Chương 1: Tổng quan Giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu chuyển vị tấm composite lớp của các nhà khoa học trong nước và quốc tế. Ngoài ra, tác giả cũng trình bày mục tiêu cần đạt được, ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của việc nghiên cứu. Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trình bày tổng quan về lý thuyết vật liệu sandwich, cơ học vật liệu sandwich để tính toán bài toán chuyển vị tấm sandwich bất đối xứng. Tìm hiểu lý thuyết đẳng hình học (IGA) nhằm xây dựng thuật toán tính toán chuyển vị tấm sandwich bất đối xứng.
Chương 3: Kết quả số Một vài ví dụ số được tính toán dựa trên cơ sở thuật toán thuộc phần kiến thức đã trình bày bằng chương trình Matlap và phần mềm PTHH Ansys. Từ đó, có được sự so sánh đánh giá độ chính xác của thật toán đã xây dựng. Đồng thời, sử dụng phần mềm Ansys để làm rõ hơn các vấn đề chuyển vị của tấm sandwich bất đối xứng. Chương 4: Kết luận và hướng phát triển Dựa vào các kết quả đạt được, đưa ra nhận định về mức độ chính xác phương pháp.
Từ đó đưa ra những điểm mà luận văn làm được và chưa làm được, từ đó đề xuất vấn đề 17 cần làm rõ và phát triển nhằm hoàn thiện phương pháp và có thể ứng dụng trong thực tế sản xuất tấm sandwich bất đối xứng. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 1. Mục tiêu Xác định chuyển vị của tấm sandwich bất đối xứng. Xem xét các yếu tố có thể ảnh hưởng đến chuyển vị của tấm.
Nhiệm vụ luận văn Trình bày cơ sở tính toán chuyển vị tấm sandwich bất đối xứng. Tính toán một số bài toán cụ thể thông qua phần mềm Matlap. Dùng phần mềm PTHH Ansys để phân tích chuyển vị tấm sandwich bất đối xứng. 18 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ thế giới, các phương pháp chế tạo, sản xuất mới đã tạo ra nhưng thách thức yêu cầu công nghệ vật liệu phải có những phát triển đột phá.
Nửa sau thế kỉ XX, các công trình nghiên cứu đã thử nghiệm phối hợp chúng lại với nhau nhằm tạo ra những vật liệu mới, vật liệu sandwich là một trong số đó. Ngày nay, chúng ta có thể nhận thấy vật liệu sandwich ở bất kì đâu, trong hầu hết các lĩnh vực, từ quân sự đến y tế, giáo dục và nhiều qui mô khác nhau. Sự xuất hiện của chúng đã đưa khoa học kĩ thuật của loài người sang một trang sử mới. Lý thuyết về vật liệu sandwich và sandwich bất đối xứng [13,14,15] 2.
Định nghĩa vật liệu sandwich Vật liệu sandwich là vật liệu được cấu tạo từ vật liệu lõi có tỷ trọng thấp và những lớp vỏ khác nhau. Sự kết hợp giữa lõi và vỏ sẽ tạo nên kết cấu trúc có tính chất chất cơ học riêng biệt. Tấm sanwich được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực hàng không và vũ trụ từ nhiều năm nay, cũng như trong cơ khí, xây dựng nhờ vào độ cứng và độ bền cao so với tỷ lệ khối lượng của chúng. Tấm sandwich gồm 1 lớp lõi dày, trọng lượng thấp chia tách 2 tấm vỏ phẳng, cứng và mỏng.
Cấu trúc sandwich lần đầu được sử dụng vào lĩnh vực hàng không trong Thế Chiến thứ 2 cho máy bay thả bom British De Havilland Mosquito. Trước đó, cấu trúc sandwich rất đơn giản, với các lớp mặt là vải, sợi hay kim loại mỏng và lõi làm bằng gổ xốp. Tấm sandwich với (a) lõi nhựa xốp, (b) lõi tổ ong và (c) lõi lượn sóng 2. Phân loại Người thường phân loại sandwich dựa vảo dạng lõi của chúng.
