Nghiên ứu tối ưu kết cấu cánh uav làm bằng vật liệu composite

lần lƣợt là biến dạng pháp tuyến theo phƣơng vuông góc trụ của c composite, sợi, nền.. lần lƣợt là độ dày của composite, sợi, nền.. - Các chế độ phá hủy của lớp trong trƣờng hợp chịu tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Trần Trung

NGHIÊN C U TỨ ỐI ƯU KẾT C U CÁNH UAV LÀM BẤ ẰNG

VẬ T LIỆU COMPOSITE

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

K Ỹ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG L C Ự

NGƯỜI HƯỚNG D N KHOA HẪ ỌC:

TS VŨ ĐÌNH QUÝ

HÀ NỘI – 2018

ii

Độ ậ – ực l p T do H nh phúc – ạ

B N XÁC NH N CH Ả Ậ Ỉ NH SỬ A LU ẬN VĂN THẠC SĨ

n Trung

H và tên tác gi ọ ảluận văn:Nguyễn Trầ

Đề tài luận văn: Nghiên c u tứ ối ưu kết c u cánh UAV làm b ng v t liấ ằ ậ ệu composite

Chuyên ngành: K thuỹ ật Cơ khí độ ng lực

Mã số HV: CBC17013

Tác giả, Người hướng d n khoa h c và Hẫ ọ ội đồng ch m luấ ận văn xác nhận tác gi ả đã

s a ch a, b sung luử ữ ổ ận văn theo biên bản h p Họ ội đồng ngày 26/04/2018 v i các nớ ội dung sau:

- Trích dẫn tài li u tham kh o trong thuy t minh ệ ả ế

- Chỉnh sửa lỗi đánh máy, chính t ả

- Phần kết luận vi t chi tiế ết, cụ thể và lượng hóa các kết quả

Giáo viên hướng d n ẫ

TS Vũ Đình Quý

Ngày tháng năm 2018Tác gi ả luận văn

Nguyễn Trần Trung

CHỦ Ị T CH HỘ I Đ ỒNG

TS Đinh Tấn Hưng

iii

Tôi – Nguy n Tr n Trung, h c viên l p Cao h c K thuễ ầ ọ ớ ọ ỹ ật Cơ khí Động l c khóa ựCLC2017B Trường Đạ ọi h c Bách khoa Hà N i cam k t luộ – ế ận văn này là công trình nghiên c u c a bứ ủ ản thân tôi dướ ự hưới s ng d n cẫ ủa TS Vũ Đình Quý – Viện Cơ khí

Động l c i h c Bách khoa Hà N i Các s li u, k t qu nêu trong luự – Đạ ọ ộ ố ệ ế ả ận văn là trung

thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả ận văn xin chị lu u trách nhi m vềệ nghiên c u c a mình ứ ủ

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Tác gi ả

Nguyễn Tr n ầ Trung

iv

cho phép bảo v : ệ

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Giảng viên hướng d n ẫ

TS Vũ Đình Quý

t ừ đó tính toán đượ ố ớ ối ưu củ ừng hước s l p t a t ng s i, tợ ối ưu thứ ự ắ t s p x p các lế ớp hướng sợi

Thông s v tố ề ải khí động đầu vào cho bài toán tối ưu kế ất c u s ẽ đượ ấ ừ ếc l y t k t qu ảchạy mô

phỏng khí động dòng chảy qua cánh được th c hi n trên module Fluent c a ph n mự ệ ủ ầ ềm ANSYS Thông s v các t n s ố ề ầ ố dao động riêng của cánh đượ ấ ừ ếc l y t k t qu ảthực hi n phân ệ

ràng bu c thi t k cho bài toán tộ ế ế ối ưu kế ất c u Vi c tệ ối ưu kế ất c u v cánh b ng ph n mỏ ằ ầ ềm

các điều kiện tải khí động và tr ng l c S d ng ph n m m này góp ph n gi m thi u công sọ ự ử ụ ầ ề ầ ả ể ức

và th i gian r t nhi u so vờ ấ ề ới phương pháp thiế ết k và th nghi m truy n th ng ử ệ ề ố

T khóa: Optistruct, Composite optimization, wing structural optimization, Composite ừ

Shuffling optimization, Free-size optimization, Size optimi ationz

OPTIMIZATION STRUCTURE OF UAV FABRICATED BY COMPOSITE

MATERIAL Abstract: This thesis aimed to perform an optimization of a composite UAV wing skin This thesis concentrated on optimizing the thickness, shapes and locations of patches per ply orientation, while also satisfying the manufacturable ply thickness, hence computing the optimal number of ply per fiber orientation, determining the optimal stacking sequence by using the module OptiStruct of the software HyperWorks The wing model used in this problem is similar to the wing model of the scout UAV which was developed by Viettel The data of aerodynamic load as an input for the structural optimization was exported from the results of a fluent analysis which simulated a flow over a wing by using the module Fluent of the software ANSYS The data of natural frequencies of the wing came from the results of a MODAL analysis with the wing model by using ANSYS These frequencies are design constraints for the structural optimization Using HyperWorks to perform an optimization of a wing skin structure helps reduce the weight of the structure while ensuring the UAV still operates safety under the act of gravity and aerodynamics force Using this software also helps decrease time and works compare to the conventional design and testing method

Keywords: Optistruct, Composite optimization, wing structural optimization, Composite Shuffling optimization, Free-size optimization, Size optimization

vi

M Ụ C LỤ C

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

DANH MỤC BẢNG BI U xỂ LỜI NÓI ĐẦU xi

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN V V T LI U COMPOSITE 1Ề Ậ Ệ 1.1 Giới thiệu 1

1.2 Khái niệm 1

1.3 Thành phầ ấ ạn c u t o 1

1.4 Đặc điểm 2

1.4.1 Ưu điểm 2

1.4.2 Nhược điểm 2

1.5 Phân lo i 3ạ CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT T M COMPOSITE 7Ấ 2.1 Phân tích cơ tính cho một lớp composite 7

2.1.1 T l ỷ ệthể tích, t l khỷ ệ ối lượng, khối lượng riêng 7

2.1.2 Ước tính thông số modul đàn hồi 8

2.1.3 Đánh giá thông số độ ề ớ b n l n nh t 13ấ 2.2 Phân tích cơ tính cho tấm composite nhi u l p 19ề ớ 2.2.1 Ảnh hưởng của hướng sợi tới cơ tính của vậ ệt li u composite 19

2.2.2 Trường bi n d ng cế ạ ủa tấm 20

2.2.3 M i quan h giố ệ ữa ứng suất và biến d ng trong t m 21ạ ấ 2.2.4 Biểu thức xác định l c và moment 22ự CHƯƠNG 3: TỐI ƯU CẤU TRÚC COMPOSITE S D NG PH N M M Ử Ụ Ầ Ề HYPERWORK 24

