Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu của luận án Trình bày tổng quan về vật liệu composite, tải trọng dạng áp suất di động, các kết quả nghiên cứu của kết cấu chịu tải trọng di động ở trong nước và nước ngoài, rút ra những kết quả đạt được và các vấn đề cần tiếp luan an 3 tục nghiên cứu. Trên cơ sở những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, đề xuất mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu của luận án. Chương 2: Phân tích phi tuyến động lực học ống trụ composite trong nền đàn hồi chịu áp suất di động Xây dựng các quan hệ ứng xử cơ học của phần tử vỏ cong bằng vật liệu composite trong nền đàn hồi, chịu tác dụng của áp suất di động, làm cơ sở xây dựng thuật toán PTHH và chương trình máy tính phân tích phi tuyến động lực học ống trụ composite chịu tác dụng của áp suất di động với hai loại liên kết: ống trong nền đàn hồi và trên các liên kết thông thường. Chương 3: Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến đáp ứng phi tuyến động lực học của ống trụ composite chịu áp suất di động Tiến hành khảo sát số xem xét ảnh hưởng của các thông số: tải trọng, hình học, vật liệu, liên kết,.
đến đáp ứng phi tuyến động lực học của ống trụ composite trong nền đàn hồi và trên các liên kết thông thường, đưa ra các nhận xét, khuyến cáo kỹ thuật định hướng ứng dụng trong thực tiễn. Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm, thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm, sử dụng các thiết bị đo động đa kênh hiện đại, tiến hành nghiên cứu thực nghiệm xác định đáp ứng biến dạng, chuyển vị của ống trụ composite đặt trên các liên kết đàn hồi và gối cứng tuyệt đối chịu tác dụng của áp suất di động theo phương pháp bơm chất lỏng. Từ đó kiểm chứng độ tin cậy của chương trình tính. Kết luận chung: Trình bày các kết quả chính, những đóng góp mới của luận án và các kiến nghị.
Tài liệu tham khảo luan an 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Vật liệu composite, các ứng dụng và phƣơng pháp tính toán 1. Tổng quan về vật liệu composite, các ứng dụng Vật liệu composite là loại vật liệu được tạo thành từ hai hoặc nhiều thành phần vật liệu có tính chất cơ lý khác nhau và có đặc tính cơ học nổi trội hơn đặc tính cơ học của từng vật liệu thành phần. Vật liệu composite thường gồm một hoặc nhiều pha gián đoạn phân bố trong một pha liên tục.
Pha gián đoạn được gọi là cốt, còn pha liên tục được gọi là nền. Về mặt cơ học, vật liệu cốt và vật liệu nền được coi là những vật liệu đồng chất đẳng hướng. Vật liệu cốt giúp cho vật liệu composite có khả năng chịu uốn kéo cao hơn, vật liệu nền đóng vai trò liên kết vật liệu cốt với nhau và truyền lực cơ học tới chúng, cũng như bảo vệ vật liệu cốt trước tác động của nền xung quanh. Một trong những ưu điểm nổi bật của vật liệu composte là có độ bền riêng và mô đun đàn hồi riêng cao, khả năng chống mài mòn tốt, dễ dàng đáp ứng các yêu cầu của người sử dụng bằng cách thiết kế và điều chỉnh công nghệ sản xuất, bố trí và liên kết vật liệu cốt và nền để tạo ra vật liệu có chất lượng mong muốn, phù hợp với yêu cầu sử dụng và có hiệu quả kinh tế cao.
Tuy nhiên, qúa trình sử dụng cho thấy vật liệu này cũng tồn tại một số nhược điểm, như độ bền của vật liệu phụ thuộc vào công nghệ chế tạo, nhạy cảm với độ ẩm và nhiệt độ của nền nhiều hơn các loại vật liệu khác. Vật liệu composite được phân loại theo hình dạng của vật liệu tăng cường (sợi, hạt hay mảnh) hoặc theo tính chất của vật liệu nền (polimer, kim loại, gốm, cacbon). luan an 5 Composite cốt hạt chứa các hạt nhỏ do đó được xem như đẳng hướng vì hạt được phân bố ngẫu nhiên trong vật liệu nền, phổ biến như hợp kim, gốm nhằm tăng cường độ bền, tăng khả năng chịu nhiệt và chịu oxi hóa,. Composite cốt mảnh chứa các mảnh nhỏ của vật liệu tăng cường phân bố trong vật liệu nền.
Vật liệu mảnh nhỏ thường là thủy tinh, mica, nhôm, bạc.Composite cốt mảnh có độ bền, độ cứng uốn cao, giá thành hạ, tuy nhiên các mảnh nhỏ khó sắp xếp và chỉ có số lượng hạn chế các vật liệu được sử dụng. Composite cốt sợi có vật liệu tăng cường là các sợi ngắn hoặc sợi dài, như sợi thủy tinh, các bon, aramid.Vật liệu nền có thể là nhựa (epoxy, polimer), kim loại, gốm. Do đó, vật liệu composite cốt sợi là vật liệu dị hướng. Đa số vật liệu composite là vật liệu nền polimer (epoxy, polyester, urethane) vì chúng có giá thành hạ, độ bền cao và dễ gia công.
Do nhiều ưu điểm nổi trội nên hiện tại và trong tương lai vật liệu composite được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực như: xây dựng, giao thông, thủy lợi, chế tạo máy, đóng tàu, hàng không vũ trụ,. Với các kết cấu ống composite được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực thủy nông, chuyển tải nước, nhiên liệu,. Đặc biệt trong lĩnh vực quân sự, vật liệu composite cũng được ứng dụng rất nhiều trong các chi tiết vũ khí, ống phóng tên lửa,.Dưới đây là các ví dụ về ứng dụng của composite trong lĩnh vực này. Vũ khí chống tăng: luan an 6 - Norinco type 70-162mm của Trung Quốc và Tiệp khắc là vũ khí chống tăng mà ống phóng của nó làm bằng vật liệu composite sợi thủy tinh.
