Thiết kế tối ưu kết cấu và chế tạo bánh răng bằng vật liệu nhựa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THANH KHÔI THIẾT KẾ TỐI ƯU KẾT CẤU VÀ CHẾ TẠO BÁNH RĂNG BẰNG VẬT LIỆU NHỰA Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Mã số: 8520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2023 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS TS Nguyễn Hữu Lộc Cán chấm nhận xét : PGS TS Lê Thanh Danh Cán chấm nhận xét : TS Phạm Quang Trung Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 10 tháng 01 năm 2023 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch: PGS TS Nguyễn Thanh Hải Thư ký: TS Dương Huyền Luynh Cán phản biện 1: PGS TS Lê Thanh Danh Cán phản biện 2: TS Phạm Quang Trung Ủy viên: PGS TS Phạm Sơn Minh Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THANH KHÔI MSHV: 2270007 Ngày, tháng, năm sinh: 16/12/1999 Nơi sinh: TP.HCM Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Mã số: 8520103 I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ TỐI ƯU KẾT CẤU VÀ CHẾ TẠO BÁNH RĂNG BẰNG VẬT LIỆU NHỰA (STRUCTURAL OPTIMIZATION AND MANUFACTURE OF PLASTIC GEARS) II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • Nghiên cứu đặc tính của vật liệu nhựa cở điển đại, từ đó lựa chọn vật liệu phù hợp để áp dụng cho bánh • Nghiên cứu phương pháp chế tạo bánh răng, phương pháp hậu xử lý dạng hỏng Từ đó thiết kế bánh theo vật liệu phương pháp chế tạo phù hợp • Nghiên cứu phương pháp tối ưu khối lượng truyền thống đại Lựa chọn phương pháp tối ưu tốt để tối ưu khối lượng bánh • Mơ phỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn xử lý số liệu theo quy hoạch thực nghiệm Cuối cùng so sánh với bánh đặc theo chuẩn VDI2736 đưa kết luận III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/09/2022 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/05/2023 V.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN HỮU LỘC Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ (Họ tên chữ ký) Lời cảm ơn Nguyễn Thanh Khôi LỜI CẢM ƠN Lời xin phép gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS NGUYỄN HỮU LỘC, TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM, người đã theo sát hỗ trợ nhiều thời gian thực luận văn vừa qua Thầy đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện cho nghiên cứu cũng luận văn của thuận lợi có thể, từ đó thu kết mỹ mãn Nếu không có sự hỗ trợ của thầy, đã không thể đạt kết Một lần nữa xin cảm ơn kính chúc PGS.TS NGUYỄN HỮU LỘC gia đình thật nhiều sức khỏe, chúc thầy thành công nữa công tác nghiên cứu, giảng dạy đào tạo tại trường Đại học Bách Khoa TP.HCM Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20… Học viên thực Ngũn Thanh Khơi i Tóm tắt Ngũn Thanh Khơi TĨM TẮT Nghiên cứu đề với mục tiêu tối ưu kiểu dáng của bánh nhựa để giảm bớt lượng vật liệu của bánh đảm bảo tính, sau đó chế tạo thử nghiệm phương pháp in 3D Nội dung nghiên cứu bao gồm nghiên cứu tổng quan về vật liệu nhựa để hiểu ưu điểm nhược điểm Khi đã hiểu rõ về vật liệu chế tạo bánh răng, thiết kế bánh nhựa kết hợp với chuẩn VDI 2736 Sau đó, nghiên cứu phương tối ưu kiểu dáng dựa topology mô phỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để có thể tiết kiệm vật liệu, tinh giảm khối lượng gia tăng số tính định Xử lý số liệu phương pháp quy hoạch thực nghiện rút kết luận Kết cho thấy cách topology thu kết khả quan có thể áp dụng để chế tạo bánh Từ khóa: bánh răng, topology, in 3D, polymer, FEM ABSTRACT This study was proposed to optimize the design of plastic gears to reduce the amount of gear material while still ensuring mechanical properties, then fabricated by a 3D printing method The research content includes an overview of plastic materials to understand their advantages and disadvantages