A+ đồ án Cơ học vật liệu và kết cấu, A+ đồ án thiết kế hệ thống cơ khí cơ điện tử 1, full, auto A+ đồ án Cơ học vật liệu và kết cấu, A+ đồ án thiết kế hệ thống cơ khí cơ điện tử 1, full, auto A+ đồ án Cơ học vật liệu và kết cấu, A+ đồ án thiết kế hệ thống cơ khí cơ điện tử 1, full, auto A+ đồ án Cơ học vật liệu và kết cấu, A+ đồ án thiết kế hệ thống cơ khí cơ điện tử 1, full, auto A+ đồ án Cơ học vật liệu và kết cấu, A+ đồ án thiết kế hệ thống cơ khí cơ điện tử 1, full, auto A+ đồ án Cơ học vật liệu và kết cấu, A+ đồ án thiết kế hệ thống cơ khí cơ điện tử 1, full, auto A+ đồ án Cơ học vật liệu và kết cấu, A+ đồ án thiết kế hệ thống cơ khí cơ điện tử 1, full, auto
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BỘ MÔN CƠ HỌC VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU - - ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Mô hình hóa, mô ứng xử học kết cấu composite Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Sinh viên thực : Nguyễn Việt Hùng Mã số sinh viên: Lớp 20131903 : KT-CĐT 2-K58 Hà Nội, 05/2016 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ MỤC LỤC TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI …………………………………… ……… Đặt vấn đề Nội dung đề tài CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG……………………………………8 Giới thiệu vật liệu composite Khái niệm chung Lịch sử hình thành phát triển Thành phần cấu tạo CHƯƠNG II: PHẦN MỀM ANSYS …………………………………12 Giới thiệu chung 12 CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG ỨNG XỬ TĨNH VÀ DAO ĐỘNG CỦA TẤM COMPOSITE………….…………………………………….………….21 I Dựng mô hình tính toán nhập thông số vật liệu………………….21 II Dùng mã Log…………………………………………………………29 II Tính toán ứng xử tĩnh composite3Error! Bookmark not defined IV Tính toán dao động composite………………………… ….49 CHƯƠNG IV: KHẢO SÁT VỀ SỰ THAY ĐỔI SỐ LỚP DẪN ĐẾN THAY ĐỔI VỀ ỨNG XỬ TĨNH VÀ ỨNG XỬ ĐỘNG I Nội dung khảo sát………………………………………………… II Phương pháp khảo sát……………………………………………… GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ III Khảo sát trường hợp………………………………………………… IV Nhận xét đáng giá ảnh hưởng số lớp đến kết tính toán………… KẾT LUẬN…………………………………………………………….83 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………… …62 GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Viện Cơ khí Bộ môn Cơ học Vật liệu Kết cấu Nhận xét ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… - Điểm đánh giá GVHD: …… Chữ ký giáo viên hướng dẫn - Điểm đánh giá hội đồng bảo về: …… GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Đặt vấn đề Vật liệu composite ứng dụng rộng rãi công nghiệp nhờ chúng có nhiều tính chất ưu việt trở thành vật liệu thiếu ngành công nghiệp mũi nhọn máy bay, tàu thủy, hang không vũ trụ, chế tạo vũ khí, xây dựng… Cơ tính vật liệu composite phụ thuộc vào tính vật liệu thành phần, luật phân bố hình học vật liệu cốt, tác dụng tương hỗ vật liệu thành phần, công nghệ chế tạo vật liệu composite,… Trong trường hợp composite cốt sợi phương sợi định tính dị hướng vật liệu Có nghĩa ta điều khiển tính dị hướng hướng vật liệu ta chọn phương án công nghệ phù hợp với tính chất mong muốn Tính cấp thiết hấp dẫn vấn đề nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm loại vật liệu kết cấu composite thu hút nhiều nhà khoa học giới nước quan tâm tạo lĩnh vực nghiên cứu học, Cơ học Vật liệu Kết cấu Composite Trong giai đoạn phát triển vật liệu composite loại vật liệu đáp ứng yêu cầu kỹ thuật nhiều ngành có khả bước thay số loại vật liệu truyền thống khác nhờ vào tính ưu việt Các loại kết cấu mỏng, điển hình loại kết cấu dạng composite đối tượng cần nghiêm cứu để bổ xung lý thuyết tính toán Nghiên cứu sở lý thuyết vật liệu compopsite, composite lớp để từ xây dựng thuật toán chương trình tính cho phép mô ứng xử tĩnh dao động composite Trên sở trợ giúp cảu phần mềm ANSYS, em hoàn thành