Thông dụng nhất là sandwich lõi nhựa xốp, lõi tổ ong, lõi lượn sóng… 20 Hình 3. Các loại lõi tổ ông của tấm sandwich. Ứng dụng Giao thông vận tải: Thay thế các loại sắt, gỗ, ván. như: càng, thùng trần của các loại xe ôtô, một số chi tiết của xe môtô.
Hàng hải: Làm ghe, thuyền, thùng, tàu. Quốc phòng: Những phương tiện chiến đấu: tàu, cano, máy bay, phi thuyền. Thiết bị: Dụng cụ, phương tiện phục vụ cho việc sản xuất nghiên cứu trong quân đội như: bồn chứa nước hoặc hóa chất, khay trồng rau, bia tập bắn. 21 Công nghiệp hóa chất: Bồn chứa dung dịch acid (thay gelcoat bằng epoxy hoặc nhựa vinyleste); Bồn chứa dung dịch kiềm ( thay gelcoat bằng epoxy) Dân dụng: Sản phẩm trong sơn mài: bình, tô, chén, đũa.
Sản phẩm trang trí nội thất: khung hình, phù điêu, nẹp hình, vách ngăn. Hàng không vũ trụ: Trong những năm gần đây, composite được sử dụng chế tạo các bộ phận trên máy bay như kết cấu khung xương, thân máy bay, cánh, bộ phận dẫn hướng. Theo thống kê của hãng máy bay Boeing, chiếc Boeing Dreamliner 787 sử dụng đến 50% composite trên toàn bộ trọng lượng. Một trong những lý do quan trọng nhất của việc ứng dụng rộng rãi loại vật liệu này trong ngành Hàng không là độ bền và độ cứng tương đối trên trọng lượng riêng của composite lớn.
Điều này làm giảm trọng lượng của máy bay, tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường và tăng hiệu quả kinh tế. Composite còn được sử dụng để chế tạo các chi tiết hình dáng phức tạp, góp phần làm giảm số lượng chi tiết trên máy bay, đồng thời giảm thời gian và chi phí lắp đặt sản phẩm. Vật liệu composite cốt sợi thủy tinh có tính trong suốt đối với sóng rada, đặc tính này rất quan trọng trong các ứng dụng quân sự. Nó còn được sử dụng nhiều trong công nghệ vũ trụ.
Nhà ở sử dụng tấm sandwich (Nguồn internet). Vật liệu sandwich bất đối xứng Cấu trúc tấm Sandwich chủ yếu gồm hai tấm bề mặt mỏng và một lõi dày nhẹ ở giữa. Thường các vật liệu được sử dụng cho tấm bề mặt là vật liệu nhiều lớp (thủy tinh, cacbon, kevlar) hoặc tấm hợp kim nhẹ, trong khi lõi có thể đặc làm bằng gỗ, gỗ bông bấc, chất dẽo tăng cường hoặc lõi rỗng dạng tổ ong bằng hợp kim nhẹ, giấy tẩm nhựa, giấy polyamit,… Các tấm mặt thường được liên kết với lõi bởi chất kết dính. Các tấm bề mặt chịu hầu hết tải trọng tác dụng bề mặt, lõi tăng độ cứng vững khi uốn và chịu cắt, nén.
Khả năng của tấm sandwich không chỉ phụ thuộc vào đặc tính của các lớp bề mặt mà còn ở lõi, chất kết dính giữa các thành phần, cũng như kích thước, cấu trúc. Yếu tố rất quan trọng là bố trí cấu trúc của các thành phần. Cấu trúc tấm sandwich Vật liệu sandwich thường đề cập là vật liệu sandwich đối xứng qua mặt cắt trung tâm. Vật liệu sandwich bất đối xứng thì không có đặc điểm đối xứng này.
Chính vì điều đó làm cho những lý thuyết đã xây dựng cho vật liệu sandwich bình thường chưa phù hợp khi áp dụng tính toán cho vật liệu sandwich bất đối xứng. Lý thuyết đẳng hình học (IGA) 2. Giới thiệu Tổng quan về lý thuyết hình học NURBS tập trung vào việc mô tả toán học của các đường cong dạng tự do sẽ được xem xét trong chương này. Thông tin chi tiết về mô hình cơ sở hình học NURBS có thể được tìm thấy trong các sách của Piegl và Tiller [16] và Rogers [17].