3.1 Giới thiệu ph n m m HyperWorks[10] 24ầ ề 3.2 Tối ưu hóa cấu trúc composite b ng b ằ ộgiải OptiStruct[6] 26

vii

3.2.2 Công nghệ ối ưu Free t -Sizing 27

3.2.3 Công nghệ ối ưu Sizing t 28

3.2.4 Công nghệ ối ưu thứ ự ế t t x p ch ng ( Ply-stacking) 29ồ CHƯƠNG 4: TỐI ƯU HÓA KẾT C U V T LI U COMPOSITE 30Ấ Ậ Ệ 4.1 Mô hình cánh 30

4.2 Các d kiữ ện đầu vào cho bài toán tối ưu 31

4.2.1 Xây d ng model kự ết cấu cánh 31

4.2.2 Các thông s tính ch t vố ấ ật liệu 31

4.2.3 Tính toán trường áp suất bao quanh cánh 32

4.2.4 Tính toán tầ ố dao độn s ng riêng 34

4.3 Tối ưu kết cấu cánh làm b ng v t li u composite s d ng module Optằ ậ ệ ử ụ istruct 35 4.3.1 Tổng quan các bước thực hiện 35

4.3.2 Chạy phân tích k t c u model cánh 37ế ấ 4.3.3 Pha tối ưu Free-size 40

4.3.4 Pha tối ưu Size 43

4.3.5 Pha tối ưu Shuffle 47

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRI N 50Ể Kết quả đạt được 50

Những h n ch ạ ế và hướng phát tri n 50ể TÀI LIỆU THAM KH O 51Ả PHỤ ỤC: HƯỚ L NG D N TH C HI N TẪ Ự Ệ ỐI ƯU VỎ CÁNH B NG PH N M M Ằ Ầ Ề HYPERWORKS 52

Bài toán phân tích phân tích kết cấu 52

Pha 1 Free Size 58

Pha 2 Size 60

Pha 3 Shuffle 66

viii

Hình 1.1 Các dạng hình h c và không gian khác nhau c a vọ ủ ật liệu gia cường 2Hình 1.2 Phân loại composite theo v t liệu gia cường 3ậHình 1.3 Composite dạng x p l p 4ế ớHình 1.4 Một kiểu x p l p trong composite t m 5ế ớ ấHình 1.5 Cấu trúc composite sandwich lõi t ong 6ổHình 2.1 Phầ ử ể tích đạn t th i diệ ủn c a m t tộ ấm đơn hướng[1] 8Hình 2.2 Một ứng su t d c tr c tác d ng lên ph n t ấ ọ ụ ụ ầ ử thể tích đại diện để tính toán Module Young dọc tr c c a tụ ủ ấm đơn hướng[1] 9Hình 2.3 Một ứng su t vuông góc s i tác d ng lên ph n t ấ ợ ụ ầ ửthể tích đại diện để tính toán Module Young vuông góc sợi của tấm đơnS hướng[1] 10Hình 2.4 Một ứng su t d c hư ng s i tác d ng lên ph n t ể tích đạấ ọ ớ ợ ụ ầ ử th i diện để tính toán

h s Poisson c a tệ ố ủ ấm đơn hướng[1] 11Hình 2.5 Một ứng su t c t trong m t ph ng tác d ng lên ph n t ấ ắ ặ ẳ ụ ầ ử thể tích đại diện đểtính toán module cắt trong mặt phẳng c a tủ ấm đơn hướng[1] 12Hình 2.6 Các chế độ phá h y củ ủa tấm đơn hướng ch u l c kéo dị ự ọc trục[1] 13Hình 2.7 Các chế độ phá h y c tủ ả ấm đơn hướng ch u l c nén dị ự ọc trục[1] 15Hình 2.8 Ph n t ầ ử thể tích đại diện để tính toán độ ền kéo vuông góc hướ b ng s i cợ ủa

tấm đơn hướng 17Hình 2.9 Tọ ộa đ các l p trong m t tấm composite[1] 21ớ ộHình 2.10 S ự thay đổ ủi c a ứng su t và bi n d ng theo chi u dày cấ ế ạ ề ủa tấm[1] 22Hình 4.1 UAV VT-Patrol[9] 30Hình 4.2 Kích thước mô hình cánh s d ng 31ử ụHình 4.3 Model kết cấu cánh 31Hình 4.4 Miền tính toán 33Hình 4.5 Phân bố áp su t bao quanh cánh 33ấHình 4.6 Lực nâng 34Hình 4.7 Điều ki n ngàm cho v cánh 34ệ ỏHình 4.8 Điều ki n ngàm cho h th ng dệ ệ ố ầm và xương ngang 34

ix

Hình 4.10 Ví dụ ề v phân b dày các lố độ ớp hướng sợi sau bước tối ưu Size 36Hình 4.11 Ví dụ ề ứ ự ế ớp qua bướ v th t x p l c tối ưu Shuffle 36Hình 4.12 Nhập mô hình cánh vào HyperWorks 37Hình 4.13 Thông số kh i tạo ban đầở u v dày các lề độ ớp hướng s i 38ợHình 4.14 Điều ki n biên ngàm t i g c cánh 38ệ ạ ốHình 4.15 Trường áp su t quanh cánh 38ấHình 4.16 Ứng su t Vomise và chuy n v c a dấ ể ị ủ ầm và xương ngang 39Hình 4.17 Ứng su t Vonmise và chuy n v c a v ấ ể ị ủ ỏcánh 39Hình 4.18 Phân bố độ dày ph n t ầ ử và hướng s i sau bư c tối ưu Free-ợ ớ size 41Hình 4.19 Các thông số thu đư c tạợ i vòng l p cu i 41ặ ốHình 4.20 Các bó tấm cho hướng s i 0º 42ợHình 4.21 Các bó tấm cho hướng s i 90º 42ợHình 4.22 Các bó tấm cho hướng s i ±45º 43ợHình 4.23 Phân bố độ dày ph n t ầ ử và hướng s i sau bư c Sizing 45ợ ớHình 4.24 Thông số ề độ v dày các bó tấm sau bước Sizing 46Hình 4.25 Thông số ề v kh i lư ng v cánh t i vòng lố ợ ỏ ạ ặp đầu 46Hình 4.26 Thông số ề v kh i lư ng v cánh t i vòng l p cu i 47ố ợ ỏ ạ ặ ốHình 4.27 Các thông số ràng bu c t i vòng l p cu i pha tối ưu Size 47ộ ạ ặ ốHình 4.28 Kết quả ối ưu thứ ự ế t t x p ch ng 48ồHình 4.29 Thứ ự ế ớ ạ t x p l p t i m t c t vỏ cánh 48ặ ắ

