BÁO CÁO ĐỒ ÁN KẾT CẤU HÀNG KHÔNG 1 ĐỀ TÀI BÀI TẬP LỚN MÔN KẾT CẤU HÀNG KHÔNG

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM

KHOA KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN

KẾT CẤU HÀNG KHÔNG 1

TÊN ĐỀ TÀI: “BÀI TẬP LỚN MÔN KẾT CẤU HÀNG KHÔNG”

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS TRẦN THỊ QUỲNH NHƯ SINH VIÊN: LÊ PHÚ THỊNH - 2255200084 NGUYỄN THÀNH NGHĨA - 2255200076

LỚP 22ĐHKT02 - NHÓM 6

Thành phố Hồ Chí Minh - 3/2024

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM

KHOA KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN

KẾT CẤU HÀNG KHÔNG 1

TÊN ĐỀ TÀI: “BÀI TẬP LỚN MÔN KẾT CẤU HÀNG KHÔNG”

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS TRẦN THỊ QUỲNH NHƯ SINH VIÊN: LÊ PHÚ THỊNH - 2255200084 NGUYỄN THÀNH NGHĨA - 2255200076 LỚP 22ĐHKT02 - NHÓM 6

Thành phố Hồ Chí Minh - 3/2024

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Trong suốt quá trình thực hiện bài tiểu luận, nhóm chúng em đã luôn nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của giảng viên hướng dẫn - Cô Trần Thị Quỳnh Như Chúng em chân thành cảm ơn cô vì đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức cho chúng em trong suốt thời gian thực hiện tiểu luận.

Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến khoa Kỹ Thuật Hàng Không và Học Viện Hàng Không Việt Nam vì đã tạo điều kiện cho chúng em một môi trường học tập mang tính chuyên môn cao nhằm phục vụ cho công việc sau này và cũng như đời sống thực tế

Trong quá trình thực hiện tiểu luận này, do kiến thức và kinh nghiệm của nhóm còn thiếu nên không thể tránh khỏi sai sót Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô ở Học Viện để bổ sung tiểu luận này được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thành phố Hồ Chí Minh, 3/2024

LỜI CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan bài tiểu luận này là do nhóm tự tính toán, thiết kế và nghiên cứu dựa trên những bài giảng của giáo viên hướng dẫn Để hoàn thành bài tiểu luận này, nhóm chỉ sử dụng những tài liệu đã được ghi trong mục tài liệu tham khảo, ngoài ra không sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác mà

không được ghi Nếu sai, nhóm xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định của giảng viên và học viện.

Sinh viên cam đoan

1.1 The section properties of the shaft 8

1.2 State of stress at point A 9

1.3 The principal stresses 9

BÀI 2 11

2.1 Draw shear force and bending moment diagrams 13

2.1.1 Tìm hàm số lực cắt và mômen uốn 13

2.1.2 Vẽ biểu đồ lực cắt và mômen uốn 14

2.2 The cross section properties of the spar 17

2.3 The function of normal stress in the spar’s cross section 19

2.4 Maximum normal stress in the spar and the location 20

2.5 Choice of aluminum alloy 21

2.6 Determine maximum deflection and location 22

2.7 The cross section properties of the skin 25

2.8 The shear flow in the cross section 27

2.9 The required thickness of the skin 29

2.10 The shear center of the thin walled cross section 30

MỞ RỘNG: VẬT LIỆU HÀNG KHÔNG ĐÃ THAY ĐỔI NHƯ THẾ NÀO? 31

PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

trưởng 2 Nguyễn

Thành Nghĩa 2255200076 22ĐHKT02

BÀI 1

ĐỀ BÀI: Trục chân vịt của một tàu hàng chịu một lực nén và moment xoắn

như trên Hình 1 Trục có đường kính trong 100 mm và đường kính ngoài 150

mm, xác định ứng suất chính (principal stress) tại điểm A nằm trên bề mặt của trục

BÀI LÀM

1.1 The section properties of the shaft

Ta có hình dạng tiết diện mặt cắt ngang của trục:

Ta đổi đơn vị sau đó tìm được bán kính là:

1.2 State of stress at point A

Trục chịu tác dụng của mômen xoắn M = 3 103(N m) và lực nén F =

12 103(N ) Mômen xoắn tác dụng lên trục gây ra một ứng suất cắt τlà:

Ta có trạng thái ứng suất tại điểm A là:

1.3 The principal stresses

Từ trạng thái ứng suất ở trên, ta xác định được ứng suất chính tại điểm A

¿>{ θ2≈ −42 °

θ1=θ2+90 °=− 42°+ 90°=48 °

BÀI 2

ĐỀ BÀI: Cánh của một chiếc máy bay có thể được mô hình hóa thành một

dầm cantilever chịu nhiều loại lực khác nhau như trên Hình 2 Lực phân bố

tam giác có giá trị W0 = 6 kN/m và lực tập trung có giá trị P = 2 kN Cấu trúc cánh bao gồm một vỏ mỏng để đảm bảo được hình dạng khí động yêu cầu cho cánh, một thanh spar, và vài tấm sườn (rib) Giả sử rằng thanh spar sẽ chịu tất cả tác động do ứng suất pháp gây ra do moment uốn (normal stress due to bending), và vỏ cánh sẽ chịu tất cả các tác động do ứng suất tiếp (shear stress)

gây ra do lực cắt (shear force) Mặt cắt ngang của spar được cho trên Hình 3

Vỏ cánh có mặt cắt đối xứng, thành mỏng, độ dày không đổi t, và hở do một

lát cắt hẹp như trên Hình 4

a Vẽ biểu đồ lực cắt và moment uốn cho dầm

b Xác định ứng suất pháp lớn nhất trong spar, nêu rõ vị trí ứng suất pháp lớn

nhất

c Chọn một hợp kim nhôm thích hợp để làm spar này Nêu rõ các giả thiết

khi chọn vật liệu như hệ số an toàn, tiêu chuẩn bền (failure criteria), điều kiện hỏng hóc, v.v…

d Xác định độ võng của dầm tại điểm đặt lực P Để đơn giản hóa việc tính

toán, trong câu này chúng ta giả sử rằng độ võng của dầm được tính theo độ võng của spar, và spar được giả định là đối xứng Moment quán tính của spar được lấy thành phần theo trục tương ứng để tính toán

