nghiên cứu, tính toán và mô phỏng vỏ bình gas composite

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ MINH CHÍNH NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG VỎ BÌNH GAS COMPOSITE NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC0 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ MINH CHÍNH NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG VỎ BÌNH GAS COMPOSITE NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HOÀI SƠN Tp Hồ Chí Minh, tháng 5/2013 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Lê Minh Chính Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 28/02/1971 Nơi sinh: tỉnh Thái Bình Quê quán: xã Vũ Lãm - huyện Vũ Thư - tỉnh Thái Bình Dân tộc: kinh ðịa liên lạc: 331 - tổ - khu phố 11 - phường An Bình – thành phố Biên Hòa – tỉnh ðồng Nai ðiện thoại: 0985556986 E-mail: chinhleminh40@yahoo.com II QUÁ TRÌNH ðÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ ñào tạo: qui Thời gian ñào tạo từ 8/1990 ñến 8/1993 Nơi học: Trường Trung cấp Kỹ thuật Quân khí Ngành học: Vũ khí ðại học: Hệ ñào tạo: chuyên tu Thời gian ñào tạo từ 9/1998 ñến 9/2001 Nơi học: Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự Ngành học: Cơ khí III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ðẠI HỌC: Thời gian 9/2001 -3/2013 Nơi công tác Trường Sĩ Quan Kỹ Thuật Quân Sự (Trường ðại Học Trần ðại Nghĩa) Công việc ñảm nhiệm Giảng dạy LỜI CAM ðOAN Tên ñề tài: Nghiên cứu, tính toán mô vỏ bình gas composite GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoài Sơn Họ tên học viên: Lê Minh Chính, MSHV: 11025204003 Lớp: Công Nghệ Chế Tạo Máy 2011-2013 Tôi cam ñoan ñây công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa ñược công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng năm 2013 Lê Minh Chính LỜI CẢM ƠN Trước tiên xin ñược bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc ñến PGS.TS Nguyễn Hoài Sơn, người thầy ñã tận tình trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu quan trọng, ñịnh hướng sửa chữa thiếu sót suốt trình nghiên cứu ñể hoàn thành luận văn Xin ñược cảm ơn tới thầy PGS.TS Lê Hiếu Giang ñã giúp ñỡ, bảo tận tình cho trình thực luận văn Tôi xin cảm ơn quý thầy Trường ðại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh ñã tận tình dạy dỗ giúp ñở suốt trình học tập trường Tôi cảm ơn lời hỏi thăm, giúp ñỡ ñộng viên nhiệt tình anh chị học viên lớp cao học khóa 2011 -2013A ngành Công Nghệ Chế Tạo Máy gia ñình ñã tạo ñiều kiện cho học tập tốt Cuối xin cảm ơn Phòng Cao học Trường ðại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh ñã tạo ñiều kiện ñể học tập thực xong luận văn Học viên thực TÓM TẮT Bình gas thường chế tạo vật liệu thép Carbon, ñược sử dụng rộng rãi sinh hoạt công nghiệp Cuối năm 2011 công ty TTA Composite giới thiệu sản phẩm bình gas làm vật liệu composite cho thị trường ðông Nam Á, sản xuất theo công nghệ ñộc quyền Thụy ðiển Trong ñề tài tác giả tìm hiểu vật liệu, thông số kỹ thuật, công nghệ chế tạo vỏ bình gas vật liệu composite Sử dụng phần mềm Ansys Workbench12 ñể mô phân tích ứng suất, biến dạng vỏ bình gas composite, so sánh kết phân tích ứng suất phù hợp với kết tính toán lý thuyết So sánh kết phân tích ứng suất, biến dạng vỏ bình gas composite với vỏ bình gas thép Từ kết mô phỏng, phân tích ứng suất, biến dạng phát vị trí ứng suất, biến dạng lớn nhất, so sánh kết phù hợp với thử nghiệm công ty TTA Composite ðề xuất phương án tăng bền cho vỏ bình cách tăng chiều dày phần bán ellip vỏ bình Mô phân tích ứng suất, biến dạng vỏ bình composite ñã ñề xuất so sánh với vỏ bình gas chưa ñề xuất ðề xuất thay ñổi vật liệu chế tạo vỏ bình gas, từ vật liệu S-Glass/Epoxy sang vật liệu E-Glass/Epoxy ñể giảm giá thành cho vỏ bình gas composite Mô phân tích ứng suất, kiểm tra bền cho loại vật liệu ñề xuất, so sánh với kết thử nghiệm ASTRACT Gas tanks are usually made of carbon steel material It is widely use both in daily life as well as industry Late in 2011, TTA Composite company introduced products gas tanks made of composite material for the Southeasr Asian market, the production of technology Swedish monopoly In this project, the author learn about materials, specifications, manufacturing technology gas cylinders of composite material Use of ANSYS Workbench12 software to simulate stress analysis, deformation of composite cylinders, compare stress analysis results consistent with theoretical calculation results Compare results of stress analysis, deformation of composite cylinders with steel cylinders From the simulation results, stress analysis, deformation detection of stress positions, the largest deformation, comparing the results with test match at TTA Composite companies Proposed plans for increased durability cylinders by increasing the thickness of the semi-elliptical cylinders Simulation analysis of stress, deformation of composite cylinders proposed compared with less cylinders proposed Proposed material changes cylinders fabricated from Glass/Epoxy material to S- E-Glass/Epoxy material to reduce costs for composite cylinders Simulation of stress analysis, strength testing new material for the proposal, compared with experimental results MỤC LỤC TRANG Trang tựa Quyết ñịnh giao ñề tài i Lý lịch cá nhân ii Lời cam ñoan iii Cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục vi Danh sách hình vii Danh sách bảng viii Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu gas, bình chứa gas 1.2 Các kết nghiên cứu nước ñã công bố 1.2.1 Trong nước 1.2.2 Ngoài nước 10 1.3 Mục ñích ñề tài 15 1.4 Nhiệm vụ ñề tài giới hạn ñề tài 15 1.5 Phương pháp nghiên cứu 15 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE VÀ PHẦN TỬ HỮU HẠN 17 2.1 Cơ sở vật liệu composite 17 2.1.1 Khái niệm 17 2.1.2 Ưu nhược ñiểm vật