Once the gear material is well understood, the next step is to design non-metallic gears in combination with the VDI 2736 standard After that, the design optimization method based on topology and simulation by Finite Element Method (FEM) to save materials, reduce mass and increase specific mechanical properties Data processing by experimental design method and finally concluding The results show that the new topology methods have got very positive results and can apply to the manufacture of gears Keywords: gears, topology, 3D printing, polymer, FEM ii Lời cam kết Nguyễn Thanh Khôi LỜI CAM KẾT Tôi xin cam kết luận văn thạc sĩ “THIẾT KẾ TỐI ƯU KẾT CẤU VÀ CHẾ TẠO BÁNH RĂNG BẰNG VẬT LIỆU NHỰA” công trình nghiên cứu của riêng Các số liệu tài liệu luận văn trung thực chưa công bố bất kỳ công trình nghiên cứu Tất những tài liệu tham khảo đều trích dẫn tham chiếu đầy đủ Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20… Học viên thực Nguyễn Thanh Khôi iii Mục lục Nguyễn Thanh Khôi MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii LỜI CAM KẾT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ix CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.3 Tính cấp thiết của đề tài .6 1.4 Mục tiêu của đề tài .6 1.5 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn .7 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.8 Cấu trúc của luận văn CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT .9 2.1 Tổng quan về Polymer .9 2.2 Lựa chọn vật liệu chế tạo bánh nhựa .12 2.3 Vật liệu chế tạo bánh thông dụng 16 2.4 Tổng quan về gia công bánh nhựa (phương pháp, lợi hại) 18 2.5 Hậu xử lý để cải thiện bề mặt 30 2.6 Tổng quan về Topology (thiết kế tối ưu thân bánh răng) 45 2.7 Giới thiệu về phương pháp Michell Truss .55 iv Mục lục Nguyễn Thanh Khôi 2.8 Giới thiệu về phương pháp Lattice 56 2.9 Giới thiệu phương pháp quy hoạch thực nghiệm .62 2.10 Tổng kết chương 62 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU 63 3.1 Cấu trúc Michell Truss .63 3.2 Cấu trúc Lattice 65 3.3 Tổng kết chương 83 CHƯƠNG KẾT LUẬN 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 v Danh mục hình ảnh Nguyễn Thanh Khôi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Bánh nhựa cấu sấy của máy làm giấy (ảnh: Euroshore) Hình 1.2 Các khu vực của bánh a) May bánh răng, b) Thân bánh răng, c) Vành Hình 1.3 Ảnh chụp cấu trúc bên cánh bướm [11] Hình 1.4 Mơ hình Michell Truss (ảnh của Arek Mazurek phục chế từ [17], Wikipedia) Hình 1.5 Nhụy hoa hướng dương (ảnh từ Encyclopædia Britannica) .5 Hình 1.6 Gian giữa của nhà thờ Durham (chụp Oliver-Bonjoch, Wikipedia) Hình 1.7 Trung tâm CITIC Thâm Quyến, Trung Quốc (ảnh từ © SOM) Hình 2.1 Cấu tạo của polymer đồng côplyme 1) polymer đồng 2) copolymer thay 3) copolymer ngẫu nhiên 4) copolymer hóa khối 5) copolymer ghép (ảnh: Wikipedia) 10 Hình 2.2 Một số cấu trúc điển hình của polymer (ảnh: Wikipedia) 11 Hình 2.3 Ứng suất bền mỏi bề mặt so với chu kỳ đặt tải trọng [4] 13 Hình 2.4 Đồ thị thể ảnh hưởng của nhiệt độ đến mô đun, của nhựa nhiệt dẻo tinh thể vô định hình, có không có độn sợi thủy tinh [1] 14 Hình 2.5 Biểu diễn nhựa tinh thể nhựa vơ định hình mặt phẳng hai chiều [1] 15 Hình 2.6 Công nghệ tạo hình [24] 18 Hình 2.7 Công nghệ cắt gọt [24] .18 Hình 2.8 Công nghệ bồi đắp [24] 19 Hình 2.9 A) Phay đĩa, B) Phay ngón [25] .19 Hình 2.10 Chuốt bánh [25] 20 Hình 2.11 Sơ đồ minh họa chuốt bánh [26] 20 Hình 2.12 Xọc máy chép hình A) Sơ đồ minh họa, B) hình ảnh thực tế [25] 20 Hình 2.13 Sơ đồ mô tả trình bào, phay lăn xọc [26] .21 Hình 2.14 Đúc phun ép (ảnh của Boyan Manufacturing Solutions) .23 Hình 2.15 Phân loại phương pháp theo nguyên lý [24] 24 vi Danh mục hình ảnh Nguyễn Thanh Khôi Hình 2.16 Phân loại phương pháp theo vật liệu [24] 24 Hình 2.17 Chọn phương pháp theo nhu cầu trưng bày [24] 29 Hình 2.18 Chọn phương pháp theo nhu cầu chức [24] 29 Hình 2.19 Bánh nhựa ABS in 3D độ nhám đo [28] 30 Hình 2.20 Bánh nhựa PEI in 3D độ nhám đo [28] 31 Hình 2.21 Bánh nhựa PEEK in 3D độ nhám đo [28] 32 Hình 2.22 Các phương pháp xử lý bề mặt cho phương pháp in FDM [29] 33 Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý của phương pháp dòng mài mòn [29] 34 Hình 2.24 Sơ đồ mô tả phương pháp phun cát [29] 35 Hình 2.25 Sơ đồ mô tả chậu rung [29] 36 Hình 2.26 Sơ đồ mô tả thùng trộn [29] 37 Hình 2.27 Sơ đồ mô tả phương pháp cắt nóng [29] 37 Hình 2.28 Sơ đồ mô tả phương pháp lăn ép bi [29] 38 Hình 2.29 Sơ đồ mô tả phương pháp mài từ [29] 39 Hình 2.30 Sơ đồ mô tả phương pháp khuấy ma sát [29] 40 Hình 2.31 Sơ đồ của trình kết tinh lại bao gồm (A) trạng thái ban đầu, (B) lệch nguyên tử (atomic dislocation) diện rộng tạo trình hàn khuấy ma sát (được thể vòng tròn), (C) sự định hướng lại của cấu trúc nguyên tử cấu trúc hạt hoàn chỉnh [31] 40 Hình 2.32 Sơ đồ mô tả phương pháp ngâm acetone [29] 42 Hình 2.33 Sơ đồ mô tả phương pháp ngâm acetone [29] 42 Hình 2.34 Sơ đồ mô tả phương pháp tái tan chảy laser [29] 44 Hình 2.35 Sơ đồ mô tả phương pháp chảy CNC [29] .45 Hình 2.36 Ô đơn vị với phần vật liệu khoảng rỡng với kích thước 𝑎 × 𝑏 định hướng 𝜃 [32] 47 Hình 2.37 Cấu tạo Michell Truss với N=3 56 Hình 2.38 Michell Truss với N=5 56 Hình 2.39 Mơ hình CAD 56 Hình 2.40 Chia lưới FE 56 Hình 2.41 Ràng buộc (đỏ) momen xoắn (vàng) 56 vii Thiết kế tối ưu Nguyễn Thanh Khôi giảm lượng vật liệu 24% với chuyển vị 16% đồng thời có ứng suất biến dạng thấp bánh đặc Khi quan sát biểu đồ Pareto về sự giảm thể tích độ chuyển vị (Hình 3.6), có thể thấy yếu tố đều có ảnh hưởng, mức độ ảnh hưởng khác Chiều dày có ảnh hưởng lớn đến chuyển vị giảm thể tích; bề dày lớn chuyển vị giảm tởn thất thể tích giảm Để giảm khối lượng, việc tăng chiều dày để tăng độ cứng bánh giải pháp tối ưu, đó nên chọn chiều dày phù hợp Nó phải đủ dày để đạt độ cứng cao đủ mỏng để đạt mức giảm khối lượng mong muốn Bán kính của sở có ảnh hưởng nhất; bán kính lớn thì độ chuyển vị độ giảm thể tích giảm, khơng nhiều Đây có thể coi thông số để tinh chỉnh lượng khối lượng cần giảm của bánh cho phù hợp Hai tham số đáng chú ý số vòng cung chiều cao của sở Số vịng cung yếu tố ảnh hưởng lớn thứ hai sự giảm khối lượng ảnh hưởng thứ ba chuyển vị, tức tăng số cung lên cao dẫn đến khối lượng tăng lớn độ cứng bánh khơng nhiều Điều có nghĩa tăng số vòng cung để tăng độ cứng của bánh không có lợi, nên chọn số vịng cung thích hợp Chiều cao của sở có ảnh hưởng thứ ba đến việc giảm thể tích ảnh hưởng lớn thứ hai đến độ chuyển vị, việc giảm chiều cao dẫn đến sự tăng nhỏ về thể tích cải thiện lớn về độ chuyển vị Điều cho thấy việc giảm độ giảm chiều dày sau đó điều chỉnh giảm khối lượng thông qua biến số khác giúp cải thiện chuyển vị bánh mong muốn, đó tăng độ cứng bánh đảm bảo lượng cắt vật liệu mong muốn Khi biểu đồ Pareto thứ hai (Hình 3.8) quan sát, biến chọn lại làm cho chiều cao của ô đơn vị trở thành ảnh hưởng lớn đến sự chuyển vị giảm thể tích Bởi vì bước chiều dày chọn nhỏ, ảnh hưởng của chiều dày giảm Trình tự lựa chọn biến điều khiển áp dụng cấu Gyroid cho bánh vẽ sau, chọn thông số với mục tiêu chiều dày nhỏ tốt đảm bảo tính gia cơng; sau đó tính tốn lại độ giảm khối lượng Nếu khơng phù hợp, chiều cao độ dày của ô đơn vị có thể điều chỉnh cho phù hợp với nhu 79 Thiết kế tối ưu Nguyễn Thanh Khôi cầu, hai thơng số cịn lại có thể giữ ngun Việc điều chỉnh biến kiểm sốt có tầm quan trọng lớn khả định hình cấu trúc TPMS Nếu biến điều khiển không điều chỉnh đúng cách, chúng gây nhiều lỗi lỗi cấu trúc (Hình 3.9), lỡi chia lưới, lỡi thuật tốn, v.v Hình 3.9 Cấu trúc