x

B ng 2.1 ả Ảnh hưởng của hướng sợ ến cơ tính vậi đ t liệu 19

B ng 4.1 B ng thông s ả ả ốUAV VT-Patrol[9] 30

B ng 4.2 Tính ch t v t li u composite s i Graphit n n Epoxy 31ả ấ ậ ệ ợ ề

B ng 4.3 Tính ch t v t li u Foam Gurit Corecell M60 32ả ấ ậ ệ

B ng 4.4 Các t n s ả ầ ố dao động riêng c a cánh 34ủ

B ng 4.5 Các thi t l p cho pha tả ế ậ ối ưu Free-size 40

B ng 4.6 Các thi t l p cho pha tả ế ậ ối ưu Size 43

B ng 4.7 Các thi t l p cho pha tả ế ậ ối ưu Shuffle 47

vi c thi t k Ví d ệ ế ế ụ như tính trực hướng c a v t liủ ậ ệu composite gia cường b ng s i liên ằ ợ

t khi n ục ế người thi t k c n xem xét r t nhi u bi n thi t k ế ế ầ ấ ề ế ế ế như hướng s i, t l ợ ỉ ệthể tích

s i, th t x p ch ng các l p Ngoài kinh nghi m v thi t k c u trúc composite ợ ứ ự ế ồ ớ ra, ệ ề ế ế ấcũng không nhi uề , do đó người thi t k thư ng phát tri n thi t k “t -ế ế ờ ể ế ế ứ đẳng hướng”

gi ng v i các thi t k cho chi ti t làm b ng kim loố ớ ế ế ế ằ ại Tuy nhiên cơ học phá h y cho vủ ật liệu composite khác v i kim loớ ại, điều này dẫn đến vi c thi t k ệ ế ế theo hướng trên không

t n dậ ụng được những ưu điểm c a nh ng tính chủ ữ ất đặc trưng của v t li u composite ậ ệKhi cần đến những ưu điểm này, quá trình thi t k ế ế thường không hi u qu và c n rệ ả ầ ất nhi u th c nghiề ự ệm đểchứng minh tính đúng đắ ủn c a thi t k V i vi c s d ng module ế ế ớ ệ ử ụOptiStruct của Hyperwork, người thi t k có th tế ế ể ối ưu thiết k composite, ti t ki m ế ế ệđáng kể khối lượng và tăng cường hiệu năng kế ất c u v i th i gian, công s c, ti n b c ớ ờ ứ ề ạ

đã được gi m thi u r t nhi u so vả ể ấ ề ới phương pháp truyền th ng ố

Trong quá trình th c hi n ự ệ luận văn, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ

và tạo điều ki n c a các th y cô giáo trong b ệ ủ ầ ộ môn, đặc bi t là thệ ầy giáo hướng d n ẫ

TS Vũ Đình Quý để em có th th c hi n tể ự ệ ốt được nh ng công vi c trong luữ ệ ận văn Tuy nhiên do h n ch v ạ ế ềthời gian, ki n th c và kinh nghi m làm vi c nên ế ứ ệ ệ luận văn sẽ còn

nh ng ữ thiếu sót Em r t mong nhấ ận được nh ng nh n xét th ng th n t các thữ ậ ẳ ắ ừ ầy cô để

em có thêm nh ng kinh nghiữ ệm ếki n th c ph c v cho công vi c tr c ti p sau này.ứ ụ ụ ệ ự ế

bi n trong t nhiên Ngành khoa h c và công ngh v ế ự ọ ệ ề composite đã có nhiều s n phả ẩm dùng trong mọi lĩnh vự ừ ô tô, máy bay cho đếc t n các v t li u ch nh hình và hi n phát ậ ệ ỉ ệtriển đến m c nhiứ ều người cho rằng th k 21 s ế ỉ ẽlà kỉ nguyên c a composite ủ

1.2 Khái niệm

V t li u composite là v t li u t h p ( mậ ệ ậ ệ ổ ợ ở ức độ vĩ mô) của hai hay nhi u v t li u thành ề ậ ệ

ph n nh m t o ra v t li u m i có tính ch t n i trầ ằ ạ ậ ệ ớ ấ ổ ội hơn tính chấ ủt c a các v t li u thành ậ ệ

ph n ầ

Đặc điểm chính c a v t li u composite là: v t li u nhi u pha; trong v t li u composite ủ ậ ệ ậ ệ ề ậ ệ

có t l hình dỉ ệ ạng; kích thước cũng như sự phân b c a n n và c t tuân theo các quy ố ủ ề ố

định thi t k trư c; tính ch t c a các pha thành phế ế ớ ấ ủ ần được k t hế ợp để ạ t o nên tính ch t ấchung của composite

Tính ch t c a v t li u composite ph ấ ủ ậ ệ ụ thuộc vào b n ch t v t liả ấ ậ ệu gia cường; hình d ng, ạkích thước, s phân b c a v t liự ố ủ ậ ệu gia cường và v t li u nậ ệ ền trong composite; độ ề b n liên k t tế ại vùng b m t ti p xúc gi a các pha ề ặ ế ữ

1.3 Thành phần cấu tạo

Composite là v t li u c u trúc bao g m 2 hay nhi u thành ph n t ng h p v i nhau ậ ệ ấ ồ ề ầ ổ ợ ớ ở

cấp độ vĩ mô và không bị hòa tan, tr n l n vào nhau Ph bi n nh t là v t li u 2 pha ộ ẫ ổ ế ấ ậ ệ

g m thành ph n chính là: Vồ ầ ật liệu gia cường và vật liệu n n ề

Trong đó vậ ệt li u n n là pha liên t c trong toàn kh i và v t liề ụ ố ậ ệu gia cường là pha phân

b không liên t c ố ụ được nền bao quanh Đặc tính c a composite d a tủ ự rên đặc tính t ng ừpha, t l ỉ ệ tương đối và hình d ng c a chúng ạ ủ

2

Hình 1.1 Các d ng hình h c và không gian khác nhau c a vạ ọ ủ ật liệu gia cườ ng

1.4 Đặc điểm

Có nhi u lo i ch t n n và cề ạ ấ ề ốt được s dử ụng để chế ạ t o composite M i lo composite ỗ ại

c ụthể có tính chất ưu việt riêng Do đó cần có s l a chự ự ọn đúng tiêu chuẩn k ỹ thuật để

áp dụng phù h p cho m c đích s d ng ợ ụ ử ụ

1.4.1 Ưu điểm

V t li u composite là v t li u có nhi u tính chậ ệ ậ ệ ề ất ưu việt và có kh ả năng áp dụng r ng ộrãi:

 Tính chấ ổ ật n i b t là nhẹ, độ ề b n cao, c ng v ng, chứ ữ ịu va đập, u n kéo t t ố ố