200 MPa Nêu rõ các lý do khi lựa chọn độ dày cho phép

f Xác định vị trí tâm trượt (shear center) của mặt cắt thành mỏng của vỏ

cánh

Xét từ mặt cắt a-a về phía bên phải của mặt cắt (0 ≤ z ≤ 6) ta có:

Ta thấy hình tam giác lực phân bố sau khi cắt mặt cắt a-a đồng dạng với hình tam giác lực phân bố ban đầu, từ đó ta có tỷ lệ:

=> Mômen đạt cực trị tại z = 2 (m) và có giá trị M2m ≈ -2.7 (kN.m) - Mômen bằng 0 tại điểm có tọa độ:

Câu b)

Ta có dầm cantilever được mô hình hóa ở trên thực chất là cánh máy bay, với cấu trúc cánh như sau:

Theo đề bài, cánh sẽ gồm một thanh spar và thanh spar đó được giả sử sẽ chịu tất cả tác động do mômen uốn gây ra Với biểu đồ mômen uốn của cánh như trên, ta thấy ứng suất pháp lớn nhất của thanh spar tại nơi có giá trị mômen uốn lớn nhất, tức là tại z = 6 (m) nơi có mômen uốn Mmax = 24 (kN.m).

2.2 The cross section properties of the spar

Tại nơi có Mmax = 24 (kN.m), tiết diện của mặt cắt ngang của thanh spar là:

Ta chia hình trên thành 3 phần từ trên xuống dưới có diện tích lần lượt:

2.3 The function of normal stress in the spar’s cross section

Để xác định Mmax uốn theo trục x hay trục y, ta xét spar như sau:

{Mx=Mmax=−24 (kN m)=−24 106(N mm)(nén góc phần tư dương)My=0 (kN m)

Ta có công thức tính ứng suất pháp gây ra do uốn là:

2.4 Maximum normal stress in the spar and the location

Để tìm ứng suất pháp lớn nhất trên tiết diện của thanh spar, ta xét ứng suất pháp tại các điểm trên tiết diện có tọa độ sau:

2.5 Choice of aluminum alloy

Ta có giá trị ứng suất pháp lớn nhất là: σmax=265,305 (N /mm2

Ta thấy không có hợp kim nhôm nào đáp ứng được việc thiết kế cánh có 1 thanh spar này Nhưng thực tế mỗi máy bay đều được thiết kế với 2 thanh spar trở lên để phân bố đồng đều lực tác dụng, giả sử thay vì có 1 thanh spar thì máy bay có 2 thanh spar Vậy ta có ứng suất pháp tối đa tác dụng lên mỗi

Ta chọn vật liệu để làm hai thanh spar này là Nhôm 2014 - T4 (Sy = 290 MPa) Từ đó ta tính được hệ số an toàn:

N= 290

132,6525≈ 2,2

Mà hệ số an toàn của Nhôm nằm ở khoàng 1,5 - 3 => Thỏa mãn hệ số an toàn.

Ta lại có, hệ số an toàn của linh kiện máy bay nằm trong khoảng 1,5 - 2,5 => Thỏa mãn điều kiện an toàn

Câu d)

2.6 Determine maximum deflection and location

Ta có hàm số của mômen uốn bên trong dầm là:

Với vật liệu ta chọn là Nhôm 2014 - T4 thì Môđun Young là E = 73,1 GPa = 73,1 109 (Pa), và mômen quán tính là Ixx=¿ 14,1125.106 (mm4) =

Dùng Pytago, ta tính đoạn độ dài các đoạn: - L1 −2=√4002+702≈ 406,1(mm).

- L2 −3=150 (mm).

- L3 −4=√1802+702≈ 193,13(mm).

Do hình đối xứng qua trục x nên Ixy=0(mm4).

Do ở phần 2.1 ta xác định cánh máy bay chỉ có lực cắt theo trục y nên

2.7 The cross section properties of the skin

Ta có hàm số biểu diễn của mỗi đoạn thẳng là:

y=a s+b

Xét đoạn 1-2: y=a s1+b

{ Tại y=0 (mm)(điểm 1)=¿s1=0 (mm)

Tại y=70 (mm)(điểm 2)=¿s1=406,1(mm)

{ Tại y=70 (mm)(điểm 2)=¿s2=0 (mm)

Tại y=70 (mm)(điểm 3)=¿s2=150 (mm)

2.8 The shear flow in the cross section

Ta có công thức tổng quát tính dòng cắt (với Sx = 0) là:

{q1 −2=− q6 − 7q2 −3=− q5 − 6q3 − 4=− q4 −5

Phân bố dòng cắt trên mặt cắt vỏ:

2.9 The required thickness of the skin

Theo biểu đồ phân bố dòng cắt ở trên, ta thấy dòng cắt lớn nhất tại điểm

2.10 The shear center of the thin walled cross section

Giả sử tâm cắt cách điểm 4 một khoảng ξs (mm) với lực cắt Sy Ta cân bằng mômen tại điểm 4, với cánh tay đòn d1, d2 là:

MỞ RỘNG: VẬT LIỆU HÀNG KHÔNG ĐÃ THAYĐỔI NHƯ THẾ NÀO?