Dự đoán ứng xử cơ học của chi tiết composite BMC dùng trong công nghiệp điện bằng mô hình đồng nhất đa cấp độ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Khoa: Kỹ Thuật Giao Thông CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -Ngày tháng năm 2013 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN HỮU THUẬN MSSV: G0904641 NGÀNH: KỸ THUẬT HÀNG KHÔNG LỚP: GT09HK Đầu đề luận án: Dự đoán ứng xử học chi tiết composite BMC dùng công nghiệp điện mô hình đồng đa cấp độ Nhiệm vụ luận án: - Nghiên cứu lý thuyết composite loại BMC - Xây dựng mô hình dự đoán ứng xử vật liệu composite dựa vào thành phần tính chất học thành phần phân bố hướng sợi - Mô hình hóa ứng xử vật liệu lập trình matlab - So sánh kết thu với kết thí nghiệm vật liệu BMC Ngày giao nhiệm vụ luận án: 03/09/2013 Ngày hoàn thành luận án: 30/12/2013 Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn: 100% - TS LÊ THỊ TUYẾT NHUNG Nội dung yêu cầu LATN thông qua Bộ môn Ngày tháng năm CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN: Người duyệt (chấm sơ bộ): Đơn vị: Ngày bảo vệ: Điểm tổng kết: Nơi lưu trữ luận án: i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài luận văn này, bên cạnh nỗ lực thân vận dụng kiến thức tiếp thu trường, tìm tòi học hỏi thu thập thông tin số liệu có liên quan đến đề tài Em nhận giúp đỡ, hướng dẫn, hỗ trợ động viên từ gia đình, từ quý thầy cô bạn Nhờ mà em hoàn thành luận văn mong muốn, xin cho phép em gửi lời cám ơn sâu sắc chân thành đến: Ba mẹ người dạy dỗ nuôi em khôn lớn em bước chân vào giảng đường đại học, người bên cạnh em chia lúc em gặp khó khăn sống Các thầy cô Bộ môn Kỹ thuật hàng không trường Đại Học Bách Khoa truyền đạt kiến thức quý báu để từ em phát triển thêm vốn hiểu biết vận dụng công việc sau Ban giám hiệu trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trình học tập hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn cô TS Lê Thị Tuyết Nhung, người trực tiếp hướng dẫn đề tài Trong trình làm luận văn, cô tận tình hướng dẫn thực đề tài, giúp em giải vấn đề nảy sinh trình làm luận văn hoàn thành luận văn định hướng ban đầu Xin chân thành cảm ơn thầy cô hội đồng chấm luận văn cho em đóng góp quý báu để luận văn thêm hoàn chỉnh Cuối xin gửi lời cảm ơn tới tất bạn bè người chia chuyện buồn vui sống giúp đỡ em lúc khó khăn Một lần em xin chân thành cảm ơn Chúc tất người nhiều sức khỏe thành đạt Tp Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 01 năm 2014 Sinh Viên Nguyễn Hữu Thuận ii TÓM TẮT LUẬN VĂN Nhiệm vụ đề tài luận văn dự đoán ứng xử học chi tiết composite mô hình đồng đa cấp độ Trọng tâm luận văn xây dựng chương trình dùng để dự đoán ứng xử composite dựa mô hình đồng đa cấp độ Mô hình đồng sử dụng đề tài mô hình Mori – Tanaka, mô hình cho phép dự đoán ứng xử vật liệu composite có tính đến hướng sợi phương pháp sản xuất phun – đúc khuôn Nhằm tạo thêm công cụ cho việc dự đoán tính chất học composite nhanh đáng tin cậy dựa mô hình Mori - Tanaka, đề tài trình bày việc xây dựng chương trình mô hình hóa composite giao diện GUIDE MATLAB Phần cuối