Nghiên cứu phát triển đòn treo trên upper arm bằng vật liệu composite

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu phát triển đòn treo trên upper arm bằng vật liệu composite, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh

• Tác giả: Đinh Hữu Hạnh
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Thành Trung
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ Khí Máy
• Đề tài: Nghiên Cứu Phát Triển Đòn Treo Composite Cho Upper Arm
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• MỤC LỤC
• DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ, HÌNH ẢNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE
• 1.1. Vật liệu composite
• 1.2. Khả năng ứng dụng composite trong một số ngành công nghiệp
• 1.2.1. Ứng dụng composite trong hàng không
• 1.2.2. Vật liệu composite trong ngành vận tải
• 1.2.3. Vật liệu composite trong ngành đóng tàu
• 1.2.4. Ứng dụng composite trong lĩnh vực cơ khí
• 1.3. Giới thiệu chung về hệ thống treo
• 1.3.1. Phân loại
• 1.3.2. Yêu cầu
• 1.3.3. Các kiểu hệ thống treo và đặc điểm
• 1.3.3.1. Hệ thống treo phụ thuộc
• 1.3.3.2. Hệ thống treo độc lập
• 2. NGHIÊN CỨU TỐI ƯU ĐÒN TREO TRÊN BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE
• 2.1. Hệ thống treo và vật mẫu thực tế sử dụng
• 2.2. Mô phỏng chi tiết đòn treo trên với hình dạng thực tế
• 2.3. Phân tích ứng suất và chuyển vị
• 2.4. Tối Ưu chi tiết đòn treo trên bằng vật liệu composite
• 3. CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 3.1. Chế tạo chi tiết đòn treo trên
• 3.1.1. Công nghệ chế tạo
• 3.1.2. Cấu tạo chung của máy ép phun
• 3.1.3. Máy ép phun JSW
• 3.1.4. Thông số công nghệ
• 3.1.5. Nguyên tắc hoạt động máy ép phun JSW
• 3.1.6. Vật liệu composite Nylon 66 + C/F 22%
• 3.1.6.1. Vật liệu nền Nylon 66
• 3.1.6.2. Vật liệu cốt sợi Cacbon
• 3.1.6.3. Vật liệu sử dụng chế tạo đòn treo trên
• 3.1.7. Tiến hành chế tạo chi tiết
• 3.2. Thí nghiệm kiểm tra chi tiết
• 3.2.1. Kiểm tra chuyển vị và phá hủy
• 3.2.2. Kiểm tra bền mỏi
• 3.2.3. Kiểm tra phá hủy khi tác dụng lực theo phương Fy+
• 3.2.4. Kiểm tra phá hủy khi tác dụng lực theo phương Fx+
• 3.2.5. Khi tác dụng lực lên theo phương Fy+
• 3.2.6. Khi tác dụng lực lên theo phương Fx+
• 4. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU ĐẾN CHUYỂN VỊ CỦA ĐÒN TREO TRÊN
• 4.1. Điều kiện khảo sát
• 4.1.1. Với 4 loại vật liệu composite
• 4.1.2. Với vật liệu Glass/Epoxy không đẳng hướng
• 4.1.3. Theo các phương tác dụng lực Fx và Fy khác nhau
• 5. TỔNG KẾT NỘI DUNG ĐÃ THỰC HIỆN TRONG LUẬN VĂN
• 6. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
• 7. TÍNH KHẢ THI CỦA ĐỀ TÀI
• 8. NHỮNG VẤN ĐỀ TỒN TẠI CỦA ĐỀ TÀI VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu đòn treo composite cho upper arm

Nghiên cứu phát triển đòn treo composite cho upper arm là một lĩnh vực quan trọng trong ngành cơ khí. Việc sử dụng vật liệu composite không chỉ giúp giảm trọng lượng mà còn nâng cao độ bền và khả năng chịu tải. Đòn treo trên là một phần thiết yếu trong hệ thống treo của xe ô tô, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và an toàn khi vận hành. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về cấu trúc, tính năng và ứng dụng của đòn treo composite.

1.1. Định nghĩa và vai trò của đòn treo trong hệ thống treo

Đòn treo là một bộ phận quan trọng trong hệ thống treo, giúp duy trì sự ổn định và an toàn cho xe. Nó chịu trách nhiệm truyền lực từ bánh xe đến khung xe, đồng thời hấp thụ các va đập từ mặt đường.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng vật liệu composite

Vật liệu composite mang lại nhiều lợi ích như giảm trọng lượng, tăng độ bền và khả năng chống ăn mòn. Điều này giúp cải thiện hiệu suất của xe và giảm tiêu thụ nhiên liệu.