Gyroid lỗi cấu trúc chọn số cung thấp C=5 (các vùng đen xuất hiện) Để giải thích việc thay đởi chiều cao của ô đơn vị ảnh hưởng đến sự chuyển vị nào, ô đơn vị Gyroid phải sửa đởi Có thể thấy có dạng vị trí: 450 900 Hình 3.10 Khi tác dụng lực theo phương w, vị trí 900 chịu lực kéo nén đúng tâm nên chuyển vị thấp vị trí 450 Góc xảy hai kích thước w u của đơn vị (tức giống hình vng), kích thước w tăng lên, góc 450 tăng gần 900 ngược lại Do đó, để bánh trở nên cứng hơn, cần có nhiều vị trí với phương chịu lực góc 900, vị trí cịn lại tăng dần đến 900 Chiều cao của ô sở Gyroid giảm dần đáp ứng nhu cầu đó Ví dụ, giảm chiều cao xuống 0,5 mm thay mm (Hình 3.11) dẫn đến sự thay đổi lớn, có thể thấy Bảng 3.16 Bánh có chiều cao mm đạt mức giảm thể tích 23,6% chuyển vị lên đến 33,2% (Bảng 3.16, số 1) so với bánh đặc, bánh có chiều cao 0,5 mm đạt mức giảm thể tích 22,45% chuyển vị 09,48% (Bảng 3.16, số 11) Có thể thấy chiều cao của ô đơn vị thấp khả giảm thể tích giảm chuyển vị tăng, nhiên cần lựa chọn để đảm bảo khả sản xuất 80 Thiết kế tối ưu Nguyễn Thanh Khôi 450 900 a) Hình 3.10 Các vị trí phân bố lực ô sở Gyroid b) Hình 3.11 Mặt cắt của phần TPMS có chiều cao a) 0,5 mm; b) mm Bảng 3.16 Bảng kết mô phỏng, xếp theo thứ tự giảm dần D/D0 No, R H A T Full Gear RV D D/D0 ε σ 0,0277 0,00734 51,6650 20 1,5 0,2361 0,0369 1,3322 0,00724 42,9839 0,8 20 0,8 0,2752 0,0328 1,1855 0,00607 38,3857 0,9 30 0,8 0,2518 0,0328 1,1849 0,00833 45,2538 0,6 15 0,8 0,2748 0,0323 1,1651 0,00622 43,2415 0,9 25 0,9 0,2464 0,0321 1,1583 0,00599 34,0016 6 0,5 20 0,7 0,2628 0,0318 1,1465 0,00579 36,3578 0,6 25 0,7 0,2567 0,0317 1,1450 0,00544 30,8905 0,5 25 0,7 0,2503 0,0310 1,1206 0,00633 39,9433 0,9 35 0,9 0,1862 0,0307 1,1100 0,00547 35,9770 10 0,9 25 0,9 0,1952 0,0306 1,1060 0,01010 43,2814 11 0,5 25 0,7 0,2245 0,0303 1,0948 0,00599 37,5997 12 0,9 35 0,9 0,1321 0,0298 1,0746 0,00646 42,2791 với D/D0 chuyển vị của bánh đã giảm khối lượng chia cho bánh đặc Để kiểm tra kết nghiên cứu bánh lớn, thiết kế kích thước bánh trụ theo tỉ lệ với thông số như: mô đun m = mm, góc ăn khớp α = 200, số z = 40, chiều rộng vành b = 15 mm, mô men xoắn T = 27 Nm; bánh còn lại có mô đun m = mm, góc ăn khớp α = 200, số z = 40, 81 Thiết kế tối ưu Nguyễn Thanh Khôi chiều rộng vành b = 25 mm, mô men xoắn T = 125 Nm Sau so sánh kết mô phỏng của bánh có độ giảm thể tích tương tự của bánh số Bảng 3.16, kết Bảng 3.17 Bảng 3.18 Kết cho thấy, dù bánh nhỏ cũng khơng có khả chế tạo xác cơng thức có thể áp dụng cho bánh lớn Có thể thấy bảng đây, bánh lớn với đường kính vòng chia 120 mm (Mômen xoắn=27 Nm) hoặc 200 mm (Mômen xoắn=125 Nm) đảm bảo chuyển vị ứng suất Chuyển vị tăng 16,9% (d=120 mm) 19,1% (d=200 mm) so với bánh số Bảng 3.16 15,8% không lớn, ứng suất biến dạng tăng lên xấp xỉ của bánh đặc đảm bảo thấp Do đó, kích thước lớn hơn, bánh cùng cấu hình khơng cịn cứng bền ban đầu; áp dụng kết nghiên cứu để điều chỉnh thông số thu độ cứng độ bền mong muốn (bánh số Bảng 3.18) Cuối cùng, bánh số Bảng 3.18 đã chọn để chế tạo, thể hình Hình 3.12, Hình 3.13, Hình 3.14 Hình 3.15 Bảng 3.17 Kết mô phỏng bánh lớn (d=120mm) No R H A T Full Gear RV D D/D0 0,0820 ε σ 0,0073 42,2918 24 2,7 25 2,7 0,2486 0,0960 1,1698 0,0074 41,5751 Bảng 3.18 Kết mô phỏng bánh lớn (d=200mm) No R H A T Full Gear 40 4,5 25 4,5 20* 2,5 25 RV D D/D0 ε σ 0,1359 0,00795 48,0918 0,2486 0,1619 1,1914 0,00715 47,4175 0,2380 0,1553 1,1430 0,00606 43,3903 * R=40 mm xuất lỗi (xuất vùng đen), chuyển thành R=20 mm để khắc phục vấn đề 82 Thiết kế tối ưu Nguyễn Thanh Khôi Hình 3.12 Xem trước dạng file STL Hình 3.13 In 3D bánh Hình 3.14 Mẫu bánh Hình 3.15 Góc chụp thể rõ lỗ 3.3 Tổng kết chương Bánh tối ưu theo phương pháp Michell Truss giảm 20% khối lượng chuyển