đề tài trình bày việc kiểm nghiệm tính xác chương trình thông qua việc so sánh kết mô hình với kết thực nghiệm có sẵn Song song với so sánh phân tích ứng xử chi tiết composite phần mềm hữu hạn Abaqus với kết có từ mô hình dự đoán composite xây dựng Luận văn bố cục thành phần sau đây: - Giới thiệu tổng quan đề tài - Chương 1: Vật liệu composite sợi hướng đồng sợi hướng - Chương 2: Các phương pháp mô hình hóa vật liệu composite - Chương 3: Kết mô hình hóa vật liệu composite - Kết luận kiến nghị iii MỤC LỤC Đề mục Trang NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH HÌNH VẼ vi DANH SÁCH BẢNG BIỂU vii GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI CHƯƠNG VẬT LIỆU COMPOSITE SỢI HƯỚNG ĐỒNG NHẤT VÀ SỢI HƯỚNG BẤT KÌ 1.1 Lịch sử hình thành phát triển Composite 1.2 Thành phần cấu tạo cách phân loại vật liệu composite 1.2.1 Thành phần cấu tạo a Thành phần cốt b Vật liệu 1.2.2 Phân loại vật liệu composite a Phân loại theo chất sợi b Phân loại theo hình dạng sợi 1.2.3 Các kết thí nghiệm tính vật liệu composite 10 a Thông số tính chất học vài loại composite tham khảo nhà sản xuất 10 b Các kết thí nghiệm vật liệu composite sợi ngắn, hướng 12 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA VẬT LIỆU COMPOSITE 16 2.1 Phương pháp mô hình hóa theo lý thuyết composite sợi đơn hướng 16 2.1.1 Trường hợp với có góc hướng sợi trùng với trục tải 17 2.1.2 Trường hợp với có góc hướng sợi lệch với trục tải 18 2.2 Phương pháp mô hình hóa composite sợi ngắn, có hướng 20 2.2.1 Composite sợi ngắn, hướng sợi 22 iv 2.2.2 Đối với composite sợi ngắn, sợi hướng 23 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ HÌNH HÓA VẬT LIỆU COMPOSITE 24 3.1 SỢI ĐƠN HƯỚNG (UNIDIRECTIONAL FIBER) 24 3.1.1 Chương trình tính toán tính chất học composite sợi unidirectional 24 3.1.2 Ảnh hưởng tỉ lệ sợi đến tính chất học composite sợi đơn hướng 29 3.1.3 Mô phần tử hữu hạn chi tiết cánh composite 31 a Hình học, vật liệu mô hình cánh composite Glass/Epoxy 45 % sợi 31 b Cách chia lưới định nghĩa loại phần tử cho mô hình cánh 32 c Điều kiện biên, ngàm 33 d Kết mô ứng suất chuyển vị mô hình cánh 33 3.2 SỢI HƯỚNG BẤT KÌ (RANDOM ORIENTATION FIBER) 38 3.2.1 Chương trình tính toán tính chất học composite sợi random orientation 38 3.2.2 Đánh giá kết mô hình so sánh với số liệu thực nghiệm vật liệu BMC 40 a Kiểm nghiệm với mô hình composite hướng sợi 40 b So sánh ảnh hưởng góc đo hướng sợi tới tính chất học vật liệu 41 c Kiểm nghiệm với thực nghiệm 45 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC A.1 51 PHỤ LỤC A.2 53 v DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 - Các loại thành phần sợi composite phân loại theo hình dạng Hình 1.2 – Sơ đồ công nghiệp sản xuất composite sợi dài [3] Hình 1.3 – Sơ đồ công nghệ sản xuất composite sợi ngắn [5] Hình 1.4 - Mẫu thí nghiệm vật liệu composite loại BMC 12 Hình 1.5 - Mô hướng sợi chi tiết BMC không gian [7] 14 Hình 1.6 – Thống kê góc đo hướng sợi chi tiết BMC 20%wt 2D 14 Hình 1.7 – Thống kê góc đo hướng sợi hai chi tiết BMC 20%wt 3D 15 Hình 2.1- Sơ đồ khối tính toán tính chất học composite sợi đơn hướng 16 Hình 2.2- Minh họa phần tử đại diện composite lớp 17 Hình 2.3 – Các hệ trục tọa độ quy ước composite 18 Hình 2.4 – Sơ đồ khối mô hình hóa composite sợi ngắn mô hình Mori – Tanaka 21 Hình 2.5 – Minh họa hệ trục hướng sợi phần tử sợi composite 22 Hình 3.1 – Đồ thị mô tả ảnh hưởng tỉ lệ sợi tới module đàn hồi composite theo phương khác composite Glass/Epoxy 30 Hình 3.2 – Đồ thị mô tả ảnh hưởng tỉ lệ sợi tới module đàn hồi composite theo phương khác composite Graphite/Epoxy 30 Hình 3.3 – Mô chi tiết cánh NACA 0012 32 Hình 3.4 – Chia lưới cho mô hình cánh NACA 0012 33 Hình 3.5 – Điều kiện biên, điều kiện tải áp dụng cho mô hình cánh NACA 0012 33 Hình 3.6 – Vị trí biên dạng thứ lấy ứng suất mô hình cánh NACA 0012 34 Hình 3.7 – Vị trí biên dạng thứ hai lấy ứng suất mô hình cánh NACA 0012 34 Hình 3.8 – Ứng suất S33 phát triển chi tiết cánh composite Glass/Epoxy 45% sợi 35 Hình 3.9 – Đồ thị trạng thái ứng suất Mises chi tiết cánh composite Glass/Epoxy 45% sợi theo biên dạng 35 Hình 3.10 – Đồ thị trạng thái ứng suất Mises chi tiết cánh composite Glass/Epoxy 45% sợi theo biên dạng 36 Hình 3.11 – Độ lớn chuyển vị thể chi tiết cánh composite Glass/Epoxy 45% sợi 36 Hình 3.12 – Đồ thị trạng thái chuyển vị chi tiết cánh composite Glass/Epoxy 45% sợi theo biên dạng thứ 37 vi DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1 - Tính chất học vài loại composite [6] 10 Bảng 1.2 - Tính chất học số loại sợi [6] 11 Bảng 1.3 – Bảng thông số chi tiết mẫu BMC dùng thí nghiệm kéo nén N.Le 13 Bảng 1.4 - Kết thí nghiệm N.Le với chi tiết BMC 20% wt (Injected plate, Xmold samples) 13 Bảng 3.1 – Bảng so sánh kết thực nghiệm kết mô hình composite loại Glass/Epoxy 45% sợi 27 Bảng 3.2 – Bảng so sánh kết thực nghiệm kết mô hình composite loại Graphite/Epoxy 70% sợi 29 Bảng 3.3 – Thông số vật liệu chi tiết cánh làm composite Glass/Epoxy 45% sợi 32 Bảng 3.4 – Bảng so sánh ứng suất, chuyển vị loại composite Glass/Epoxy tỉ lệ sợi khác 38 Bảng 3.5 – Bảng kết cho ba chi tiết composite ba góc hướng sợi khác 41 Bảng 3.6 - Góc đo hướng sợi chi tiết 20F Injected plate 2D cho mô hình Mori – Tanaka 41 Bảng 3.7 - Góc đo hướng sợi chi tiết 20F Injected plate 3D cho mô hình Mori – Tanaka 42 Bảng 3.8 – Bảng so sánh kết thực nghiệm chi tiết composite BMC 20%wt - 20F Injected plate 2D composite BMC 20%wt - 20F Injected plate 3D 43 Bảng 3.9 - Góc đo hướng sợi chi tiết 20F-Xmold 2D cho mô hình Mori – Tanaka 44 Bảng 3.10 - Góc đo hướng sợi chi tiết 20F-Xmold 3D cho mô hình Mori – Tanaka 44 Bảng 3.11 – Bảng so sánh kết thực nghiệm chi tiết composite BMC 20%wt - 20FXmold 2D composite BMC 20%wt - 20F-Xmold 3D 45 Bảng 3.12 – Bảng so sánh kết thực nghiệm mô hình composite BMC 20%wt (20F Injected plate) 46 Bảng 3.13 – Bảng so sánh kết thực nghiệm mô hình composite BMC 20%wt (20F-Xmold) 46 vii GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Trong nhiều năm trở lại đây, phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp vật liệu composite tạo nên bước đột phá quan trọng công nghiệp vật liệu Việc nghiên cứu