- Giat Industries Apilas: Vũ khí chống tăng của Pháp - Đức có loa phụt bằng composite polimer sợi aramid, còn ống phóng là ống nhôm tăng bền bằng sợi. - Ấn Độ cũng phát triển loại vũ khí chống tăng loại nhẹ RPG -22 NETO, lớp ngoài ống phóng làm bằng composite, bên trong bằng nhôm. - Tên lửa vác vai kolomna ( SA -18 Grouse), là loại tên lửa đất đối không tầm thấp, ống phóng làm bằng vật liệu composite có độ dài 1,708m. Loa phụt tên lửa: Hai cường quốc Nga, Mỹ đã ứng dụng vật liệu composite để chế tạo loa phụt của các tên lửa đạn đạo, tên lửa chiến lược mang đầu đạn hạt nhân.
Nga đã chế tạo động cơ tên lửa 160 mã lực, nặng 160 kg bằng vật liệu cacbon có tầm bắn 2000 km, động cơ này có thể làm việc liên tục ở nhiệt độ 1.7000C trong 20 giờ mà không cần làm nguội. Cơ quan hàng không vũ trụ NASA đã sản xuất các loại loa phụt tên lửa chiến lược hoàn toàn bằng vật liệu composite cacbon. Buồng đốt động cơ tên lửa: Với công nghệ composite polimer sợi cuốn tiên tiến đã được ứng dụng thành công vào việc chế tạo các vỏ động cơ rocket bằng sợi thủy tinh. Hiện nay composite sợi các bon hứa hẹn có những ưu việt hơn nữa, được ứng dụng trong các lĩnh vực kỹ thuật công nghệ cao.
Phòng thí nghiệm phản lực của Trường đại học tổng hợp Caliphonia đã nghiên cứu chế tạo một số vỏ động cơ rocket bằng vật liệu composite polimer sợi cacbon/epoxy. Chương trình nghiên cứu này đã khẳng định khả năng thực tế của việc sử dụng vật liệu composite trong lĩnh vực công nghệ tên lửa. luan an 7 Hiện nay ở nước ta bước đầu cũng đã ứng dụng vật liệu composite trong việc sản xuất thử nghiệm loạt nhỏ các phôi ống phóng Igla, các nòng súng bắn pháo hoa, ống phóng loạt lựu đạn, ống phóng rải mìn sát thương và các loại ống dẫn nước,. Ống phóng Igla và phôi ống phóng 1.
Phương pháp tính toán kết cấu ống composite Để tính toán các kết cấu ống làm bằng vật liệu composite, phương pháp thuần nhất hóa được sử dụng phổ biến, nội dung của phương pháp này là các kết cấu không thuần nhất được mô hình hóa thành một kết cấu có vật liệu thuần nhất tương đương và các kết cấu được tính toán trên nền thuần nhất tương đương này. Phương pháp thuần nhất hóa có thể được thực hiện theo hai loại mô hình: Mô hình cơ học vi mô và mô hình cơ học vĩ mô. - Mô hình cơ học vi mô: với ý tưởng là thuần nhất hóa đối với các pha của vật liệu, tức là các đặc trưng cơ học của phân tố trong lớp sẽ được xác định thông qua các đặc trưng cơ học của các pha vật liệu thành phần. Hiện đã có một số công trình nghiên cứu về vấn đề này và đã đưa ra các phương luan an 8 pháp tính toán đối với các vật liệu composite hai pha, nhờ đó các hằng số đàn hồi lớp và độ bền giới hạn có thể được dự đoán qua các đặc tính cơ bản cuả vật liệu và yếu tố hình học của pha (sự sắp xếp sợi trong nền cũng như thể tích của vật liệu cốt).
- Mô hình cơ học vĩ mô: việc tính toán được thực hiện cho các loại kết cấu composite lớp, quá trình thuần nhất được tiến hành đối với các lớp của kết cấu. Các đặc trưng cơ học của kết cấu tương đương được xác định thông qua các đặc trưng cơ học của các lớp trong kết cấu đó. Việc xây dựng và giải một số lượng lớn các hệ phương trình đối với từng lớp được thay bằng giải một hệ phương trình của kết cấu thuần nhất tương đương. Hướng tiếp cận này cho phép tính toán các kết cấu composite có cấu trúc phức tạp.
Tổng quan về tải trọng di động và các mô hình ống trụ chịu tải trọng dạng áp suất di động Từ lâu tải trọng di động đã được quan tâm trong việc tính toán, thiết kế các công trình giao thông, xây dựng, v. Do tính phức tạp của nó trong ứng xử cơ học và tính toán, nên tải trọng di động đưa vào mô hình tính thường được mô tả là dạng tải trọng động có chu kỳ, với điểm đặt không đổi. Đây là mô hình tải trọng phản ánh không thật chính xác sự làm việc thực của hệ, song do tính đơn giản trong tính toán, nên ngày nay mô hình này vẫn được sử dụng trong một số trường hợp. Thực tế đã chỉ ra rằng, ảnh hưởng của sự di chuyển tải trọng tới phản ứng động của kết cấu là rất đáng kể, có thể phát sinh những hiện tượng không mong muốn, như làm tăng các luan an 9 giá trị chuyển vị, nội lực và có thể làm kết cấu bị phá huỷ.
Do có ý nghĩa thực tiễn và quan trọng nên hơn 150 năm trước, vấn đề nghiên cứu dao động của kết cấu chịu tải trọng di động đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học trên thế giới.