liệu composite 17 2.1.2.1 Ưu ñiểm 17 2.1.2.2 Nhược ñiểm 18 2.1.3 Phân loại vật liệu composite 18 2.1.3.1 Phân loại vật liệu theo pha 18 2.1.3.2 Phân loại theo cấu trúc 19 2.1.4 Cấu tạo vật liệu composite 19 2.1.4.1 Thành phần cốt 19 2.1.4.2 Vật liệu 21 2.1.5 Vật liệu composite polyme 24 2.1.6 Công nghệ chế tạo sản phẩm composite 27 2.1.6.1 Phương pháp chế tạo thủ công 27 2.1.6.2 Phương pháp phun hỗn hợp composite 28 2.1.6.3 Phương pháp thấm nhựa trước 28 2.1.6.4 Phương pháp ñùn ép 30 2.1.6.5 Phương pháp ñúc chuyển nhựa 31 2.1.6.6 Phương pháp ñúc chân không 32 2.2 Cơ sở phần tử hữu hạn 34 2.2.1 Giới thiệu phần tử hữu hạn 34 2.2.2 Các bước giải phương pháp Phần tử Hữu hạn 35 2.2.3 Cơ sở phân tích composite 35 Chương CƠ SỞ TÍNH TOÁN VỎ BÌNH CHỨA LPG 40 3.1 Tính ứng suất thân trụ chịu áp suất 40 3.1.1 Trường hợp thành trụ mỏng 40 3.1.2 Trường hợp thành trụ dày 41 3.2 Tính áp suất cho phép, chiều dày vỏ bình chứa LPG 43 3.2.1 Hệ số an toàn bền ứng suất cho phép 43 3.2.2 Áp suất cho phép ñối với phận chịu áp lực bình chịu áp suất 43 3.2.2.1 Áp suất cho phép ñối với thân trụ chịu áp suất 44 3.2.2.2 Áp suất cho phép ñối với thân cầu chịu áp suất 44 3.2.2.3 Áp suất cho phép ñối với ñáy ellip chịu áp suất 45 3.2.2.4 Áp suất cho phép ñối với ñáy chỏm cầu chịu áp suất 45 3.2.2.5 Áp suất cho phép ñối với ñáy bán cầu chịu áp suất 45 3.2.2.6 Áp suất cho phép ñối với ñáy côn chịu áp suất 46 Chương TÌM HIỂU VẬT LIỆU, THÔNG SỐ KỸ THUẬT, CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VỎ BÌNH GAS COMPOSITE 48 4.1 Vật liệu 48 4.1.1 Vật liệu (Maxtrit) 48 4.1.2 Vật liệu cốt (Fibre) 48 4.2 Thông số kỹ thuật, cấu trúc lớp vỏ bình 49 4.2.1 Thông số kỹ thuật 49 4.2.2 Cấu trúc lớp vỏ bình 50 4.3 Công nghệ sản xuất vỏ bình gas composite 51 4.3.1 Công nghệ quấn sợi thủy tinh 51 4.3.1 Công nghệ ñúc, ép vỏ bình 52 Chương MÔ PHỎNG, KIỂM TRA BỀN VỎ BÌNH GAS COMPOSITE 54 5.1 Mô số 54 5.1.1 Giới thiệu phần mềm Ansys 54 5.1.2 Ansys có tính bật 55 5.1.3 Các bước giải toán Ansys12 55 5.1.4 Mô vỏ bình gas composite 56 5.1.4.1 Các bước giải 56 5.1.4.2 Kết mô vỏ bình gas vật liệu S-Glass/Epoxy 58 5.1.4.3 Kết mô vỏ bình gas vật liệu thép Carbon 59 5.2 ðề xuất 61 5.2.1 Thay ñổi vật liệu 61 5.2.2 Tăng chiều dày phần bán ellip 63 5.3 Kiểm tra bền 65 5.3.1 Kiểm tra bền cho vỏ bình gas vật liệu S-Glass/Epoxy 65 5.3.2 Kiểm tra bền cho vỏ bình gas vật liệu E-Glass/Epoxy 66 5.4 So sánh kết phân tích với thử nghiệm công ty TTA Composite 67 Hình 5.28: Phân tích ứng suất ñề xuất vỏ bình E-Glass/Epoxy Hình 5.29: Phân tích biến dạng ñề xuất vỏ bình E-Glass/Epoxy Bảng 5.2: Giá trị ứng suất, biến dạng phần bán ellip trước ñề xuất Vật liệu S-Glass/Epoxy Giá Ứng suất Ứng suất Biến dạng Biến dạng trị áp trước ñề ñề trước ñề ñề suất xuất xuất xuất xuất (bar) (MPa) (MPa) (mm) (mm) 20 60,019 49,13 2,388 0,87 30 90,028 73,7 3,582 1,05 60 180,06 147,41 7,164 2,1 5.3 