áp dụng composite rộng rãi nhiệm vụ cấp thiết xu phát triển không ngừng công nghiệp vật liệu Vật liệu composite giải phần lớn vấn đề vật liệu mà lúc nghành công nghiệp chưa phát triển tạo loại vật liệu vừa có tính tốt vừa có độ bền cao lại nhẹ Với ưu điểm tính phổ biến vừa nêu, bên cạnh công nghệ nano người ta tạo vật liệu composite với tính đặc biệt phù hợp với nhu cầu sử dụng khác nhau, có nhiều công trình nghiên cứu vật liệu composite để đưa composite ứng dụng nhiều lĩnh vực Xác định tầm quan trọng việc nghiên cứu tính chất học composite, luận văn xây dựng với mục đích xây dựng chương trình tính toán dự đoán tính chất học composite dựa vào thông số thành phần Trong tính toán với composite, để tính toán độ bền chi tiết composite cần biết tính chất học composite, mà tính chất học composite lại phụ thuộc vào loại sợi composite (ví dụ: sợi ngắn, sợi dài), phụ thuộc vào hướng sợi composite Ngoài loại sợi ngắn, phương pháp sản xuất phun vào khuôn hướng sợi chi tiết composite tính chất chi tiết composite trở nên không đồng vùng khác chi tiết Việc xây dựng chương trình để dự đoán tính chất học composite thông qua tính chất thành phần đặc trưng cần thiết Các phần mềm phần tử hữu hạn Abaqus, Catia cho phép phân tích ứng xử vật liệu composite ta nhập thông số cuối composite module đàn hồi composite, module trượt composite,…nhưng để thu số liệu cách làm thí nghiệm, phương pháp sử dụng mô hình để dự đoán tính toán thông số composite dựa tính chất học thành phần cấu tạo nên composite Hai phương pháp mô hình hóa composite thường sử dụng để tính toán tính chất học composite dựa vào tính chất học thành phần cấu tạo là: Phương pháp dựa vào lý thuyết composite sợi đồng trình bày phần 2.1 phương pháp mô hình hóa composite sợi có hướng theo mô hình Mori – Tanaka [1] trình bày phần 2.2 Ở phương pháp thứ dựa vào lý thuyết composite, quan hệ ứng suất – biến dạng thành phần sợi để tìm mối quan hệ với ứng suất – biến dạng loại composite Phương pháp áp dụng cho loại composite có hướng sợi đồng (unidirectional fiber) Ở phương pháp thứ hai, phương pháp chia thành hai phần nhỏ khác nhau, phần A xây dựng mô hình cho toán composite sợi ngắn, hướng sợi bất kì, phần B toán xây dựng cho loại sợi ngắn hướng sợi đồng (là trường hợp đặc biệt sợi có hướng bất kì) Trong phương pháp thứ hai phương pháp mô hình hóa theo mô hình Mori – Tanaka cho phép xây dựng nên mô hình toán cho phép dự đoán ứng xử composite quan hệ sợi Trong phương pháp trình bày cách xây dựng mô hình Mori – Tanaka để tính toán tính chất học composite, xây dựng chương trình tính toán phần mềm Matlab kiểm nghiệm kết với vài mẫu thí nghiệm composite, cuối phân tích ứng suất năm mẫu chi tiết cánh sải 0.36 m loại composite sợi ngắn, hướng từ kết dự đoán phương pháp phần mềm Abaqus Kết đạt hai phương pháp cho ta chương trình dùng để tính toán module đàn hồi cho composite từ thông số đầu vào sợi với loại thành phần, đặc điểm, cấu trúc sợi khác Chương 1: Vật liệu composite sợi hướng đồng sợi hướng CHƯƠNG VẬT LIỆU COMPOSITE SỢI HƯỚNG ĐỒNG NHẤT VÀ SỢI HƯỚNG BẤT KÌ Composite