 Chịu hóa ch t, chấ ống ăn mòn Đặc tính này đặc bi t thích h p cho bi n và khí ệ ợ ể

h u vùng bi n ậ ể

 Chịu th i ti t, ch ng tia UV, ch ng lão hóa nên r t b n ờ ế ố ố ấ ề

 D lễ ắp đặt, có độ ền riêng và các đặc trưng đ b àn hồi cao

 Chịu nhi t, ch u l nh, ch ng cháy ệ ị ạ ố

 Cách điện, cách nhi t t t ệ ố

 Chi phí b o qu n th p, màu sả ả ấ ắc đa dạng, thi t k tế ế ạo hình d ễ dàng, đầu tư thiết

b và t ị ổchức sản xu t không phấ ức tạp, chi phí v n chuy n, s n xu t không cao ậ ể ả ấ

 Không thấm nướ không độc, c h i ạ

1.4.2 Nhược điểm

 Vật liệu composite khó có thể tái chế khi không sử dụng hay là phế phẩm trong quá trình sản xuất

Hình 1.2 Phân lo i composite theo v t ạ ậ liệu gia cườ ng

Theo vật liệu gia cường, composite được phân ra làm 3 nhóm chính:

4

c a các hủ ạt khá đa dạng tuy nhiên nên dùng các h t vạ ới kích thước như nhau

 H t m n: Có th ạ ị ể được dùng để tăng độ ền và độ ứ b c ng cho kim loại

và h p kim kim loợ ại Cơ tính gia cường liên quan tới tương tác giữa

h t và s chuy n d ch h t trong v t li u n n ạ ự ể ị ạ ậ ệ ề Ảnh hưởng đố ới cơ i vtính là không rõ ràng đố ới v i hiện tượng bi n c ng phân rã, tuy nhiên ế ứcác cơ tính vẫn có th gi ể ữ đượ ởc nhiệt độ cao trong kho ng th i gian ả ờdài do có thể chọn hạt để không tác d ng v i chụ ớ ất nền

b) Vật liệu composite cốt sợi

 S i liên tợ ục: Đặc tính cơ học c a lo i này ph ủ ạ ụ thuộc vào m t vài yộ ếu

t bao gố ồm ứng x ử cơ học c a pha s i và pha n n, th tích t ng pha ủ ợ ề ể ừ

và hướng c a ng su t tác dủ ứ ấ ụng vào Thêm vào đó đặc tính c a ủcomposite v i sớ ợi được s p x p là bắ ế ất đẳng hướng và ph ụ thuộc vào hướng đo đạ c

 Sợi gián đoạn: Sợi gián đoạn có hướng đóng một vai trò ngày càng quan tr ng v i th ọ ớ ị trường cho dù đặc tính gia cường là thấp hơn so với

s i liên tợ ục Trong đó sợi th y tinh c t nh ủ ắ ỏ là được dùng nhi u nh t ề ấComposite v i sớ ợi gián đoạn có hướng có giá thành r ẻ hơn mà vẫn có thể đạ ới 90% modul đàn hồ t t i và 50% với độ ề b n kéo so v i s i liên ớ ợ

Hình 1.3 Composite dạ ng x p l p ế ớ

5

Để thu n ti n cho vi c theo dõi và nghiên cậ ệ ệ ứu, người ta kí hiệu như sau:

- M i l p ký hi u b i m t s , mô t giá tr c a góc t o bỗ ớ ệ ở ộ ố ả ị ủ ạ ởi phương của s i vợ ới phương x của h quy chi u chung ệ ế

- Các l p liên tiớ ếp được ngăn cách bởi “/” nếu có các góc khác nhau

- Các lớp được đặt tên liên ti p t m t này sang m t khác Các d u móc [.] ch rõ ế ừ ặ ặ ấ ỉlúc bắ ầt đ u và k t thúc c a mã ế ủ

Hình 1.4 Một kiể u x p l p trong composite t m ế ớ ấẢnh hưởng c a tủ ấm theo phương xế ớp l p:

- Các lớp đồng phương cho cơ tính cao theo phương của sợi

- Các lớp “mat” chịu kéo kém, thường b ốtrí tại vùng ch u nén ị

- Vật liệu composite l p vuông [0/90]n d b tách l p ớ ễ ị ớ

- Khi tăng cường theo b n ố phương ta được vậ ệ “tứ đẳng hướ ”t li u ng

- Tạo độ ứ c ng v ng nhữ ất định, tránh hiện tượng cong vênh

Lõi chia làm hai loại ph bi n là lõi x p và lõi d ng t ong ổ ế ố ạ ổ

Composite d ng t ong là m t t m ghép ba l p d ng t ong có khạ ổ ộ ấ ớ ạ ổ ối lượng nh , cách ỏ

l a và có nh ng tính chử ữ ất hơn hẳn các v t liậ ệu thông thường khác T m ghép này có ấcác l p b mớ ề ặt được làm t composite c a s i th y tinh/epoxy và kevlar/epoxy, còn ừ ủ ợ ủ

6

ph n lõi d ng t ong s d ng v t li u №mex T m ghép c u trúc 3 l p này s d ng ầ ạ ổ ử ụ ậ ệ ấ ấ ớ ử ụ

chủ ếu trong ngành hành không đặ y c biệt là k t cấu sàn và cánh ế

Hình 1.5 Cấ u trúc composite sandwich lõi t ongổ

7

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TẤM COMPOSITE

2.1 Phân tích cơ tính cho một lớp composite

B ng vi c s d ng thông s b n d o (modul dằ ệ ử ụ ố độ ề ẻ ẻo theo phương ngang, dọc, h s ệ ốPoisson, modul cắt trong m t ph ng), thông s bặ ẳ ố độ ền (đồ ền nén, kéo theo phương bngang, độ ền nén, kéo theo phương dọc, độ ề b b n c t), thông s giãn n nhi t (theo ắ ố ở ệphương ngang, ọ d c) ta có th ể tính được m i liên h gi a bi n d ng - ng su t, h ng s ố ệ ữ ế ạ ứ ấ ằ ố

k thu t và lý thuy t phá h y cho lỹ ậ ế ủ ớp Do đó việc tính toán các thông s ố này đóng vai trò quan tr ng trong viọ ệc đánh giá cơ tính của vậ ệu composite cũng như cho việ ựa t li c lchọn các thành ph n cho c u trúc t o nên t m composite Vi c tính toán các thông s ầ ấ ạ ấ ệ ốnày có th ể thực hi n thông qua th c nghiệ ự ệm tuy nhiên điều này khá t n kém và mố ất nhi u th i gian Ta s ề ờ ẽ đưa ra mô hình để tính toán các thông s này ố

2.1.1 Tỷ lệ thể tích, tỷ lệ khối lượng, khối lượng riêng

Trước khi đi vào tính toán các thông số trên ta s ẽ đưa ra khái niệm v t l th tích s i ề ỉ ệ ể ợViệc đưa ra khái niệm v t l này là m t y u t quan tr ng do các công th c lý thuyề ỉ ệ ộ ế ố ọ ứ ết