II. Thách thức trong thiết kế đòn treo composite cho upper arm

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc thiết kế đòn treo composite cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như tính toán tải trọng, ứng suất và độ bền của vật liệu composite cần được xem xét kỹ lưỡng. Đặc biệt, việc đảm bảo rằng đòn treo có thể hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khác nhau là rất quan trọng.

2.1. Tính toán tải trọng và ứng suất

Việc tính toán tải trọng và ứng suất là rất quan trọng để đảm bảo rằng đòn treo có thể chịu được các lực tác động trong quá trình vận hành. Sử dụng phần mềm Ansys để mô phỏng và phân tích là một giải pháp hiệu quả.

2.2. Độ bền và tuổi thọ của vật liệu composite

Độ bền của vật liệu composite phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cấu trúc, loại sợi và tỷ lệ pha trộn. Cần thực hiện các thử nghiệm để đánh giá tuổi thọ và khả năng chịu tải của đòn treo.

III. Phương pháp nghiên cứu và thiết kế đòn treo composite

Nghiên cứu này áp dụng các phương pháp hiện đại trong thiết kế và chế tạo đòn treo composite. Sử dụng phần mềm Ansys để mô phỏng và tối ưu hóa thiết kế là một trong những bước quan trọng. Các bước nghiên cứu bao gồm phân tích cấu trúc, tính toán ứng suất và thử nghiệm thực tế.

3.1. Sử dụng phần mềm Ansys trong thiết kế

Phần mềm Ansys cho phép mô phỏng và phân tích ứng suất của đòn treo composite trong các điều kiện làm việc khác nhau. Điều này giúp tối ưu hóa thiết kế và giảm thiểu rủi ro trong quá trình sản xuất.

3.2. Quy trình chế tạo đòn treo composite

Quy trình chế tạo bao gồm việc lựa chọn vật liệu, thiết kế khuôn mẫu và quy trình ép phun. Mỗi bước đều cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của đòn treo composite

Kết quả nghiên cứu cho thấy đòn treo composite có độ bền cao hơn và trọng lượng giảm 61% so với đòn treo bằng thép. Điều này không chỉ cải thiện hiệu suất của xe mà còn giảm tiêu thụ nhiên liệu. Các ứng dụng thực tiễn của đòn treo composite đang ngày càng mở rộng trong ngành công nghiệp ô tô.

4.1. So sánh giữa đòn treo composite và thép

So sánh cho thấy đòn treo composite có khả năng chịu tải tốt hơn và nhẹ hơn, giúp cải thiện hiệu suất tổng thể của xe. Điều này cũng đồng nghĩa với việc giảm chi phí vận hành.

4.2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô

Đòn treo composite đang được ứng dụng rộng rãi trong các mẫu xe mới, giúp nâng cao tính cạnh tranh và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của đòn treo composite

Nghiên cứu về đòn treo composite cho upper arm đã mở ra nhiều cơ hội mới trong thiết kế và chế tạo sản phẩm cơ khí. Với những ưu điểm vượt trội, vật liệu composite sẽ tiếp tục được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong tương lai. Việc nghiên cứu và cải tiến công nghệ chế tạo sẽ giúp nâng cao chất lượng và hiệu suất của sản phẩm.

5.1. Tương lai của vật liệu composite trong ngành cơ khí

Vật liệu composite sẽ tiếp tục được nghiên cứu và phát triển, với nhiều ứng dụng mới trong ngành cơ khí. Sự kết hợp giữa công nghệ và vật liệu mới sẽ tạo ra những sản phẩm có chất lượng cao hơn.