vị tăng 22% đồng thời có ứng suất thấp bánh đặc, tối ưu so với trường hợp tối ưu khoét lỗ truyền thống [61] giảm 15% khối lượng chuyển vị tăng 24% Cấu trúc tạo hình đơn giản, dễ kiểm soát, hiệu tương đối cao có thể chế tạo phương pháp tạo hình đúc phun ép Bánh tối ưu theo phương pháp Lattice giảm lượng vật liệu 24% với chuyển vị 16% đồng thời có ứng suất biến dạng thấp bánh đặc Phương pháp đánh giá tối ưu so với cấu trúc Michell phương pháp truyền thống việc tối ưu khối lượng đảm bảo tính bánh Tuy nhiên, phương pháp tạo cấu trúc bên phức tạp, có thể chế tạo phương pháp bồi đắp vật liệu 83 Kết luận Nguyễn Thanh Khôi CHƯƠNG KẾT LUẬN Sau nghiên cứu về vật liệu, quy trình chế tạo, hậu xử lý cũng phương pháp topology, luận văn đã rút hai phương pháp tối ưu kết cấu cho bánh nhựa Từ đó có xây dựng quy trình tối ưu cấu trúc đại cho chi tiết khí cần cắt giảm vật liệu thừa Phương pháp Michell Truss có thể đạt ứng suất thấp so với bánh đặc Các thông số độ dày số vòng tròn đồng tâm lớn thì tính cao, nhiên lại ảnh hưởng đến độ giảm khối lượng Phương pháp đánh giá đơn giản phương pháp cổ điển đại giới thiệu luận văn Tuy kết không tốt phương pháp Lattice tốt phương pháp khoét lỗ hoặc tạo gân theo kinh nghiệm Cấu trúc còn điểm mạnh nữa có thể đúc thay vì bồi đắp vật liệu Phương pháp Lattice có thể đạt ứng suất thấp so với bánh đặc độ giảm thể tích khơng q 30% Mối tương quan giữa độ giảm thể tích biến thiết kế mật thiết (trên 90%), có thể dễ dàng điều khiển phương trình hồi quy Đây phương pháp tốt phương pháp nghiên cứu luận văn Do khả điều khiển linh hoạt, có thể đạt độ giảm thể tích mong muốn đảm bảo tính Phương pháp tạo cấu trúc phức tạp nên có thể gia công bồi đắp Luận văn chủ yếu xoay quanh bánh thẳng, còn nhiều biên dạng bánh khác nhiều chi tiết khí khác cần nghiên cứu áp dụng phương pháp topology đại Cấu trúc Lattice nhà nghiên cứu cho có thể tăng độ bền mỏi tăng khả tản nhiệt của kết cấu, vì cần kiểm chứng thêm Các cấu trúc đại còn gặp khó khăn việc chế tạo xác kiểm chứng tính thực nghiệm so với mơ phỏng 84 Danh mục công trình khoa học Nguyễn Thanh Khơi DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC Tạp chí quốc tế L H Nguyen and K T Nguyen, “Lightweight Plastic Gear Body using Gyroid Structure for Additive Manufacturing,” J Mach Eng., vol 22, Dec 2022, doi: 10.36897/JME/157077 Tạp chí nước K T Nguyen and L H Nguyen, “Tối ưu bánh nhựa theo cấu trúc Michell Truss,” Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 298, tháng 12 năm 2022 85 Tài liệu tham khảo Nguyễn Thanh Khôi TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “AGMA 920-B15, Materials for Plastic Gears,” in American Gear Manufacturers Association, 1001 N Fairfax Street, Suite 500, Alexandria, Virginia 22314 [Online] Available: http://www.agma.org [2] J R Davis, “Plastics,” in Gear Materials, Properties, and Manufacture, J.R Davis, Ed ASM International, 2005, pp 77–88 [3] “Thermoplastic gear wheels - Materials, material selection, production methods, production tolerances, form design.” Beuth Verlag, VDI 2736 Sheet 1, 2016 [4] V E Starzhinsky, “Polymer Gears,” in Encyclopedia of tribology, Q J Wang and Y.-W Chung, Eds Springer, 2013, pp 2592–2602 doi: 10.1007/978-0387-92897-5 [5] Decisiondatabases, “Global Plastic Gears Market 2020 by Manufacturers, Regions, Type and Application, Forecast to 2025,” 2020 https://www.decisiondatabases.com/ip/16786-plastic-gears-market-analysisreport, accessed Apr 16, 2022 [6] C M Illenberger, “High-Performance Plastic Gears,” in Recent Advances in Gearing, S P Radzevich, Ed Springer Nature, 2022, pp 143–182 doi: 10.1007/978-3-030-64638-7 [7] N H Loc and L T Anh, “Contact stress analysis and optimization of spur gears,” IOP Conf Ser Mater Sci Eng., vol 