để tính toán độ ứng, độ ề c b n và tính ch t c a m t lấ ủ ộ ớp đơn hướng là hàm c a t l ủ ỷ ệ thểtích s i.ợ

Ta đặt : : lần lượt là thể tích của composite, sợi, nền

: lần lượt là khối lượng riêng của composite, sợi, nền

: lần lượt là khối lượng của composite, sợi, nền

c) Khối lượng riêng:

8

2.1.2 Ước tính thông số modul đàn hồi

Để đánh giá ố b n thông s này ta s dố ử ụng phương pháp tiếp cận độ ề b n v t li u hay còn ậ ệ

gọi là định luật hỗn h p (rule of mixtures) ợ

T m t lừ ộ ớp đơn hướng ra l y ra m t ph n t ấ ộ ầ ử đại điện g m sồ ợi được bao ph b n n ủ ởi ềPhần t này có th mô hình thành m t kh i h p ch nh t hình (2.1) S i, n n và ử ể ộ ố ộ ữ ậ ợ ềcomposite được gi s có cùng chi u r ng h vả ử ề ộ ới độ dày lần lượt là Di n tích ệ

sợi, ền n và composite được tính bởi:

b) Modul đàn hồi theo phương vuông góc trục

T m composite ấ chị ải đơn hướu t ng ngang với ứng suất hình (2.3) được chia ra thành t i chả ịu b i s i và n n ở ợ ề như hình

10

Hình 2.3 Một ứng su t vuông góc sấ ợi tác dụng lên ph n t ể tích đạầ ửth i diện để tính

toán Module Young vuông góc s i cợ ủ ấm đơn hướa t S ng[1]

Ở trư ng h p này ng su t c a composite, s i và n n là b ng nhau (ờ ợ ứ ấ ủ ợ ề ằ ) và

độ giãn theo phương ngang của composite b ng tằ ổng độ giãn c a s i và n n: ủ ợ ề

Theo định nghĩa về ế bi n d ng pháp tuy n ta có: ạ ế

Với lần lượt là độ dày của composite, sợi, nền

lần lượt là biến dạng pháp tuyến theo phương vuông góc trụ của c composite, sợi, nền

S dử ụng định lu t Hooke cho composite, s i, n n ậ ợ ề ta có:

c) Hệ số Poisson

H s ệ ố Poisson được định nghĩa là tỷ s l y d u âm c a bi n dố ấ ấ ủ ế ạng theo phương ngang

so với phương dọc tr c khi tụ ải được áp vào theo phương dọc tr c Gi s tụ ả ử ải được đặt

như hình (2.4), s i và n n ợ ề được đại di n b i kh i hình ch nh t Ta có chuy n v theo ệ ở ố ữ ậ ể ịphương ngang của composite, s i, n n lợ ề ần lượt là: , , Ta có:

= +

11

Hình 2.4 Một ứng su t d c hư ng s i tác d ng lên ph n t ể tích đạấ ọ ớ ợ ụ ầ ửth i diện để tính

toán hệ ố s Poisson c a tủ ấm đơn hướng[1]

Theo định nghĩa biến d ng ta có: ạ

Ta có:

Hệ số Poisson cho sợi, nền và composite lần lượt cho bởi:

Với lần lượt là hệ số Poisson của sợi, nền và composite

lần lượt là biến dạng theo phương dọc trục của sợi, nền và composite

Tuy nhiên độ ế bi n d ng c a s i n n và composite theo chi u d c tr c là b ng nhau ạ ủ ợ ề ề ọ ụ ằ

12

d) Modul cắt trong mặt phẳng

T m ch u ng su t cấ ị ứ ấ ắt nhƣ hình (2.5) , sợi và n n ề đƣợc đại di n b i ph n t khệ ở ầ ử ối hình ch nh ữ ật

Hình 2.5 Một ứng su t cấ ắt trong m t phặ ẳng tác d ng lên ph n t ểụ ầ ử th tích đại diện để

tính toán module cắ t trong m t ph ng c a tặ ẳ ủ ấm đơn hướng[1]

Chuyển vị của composite, sợi, nền liên hệ với nhau bởi biểu thức:

Theo định nghĩa của chuyển vị cắt ta có:

Với lần lƣợt là biến dạng cắt của composite, sợi, nền

lần lƣợt là độ dày của composite, sợi, nền

Áp dụng định luật Hooke cho sợi, nền, composite ta có:

Mà ứng suất cắt của composite, sợi và nền là bằng nhau ( )

13

2.1.3 Đánh giá thông số độ bền lớn nhất

Việc đánh giá thông số độ ền là khó khăn hơn so vớ b i việc đánh giá độ ứ c ng do b n độ ề

ph ụ thuộc vào v t liậ ệu, ạ d ng hình học không đồng nh t, m t liên k t s n n, chu trình ấ ặ ế ợi ề

s n xuả ất và môi trường Ví d m t liên k t y u gi a s i và n n s d gây ra phá h y khi ụ ặ ế ế ữ ợ ề ẽ ễ ủ

v t li u ch u tậ ệ ị ải ngang nhưng ạl i có th ể tăng độ ề b n kéo d c tr c Do s nh y c m này ọ ụ ự ạ ả

mà m t s mô hình và th c nghiộ ố ự ệm đã được nghiên cứu để tính toán thông s b n ố độ ề

Ta sẽ tính toán các thông s ố sau:

- Sợi và ề là đẳng hướng, đồn n ng nhất và đàn hồi tuy n tính cho t i khi phá hế ớ ủy

- Biến d ng phá h y cạ ủ ủa ề cao hơn so vớ ợi trong trườn n i s ng h p composite ợpolime Ví d s i th y tinh bi n d ng phá hụ ợ ủ ế ạ ủy ở 3-5% còn n n epoxy phá hề ủy ở9-10%

- Các chế độ phá hủy của lớp trong trường hợp chịu tải dọc trục như hình (2.6):

- Nứt gãy sợi (hình a)

- Nứt gãy sợi với sợi bị kéo ra (hình b)

- Sợi bị kéo ra với sự mất kết dính của sợi nền (hình c)

Hình 2.6 Các chế độ phá h y củ ấủ a t m đơn hướng ch u l c kéo d c trục[1] ị ự ọ

Ta đặt:

- là độ bền kéo lớn nhất của sợi

14

- là độ bền kéo lớn nhất của nền

Khi đó biến d ng l n nh t c a s i và n n lạ ớ ấ ủ ợ ề ần lƣợt là:

;

Do s i ch u ch u h u h t t i trong v t li u composite polime, nên ta gi s khi s i phá ợ ị ị ầ ế ả ậ ệ ả ử ợ

h y t i bi n d ng ủ ạ ế ạ thì toàn b composite s b phá hộ ẽ ị ủy Do đó, độ ề b n kéo composite đƣợc tính b i: ở