5.2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc cải thiện tính năng của vật liệu composite, cũng như phát triển các quy trình sản xuất hiệu quả hơn để đáp ứng nhu cầu thị trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành cơ khí hiện đại, việc thiết kế và chế tạo các sản phẩm vừa đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, vừa nhỏ gọn và có cơ tính tốt đang trở thành xu hướng tất yếu. Theo báo cáo của ngành, chi tiết đòn treo trên (Upper arm) trong hệ thống treo ô tô là một bộ phận chịu lực quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến tính ổn định và an toàn của xe. Tuy nhiên, các chi tiết đòn treo truyền thống thường được chế tạo bằng thép với khối lượng lớn, gây tăng trọng lượng xe và hạn chế hiệu suất vận hành. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển chi tiết đòn treo trên bằng vật liệu composite nhằm giảm khối lượng, nâng cao cơ tính và đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật trong điều kiện làm việc thực tế. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi xe tải nhẹ Hyundai 2,5 tấn, với thời gian nghiên cứu tập trung vào giai đoạn 2010-2012 tại Thành phố Hồ Chí Minh, phối hợp với phòng thí nghiệm Advanced Material - Đại học Yeung Nam, Hàn Quốc. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc giảm khối lượng chi tiết đòn treo lên đến 61%, đồng thời tăng độ bền so với vật liệu thép truyền thống, góp phần tiết kiệm nhiên liệu, giảm phát thải và nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất ô tô.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết vật liệu composite và mô hình phân tích phần tử hữu hạn (FEA) bằng phần mềm Ansys Workbench. Vật liệu composite được định nghĩa là vật liệu tổ hợp từ hai hoặc nhiều vật liệu có bản chất khác nhau, gồm thành phần nền (polymer Nylon 66) và cốt sợi cacbon (22%). Các khái niệm chính bao gồm:

• Cấu trúc vật liệu composite: nền và cốt, tương tác giữa hai pha để tạo nên tính chất cơ học ưu việt.
• Tính chất cơ học của composite: độ bền kéo, độ cứng, trọng lượng riêng thấp, khả năng chịu ăn mòn và giảm rung, tiếng ồn.
• Phân tích phần tử hữu hạn (FEA): mô phỏng ứng suất, chuyển vị và tối ưu thiết kế chi tiết đòn treo trên trong môi trường Ansys Workbench.
• Hệ thống treo ô tô: cấu tạo và chức năng của đòn treo trên trong hệ thống treo độc lập, chịu lực theo các phương Fx và Fy.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu kỹ thuật của chi tiết đòn treo trên xe tải Hyundai 2,5 tấn, thông số vật liệu composite Nylon 66 + C/F 22%, và kết quả mô phỏng, thí nghiệm thực tế. Phương pháp nghiên cứu gồm:

• Thu thập và phân tích lý thuyết về vật liệu composite và hệ thống treo.
• Mô phỏng thiết kế tối ưu chi tiết đòn treo trên bằng Ansys Workbench, với cỡ mẫu mô hình chi tiết thực tế, chọn mẫu theo đặc tính kỹ thuật và điều kiện làm việc.
• Chế tạo chi tiết đòn treo trên bằng công nghệ ép phun với vật liệu composite Nylon 66 + C/F 22%.
• Thí nghiệm kiểm tra cơ tính: kiểm tra chuyển vị, độ bền mỏi, phá hủy dưới tải trọng Fx và Fy.
• So sánh kết quả giữa chi tiết composite và chi tiết thép truyền thống.
• Khảo sát ảnh hưởng của các loại vật liệu composite khác đến chuyển vị và cơ tính chi tiết.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 2 năm, từ thiết kế, mô phỏng, chế tạo đến thí nghiệm và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Giảm khối lượng chi tiết đòn treo trên: Chi tiết đòn treo bằng vật liệu composite giảm được 61% khối lượng so với chi tiết bằng thép (970g so với khoảng 2,5kg).
2. Tăng độ bền cơ học: Kết quả thí nghiệm cho thấy chi tiết composite có độ bền cao hơn chi tiết thép, chịu được lực tác dụng Fx = 1875 N và Fy = 937,5 N với ứng suất von-Mises thấp hơn 15% so với chi tiết thép.
3. Chuyển vị và biến dạng: Mô phỏng Ansys cho thấy chi tiết composite có chuyển vị nhỏ hơn 20% so với chi tiết thép dưới cùng điều kiện tải trọng, đảm bảo độ cứng và ổn định của hệ thống treo.
4. Ảnh hưởng vật liệu composite khác: Khảo sát với các loại vật liệu composite khác như Glass/Epoxy cho thấy sự khác biệt về chuyển vị và ứng suất, trong đó vật liệu Nylon 66 + C/F 22% có hiệu suất cơ học tối ưu nhất trong nhóm nghiên cứu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm khối lượng và tăng độ bền là do tính chất ưu việt của vật liệu composite, đặc biệt là tỷ lệ cốt sợi cacbon cao giúp tăng cường độ cứng và chịu lực. So với các nghiên cứu trước đây trong ngành hàng không và vận tải, kết quả này phù hợp với xu hướng sử dụng composite để giảm trọng lượng và tăng hiệu suất. Việc mô phỏng bằng Ansys Workbench giúp tiết kiệm thời gian và chi phí so với phương pháp thử nghiệm truyền thống, đồng thời cho phép tối ưu thiết kế chi tiết. Kết quả thí nghiệm thực tế khẳng định tính khả thi của việc ứng dụng vật liệu composite trong chế tạo chi tiết đòn treo trên, mở ra hướng phát triển mới cho ngành cơ khí ô tô. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh khối lượng, ứng suất von-Mises và chuyển vị giữa chi tiết composite và thép, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của vật liệu mới.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng vật liệu composite Nylon 66 + C/F 22% trong sản xuất đòn treo trên nhằm giảm khối lượng chi tiết ít nhất 60% trong vòng 1-2 năm, do các nhà sản xuất ô tô và nhà cung cấp linh kiện thực hiện.
2. Tăng cường đào tạo và chuyển giao công nghệ ép phun composite cho các nhà máy sản xuất cơ khí để nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất trong 12 tháng tới.
3. Phát triển hệ thống mô phỏng và tối ưu thiết kế bằng phần mềm Ansys cho các chi tiết chịu lực trong hệ thống treo, nhằm rút ngắn thời gian thiết kế và thử nghiệm, áp dụng cho các dự án nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới.
4. Khảo sát và thử nghiệm các loại vật liệu composite khác để mở rộng lựa chọn vật liệu, nâng cao tính năng cơ học và giảm chi phí sản xuất trong giai đoạn tiếp theo, do các phòng thí nghiệm và trung tâm nghiên cứu thực hiện.
5. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình kiểm tra chất lượng chi tiết composite để đảm bảo tính đồng nhất và an toàn khi đưa vào sản xuất đại trà, phối hợp giữa các cơ quan quản lý và doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư thiết kế và phát triển sản phẩm trong ngành ô tô: Nắm bắt kiến thức về vật liệu composite và ứng dụng trong thiết kế chi tiết chịu lực, giúp cải tiến sản phẩm và giảm trọng lượng xe.
2. Nhà sản xuất linh kiện cơ khí và vật liệu composite: Áp dụng công nghệ chế tạo và kiểm nghiệm chi tiết composite, nâng cao năng lực sản xuất và chất lượng sản phẩm.
3. Các nhà nghiên cứu và giảng viên trong lĩnh vực cơ khí và vật liệu: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô phỏng và thí nghiệm thực tế để phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan.
4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách công nghiệp: Đánh giá tiềm năng ứng dụng vật liệu composite trong ngành công nghiệp ô tô, từ đó xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ mới.

Câu hỏi thường gặp

1. Vật liệu composite có ưu điểm gì so với thép trong chế tạo đòn treo trên?
   Vật liệu composite có trọng lượng nhẹ hơn khoảng 61%, độ bền cao hơn và khả năng chống ăn mòn tốt, giúp giảm trọng lượng xe và tăng tuổi thọ chi tiết.

2. Phần mềm Ansys Workbench được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   Ansys Workbench được dùng để mô phỏng ứng suất, chuyển vị và tối ưu thiết kế chi tiết đòn treo trên, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí thử nghiệm thực tế.

3. Chi tiết đòn treo composite có đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của xe tải nhẹ không?
   Kết quả thí nghiệm cho thấy chi tiết composite đáp ứng tốt các yêu cầu về độ bền, chuyển vị và chịu lực theo các phương Fx và Fy, phù hợp với điều kiện làm việc thực tế.

4. Có thể áp dụng vật liệu composite cho các chi tiết khác trong hệ thống treo không?
   Có thể, vật liệu composite có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các chi tiết chịu lực khác nhằm giảm trọng lượng và nâng cao hiệu suất.

5. Chi phí sản xuất chi tiết composite so với thép như thế nào?
   Chi phí sản xuất composite hiện cao hơn thép nhưng có thể giảm đáng kể khi công nghệ chế tạo và sản lượng tăng lên, đồng thời mang lại lợi ích kinh tế lâu dài nhờ giảm trọng lượng và tiêu hao nhiên liệu.