1109, no 1, Mar 2021, doi: 10.1088/1757-899X/1109/1/012004 [8] D Li, W Liao, N Dai, G Dong, Y Tang, and Y M Xie, “Optimal Design and Modeling of Gyroid-based Functionally Graded Cellular Structures for Additive Manufacturing,” Comput Des., 2018, doi: 10.1016/j.cad.2018.06.003 [9] Y H Kuo, C C Cheng, Y S Lin, and C H San, “Support structure design in additive manufacturing based on topology optimization,” Struct Multidiscip 86 Tài liệu tham khảo Nguyễn Thanh Khôi Optim 2017 571, vol 57, no 1, pp 183–195, Jul 2017, doi: 10.1007/S00158017-1743-Z [10] A Nazir, K M Abate, A Kumar, and J Y Jeng, “A state-of-the-art review on types, design, optimization, and additive manufacturing of cellular structures,” Int J Adv Manuf Technol 2019 1049, vol 104, no 9, pp 3489–3510, Jul 2019, doi: 10.1007/S00170-019-04085-3 [11] L Wu et al., “Optical Performance Study of Gyroid-Structured TiO2 Photonic Crystals Replicated from Natural Templates Using a Sol-Gel Method,” Adv Opt Mater., vol 6, no 21, Nov 2018, doi: 10.1002/ADOM.201800064 [12] T Wester, “Nature Teaching Structures:,” Int J Sp Struct., vol 17, no 2–3, pp 135–147, Nov 2002, doi: 10.1260/026635102320321789 [13] M E Bulduk, C İ Çalışkan, M Coşkun, G ệzer, and E Koỗ, Comparison of the effect of different topological designs and process parameters on mechanical strength in gears,” Int J Adv Manuf Technol 2021 1199, vol 119, no 9, pp 6707–6716, Jan 2022, doi: 10.1007/S00170-021-08405-4 [14] A du Plessis, I Yadroitsava, I Yadroitsev, S G le Roux, and D C Blaine, “Numerical comparison of lattice unit cell designs for medical implants by additive manufacturing,” Virtual Phys Prototyp., vol 13, no 4, pp 266–281, Oct 2018, doi: 10.1080/17452759.2018.1491713 [15] G Xu, N Dai, G Xu, and N Dai, “Michell truss design for lightweight gear bodies,” Math Biosci Eng 2021 21653, vol 18, no 2, pp 1653–1669, Feb 2021, doi: 10.3934/MBE.2021085 [16] T Stejskal, M Dovica, J Svetlík, P Demeč, L Hrivniak, and M Šašala, “Establishing the Optimal Density of the Michell Truss Members,” Mater 2020, vol 13, no 17, p 3867, Sep 2020, doi: 10.3390/MA13173867 [17] A G M Michell, “ LVIII The limits of economy of material in framestructures ,” London, Edinburgh, Dublin Philos Mag J Sci., vol 8, no 47, pp 87 Tài liệu tham khảo Nguyễn Thanh Khôi 589–597, Nov 1904, doi: 10.1080/14786440409463229 [18] N H Loc, “Tối ưu kiểu dáng chi tiết máy,” in Tạp chí Cơ khí Việt Nam, 2018, vol doi: ISSN: 0866 - 7056 [19] G J Johnson, Polymer Science Dictionary (3rd edition), vol 32, no 2018 doi: 10.1108/rr-12-2017-0257 [20] H F Mark and Norbert M Bikales, Encyclopedia of Polymer Science and Technology, 3rd ed Wiley-Interscience, 2004 doi: 10.1002/0471440264.pst424 [21] B Redwood, F Schöffer, and B Garret, The 3D Printing Handbook 3D Hubs, 2017, Available: https://books.google.com/books/about/The_3D_Printing_Handbook.html?hl= pl&id=R3OvswEACAAJ, accessed: Dec 02, 2022 [22] K Gupta, N K Jain, and R Laubscher, Advanced Gear Manufacturing and Finishing: Classical and Modern Processes Elsevier, 2017 [23] F Klocke, “Gear Cutting,” in CIRP Encyclopedia of Production Engineering, Springer, Berlin, Heidelberg, 2014, pp 569–576 doi: 10.1007/978-3-64220617-7_6405 [24] S P Radzevich, Dudley’s Handbook of Practical Gear Design and Manufacture, 4th ed New York: CRC Press, 2021 doi: 10.1201/9781003126881 [25] J Pisula, G Budzik, P Turek, and M Cieplak, “An analysis of polymer gear wear in a spur gear train made using fdm and fff methods based on tooth surface topography assessment,” Polymers, vol 13, no 10 2021 doi: 10.3390/polym13101649 [26] A W Hashmi, H S Mali, and A Meena, “The Surface Quality Improvement Methods for FDM Printed Parts: A Review,” in Fused Deposition Modeling