Kiểm tra bền 5.3.1 Kiểm tra bền cho vỏ bình gas vật liệu S-Glass/Epoxy Theo tài liệu [18] ñộ bền kéo vật liệu S-Glass/Epoxy SB = 1620 MPa, theo tài liệu [The American Society of Mechanical Engineers New York (2004), 2004 Boiler & Pressure vessel code, Section II, Par D, New York, USA] ñối với vật liệu chế tạo bình áp suất hệ số an toàn bền nB= Do ñó ứng suất kéo cho phép vật liệu S-Glass/Epoxy ñược tính: 65 [σ ]k = S B 1620 = = 540 MPa nB Với giá trị ứng suất tính toán giá trị ứng suất theo phân tích vỏ bình gas S-Glass/Epoxy, áp suất thiết kế 30 bar: - Ứng suất tính toán (phần trụ) áp suất 30 bar σ tt = 53,25 MPa - Ứng suất theo phân tích (phần trụ) áp suất 30 bar: σ pt = 61,329 MPa - Ứng suất theo phân tích (phần bán ellip) áp suất 30 bar: σ pt = 90,028 Mpa So sánh: σ pt = 90,028 Mpa [σ ]k = 540 Mpa => Vỏ bình bị phá hủy (nổ) Theo tiêu chuẩn Châu âu SS-EN 12245: Vỏ bình gas composite chịu ñược áp suất > 60 bar ñạt tiêu chuẩn 68 Chương KẾT LUẬN 6.1 Tổng kết nội dung ñã thực luận văn Cấu trúc luận văn bao gồm: Chương 1: Tổng quan - Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu nước ñã công bố - ðề hướng nghiên cứu ñề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết vật liệu composite Phần tử Hữu hạn - Trình bày thành phần cấu tạo, ưu nhược ñiểm vật liệu composite công nghệ chế tạo sản phẩm composite - Trình bày sở Phần tử Hữu hạn Chương 3: Cơ sở tính toán vỏ bình chứa LPG Chương 4: Tìm hiểu vật liệu, thông số kỹ thuật, công nghệ sản xuất vỏ bình gas composite Chương 5: Mô phỏng, kiểm tra bền vỏ bình gas composite - Giới thiệu phần mềm Ansys - Mô phân tích ứng suất, biến dạng vỏ bình gas vật liệu SGlass/Epoxy, so sánh ứng suất biến dạng với kết mô vỏ bình gas thép, so sánh với kết tính toán lý thuyết - Mô phỏng, phân tích ứng suất, biến dạng ñể phát vị trí ứng suất lớn nhất, so sánh với kết thử nghiệm công ty TTA Composite - ðề xuất thay ñổi chiều dày phần bán ellip ñể tăng bền cho vỏ bình gas composite - ðề xuất thay ñổi vật liệu sợi thủy tinh ñể giảm giá thành cho sản phẩm Chương 6: Kết luận 69 - Kết luận, nhận xét vấn ñề ñã thực ñề tài ñưa ñiểm tồn phương hướng phát triển ñề tài 6.2 ðánh giá kết Nhiệm vụ luận văn nghiên cứu, tính toán, mô vỏ bình gas vật liệu composite Qua kết ñã trình bày, ñánh giá cách chủ quan nhiệm vụ luận văn ñã hoàn thành thể ñặc ñiểm sau: - Nghiên cứu vật liệu, thông số kỹ thuật, công nghệ sản xuất vỏ bình gas vật liệu composite - Nghiên cứu sở tính toán vỏ bình chứa LPG - Sử dụng môi trường Ansys Workbench12 mô phân tích ứng suất, biến dạng vỏ bình gas composite, so sánh với vỏ bình gas thép carbon, so sánh với kết tính toán lý thuyết - Kiểm tra bền cho vỏ bình gas composte - So sánh kết mô với số liệu thử nghiệm công ty TTA Composite - ðề xuất tăng chiều dày phần bán ellip ñể tăng bền cho vỏ bình gas - ðề xuất thay ñổi vật liệu (sợi thủy tinh) ñể giảm giá thành cho