Kết luận

• Đã thiết kế và chế tạo thành công chi tiết đòn treo trên bằng vật liệu composite Nylon 66 + C/F 22%, giảm khối lượng 61% so với thép truyền thống.
• Kết quả mô phỏng và thí nghiệm cho thấy chi tiết composite có độ bền và độ cứng vượt trội, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật trong hệ thống treo ô tô tải nhẹ.
• Nghiên cứu kết hợp hiệu quả giữa lý thuyết vật liệu composite và công nghệ mô phỏng phần tử hữu hạn bằng Ansys Workbench.
• Đề xuất áp dụng rộng rãi vật liệu composite trong sản xuất chi tiết cơ khí nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế và kỹ thuật.
• Khuyến nghị tiếp tục phát triển công nghệ chế tạo, mở rộng nghiên cứu vật liệu composite khác và xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật cho sản phẩm composite trong ngành ô tô.

Hành động tiếp theo là triển khai áp dụng công nghệ composite trong sản xuất đại trà và mở rộng nghiên cứu ứng dụng cho các chi tiết khác trong hệ thống treo và cơ khí ô tô. Đề nghị các nhà nghiên cứu, kỹ sư và doanh nghiệp quan tâm phối hợp để phát huy tối đa tiềm năng của vật liệu composite trong ngành công nghiệp ô tô hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Thành phố Hồ Chí Minh, ngày __ tháng năm Học viên (Ký tên và ghi rõ họ tên) Đinh Hữu Hạnh v LỜI CẢM ƠN Qua quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, em kính gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến: Thầy TS. Đỗ Thành Trung - thầy hƣớng dẫn thực hiện luận văn đã tận tình chỉ dạy, tạo điều kiện và động viên em trong suốt quá trình thực hiện. Quý thầy, cô giáo đã tham gia công tác giảng dạy, hƣớng dẫn em và các thành viên trong lớp Cao học chuyên ngành Cơ Khí Máy khóa 2010 – 2012 trong toàn bộ khoá học.

Quý thầy, cô giảng dạy tại khoa Cơ khí Chế tạo máy, phòng Đào tạo – bộ phận sau đại học – Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ ngƣời thực hiện trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trƣờng. Kính gửi lời cảm tạ tới BGH trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho cho các học viên tại trƣờng đƣợc học tập và nghiên cứu.

Kính chúc Quý thầy, cô dồi dào sức khỏe. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày __ tháng năm Học viên Đinh Hữu Hạnh vi TÓM TẮT Thiết kế và chế tạo ra một sản phẩm cơ khí vừa đáp ứng đƣợc yêu cầu kỹ thuật, vừa nhỏ gọn, vừa có cơ tính tốt thực sự là xu hƣớng thiết kế và chế tạo mới trong ngành cơ khí hiện nay. Vì vậy, một trong những nhiệm vụ cơ bản của nhà chế tạo là phải không ngừng nghiên cứu và tạo ra vật liệu mới để ứng dụng vào sản phẩm cơ khí nhằm nâng cao chất lƣợng của chúng. Với cách nhìn nhận nhƣ vậy thì việc nghiên cứu và phát triển đòn treo trên (Upper arm) bằng vật liệu composite vừa giảm đƣợc khối lƣợng của chi tiết, vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và nâng cao cơ tính là cần thiết.

Cụ thể trong luận văn học viên đã nghiên cứu giải quyết các vấn đề nhƣ: nghiên cứu cấu tạo và điều kiện làm việc của chi tiết đòn treo trên, nghiên cứu về vật liệu composite, ứng dụng phần mềm Ansys để thiết kế tối ƣu chi tiết đòn treo trên bằ ng vâ ̣t liê ̣u composite. Sau đó học viên chế ta ̣o, kiểm nghiê ̣m, đánh giá và so sánh giữa sản phẩm mới và sản phẩm truyền thống. Kết quả thực nghiệm cho thấy chi tiết đòn treo bằng vật liệu composite có độ bền cao hơn và khối lƣợng giảm 61% so với chi tiết đòn treo trên bằng vật liệu thép. Công trình là sự kết hợp và ứng dụng của nhiều lĩnh vực khác nhau, kết quả đạt đƣợc của công trình đã đánh giá đƣợc những ƣu điểm mới của chi tiết đòn treo trên bằng vật liệu composite.

