.

Có thể là xơ, sợi, vải (thủy tinh, carbon,…). Mỗi lớp cần phải được chỉ r bản chất của sợi s dụng, loại vật liệu làm cốt, tỷ lệ sợi theo phương dọc ngang. Việc lựa chọn sợi của các lớp vật liệu phụ thuộc vào người s dụng sao cho thỏa mãn cao nhất tính bền, tính cứng khi chịu tải trọng. Trong đó ta thấy nếu các lớp là đồng phương sẽ cho cơ tính cao theo phương của sợi; nếu là các lớp mạt” sẽ chịu kéo kém và cần bố trí lại vùng chịu nén; nếu các lớp là vuông góc [0/90]n thì vật liệu dễ bị tách lớp; nếu vật liệu tăng cường theo cả ba phương ta sẽ được vật liệu 3D có cấu trúc không gian.

+ Vật liệu composite có cấu trúc không gian là vật liệu composite có cốt sợi độn được hướng theo nhiều phương khác nhau trong không gian [3]. Khác với vật liệu composite truyền thống như vật liệu composite phân lớp hay vật liệu composite cốt sợi đồng phương (1D - cốt sợi độn song song theo một phương nhất định). Composite cấu trúc không gian có độ bền, khả năng chịu lực, chịu va đập cũng như có độ cứng cao theo nhiều phương khác nhau. Chúng là vật liệu l tưởng cho ngành chế tạo máy, ngành hàng không vũ trụ.

Rất nhiều chi tiết phức tạp của vật thể bay như bánh lái, các điểm tiếp nối, loa phụt…của tên l a, các tấm chắn chịu lực, chịu nhiệt…của các vật thể bay được chế tạo từ vật liệu composite có cấu trúc không gian. Khi vật liệu composite được hướng theo n phương khác nhau trong không gian thì ta có sợi gia cường theo n phương khác nhau và k hiệu là nD. Thực tế hiện nay đã tạo ra được vật liệu Composite 3D, 4D, 6D, 9D, 11D…Nhưng các nhà cơ học đã tính toán và thấy r ng chỉ có composite 3D và 4D là có độ bền ưu việt hơn, đặc biệt composite 4D có mô đun trượt cao nhất [3]. Khi các cốt sợi được phân bố theo quá nhiều phương, khoảng cách gần nhau của chúng dẫn đến sự tập chung ứng suất bên trong và vì vậy làm giảm độ bền của vật liệu.

Khi vật liệu nền của composite nD lại được bổ sung thêm các hạt hoặc các sợi phân tán khác nhau, khi đó composite được cấu thành từ trên 3 thành phần khác nhau, và vật liệu như vậy được ký hiệu là composite nDm. Chỉ số m được ký hiệu để hiểu là vật liệu nền đã được bổ sung thêm từ pha thứ 3. Gần đây một số loại vật liệu composite có các chức năng thông minh đã ra đời nh m đáp ứng nhu cầu thực tiễn trong việc chế tạo các kết cấu hiện đại và thoả mãn (LUAN.hoi TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 5 các điều kiện làm việc khắc nghiệt như là các vật liệu gia cường sợi SMA (shape memory alloy), vật liệu chức năng (có cơ tính biến đổi). Từ nguồn tài liệu mở có thể thấy loại vật liệu có cơ tính biến đổi điển hình và được quan tâm nghiên cứu nhiều trong những năm gần đây là vật liệu composite hai thành phần được cấu thành từ các vật liệu ceramic và kim loại.

Vì vậy, trong Luận văn này cũng tập trung nghiên cứu sự ổn định của kết cấu tấm từ vật liệu FGM hai thành phần có cơ tính biến đổi như vậy. Vật liệu chức năng, hay còn được gọi là vật liệu có cơ tính biến đổi với tên quốc tế là Functionally Graded Material và thường được viết tắt phổ biến là FGM đã được phát triển và đặt tên bởi một nhóm các nhà khoa học vật liệu ở Viện Sendai của Nhật Bản vào năm 1984. Vật liệu này là một loại composite thế hệ mới, composite thông minh, ra đời như là kết quả của những đòi hỏi thực tế về một loại vật liệu có thể khắc phục được những nhược điểm của các loại kim loại truyền thống, đặc biệt là trong các kết cấu chịu nhiệt độ cao. Vật liệu có cơ tính biến đổi loại này được tạo thành từ hai loại vật liệu thành phần là ceramic và kim loại (hình 1) trong đó tỷ lệ thể tích của mỗi thành phần biến đổi (graded) một cách trơn và liên tục từ mặt này sang mặt kia theo chiều dày thành kết cấu cho phù hợp với thế mạnh đặc trưng của các vật liệu thành phần.

Do có mô đun đàn hồi cao cùng với hệ số truyền nhiệt và hệ số dãn nở nhiệt rất thấp nên thành phần ceramic làm cho vật liệu có cơ tính biến đổi có độ cứng cao và khả năng kháng nhiệt rất tốt. Trong khi đó thành phần kim loại làm cho vật liệu có cơ tính biến đổi trở nên mềm dẻo hơn, bền hơn và khắc phục sự rạn nứt có thể xảy ra do tính dòn của vật liệu ceramic khi chịu nhiệt cao (xem bảng 1). Tính chất của một số vật liệu thành phần của vật liệu FGM [70] Vật liệu Các tính chất E ( N / m2 )   (o C 1 ) K (W / mK )  (kg / m3 ) Kim loại: Nhôm 70.4 3750 Điều đặc biệt là các thành phần vật liệu biến đổi một cách trơn và liên tục từ mặt này sang mặt kia theo chiều dày thành kết cấu nên các vật liệu có cơ tính biến đổi tránh được các nhược điểm thường gặp trong các loại composite nền – sợi thông (LUAN.hoi TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 6 thường như là sự bong tách giữa các lớp hoặc các pha vật liệu, sự đứt gãy các sợi và sự tập trung ứng suất cao trong vật liệu, những điều có thể gây phá huỷ vật liệu và làm giảm hiệu quả làm việc của các kết cấu, đặc biệt là trong các kết cấu chịu nhiệt. Đối với vật liệu composite hai thành phần có cơ tính biến đổi tạo thành từ sự kết hợp của kim loại và ceramic, tỷ lệ thể tích của các thành phần vật liệu được giả thiết biến đổi theo chiều dày thành kết cấu theo một hàm luỹ thừa của biến chiều dày như sau [8]: (1.1) trong đó là một số không âm được gọi là chỉ số tỷ lệ thể tích (volume fraction index) có thể được chọn để tối ưu ứng x của kết cấu và các chỉ số dưới và để chỉ thành phần ceramic và kim loại (metal) tương ứng.

Rõ ràng giá trị tương ứng với tấm đồng nhất đẳng hướng được làm từ vật liệu ceramic, là trường hợp các thành phần ceramic và kim loại phân bố tuyến tính qua chiều dày thành kết cấu và khi tăng thì tỷ lệ thể tích của thành phần ceramic trong kết cấu giảm (xem hình 2). bÒ mÆt giµu kim lo¹i h/2 x h/2 bÒ mÆt giµu ceramic z Hình 1. Mô hình kết cấu làm từ vật liệu có cơ tính biến đổi (LUAN.hoi TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Sự biến đổi của tỷ lệ ceramic qua chiều dày thành kết cấu.

Các tính chất hiệu dụng của vật liệu có cơ tính biến đổi xác định theo quy tắc hỗn hợp sau đây (1.