sản phẩm 6.3 Tính khả thi ñề tài Việc mô thành công phân tích ứng suất, biến dạng vỏ bình gas vật liệu composite môi trường Ansys Workbench12 So sánh với kết tính toán lý thuyết, so sánh với số liệu thử áp suất, thử nổ công ty TTA Composite hoàn toàn phù hợp khả chịu áp suất vỏ bình gas vật liệu composite Việc kiểm tra bền thông qua kết mô phân tích ứng suất, biến dạng so sánh với kết thử nghiệm công ty so sánh với ứng suất cho phép vật liệu phù hợp Việc phân tích vị trí ứng suất, biến dạng lớn vỏ bình chịu áp suất hoàn toàn ñúng với kết thử nghiệm công ty 70 Việc ñề xuất thay ñổi vật liệu, kiểm tra bền cho vật liệu ñề xuất ñã mang lại hiệu kinh tế (giảm giá thành sản phẩm) 6.4 Những vấn ñề tồn ñề tài hướng phát triển - Những vấn ñề tồn ñề tài: giới hạn ñề tài ñiều kiện ñể chế tạo mẫu thử kéo, nén ñể xác ñịnh thông số vật liệu - Hướng phát triển ñề tài: + Nghiên cứu ảnh hưởng cốt sợi ñến ứng suất, biến dạng vỏ bình gas composite + Nghiên cứu ảnh hưởng hướng sợi thủy tinh ñến khả chịu tải chu kỳ vỏ bình gas composite + Nghiên cứu ñặc tính nhiệt vật liệu composite ứng dụng cho vỏ bình gas + Tối ưu hóa hình dáng vỏ bình gas composite 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn ðăng Cường, Compozit sợi thủy tinh ứng dụng, NXB Khoa học Kỹ thuật [2] Nguyễn Hoa Thịnh, Nguyễn ðình ðức, Vật liệu composite – Cơ học Công nghệ, NXB Khoa học Kỹ thuật [3] Nguyễn Hoài Sơn, Lê Thanh Phong, Mai ðức ðãi, Ứng dụng Phương pháp Phần tử Hữu hạn Tính toán Kỹ thuật, NXB ðại học Quốc gia Tp HCM, 2008 [4] Trần Ích Thịnh, Ngô Như Khoa, Phương pháp Phần tử Hữu hạn, Hà Nội, 2007 [5] Nguyễn Văn Phái, Trương Tích Thiện, Nguyễn Tường Long, Nguyễn ðịnh Giang, Giải toán kỹ thuật chương trình Ansys, NXB Khoa học Kỹ thuật [6] Nguyễn Thị Bích Nga, Nghiên cứu chế phá hủy vật liệu composite sợi ngắn [7] Phạm Phố, Lương Thị Thu Giang, Phạm Huy Bình, Nghiêm Hùng, Vật liệu Vật liệu mới, NXB ðại học Quốc gia Tp HCM [8] Javad Marzbanrad, Amin Paykani, Amir Afkar, Mostafa Ghajar, Finite element analysis of composite high-pressure hydrogen storage vessels, School of Automotive Engineering, Iran University of Science and Technology, P.O Box 16846-13114, Narmak, Tehran, Iran [9] Jianbing Hu, modeling and simulation of high pressure composite cylinders for hydrogen storage, Missouri University of Science and Technology, 2009 [10] Medhavi Sinha, Dr.S.N Pandit- Maximum stress and burst Pressure Analysis of CFRP Composite Pressure Vessel – Department of Mechanical Engineering, Noida Institue of Engineering and Technology, Greater Noida, India 2012 [11] Syed Altaf Hussain, B Sidda Reddy and V Nageswara Reddy prediction of elactic properties of frp composite lamina for longitudinal loading Department of 72 Mechanical Engineering, Rajeev Gandhi Memorial College of Engineering and Technology, Nandyal, India [12] S Bhavya, P Ravi Kumar, Sd Abdul