Học viên Đinh Hữu Hạnh vii ABSTRACT Design and manuafacturing of mechanical products required to meet technical requirements, both compact and good mechanical properties are the new trend in design and manufacturing of mechanical industry. So, one of the basic tasks of the manufacturer is to continuously research and create new materials for applications in mechanical products to enhance their qualities. With this view, the research and development of the upper arm with composite materials that have reduced the weight, ensure the technical requirements and improve the mechanical properties are necessary. In this research, the author has studied to solve problems such as: the study of the upper arm structure, its working conditions, the study of composite materials, and the optimal design of the composite upper arm based on Ansys software.

Then, the manufacturing of composite upper arm is done. Also, the mechanical properties are examined and compared between the existing steel upper arm and the composite upper arm. The experimental results showed that the composite upper arm has the high strength and the weight reduction of 61% compared to the existing steel upper arm. The research is a combination and application of many different areas, the results were to assess the advantages of the composite upper arm.

viii MỤC LỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ. i LÝ LỊCH KHOA HỌC. iv LỜI CAM ĐOAN .viii MỤC LỤC. ix DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ, HÌNH ẢNH.

xiii DANH SÁCH CÁC BẢNG. xv CHƢƠNG 1. Giới thiệu chung về vật liệu composite. Vâ ̣t liê ̣u composite.

Khả năng ứng dụng composite trong một số ngành công nghiệp. Ứng dụng composite trong lĩnh vực cơ khí. Giới thiệu chung về hệ thống treo. Các kiểu hệ thống treo và đặc điểm.

Hệ thống treo phụ thuộc. Hệ thống treo độc lập. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố. Mục đích của đề tài.

Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài. Phƣơng pháp nghiên cứu. Vật liệu composite. Khái niệm chung.

Các vật liệu thành phần của composite. Tƣơng tác giữa nền và cốt. Đặc điểm vật liệu composite. Theo bản chất của nền.

Theo hình học. Ƣu điểm của vật liệu composite. Nhƣợc điểm của vật liệu composite. Các phƣơng pháp chế tạo composite.

Công dụng vật liệu composite dùng trong một số ngành. Các loại vật liệu nhựa. Tổ ng quan về nhựa .1 Phân loại theo hiệu ứng của polyme với nhiệt độ. Phân loại theo ứng dụng.

Tính chất của một số loại nhựa .1 Các loại nhựa gia dụng. Các loại nhựa kỹ thuật. Thông số của một số vật liệu nhựa. Vật liệu sử dụng.

Ứng dụng phần mềm Ansys Workbench 12. Tổng quan về phần mềm Ansys. Ứng dụng Ansys Workbench để khảo sát chi tiết đòn treo trên. Các số liệu đƣợc chuyển giao.

NGHIÊN CỨU TỐI ƢU ĐÒN TREO TRÊN BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE. Hệ thống treo và vật mẫu thực tế sử dụng. Mô phỏng chi tiết đòn treo trên với hình dạng thực tế. Phân tích ứng suất và chuyển vị.

Tối ƣu chi tiết đòn treo trên bằng vật liệu composite. CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM. Chế tạo chi tiết đòn treo trên. Công nghệ chế tạo.

Cấu tạo chung của máy ép phun. Máy ép phun JSW. Thông số công nghệ. Nguyên tắc hoạt động máy ép phun JSW.

Vật liệu composite Nylon 66 + C/F 22%. Vật liệu nền Nylon 66. Vật liệu cốt sợi Cacbon .Vật liệu sử dụng chế tạo đòn treo trên. Tiến hành chế tạo chi tiết.

Thí nghiệm kiểm tra chi tiết. Kiểm tra chuyển vị và phá hủy. Kiểm tra bền mỏi. Kiểm tra phá hủy khi tác dụng lực theo phƣơng Fy+.

Kiểm tra phá hủy khi tác dụng lực theo phƣơng Fx+. Khi tác dụng lực lên theo phƣơng Fy+. Khi tác dụng lực lên theo phƣơng Fx+. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU ĐẾN CHUYỂN VỊ CỦA ĐÒN TREO TRÊN.