Based 3D Printing, Harshit K Dave and J Paulo Davim, Eds Springer Nature, 88 Tài liệu tham khảo Nguyễn Thanh Khôi 2021, pp 174–201 doi: 10.1007/978-3-030-68024-4_9 [27] H S Mali, B Prajwal, D Gupta, and J Kishan, “Abrasive flow finishing of FDM printed parts using a sustainable media,” Rapid Prototyp J., vol 24, no 3, pp 593–606, Apr 2018, doi: 10.1108/RPJ-10-2017-0199 [28] A M Ralls, A K Kasar, and P L Menezes, “Friction Stir Processing on the Tribological, Corrosion, and Erosion Properties of Steel: A Review,” J Manuf Mater Process., vol 5, no 3, p 97, Sep 2021, doi: 10.3390/JMMP5030097 [29] O M Querin, M Victoria, C Alonso, R Ansola, and P Martí, “Introduction,” in Topology Design Methods for Structural Optimization, Elsevier, 2017, pp 1–13 doi: 10.1016/b978-0-08-100916-1.00001-5 [30] M Zhou and G I N Rozvany, “DCOC: An optimality criteria method for large systems Part I: theory,” Struct Optim., vol 5, no 1, pp 12–25, Mar 1992, doi: 10.1007/BF01744690 [31] M Zhou and G I N Rozvany, “DCOC: An optimality criteria method for large systems Part II: Algorithm,” Struct Optim., vol 6, no 4, pp 250–262, Dec 1993, doi: 10.1007/BF01743384 [32] M P Bendsøe and N Kikuchi, “Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method,” Comput Methods Appl Mech Eng., vol 71, no 2, pp 197–224, Nov 1988, doi: 10.1016/0045-7825(88)90086-2 [33] M P Bendsøe, “Optimal shape design as a material distribution problem,” Struct Optim., vol 1, no 4, pp 193–202, Dec 1989, doi: 10.1007/BF01650949 [34] M P Bendsøe, Optimization of Structural Topology, Shape, and Material, 1st ed Springer Berlin Heidelberg, 1995 doi: 10.1007/978-3-662-03115-5 [35] M P Bendsøe and O Sigmund, Topology Optimization Springer Berlin Heidelberg, 2004 doi: 10.1007/978-3-662-05086-6 89 Tài liệu tham khảo Nguyễn Thanh Khôi [36] M Y Wang, X Wang, and D Guo, “A level set method for structural topology optimization,” Comput Methods Appl Mech Eng., vol 192, no 1–2, pp 227– 246, Jan 2003, doi: 10.1016/S0045-7825(02)00559-5 [37] S Amstutz and H Andrä, “A new algorithm for topology optimization using a level-set method,” J Comput Phys., vol 216, no 2, pp 573–588, Aug 2006, doi: 10.1016/J.JCP.2005.12.015 [38] G Allaire, F Jouve, and A M Toader, “Structural optimization using sensitivity analysis and a level-set method,” J Comput Phys., vol 194, no 1, pp 363–393, Feb 2004, doi: 10.1016/J.JCP.2003.09.032 [39] R T Haftka and Z Gürdal, Elements of Structural Optimization, vol 11 Dordrecht: Springer Netherlands, 1992 doi: 10.1007/978-94-011-2550-5 [40] C Mattheck, “Engineering Components grow like trees,” Materwiss Werksttech., vol 21, no 4, pp 143–168, Apr 1990, doi: 10.1002/MAWE.19900210403 [41] Y M Xie and G P Steven, “A simple evolutionary procedure for structural optimization,” Comput Struct., vol 49, no 5, pp 885–896, Dec 1993, doi: 10.1016/0045-7949(93)90035-C [42] Y M Xie and G P Steven, Evolutionary Structural Optimization, 1st ed London: Springer London, 1997 doi: 10.1007/978-1-4471-0985-3 [43] O M Querin, G P Steven, and Y M Xie, “Evolutionary structural optimisation (ESO) using a bidirectional algorithm,” Eng Comput., vol 15, no 8, pp 1031–1048, 1998, doi: 10.1108/02644409810244129/FULL/XML [44] X Huang and Y M Xie, Evolutionary Topology Optimization of Continuum Structures: Methods and Applications John Wiley and Sons, 2010 doi: 10.1002/9780470689486 [45] B Hassani and E Hinton, Homogenization and Structural Topology Optimization Springer London, 1999 doi: 10.1007/978-1-4471-0891-7 90 Tài liệu tham khảo Nguyễn Thanh Khôi [46] A Baumgartner, L Harzheim, and C Mattheck, “SKO (soft kill option): the biological way to find an optimum structure topology,” Int J Fatigue, vol 14, no 6, pp 387–393, Nov 