Kalam, Failure Analysis of a Composite Cylinder Siddhartha Institute of Technology, Vijayawada, A.P, India 2012 [13] Srirama Satish Kumar, A Swarna Kumari, Design and Failure analysis of Geodesic Dome of a Composite Pressure vessel, Department of mechanical engineering, JNTU college of engineering, Kakinada, A.P, India, 2012 [14] Dong-xia Liu, Li Liang, Ming Li, Nonlinear Finite Element Analysis of Mechanical Characteristics on CFRP Composite Pressure Vessels, College of Resources and Civil Engineering, North-eastern University, Shenyang, Liaoning, 110004, P R China College of Economics, Liaoning University, Shenyang, Liaoning, 110136, P R China, 2010 [15] Aziz Önder, First Failure Pressure of Composite Pressure Vessels, Dokuz Eylül University Graduate School of Natural and Applied Sciences, 2007 [16] Peter Davies, Luc Riou, Florence Mazeas, Philippe Warnier, Thermoplastic Composite Cylinders for Underwater Applications, Marine Technology Department, IFREMER Brest Centre, France, 2005 [17] M.Venkatesan, D.Helmen Devaraj, design and analysis of composite leaf spring in light vehicle, Department of Mechanical Engineering, Sona College of Technology, Salem-5, India [18] Jianbing Hu, modeling and simulation of high pressure composite cylinders for hydrogen storage, Missouri University of Science and Technology, 2009 [19] Vikram V Mane, Vinayak H.Khatawate, Ashok Patole, Finite Element Analysis of Ellipsoidal Head Pressure Vessel, college of Engineering and Technology, Vasai, University of Mumbai [20] ASME codes -2003 -Section VIII, Division –I, Pressure Vessel codes [21] Somnath chattopadhyay, pressure vessels design and practice, CRC press [22] The Dow Chemical Company, 2020 Dow Center, Midland, MI 48674 73 [23] Compositescandinavia.se [24] http://composite.about.com [25] www.hungvietcomposite.com, Vật liệu composite [26] www.kythuattauthuy.vn, Công nghệ chế tạo sản phẩm Composite [27] Energy Density [28] twinklinghope.wordpress.com [29] cnc petroleum gas [30] www.meslab.org [31] donga.edu.vn/dien/TinNganh/tabid/1211/cat/1667/ Default.aspx, Composite Ứng dụng tầm quan trọng [32] www.vhg.com.vn/ /bon_frp_composite_viet_han , bồn FRP (composite) Việt Hàn hướng ñến 1000 năm Thăng Long, Hà Nội [33] www.moitruongxanhcomposite.com [34] www.cmtech.vn [35] www.hiepphatcomposite [36] hungvietcomposit.com 74 PHỤ LỤC 1: TÍNH CHẤT VẬT LIỆU E-GLASS/EPOXY Stt ðặc tính Giá trị Môñun ñàn hồi X (Ex), MPa 34000 Môñun ñàn hồi Y (Ey), MPa 6530 Môñun ñàn hồi Z (Ez), MPa 6530 ðộ bền kéo, MPa 900 ðộ bền nén, MPa 450 Môñun cắt XY (Gxy), MPa 2433 Môñun cắt YZ (Gyz), MPa 1698 Môñun cắt ZX (Gzx), MPa 2433 Hệ số Poisson XY (NUxy) 0,217 10 Hệ số Poisson YZ (NUyz) 0,366 11 Hệ số Poisson ZX (NUzx) 0,217 12 Khối lượng riêng kg/mm3 2,6e-6 75 PHỤ LỤC 2: BẢNG KẾT QUẢ PHÂN TÍCH GIÁ TRỊ ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG VỎ BÌNH GAS