có nhiều loại nhiều thành phần cấu tạo khác nhau, có nhiều cách phân loại composite phổ biến cách phân loại dựa theo loại sợi (sợi ngắn, sợi dài) Nhu cầu ứng dụng thực tế composite lớn nhiều lĩnh vực, lĩnh vực lại có nhiều mạnh riêng cho loại sợi, tương ứng với cách sản xuất loại composite có sợi (ví dụ hàng không, composite sợi dài, đơn hướng có ưu điểm tạo chi tiết composite dạng tấm, lớp phẳng 2D ứng dụng chế tạo vỏ, cánh máy bay…, phương pháp sản xuất loại chủ yếu nén sợi theo lớp Trong công nghiệp ôtô, công nghiệp điện, hay gia dụng sợi ngắn có nhiều ưu điểm hơn, tạo chi tiết khối 3D phức tạp, có chi phí sản xuất rẻ phương pháp sản xuất loại composite sợi ngắn chủ yếu phun – đúc khuôn) Vì phương pháp sản suất có ảnh hưởng lớn đến tính vật liệu composite, đặc biệt phương pháp phun khuôn (Injection), hướng sợi chi tiết composite sợi ngắn sản xuất phương pháp bất kì, dẫn tới khó khăn xác định tính vật liệu composite Do đó, việc tìm hiểu thêm loại vật liệu cần thiết, thiết thực Phần trình bày trình bày rõ loại vật liệu 1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA COMPOSITE Vật liệu Composite xuất từ lâu sống, khoảng 5.000 năm trước Công nguyên người cổ đại biết vận dụng vật liệu composite vào sống (ví dụ: sử dụng bột đá trộn với đất sét để đảm bảo dãn nở trình nung đồ gốm) Người Ai Cập biết vận dụng vật liệu Composite từ khoảng 3.000 năm trước Công nguyên, sản phẩm điển hình vỏ thuyền làm lau, sậy tẩm pitum sau thuyền tre đan tre chát mùn cưa nhựa thông hay vách tường đan tre chát bùn với rơm, rạ sản phẩm Composite áp dụng rộng rãi đời sống Sự phát triển vật liệu composite khẳng định mang tính đột biến vào năm 1930 mà Stayer Thomat nghiên cứu, ứng dụng thành công cụ thể chương trình đưa mô hình giải thuật cho lại composite sợi ngắn, hướng sợi ellipse (2D), spheroid (3D) sợi hạt hình cầu Những kết có từ đề tài luận văn đă đáp ứng yêu cầu đề tài Tuy nhiên số điểm hạn chế đề tài cần nghiên cứu thêm Cụ thể hướng phát triển đề tài cần nghiên cứu thêm vấn đề sau: Nghiên cứu ảnh hưởng cách sản xuất composite sợi ngắn, hướng tới tính chất học, ứng xử composite sợi ngắn; Phát triển chương trình mô hình hóa matlab thêm cho nhiều loại cấu trúc sợi; Xây dựng chương trình để áp loại vật liệu BMC vào phần mềm hữu hạn (đặc biệt phần mềm Abaqus thông qua lập trình Python, để định nghĩa vật liệu composite sợi ngắn thông qua vật liệu thành phần (nền, sợi) thay phải nhập thông số tính chất composite nay) 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mori T., Tanaka K.Acta Metall (1973) Average stress in the matrix and average elastic energy of materials with misfitting inclusion 21, pp 571-574 [2] http://vi.wikipedia.org/wiki/Vật_liệu_composite [3] www.moldedfiberglass.com [4] http://compositethuanphu.com.vn/cong-nghe-che-tao-san-pham-composite-frp/ [5] www.substech.com [6] Tsai, S.W and Hahn, H.T (1987) Introduction to Composite Materials, CRC Press, Boca Raton,FL, Table 1.7, p 19; Table 7.1, p 292; Table 8.3, p 344 [7] Thi Tuyet Nhung LE, The Hoang NGUYEN (2013) Multi-scale homogenization