1992, doi: 10.1016/0142-1123(92)90226-3 [47] T Lewiński, T Sokół, and C Graczykowski, “Selected Problems of Statics,” in Michell Structures, Springer, Cham, 2019, pp 1–41 doi: 10.1007/978-3319-95180-5_1 [48] G De Pasquale, M Montemurro, A Catapano, G Bertolino, and L Revelli, “Cellular structures from additive processes: design, homogenization and experimental validation,” Procedia Struct Integr., vol 8, pp 75–82, Jan 2018, doi: 10.1016/J.PROSTR.2017.12.009 [49] L Riva, P S Ginestra, and E Ceretti, “Mechanical characterization and properties of laser-based powder bed–fused lattice structures: a review,” Int J Adv Manuf Technol., no 113, pp 649–671, 2021, doi: 10.1007/s00170-02106631-4 [50] O Al-Ketan, R K A Al-Rub, and R Rowshan, “Mechanical Properties of a New Type of Architected Interpenetrating Phase Composite Materials,” Adv Mater Technol., vol 2, no 2, Feb 2017, doi: 10.1002/ADMT.201600235 [51] C Yan, L Hao, A Hussein, and D Raymont, “Evaluations of cellular lattice structures manufactured using selective laser melting,” Int J Mach Tools Manuf., vol 62, pp 32–38, Nov 2012, doi: 10.1016/J.IJMACHTOOLS.2012.06.002 [52] H A Schwarz, Gesammelte Mathematische Abhandlungen Springer Berlin Heidelberg, 1890 doi: 10.1007/978-3-642-50665-9 [53] M Benedetti, A du Plessis, R O Ritchie, M Dallago, S M J Razavi, and F Berto, “Architected cellular materials: A review on their mechanical properties towards fatigue-tolerant design and fabrication,” Mater Sci Eng R Reports, vol 144, p 100606, Apr 2021, doi: 10.1016/J.MSER.2021.100606 91 Tài liệu tham khảo Nguyễn Thanh Khôi [54] W Tao and M C Leu, “Design of lattice structure for additive manufacturing,” 2016 Int Symp Flex Autom., pp 325–332, Dec 2016, doi: 10.1109/ISFA.2016.7790182 [55] B K Nagesha, V Dhinakaran, M Varsha Shree, K P Manoj Kumar, D Chalawadi, and T Sathish, “Review on characterization and impacts of the lattice structure in additive manufacturing,” Mater Today Proc., vol 21, pp 916–919, Jan 2020, doi: 10.1016/J.MATPR.2019.08.158 [56] D Barba, E Alabort, and R C Reed, “Synthetic bone: Design by additive manufacturing,” Acta Biomater., vol 97, pp 637–656, Oct 2019, doi: 10.1016/J.ACTBIO.2019.07.049 [57] D W Abueidda, M Elhebeary, C S (Andrew) Shiang, S Pang, R K Abu AlRub, and I M Jasiuk, “Mechanical properties of 3D printed polymeric Gyroid cellular structures: Experimental and finite element study,” Mater Des., vol 165, p 107597, Mar 2019, doi: 10.1016/J.MATDES.2019.107597 [58] M T Birosz, D Ledenyák, and M Andó, “Effect of FDM infill patterns on mechanical properties,” Polym Test., vol 113, p 107654, Sep 2022, doi: 10.1016/J.POLYMERTESTING.2022.107654 [59] H L Nguyen, Giáo trình Quy hoạch phân tích thực nghiệm (Textbook Design and Analysys of Experiments) Vietnam National University of Ho Chi Minh City Publishing House, 2021 [60] N H Loc and T Q Hung, “Optimization of Cutting Parameters on Surface Roughness and Productivity when Milling Wood Materials,” J Mach Eng., vol 21, no 4, pp 72–89, Dec 2021, doi: 10.36897/JME/144426 [61] S Maláková, M Puškár, P Frankovský, S Sivák, and D Harachová, “Influence of the Shape of Gear Wheel Bodies in Marine Engines on the Gearing Deformation and Meshing Stiffness,” J Mar Sci Eng., vol 9, no 10, p 1060, Sep 2021, doi: 10.3390/JMSE9101060 92 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Nguyễn Thanh Khôi Ngày, tháng, năm sinh: 16/12/1999 Nơi sinh: TP.HCM Địa liên lạc: 71A đường 41 phường Tân Quy quận TP.HCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Bậc đại học: 2017-2021 – trường Đại học Bách Khoa TP.HCM Bậc cao học (mức thạc sĩ): 2021-2023 – trường Đại học Bách Khoa TP.HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC (Bắt đầu từ làm đến nay)