Đồ án “Thiết kế hệ thóng Cơ Điện tử”, nội dung nghiên cứu “Điều khiển kết cấu composite ” GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Đồ án nghiên cứu nhiều ảnh hưởng yếu tố khác tới ứng xử tĩnh dao động composite: -Ứng xử tĩnh: xác định độ võng lớn nhất, vẽ biểu đồ độ võng qua mặt cắt điển hình, khảo sát ảnh hưởng tie lệ a/b góc sợi đến độ võng composite -Ứng xử động: xác định tần số riêng, dao động riêng khảo sát ảnh hưởng tie lệ a/b góc sợi đến tần số riêng, dao động riêng composite Sau trình tìm hiểu, nghiên cứu với nỗ lực thân với hướng dẫn bảo tận tình thầy giáo PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường_ Bộ môn Cơ học Vật liệu Kết cấu đồ án hoàn thành Tuy vậy, thời gian vốn kiến thức hạn chế nên đề tài nhiều thiếu sót Rất mong nhận bảo góp ý sâu sắc Thầy, Cô bạn để đề tài hoàn thiện Hà nội, ngày 01 tháng năm 2016 Sinh viên thực Nguyễn Việt Hùng Lớp KT-Cơ Điện tử 2-K58 GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Nội dung đồ án Đồ án chia thành chương sau: Chương 1: Khái niệm chung vật liệu composite Tìm hiểu khái niệm, lịch sử hình thành thành phần cấu tạo nên vật liệu composite Ứng dụng composite thực tế ngày Tầm quan trọng việc nghiên cứu vật liệu composite Chương 2: Tìm hiểu phần mềm Ansys Nội dung chương sâu tìm hiểu phần mềm Ansys, ứng dụng phần mềm lĩnh vực công nghiệp Thực phân tích, tính toán cấu trúc, cấu kiện, chi tiết máy phần mềm Ansys Chương 3: Mô hình hóa, mô ứng xử tĩnh dao động composite áp điện phần mềm ANSYS với thông số cho trước Trong làm có sử dụng phương pháp thay đổi mã Log Ansys để công việc trở nên dễ dàng Chương 4: Khảo sát thay đổi độ võng tần số dao động riêng số lớp vật liệu thay đồi rút kết luận GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ CHƯƠNG I KHÁI NIỆM CHUNG I Giới thiệu vật liệu composite Khái niệm vật liệu composite Compsite vật liệu tổng hợp nên từ hai hay nhiều loại vật liệu khác nhau, nhằm mục đích tạo nên vật liệu mới, ưu việt bền so với vật liệu ban đầu Vật liệu composite bao gồm có vật liệu cốt Vật liệu đảm bảo việc liên kết cốt lại với nhau, tạo cho vật liệu gồm nhiều thành phần có tính nguyên khối, liên tục, đảm bảo cho composite độ bền nhiệt, bền hoá khả chịu đựng vật liệu có khuyết tật Vật liệu composite polyme, kim loại hợp kim, gốm bon Vật liệu cốt đảm bảo cho composite có mođun đàn hồi độ bền học cao Các cốt composite hạt ngắn, bột, sợi cốt sơi thuỷ tinh, sợi polyme, sợi gốm, sợi kim loại sợi bon,…Về mặt đặt toán học, người ta định nghĩa vật liệu composite vật liệu mà tính chất phụ thuộc vào toạ độ Lịch sử hình thành Những vật liệu compozit đơn giản có từ xa xưa Khoảng 5000 năm trước công nguyên người biết trộn viên đá nhỏ vào đất trước làm gạch để tránh bị cong vênh phơi nắng, điển hình compozit hợp chất dùng để ướp xác người Ai Cập GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Chính thiên nhiên tạo cấu trúc composite trước tiên, thân gỗ, có cấu trúc composite, gồm nhiều sợi xenlulo dài kết nối với licnin Kết liên kết hài hoà thân vừa bền dẻo - cấu trúc composite lý tưởng Người Hy Lạp cổ biết lấy mật ong trộn với đất, đá, cát sỏi làm vật liệu xây dựng; Việt Nam, truyền lại cách làm nhà bùn trộn với rơm băm nhỏ để trát vách nhà, khô tạo lớp vật liệu cứng, mát mùa hè ấm vào mùa đông Mặc dù composite vật liệu có từ lâu, ngành khoa học vật liệu composite hình thành gắn với xuất công nghệ chế tạo tên lửa Mỹ từ năm 1950 Từ đến nay, khoa học công nghệ vật liệu composite phát triển toàn giới có thuật ngữ "vật liệu mới" đồng nghĩa với "vật liệu composite" Thành phần cấu tạo Nhìn chung, vật liệu composite gồm hay nhiều pha gián đoạn phân bố pha liên tục (Pha loại vật liệu thành phần nằm cấu trúc vật liệu composite.) Pha liên tục gọi vật liệu (matrix), thường làm nhiệm vụ liên kết pha gián đoạn lại Pha gián đoạn gọi