model for predicting the mechanical behavior of composite Tạp chí khoa học công nghệ giao thông vận tải, Số 7+8-9/2013, pp 175-178 [8] E Le Pen, D Baptiste (November-December 2001¬) Prediction of the fatiguedamaged behavior of Al/Al2O3 composites by a micro-macro approach Composite Science and Technology, pp 2317-2326 [9] N Le, K.Derrien, D Baptiste, J Fitoussi (2011, Paris) Composites BMC injectes: Analyse et modelisation multi-echelles du comportement endommageable, PIMMENSAM [10] Autar K Kaw (2006) Mechanics of composite materials, Second edition, , Pages 95-96 [11] Dray D (2006, Paris) Prédiction des propriétés thermo-élastiques d’un composite injection et charge de fibers courtes, LIM – ENSAM 50 PHỤ LỤC A.1 Ma trận độ mềm cho số loại vật liệu [10] E 21 E 31 E S 12 13 23 0 0 E2 E3 0 0 G 23 0 0 G 31 0 0 E2 E2 32 E3 E3 G12 Ma trận Eshelby sử dụng cho mô hình Mori – Tanaka Trong trường hợp ma trận đẳng hướng trục tròn xoay ellipse có kích thước a2 = a3 a3), Eshelby tensor cho bởi: 2 s Arc cos( s ) s (1 s )1/2 I1 3/ 1 s I 4 I I1 I 2vm I E E 2222 1111 8 (1 vm ) s 1 8 (1 vm ) 4 2vm 2 I1 I I3 E3333 s 8 (1 vm ) 3 s 8 (1 vm ) I1 I 2vm I E E 1122 2211 8 (1 vm ) s 1 8 (1 vm ) (I I ) 2vm E E s 12 I1 1133 2233 8 (1 vm ) s 8 (1 vm ) ( I I1 ) 2vm E E I3 3311 3322 8 (1 vm ) s 8 (1 vm ) ( I1 I ) 2vm E1212 8 (1 v ) 4( s 1) 16 (1 v ) I1 a m m với s a1 2vm ( I1 I ) E E (1 s ) ( I I ) 1313 2323 16 (1 vm ) s 16 (1 vm ) Cho hình khối cầu đơn gián a1=a2=a3, Eshelby tensor cho bởi: 5vm S1111 S2222 S3333 15(1 vm ) 5vm S1122 S1133 S2233 15(1 vm ) 5vm S1212 S1313 S2323 15(1 vm ) 52 PHỤ LỤC A.2 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA COMPOSITE TRÊN GUIDE MATLAB CÀI ĐẶT MATLAB 1.1 MATLAB cho WIN Yêu cầu hệ thống Hệ thống IBM tương thích 100% với vi xử lí 486 Intel cộng với đồng xử lí toán học 487 (ngoại trừ 486 DX có xử lí bên trong), Pentium Pentium Pro Processor Microsoft Window 95 Window NT a) Ổ CD ROM - Bộ điều phối đồ hoạ bit card hình (256 màu đồng thời) - Khoảng trống đĩa đủ để cài đặt chạy tuỳ chọn Sự yêu cầu đĩa cứng thay đổi tuỳ theo kích cỡ partition tệp trợ giúp cài đặt trực tuỳ chọn Quá trình cài đặt thông báo cho bạn biết tỉ mỉ dung lượng đĩa yêu cầu Ví dụ: Partition với liên cung mặt cần 25 MB cho riêng MATLAB 50 MB cho MATLAB HELP Partition với liên cung 64 KB cần 115 MB cho riêng MATLAB 250 MB cho MATLAB HELP b ) Bộ nhớ Microsoft Window 95: MB tối thiểu 16 MB khuyến nghị Microsoft WIN NT 3.51 4.0: 12 MB tối thiểu và16 MB khuyến nghị Yêu cầu tối thiểu để chạy MATLAB Đĩa cứng trống tối thiểu 26 MB, cần thêm 60 MB cho hệ thống tuỳ chon HELP trực tuyến 16 MB cho phân vùng nhớ Ổ CD ROM Color Quick Draw 1.2 KHỞI ĐỘNG • Nhấp đúp chuột vào biểu tượng MATLAB hình Desktop; 53 • Chọn Start > Programs > MATLAB R2010b > MATLAB R2010b Sau khởi động ta có cửa sổ sau ra: Hình A.1 – Giao diện chương trình MATLAB sau khởi động Để xây dựng giao diện cho chương trình, ta dùng công cụ GUIDE matlab, khởi động sổ GUIDE sau: Bước 1: Khởi động công cụ GUIDE Cách 1: Gõ ‘GUIDE’ vào cửa sổ Command Window bấm Enter