S-GLASS/EPOXY Ứng suất Giá trị p Biến dạng (Bar) Phần trụ Phần bán ellip Phần trụ Phần bán ellip 14,31 21,007 0,743 0,835 20 40,886 60,019 2,122 2,388 30 61,329 90,028 3,184 3,582 40 81,772 120,04 4,245 4,776 50 102,21 150,05 5,307 5,97 60 122,66 180,06 6,368 7,164 70 143,1 210,07 7,43 8,358 80 163,54 240,08 8,491 9,553 90 183,99 270,09 9,553 10,747 96 196,25 288,09 10,19 11,464 110 224,87 330,1 11,676 13,135 120 245,32 360,11 12,737 14,33 130 265,76 390,12 13,799 15,524 140 286,2 420,13 14,86 16,718 150 306,64 450,14 15,922 17,912 76 PHỤ LỤC 3: BẢNG KẾT QUẢ PHÂN TÍCH GIÁ TRỊ ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG VỎ BÌNH GAS E-GLASS/EPOXY Giá trị p Ứng suất (MPa) Biến dạng (mm) (Bar) Phần trụ Phần bán ellip Phần trụ Phần bán ellip 13,601 19,942 1,973 2,22 20 38,859 56,976 5,638 6,343 30 58,289 85,464 8,457 9,514 40 77,718 113,95 11,276 12,686 50 97,148 142,44 14,095 15,857 60 116,58 170,93 16,915 19,029 70 136,01 199,42 19,734 22,2 80 155,44 227,9 22,553 25,372 90 174,87 256,39 25,372 28,543 96 186,52 273,49 27,063 30,446 110 213,73 313,37 31,01 34,886 120 233,16 341,86 33,829 38,058 130 252,59 370,34 36,684 41,229 140 272,01 398,83 39,467 44,401 150 291,44 427,32 42,286 47,572 77 PHỤ LỤC 4: BẢNG KẾT QUẢ PHÂN TÍCH GIÁ TRỊ ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG VỎ BÌNH GAS THÉP Giá trị p Ứng suất (MPa) Biến dạng (mm) (Bar) Phần trụ Phần bán ellip Phần trụ Phần bán ellip 41,503 - 0,116 - 20 118,58 - 0,333 - 30 177,84 - 0,5 - 40 237,16 - 0,667 - 50 296,45 - 0,834 - 60 355,74 - 1,001 - 70 415,03 - 1,167 - 80 474,32 - 1,334 - 90 533,61 - 1,501 - 96 569,18 - 1,601 - 110 652,19 - 1,835 - 120 711,48 - 2,001 - 130 770,77 - 2,168 - 140 830,06 - 2,335 - 150 889,35 - 2,502 - 78 [...]... cứu, tính toán, mô phỏng vỏ bình gas bằng vật liệu composite 1.4 Nhiệm vụ của ñề tài và giới hạn ñề tài *Nhiệm vụ của ñề tài - Nghiên cứu cơ sở tính toán thành bình - Nghiên cứu thành phần vật liệu, cấu tạo, công nghệ composite - Nghiên cứu ñặc ñiểm các lớp vật liệu composite - Dựa vào ưu ñiểm của vật liệu và thực tế yêu cầu kỹ thuật mà phân tích bình gas composite bằng phần mềm ANSYS - Mô phỏng phân tích... Miss Gas (hình 1.15) Hình 1.15: Bình gas composite Tuy nhiên công ty TTA composite (gas Thành Tài) sản xuất bình gas composite là hoàn toàn nhập công nghệ (100% máy móc, trang thiết bị) của Thụy ðiển Vì vậy việc nghiên cứu và phát triển sản phẩm bình gas composite nói riêng và bình chứa khí nén bằng vật liệu composite tại Việt Nam nói chung là rất cần thiết 1.3 Mục ñích của ñề tài Nghiên cứu, tính toán, ... biến dạng của vỏ bình Do lĩnh vực nghiên cứu của ñề tài khá rộng và là lĩnh vực nghiên cứu mới, nên ñề tài giới hạn ở việc: - Nghiên cứu loại bình gas loại 12 kg - Nghiên cứu về sợi thủy tinh 15 - Nghiên cứu về nhựa nhiệt rắn (nhựa epoxy) - Nghiên cứu cơ sở về phần tử hữu hạn - Nghiên cứu cơ sở