Điều kiện khảo sát.1 Với 4 loại vật liệu composite. Với vật liệu Glass/Epoxy không đẳng hƣớng. Theo các phƣơng tác dụng lực Fx và Fy khác nhau. Tổ ng kế t nô ̣i dung đã thực hiê ̣n trong luâ ̣n văn.

Đánh giá kết quả. Tính khả thi của đề tài. Những vấ n đề tồ n ta ̣i của đề tài và hƣớng phát triể n. 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

77 xii DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ, HÌNH ẢNH HÌNH TRANG Hình 1. Vị trí hệ thống treo trong ôtô. Hệ thống treo trong xe ôtô. Cơ cấu hệ thống treo phụ thuộc.

Hệ thống treo độc lập. Một số hình ảnh về chi tiết đòn treo trên. Chi tiết đòn treo trên Arm – Pect 117. Chi tiết đòn treo trên nhãn hiệu Arm 372.

Hệ thống treo và chi tiết đòn treo trên. Ràng buộc về hình học đảm bảo yêu cầu làm việc. Mô hình mô phỏng chi tiết đòn treo trên với hình dạng thực tế. Mô đun Static Structural.

Hộp thoại Outline Filter. Hộp thoại Outline. Tạo vật liệu mới. Hiệu chỉnh Properties.

Hiệu chỉnh Isotropic Elasticity. Hiệu chỉnh hệ số Young và Poison. Môi trƣờng chính Worbench. Xác định dạng phần tử.

Môi trƣờng AutoCAD. Chi tiết đòn treo trên trong môi trƣờng AutoCAD. Xuất file sang Ansys. Import chi tiết vào môi trƣờng Ansys.

Chi tiết đòn treo trên trong môi trƣờng Ansys. Gán vật liệu cho chi tiết đòn treo trên. Chia lƣới phần tử cho chi tiết đòn treo trên. Định nghĩa vị trí ngàm cố định chi tiết đòn treo trên.

Định nghĩa vị trí đặt tải cho chi tiết đòn treo trên. Hoàn thành vị trí đặt tải cho chi tiết đòn treo trên. Chuyển vị của mô hình thực tế. Ứng suất của mô hình thực tế.

Cấu tạo chung của máy ép phun. Máy ép phun JSW. Nguyên lý của máy ép phun JSW. Sơ đồ sản xuất Nylon 66.

Sơ đồ chế tạo sợi Cacbon. Cấu trúc vật liệu composite Nylon 66 + C/F 22%. Gia công chi tiết trên máy ép phun JSW. Chi tiết đòn treo trên khi vừa tách khuôn.

Chi tiết đòn treo trên hoàn chỉnh. Chi tiết bị kéo theo phƣơng Fx+. Biểu đồ kết quả chi tiết bị kéo theo phƣơng Fx+. Chi tiết bị kéo dao động theo phƣơng Fx+, Fx-.

Chi tiết bị kéo dao động theo phƣơng Fx+. Chi tiết bị phá hủy khi kéo theo phƣơng Fy+. Chi tiết bị phá hủy khi kéo theo phƣơng Fx+. Biểu đồ so sánh chuyển vị.

Biểu đồ so sánh chuyển vị. 71 xiv DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Độ dẫn nhiệt của một số loại nhựa .2: Khối lƣợng riêng của một số loại nhựa .3: Thông số một số loại nhựa .4: Cơ tính của vật liệu composite nylon 66 + 50% sợi thủy tinh.1: Tính chất cơ học của vật liệu composite Nylon 66 + G/F 20% .2: Kết quả thí nghiệm phá hủy theo phƣơng Fy+ .3: Kết quả thí nghiệm phá hủy theo phƣơng Fx+ .1: Thông số vâ ̣t liê ̣u composite .2: Kết quả mô phỏng. Thông số vật liệu .4: Kết quả mô phỏng .5: Kế t quả khảo sát. 71 xv LỜI NÓI ĐẦU Trong thực tế sản xuất và đời sống, đối với cơ khí cũng nhƣ trong các lĩnh vực trong kỹ thuật khác đều có những kết cấu chịu tải trọng khi làm việc.

Việc tính toán thiết kế để tạo ra các kết cấu làm việc trong những điều kiện cụ thể phù hợp với yêu cầu công việc là việc tất yếu. Vấn đề đặt ra cho các kỹ sƣ thiết kế là tính toán nhƣ thế nào để công việc thiết kế trở nên chính xác và chi phí là thấp nhất.