Khi s i b phá h y, ng su t mà n n có th ợ ị ủ ứ ấ ề ểchịu là và ch khi ng suỉ ứ ất này lớn hơn ứng suất thì composite m i có th ớ ể chịu thêm ng su t T l ứ ấ ỷ ệ thểtích sợi để điều này có th xể ảy ra đƣợc g i là t l th tích s i nh nh t, ọ ỷ ệ ể ợ ỏ ấ

và biến đổi ta đƣợc biểu thức:

b) Độ bền nén dọc trục

Mô hình cho việc tính toán độ ề b n nén d c tr c không th áp dọ ụ ể ụng cho độ ề b n nén dọc trục do ch phá h y c a hai mô hình là khác nhau Ba ch phá hế độ ủ ủ ế độ ủy đƣợc ch ra ỉnhƣ hình (2.7)

- Phá hủy ền n và (ho c) k t dính s n n do bi n dặ ế ợi ề ế ạng căng của ền n và (ho c) kặ ết dính

- U n vi mô cố ủa sợi ở chế độ ắt hoặ c c kéo

- Phá h y c t củ ắ ủa sợi

15

Hình 2.7 Các chế độ phá h y cả ấm đơn hướủ t ng ch u l c nén d c tr c[1] ị ự ọ ụ

 Biến d ng kéo l n nh t ch phá h y n n: Ta gi s r ng khi tác d ng ng ạ ớ ấ ở ế độ ủ ề ả ử ằ ụ ứsuất nén dọc trục vào v i đ l n ớ ộ ớ thì độ lớn biến dạng dọc trục tính bởi:

Với tỷ ố s Poisson là , biến dạng ngang là kéo và cho bởi:

Sử dụng lý thuyết biến dạng phá hủy lớn nhất, nếu biến dạng ngang vượt quá biến dạng ngang lớn nhất thì lớp sẽ bị phá hủy theo phương ngang Do đó

16

Các giá trị: modul dọc trục, tỷ số Poisson có thể tìm thấy qua các phương trình

từ phần trước tuy nhiên giá trị ta có thể sử dụng công thức thực nghiệm:

 Chế độ phá h y s i bủ ợ ởi ứng su t c t: Tấ ắ ấm composite đơn hướng có th b phá ể ị

hủy trực ti p do ng su t c t c a sế ứ ấ ắ ủ ợi Trong trường hợp này định lu t h n h p s ậ ỗ ợ ẽcho ta kết qu : ả

Với và là độ bền cắt lớn nhất của sợi và nền

c) Độ bền kéo ngang

Để tính toán thông số này ta đặt ra giả thiết đối với mô hình:

- Liên kết hoàn hảo giữa sợi nền

- Khoảng cách sợi đồng đều

- Sợi và nền tuân theo định luật Hooke

- Không có ứng suất dư

Giả sử mô hình mặt phẳng của composite được chỉ ra bởi các phần như hình (2.8)

Với lần lượt là biến dạng ngang của của sợi

Thay vào ta có:

Dưới tác dụng của tải ngang, ta giả sử ứng suất của sợi và nền là bằng nhau Khi

đó, biến dạng của sợi và nền liên hệ với nhau qua định luật Hooke:

Thay thế quan hệ giữa biến dạng của sợi ở trên ta có:

18

Nếu ta giả sử rằng phá hủy ngang của tấm gây ra do sự phá hủy nền thì khi đó biến dạng ngang gây ra phá hủy lớn nhất là:

Với là biến dạng kéo lớn nhất gây ra phá hủy

Và độ bền kéo ngang lớn nhất được tính bởi

d) Độ bền nén ngang

Công thức tính cho độ bền kéo ngang có thể được sử dụng để tìm độ bền nén ngang của tấm Độ bền nén thực tế là thấp hơn do sự liên kết không hoàn toàn giữa sợi /nền và sự chia tách sợi dọc sử dụng phương trình Sử dụng phương trình ta có:

Với là biến dạng cắt ngang của composite, sợi và nền

Thay thế vào phương trình chuyển vị ta có:

Bây giờ, dưới tải cắt, ta giả sử rằng ứng suất cắt của nền và sợi là bằng nhau, khi

đó biến dạng của sợi và nền liên hệ với nhau qua biểu thức:

19

Thay thế vào phương trình ta có:

Ta giả sử phá hủy cắt gây ra do sự phá hủy sợi, khi đó ta có:

: biến dạng cắt lớn nhất của nềnKhi đó độ bền cắt lớn nhất tính bởi

Hay

2.2 Phân tích cơ tính cho tấm composite nhiều lớp

2.2.1 Ảnh hưởng của hướng sợi tới cơ tính của vật liệu composite

Như đã biết, trong v t li u composite, thành ph n nậ ệ ầ ền đóng vai trò truyề ựn l c đ n thành ế

phần gia cường, và thành gia cường s là thành ph n ch u l c ch yẽ ầ ị ự ủ ếu Cơ tính vậ ệt li u

dọc theo phương sợ ẽi s là t t nhố ất và theo phương vuông góc sợ ẽ cho cơ tính yếi s u

 S ố lượng s i theo mợ ột phương là lớn nh t ấ

 Tăng cường độ ề b n d c ọtrục, độ ứ c ng và u n ố

 Là phương pháp kinh tế khi cần gia cường theo

ph n khầ ối lượng

 Chịu đượ ức ng su t ấkéo và ng su t u n ứ ấ ốcao

 Giảm chi phí ch ế

t o ạ

 Tăng hiệu su t t ấ ừcác tấm nh ẹ hơn

20

 Ứng d ng r ng rãi ụ ộNhị hướng

(Biaxials)

º  Tăng khả năng chống

xo n ắ

 C i thiả ện cơ tính vật liệu theo hai phương

 Chịu đượ ức ng su t ấ

c t và ng su t xoắ ứ ấ ắn cao

º  Tối ưu số lượng s i theo ợ

hướng

 Độ ền, độ ứ b c ng, u n theo ốhai hướng cao

 C i thiả ện cơ tính vật liệu theo hai phương

 Giảm s n n c n ố ề ầdùng t ừ đó giảm một

ph n khầ ối lượng

 Tăng chất lượng b ề

m t t m ặ ấTam hướng

 C i thiả ện cơ tính vật liệu

 Giảm s n n c n ố ề ầdùng t ừ đó giảm một

ph n khầ ối lượng

 Cung cấp cơ tính Quasi-isotropic

2.2.2 Trường biến dạng của tấm.

Tọa độcác lớp trong một tấm composite:

2.2.3 Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong tấm

Biểu th c liên h gi a ứứ ệ ữ ng su t toàn c c và bi n d ng toàn c c c a l p t i tấ ụ ế ạ ụ ủ ớ ạ ọa độ z theo