Hình học NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) được phát triển dựa trên các đường cong và bề mặt Bézier được đề xuất vào những năm cuối thập niên 1960 và đầu thập niên 1970. Đường cong NURBS có thể miêu tả một cách chính xác hàng loạt các dạng hình học khác nhau, đặc biệt là dạng hình nón. Cơ sở hình học NURBS có lợi thế rất lớn là sự linh hoạt và chính xác. Vì vậy ngày nay, cơ sở hình học NURBS đã trở thành tiêu chuẩn trong thiết kế dựa trên máy tính (CAD).
Chương này sẽ bắt đầu với việc miêu tả ngắn về hình học B-Spline. Đường cong và mặt B-Spline được miêu tả một cách chi tiết từ định nghĩa và tính chất của B-Spline áp dụng với NURBS. Sau đó, NURBS là dạng tổng quát của B-Spline sẽ được trình bày. Phương pháp đẳng hình học được Hughes và cộng sự [18] đề xuất nằm 2005.
Trong đó sử dụng hàm xấp xỉ NURBS để đồng thời xây dựng mô hình hình học và hàm xấp xỉ biến trong phương pháp phần tử hữu hạn. Các phân tích đẳng hình học đã được đề xuất bởi Hughes, nghĩa là các mô hình phân tích sử dụng các mô tả toán học giống như các mô hình hình học. Nó là một dạng nâng cao của phân tích đẳng tham số. Đẳng hình học sử dụng các hàm số giống nhau để mô tả hình dạng ban đầu và các ẩn số chưa biết, ví dụ như chuyển vị.
Lưu ý rằng trong trường hợp này, hình dạng ban đầu là hình dạng sử dụng trong mô hình phân tích. Phương pháp đẳng tham số là một phương pháp đạt độ chính xác cao khi phân tích chuyển động vật rắn. Trong phân tích phần tử hữu hạn truyền thống, bậc thấp, chủ yếu là tuyến tính, đa thức Lagrange được sử dụng như các hàm số cơ sở cho việc phân tích, trong khi máy tính dựng mô hình hình học được dựa trên hàm số spline và chia các bề mặt. Vì vậy, sử dụng phải chuyển đổi mô hình khi mô hình đó được thiết kế trong CAD để phân tích bằng phần tử hữu hạn.
Để phân tích được mô hình được chuyển về lưới gồm 24 các nút xác định. Sự chuyển đổi này gọi là chia lưới. Việc chuyển đổi mô hình này gây ra một loạt các vấn đề. Vấn đề rõ ràng nhất là do việc chuyển đổi mô hình, thông tin hình học bị mất.
Các mô hình phần tử hữu hạn chỉ là gần đúng với mô hình ban đầu, độ chính xác phụ thuộc vào mật độ lưới. Đặc biệt khi chuyển đổi làm thay đổi cấu trúc tự nhiên của mô hình ví dụ như mô hình vỏ mỏng thì nó gây ra sai số lớn. Thứ hai là về thời gian chia lưới, vấn đề này rất quan trọng trong công nghiệp. Khi hiệu chỉnh, thiết kế lại mô hình thì phải sửa đổi chia lưới, làm mất thời gian.
Các phân tích đẳng hình học đã thể hiện nhiều ưu điểm tuyệt vời trong việc giải quyết nhiều vấn đề khác nhau trong một loạt các lĩnh vực nghiên cứu như tương tác chất lỏng, vỏ, phân tích kết cấu, cơ học phá hủy. Ý tưởng về phân tích đẳng hình học là các hàm số được sử dụng để mô tả hình học trong CAD được lấy để phân tích và tính toán. Bằng cách này, toàn bộ quá trình chia lưới có thể được bỏ qua và hai mô hình cho thiết kế và phân tích hợp thành một.