cốt hay vật liệu tăng cường (reinforcement) trộn vào pha làm tăng tính, tính kết dính, chống mòn, chống xước Thành phần cốt: Nhóm sợi khoáng chất: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi gốm; nhóm sợi tổng hợp ổn định nhiệt: sợi Kermel, sợi Nomex, sợi Kynol, sợi Apyeil Các nhóm sợi khác phổ biến hơn: sợi gốc thực vật (gỗ, xenlulô): giấy, sợi đay, sợi gai, sợi dứa, sơ dừa, ; sợi gốc khoáng chất: sợi Amiăng, sợi Silic, ; sợi nhựa tổng hợp: sợi polyeste (tergal, dacron, térylène, ), sợi polyamit, ; sợi kim loại: thép, đồng, nhôm, GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Vật liệu nền: Chất liệu polyme nhiệt rắn, chất liệu polyme nhiệt dẻo, chất liệu cacbon, chất liệu kim loại Nhựa polyeste nhóm nhựa cô đặc như: nhựa phenol, nhựa furan, nhựa amin, nhựa epoxy Nhựa epoxy sử dụng nhiều (sau polyeste không no) công nghiệp composite Do đặc tính học cao nhựa epoxy, người ta sử dụng để tạo composite có độ bền cao dùng cho ngành chế tạo máy bay, tàu vũ trụ, tên lửa v.v Nhựa epoxy có đặc tính học kéo, nén, uốn, va đập từ biến polyeste Chất liệu polyme nhiệt dẻo: Nền vật liệu nhựa nhiệt dẻo như: PVC, nhựa polyetylen, nhựa polypropylen, nhựa polyamit, Chất liệu kim loại: Vật liệu compozit kim loại có modun đàn hồi cao lên tới 110 GPa Do đòi hỏi chất gia cường có modun cao Các kim loại sử dụng nhiều là: nhôm, niken, đồng GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang 10 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Hình 3.3.2 Dao động riêng thứ trường hợp Trường hợp a Thay đổi mã log sau gocsoi1=0 gocsoi2=90 gocsoi3=0 gocsoi4=90 RMODIF,1,1,4,0,0,0,0,0 !chon lop Composite !* RMODIF,1,13,1,gocsoi1, thickness1, 1, gocsoi2, thickness2, RMODIF,1,19,1, gocsoi3, thickness3, 1, gocsoi4, thickness4, GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang 70 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ !RMODIF,1,25,1, gocsoi5, thickness5,1, gocsoi6, thickness6, !RMODIF,1,31,1, gocsoi7, thickness7,1, gocsoi8, thickness8, b Kết Hình 3.4.1 Chuyển vị trường hợp GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang 71 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Hình 3.4.2 Dao động riêng thứ trường hợp Trường hợp a Thay đổi mã log sau gocsoi1=0 gocsoi2=90 gocsoi3=0 gocsoi4=90 gocsoi5=0 RMODIF,1,1,5,0,0,0,0,0 !chon lop Composite !* RMODIF,1,13,1,gocsoi1, thickness1, 1, gocsoi2, thickness2, GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang 72 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ RMODIF,1,19,1, gocsoi3, thickness3, 1, gocsoi4, thickness4, RMODIF,1,25,1, gocsoi5, thickness5, !1, gocsoi6, thickness6, !RMODIF,1,31,1, gocsoi7, thickness7,1, gocsoi8, thickness8, b Kết Hình 3.5.1 Chuyển vị trường hợp GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang 73 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Hình 3.5.2 Dao động riêng thứ trường hợp Trường hợp a Thay đổi mã log sau gocsoi1=0 gocsoi2=90 gocsoi3=0 gocsoi4=90 gocsoi5=0 gocsoi6=90 RMODIF,1,1,6,0,0,0,0,0 !chon lop Composite !* GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang 74 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ RMODIF,1,13,1,gocsoi1, thickness1, 1, gocsoi2, thickness2, RMODIF,1,19,1, gocsoi3, thickness3, 1, gocsoi4, thickness4, RMODIF,1,25,1, gocsoi5, thickness5, 1, gocsoi6, thickness6, !RMODIF,1,31,1, gocsoi7, thickness7,1, gocsoi8, thickness8, b Kết Hình 3.6.1 Chuyển vị trường hợp GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang 75 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Hình 3.6.2 Dao động riêng thứ trường hợp Trường hợp a Thay đổi mã log sau gocsoi1=0 gocsoi2=90 gocsoi3=0 gocsoi4=90 gocsoi5=0 gocsoi6=90 gocsoi7=0 RMODIF,1,1,7,0,0,0,0,0 !chon lop Composite !* GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang 76 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ RMODIF,1,13,1,gocsoi1, thickness1, 1, gocsoi2, thickness2, RMODIF,1,19,1, gocsoi3, thickness3, 1, gocsoi4, thickness4, RMODIF,1,25,1, gocsoi5, thickness5, 1, gocsoi6, thickness6, RMODIF,1,31,1, gocsoi7, thickness7, !1, gocsoi8, thickness8, b Kết Hình 3.7.1 Chuyển vị trường hợp GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang 77 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Hình 3.7.2 Dao động riêng thứ trường hợp Trường hợp a Thay đổi mã log sau gocsoi1=0 gocsoi2=90 gocsoi3=0 gocsoi4=90 gocsoi5=0 gocsoi6=90 gocsoi7=0 gocsoi8=90 GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang 78 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ RMODIF,1,1,8,0,0,0,0,0 !chon lop Composite !* RMODIF,1,13,1,gocsoi1, thickness1, 1, gocsoi2, thickness2, RMODIF,1,19,1, gocsoi3, thickness3, 1, gocsoi4, thickness4, RMODIF,1,25,1, gocsoi5, thickness5, 1, gocsoi6, thickness6, RMODIF,1,31,1, gocsoi7, thickness7,1, gocsoi8, thickness8, b Kết Hình 3.8.1 Chuyển vị trường hợp GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang 79 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Hình 3.8.2 Dao động riêng thứ trường hợp GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang 80 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ IV Đánh giá Thay đổi số lớp ảnh hưởng tới Uzmax Số lớp 0,09 Uzmax 0.081806 0.049488 0.003139 0.002833 8.13E-04 7.67E-04 3.00E-04 3.16E-04 0,081806 0,08 0,07 0,06 0,049488 0,05 0,04 0,03 0,02 0,003139 0,002833 8,13E-047,67E-043,00E-043,16E-04 0,01 0 -0,01 *Nhận xét: Dựa vào đồ thị ta thấy: có chuyển vị lớn có lớp Tăng số lớp từ lên 3, độ võng giảm 26 lần (0.081806/0.003139) Khi có nhiều lớp, gần không thay đổi độ võng lớn ta tăng số lớp GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang 81 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ Thay đổi số lớp ảnh hưởng tới số dao động riêng Số lớp Tần số dao động riêng thứ 50.864 45.794 149.544 135.411 226.539 212.418 300.216 286.435 350 300,216 286,435 300 250 226,539 212,418 200 149,544 135,411 150 100 50,864 45,794 50 0 *Nhận xét: tần số dao động riêng có xu hướng tăng dần ta tăng số lớp, với cặp (1 lớp), (3 lớp), (5 lớp), (7 lớp) ta thấy tần số không thay đổi nhiều -> đồ thị có hình bậc thang GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang 82 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ KẾT LUẬN Việc ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn vào phân tích, tính toán với hỗ trợ Ansys có ý nghĩa quan trọng việc mô tính toán ứng xử tĩnh ứng xử động composite, phục vụ cho công việc nghiên cứu sau Trong thời gian qua, với nỗ lực thân với giúp đỡ tận tình thầy giáo PGS TS Nguyễn Mạnh Cường thầy cô giáo môn Cơ học Vật liệu Kết cấu em hoàn thành đồ án Đồ án đạt kết sau: Nghiên cứu, tìm hiểu ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn vào việc tính toán Tìm hiểu đặc điểm tính chất số phần tử Nghiên cứu phương pháp để tính toán ứng xử tĩnh ứng xử động composite Tìm hiểu phần mềm Ansys, số ứng dụng lĩnh vực đời sống Tiếp cận sử dụng phần modul để hỗ trợ cho việc phân tích, tính toán trạng thái kết cấu (biến dạng, ứng suất, ) xác định dạng dao động composite Sau trình thực đề tài, em thu kết yêu cầu Tuy nhiên, trình độ thân thời gian có hạn nên việc thực đề tài hạn chế Để hoàn thiện đề tài em mong nhận đóng góp, đánh giá thầy cô giáo toàn thể bạn Em xin chân thành cảm ơn ! GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang 83 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Chu Quốc Thắng – NXB KHKT [2] HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG ANSYS Đinh Bá Trụ, Hoàng Văn Lợi – NXB KHKT [3] PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN LÝ THUYẾT VÀ LẬP TRÌNH Nguyễn Quốc Bảo, Trần Nhất Dũng – NXB KHKT GVHD: PGS.TS Nguyễn Mạnh Cường Trang 84