tính toán vỏ bình - Nghiên cứu vật liệu, các thông số kỹ thuật, công nghệ sản xuất bình gas composite của... cổ phần TTA Composite - Dùng phần mềm Ansys mô phỏng ñể phân tích ứng suất, biến dạng so sánh với kết quả tính toán lý thuyết và so sánh ứng suất, biến dạng với vỏ bình gas bằng thép carbon - Kiểm tra bền cho vỏ bình gas composite - ðề xuất giải pháp ñể tăng bền cho vỏ bình gas - ðề xuất thay thế vật liệu ñể ñảm bảo tính kinh tế nhưng vẫn ñảm bảo ñiều kiện bền cho bình gas 1.5 Phương pháp nghiên cứu... ñề xuất vỏ bình E-Glass/Epoxy 65 Hình 5.29: Phân tích biến dạng khi ñề xuất vỏ bình E-Glass/Epoxy 65 Hình 5.30: Thử áp suất vỏ bình Gas Composite 66 Hình 5.31: Phân tích biến dạng vỏ bình Gas E-Glass/Epoxy chịu áp suất 120 bar 67 Hình 5.32: Phân tích ứng suất vỏ bình E-Glass/Epoxy chịu áp suất 120 bar 68 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về gas, bình chứa gas Bình gas thường... khoa học,… - Nghiên cứu, phân tích, tổng hợp tài liệu chuyên ngành, kế thừa có chọn lọc từ những nghiên cứu trước ñây - Phương pháp lý thuyết ñể nghiên cứu các vấn ñề sau: - Nghiên cứu cơ sở tính toán vỏ bình chứa LPG - Nghiên cứu thành phần vật liệu, cấu tạo, công nghệ composite - Tìm hiểu các phần mềm ứng dụng ñể xây dựng mô hình và giải bài toán bằng phần tử hữu hạn ñang hiện có - Mô phỏng và ñánh giá... các bình chứa bằng vật liệu composite Các sản phẩm ñều có chất lượng, ñộ bền cao, ñáp ứng tốt với môi trường làm việc Cụ thể như các bình chứa khí nén, bình chữa cháy, bình chứa gas hóa lỏng…Dưới ñây là một số sản phẩm về bình khí nén bằng vật liệu composite: Hình 1.11: Bình nén khí bằng vật liệu composite sợi carbon Hình 1.12: Bình gas compositepraha 10 Hình 1.13: Bình chữa cháy bằng vật liệu Composite. .. bán cầu và côn 47 Hình 4.1: Bình gas composite 12 kg 50 Hình 4.2: Cấu trúc lớp vỏ bình gas composite 50 Hình 4.3: Các hướng sợi thủy tinh 51 Hình 4.4: Công nghệ quấn sợi thủy tinh (hướng 900) 52 Hình 4.5: Công nghệ quấn sợi thủy tinh (hướng 450) 52 Hình 4.6: Công nghệ ñúc ñùn ép vỏ bình gas composite 53 Hình 4.7: Công nghệ ép, dán vỏ bình gas composite. .. phá hủy… ñể xác ñịnh kích thước của bình khí và lớp của sợi carbon Các ñặc tính cơ học CFRP bình khí có thể ñược sử dụng ñể thiết kế và thử nghiệm Kết quả số cho thấy mô hình phần tử hữu hạn và phương pháp tính toán hiệu quả cho nghiên cứu của bình khí CFRP và hữu ích cho thiết kế kỹ thuật [14] ðề tài nghiên cứu tối ưu góc lớp ñịnh hướng ñối xứng và phản ñối xứng vỏ ñược thiết kế cho áp suất tối ña... vỏ bình S-Glass/Epoxy 58 Hình 5.12: Phân tích ứng suất vỏ bình S-Glass/Epoxy 58 Hình 5.13: ðồ thị ứng suất vỏ bình S-Glass/Epoxy 59 Hình 5.14: ðồ thị biến dạng vỏ bình S-Glass/Epoxy 59 Hình 5.15: Phân tích biến dạng vỏ bình thép 59 Hình 5.16: Phân tích ứng suất vỏ bình thép 60 Hình 5.17: ðồ thị ứng suất vỏ bình thép 60 Hình 5.18: ðồ thị so sánh biến dạng vỏ