độ dày t m: ấ

Trong đó là ma trận độ ứ c ng rút g n c a lọ ủ ớp đang xét Từ phương trình trên ta

nh n thậ ấy ứng su t ch ấ ỉ thay đổi tuy n tính theo chi u dày c a t ng l p Tuy nhiên ng ế ề ủ ừ ớ ứsuất có th xu t hiể ấ ện bước nh y t l p này sang l p khác do ma trả ừ ớ ớ ận độ ứ c ng rút

g nọ sẽ thay đổi từ lớp này sang lớp khác do phụ thuộc vào vật liệu và hướng sợi của từng lớp

23

T ừ phương trình lực màng và phương trình moment, thu được phương trình quan hệ

t ng quát: ổ

24

CHƯƠNG 3: TỐI ƯU CẤU TRÚC COMPOSITE SỬ DỤNG PHẦN

MỀM HYPERWORK

3.1 Giới thiệu phần mềm HyperWorks[10]

Hyperworks là m tộ ph n m m CAE (Computer ầ ề Aided Engineering)n i ti ng, ổ ế được ứng

d ng trong nhiụ ều lĩnh vực v i kh ớ ả năng phân tích chính xác dựa trên phương pháp

ph n t h u h n HyperWorks ầ ử ữ ạ . giúp các doanh nghi p, các trung tâm nghiên c u nâng ệ ứcao chất lượng, giảm chi phí, nâng cao năng suất Giúp tối ưu hóa quá trình thiế ết k và

s n xuả ất

Works

Hyper cung c p gi i pháp toàn di nấ ả ệ trong n n công nghi p, bao g m cề ệ ồ ảmô

ph ng, phân tíchỏ , qu n lý d u tuy n tính và phi tuy n, tả ữliệ ế ế ối ưu hoá cấu trúc, ng h c độ ọ

chất lỏng, s ự tương tác giữa các vật thể, và nhi u ng dề ứ ụng đối với các cơ cấu

T ng quan mổ ột số chức năng phần mềm:

 Hypermesh

- B n x v i mô hình ph n t h u h n hi u suộ tiề ửlý ớ ầ ử ữ ạ ệ ất cao

- Môi trường tương tác cao và trực quan giúp phân tích thi t k s n ph m hi u ế ế ả ẩ ệ

25

Một bộ ải phầ ử ữ gi n t h u h n hoàn ch nh cho viạ ỉ ệc phân tích kết cấu

- B gi i ph n t h u h n th h p theo cho các bài toán mô ph ng tuyộ ả ầ ử ữ ạ ế ệtiế ỏ ến tính

và phi tuy n ế

- Radioss có th ể được s d ng cho các bài toán mô ph ng: phân tích k t c u, ử ụ ỏ ế ấdòng chảy, tương tác dòng ch y-kả ết cấu, d p t m và các h ậ ấ ệthống cơ khí

- Các bài toán v b n tề độ ề ối đa, tiếng ồn, rung động, độ chống ch u va ch m, th ị ạ ử

độ an toàn và kh ả năng chế ạ t o c a các thi t k nh m mang l i s c i ti n cho ủ ế ế ằ ạ ự ả ếcác sản ph m đ n v i thịầ ể đế ớ trường nhanh hơn

- Tối ưu hóa sẵn sàng cho thiết kế ự d a trên mô ph ng ỏ

 OptiStruct

Tối ưu hóa bằng phân tích k t c u, b gi i phân tích k t c u hiế ấ ộ ả ế ấ ện đại cho các bài toán tuy n tính và phi tuy n tính theo t i trế ế ả ọng tĩnh và động Đây là giải pháp hàng đầu th ịtrường cho vi c thi t k và tệ ế ế ối ưu hóa kế ất c u Dựa trên phương pháp phầ ử ữn t h u h n ạ

và công ngh multi-body dynamics, và thông qua phân tích tiên ti n và các thu t toán ệ ế ậ

tối ưu hóa, OptiStruct giúp các nhà thiế ết k và các kỹ sư nhanh chóng phát triển sáng

t o, thiạ ết kế các kết cấu có trọng lượng nh và hi u qu ẹ ệ ả

26

 Acusolve

Là m t b giộ ộ ải tính toán động l c ch t l ng (CFD), có kh ự ấ ỏ ả năng giải quy t các ng ế ứ

d ng công nghi p và khoa hụ ệ ọc đòi hỏi khắt khe

Được dựa trên phương pháp phầ ử ữn t h u h n, công ngh tính toán m nh m và r ng rãi ạ ệ ạ ẽ ộtrao quyền cho người dùng b ng cách cung cằ ấp độ chính xác nhất trên lưới ph n t ầ ửhoàn toàn không có c u trúc Các ng d ng khác nhau, t mô ph ng RANS (Reynolds-ấ ứ ụ ừ ỏaveraged Navier–Stokes) ổn định đến mô phỏng quá độ, ph c t p, mô phứ ạ ỏng đa môi trường m t cách d dàng và chính xác ộ ễ

3.2 Tối ưu hóa cấu trúc composite bằng bộ giải OptiStruct[6]

3.2.1 Bài toán tối ưu

Tối ưu có thể được định nghĩa như một quy trình t ự động để ạ t o ra m t h ộ ệ thống hay

m t thành ph n tr nên tộ ầ ở ốt nhất có th d a trên các hàm m c tiêu và các hàm ràng buể ự ụ ộc thiế ết k Có r t nhiấ ều các phương pháp và thuật toán có th s dể ử ụng để ối ưu hóa cấ t u trúc và trong b gi i OptiStruct, ta s d ng m t vài thu t toán dộ ả ử ụ ộ ậ ựa trên phương pháp Gradient

Mô hình đượ ối ưu hóa được t c phân thành nhi u loề ại như bài toán tuyến tính hay phi tuyến tính, bài toán tĩnh và bài toán động, liên t c và t m thụ ạ ời, xác định và ng u nhiên ẫ

Do đó cực kì quan trọng đối với người th c hiự ện xác định t t c các khía c nh quan ấ ả ạ

trọng c a mủ ột bài toán đểtính toán chúng vào trong l i giờ ải

Mô hình toán họ ủc c a bài toán tối ưu có thể phát biểu dướ ại d ng:

- Hàm đối tượng để ràng bu c ộ : ≤ 0

- Không gian thiết kế : (l,u là chỉ số giới hạn dưới và trên của miền thiết kế)

Trong đó:

27

- và đại diện cho phản hồi của hệ thống hay giá trị mục tiêu của hàm

hệ thống

- đại diện cho vecto của biến thiết kế ( )

B giộ ải OptiStruct đưa ra giải pháp tối ưu toàn diện nh m mằ ục đích hướng dẫn và đơn

gi n hóa trong vi c thi t k composite c u trúc t m Giả ệ ế ế ấ ấ ải pháp đưa ra bao gồm các công nghệ và các pha được kết hợp như sau:

 Pha 1: Đưa ra ý tưởng thi t k ế ế

Trong pha này công ngh tệ ối ưu Free Sizing đượ- c s dử ụng để ạo ra ý tưở t ng thi t k ế ếban đầu cùng lúc v i vi c ớ ệ xem xét đến các ràng bu c chung cho cộ ấu trúc cũng như ràng

 Pha 3: Thiết kế chi ti t ế

Trong pha này công ngh tệ ối ưu Ply stacking đượ- c s d ng nhử ụ ầm xác định chi ti t th ế ứ

t c a t ng t m và v n xét t i t t c các ràng bu c thi t k và các ràng bu c v sự ủ ừ ấ ẫ ớ ấ ả ộ ế ế ộ ề ản

xu ất

Các công ngh trên có th áp dệ ể ụng độ ậc l p v i nhau tuy nhiên luôn khuy n khích viớ ế ệc

s d ng tích hử ụ ợp đồng th i t t c các pha t ờ ấ ả ừ bước lên ý tưởng thi t k cho t i hoàn ế ế ớthiện Điều này đặc bi t quan tr ng khi bài toán xét t i có thêm các ràng bu c v s n ệ ọ ớ ộ ề ả

xuất Đểthỏa mãn các ràng bu c này ộ ở bước cuối cùng, chúng nên được thêm vào ngay

t ừ đầu để ý tưởng thi t k có th ế ế ể thực hi n ti p Gi a các pha có thêm các công c t ệ ế ữ ụ ựđộng đượ ử ụng để ạo điềc s d t u kiên cho vi c chuyểệ n ti p gi a các bư c thi t k tế ữ ớ ế ế ối ưu

3.2.2 Công nghệ tối ưu Free - Sizing

Mục đích của công ngh này là vi c tệ ệ ạo ra ý tưởng thi t k s d ng t t c các kh ế ế ử ụ ấ ả ả năng

có th c a c u trúc composite (c c u trúc và v t li u có th ể ủ ấ ả ấ ậ ệ ể được thi t k ng thế ế đồ ời)

B ng vi c biằ ệ ến đổi độ dày c a t ng ph n tủ ừ ầ ử, độ dày t m t ng th có th ấ ổ ể ể thay đổi “liên

tục” dọc su t cố ấu trúc và cùng lúc đó việc k t h p tế ợ ối ưu củ ừa t ng t m t i mấ ạ ọi điểm cũng đạt được đồng th i Tờ ại bước này, m i tỗ ấm theo các hướng có th có trong c u ể ấtrúc s ẽ được ch ỉ định là 1 “siêu tấm” và độ dày b ị thay đổi Thêm vào đó, để vô hi u ệhóa ảnh hưởng c a th t x p ch ng tủ ứ ự ế ồ ấm thông thường ta th c hi n tùy ch n SMEAR ự ệ ọcho bước thiế ết k này

28

Các ràng buộc được thêm vào trong bước này nh m mằ ục đích để ạ h n ch ế ảnh hưởng không mong mu n x y ra trong quá trình s n xu t Trong công ngh Free-Sizing, ta có ố ả ả ấ ệthể thêm vào các ràng bu c sau trong pha này: ộ

- Giới hạn trên và dưới độ dày t ng cổ ủa tấm

- Giới hạn trên và dưới độ dày của từng hướng đơn

- Giới hạn trên và dướ ỷ ệ đội t l dày của từng hướng đơn

- Độ dày không đổ ủa từng hướng đơni c

- Cân bằng độ dày giữa 2 hướng được chọn

Các k t qu ế ả đầu ra thông thường đố ới bưới v c này là s ự đóng góp vào độ dày t ng cổ ủa

mỗi hướng s i Tuy nhiên, khi s d ng công ngh ợ ử ụ ệ này như một ph n c a quá trình tầ ủ ối

ưu nói trên, ột cơ chế ự độm t ng t o k t qu ạ ế ả như là đầu vào cho bước ti p theo Các k t ế ế

qu t ng t o này s bao g m các bó t m, các bó t m này là các ch ng liên t c các ả ự độ ạ ẽ ồ ấ ấ ồ ụ

t m có hình d ng gi ng nhau M i siêu t m s bao g m 4 bó tấ ạ ố ỗ ấ ẽ ồ ấm, điều này được đặt

mặc định và có th ể thay đổ ối s bó t m, tuy nhiên trong h u hấ ầ ết các trường h p khuyợ ến khích ch s dỉ ử ụng như mặc định

3.2.3 Công nghệ tối ưu Sizing

Bên c nh viạ ệc định nghĩa composite dựa theo tính chất thông thường, m t mô hình ộcông ngh mệ ới được đưa vào trong OptiStruct Ở ạ d ng này, các t m s ấ ẽ được định nghĩa dướ ại d ng các l p và th t c a l p, cách bi u di n này s ng b cùng v i vi c ch ớ ứ ự ủ ớ ễ ễ ẽ đồ ộ ớ ệ ế

t o các t m composite Các lạ ấ ớp được xác định độ dày, hướng và tính ch t v t liấ ậ ệu thông qua th Ply và th STACK có nhiêm v k t dính các l p v i nhau t o thành c u ẻ ẻ ụ ế ớ ớ ạ ấtrúc tấm Tính chất của m i vùng c a m i t m xác đỗ ủ ỗ ấ ịnh là đơn nhất, xác định

Trong bướ ối ưu ởc t pha 1, m t vài ràng bu c s n xu t có th ộ ộ ả ấ ể được thêm vào để ể ki m soát độ dày c a tủ ấm hay độ dày của hướng xác định Một cơ chế ồ ại để đả t n t m b o các ảràng buộc này được th c hi n và k th a các pha ti p theo ự ệ ế ừ ở ế

Ngoài ra, vi c tệ ối ưu rờ ạc đượi r c t ng kích hoự độ ạt khi độ dày s n xu t c a l p ả ấ ủ ớTMANUF được xác định cho l p có liên k t v i m t bi n thi t k ớ ế ớ ộ ế ế ế xác định Tính năng này s m cho các bó lẽlà ớp đạt ớ đột i dày phù h p vợ ớ ội đ dày th c các l p ự ớ

Do đó từ ệ ối ưu kích thướ vi c t c các bó t m s ấ ẽ đạt được m t s lư ng các l p yêu c u ộ ố ợ ớ ầtheo hướng Thêm vào đó, thông thường pha này s thêm vào các ràng bu c v ng ở ẽ ộ ề ứ

x ử như phá hủy, bi n d ng ế ạ

Để ế ục bướ ti p t c cu i cùng, k t qu u ra c a pha này có th ố ế ả đầ ủ ể đượ ự độc t ng tạo ra để

tạo thành đầu vào cho bước tiếp theo