Cách 2: Nhấn vào biểu tượng công cụ Bước 2: Một cửa sổ để chọn loại GUI, ta click tag “Create New GUI”, tiếp chọn “Blank GUI (Default)” chọn “OK” Hình A.2 – Cửa sổ công cụ tạo GUIDE Cửa sổ dùng để tạo giao diện cho chương trình tính toán tính chất học composite tạo giao diện chương trình cửa sổ 54 Phần cấu trúc, cách xếp chương trình chương trình GUIDE matlab CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN Ý tưởng xây dựng chương trình tạo giao diện gồm có giao diện mẹ để thực phép tính với input output trực quan giao diện Sơ đồ cấu trúc giao diện cần xây dựng: Khối giao diện Khối giao diện cấp Khối giao diện cấp GIAO DIỆN CHÍNH GIAO DIỆN CON 1A SỢI HÌNH ELLIPSE SỢI HÌNH CẦU GIAO DIỆN CON 1B SỢI HÌNH ELLIPSE (đa hướng) Hình A.3 – Sơ đồ ý tưởng cấu trúc khối chương trình Trong cấu trúc đường dẫn màu xanh tương ướng với đường dẫn GUIDE MATLAB Bây ta bắt đầu tạo giao diện theo ý tưởng ban đầu, giao diện sau thành lập sau: Bước 1: Tạo giao diện Hình A.4 – Cửa sổ GUIDE tạo giao diện 55 Trên giao diện ta tạo hai đường dẫn Button “Unidirectional fiber” “Random orientation fiber” tới hai khối giao diện cấp Hai button có lệnh thực thi sau: - Button “Unidirectional fiber”: function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles) run giaodiencon1a close giaodienchinh - Button “Random orientation fiber”: function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles) run giaodiencon1b close giaodienchinh Tức ta lệnh thực việc mở giao diện con.và đóng giao diện Tạo button với tên “Thoát chương trình” với tác vụ đóng chương trình muốn thoát function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles) close giaodienchinh Bước 2: Tạo hai khối giao diện cấp Thực lại việc tạo GUI bước phần 1.2 Ở phần tạo GUI cho bước ta phải đặt tên cho giao diện cấp tương ứng với tên giao diện thực thi đường dẫn khối giao diện chính: a Giao diện 1a b Giao diện 1b Hình A.5 – Cửa sổ GUIDE tạo giao diện khối giao diện cấp Với giao diện khối giao diện cấp ta tạo đường dẫn tới khối giao diện cấp - Button “Sợi hình tròn”: function pushbutton1_Callback(hObject, handles) run giaodiencon2a close giaodienchinh1a eventdata, 56 - Button “Sợi hình ellipse”: function pushbutton2_Callback(hObject, handles) run giaodiencon2b close giaodienchinh1a eventdata, Tại giaodiệncon1b ta tạo đường dẫn tới khối giao diện cấp sau: - Button “Sợi hình ellipse”: function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles) run giaodiencon2c close giaodienchinh1b Ở giao diện khối giao diện ta thêm button thực việc quay lại chương trình (giả sử cho trường hợp chọn nhầm giao diện 1a giao diện 1b) - Button “Quay lại chương trình chính”: function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles) run giaodienchinh close giaodienchinh1a Bước 3: Tạo khối giao diện cấp Ta có giao diện khối giao diên cấp 2, giao diện nhánh giaodiencon1a, giao diện nhánh giaodiencon1b Để liên kết với khối 1, ta phải đặt tên cho giao diện khối đường dẫn giao diện khối cấp Hình A.6 – Cửa sổ GUIDE tạo giao diện 2a khối giao diện cấp 57 Hình A.7 – Cửa sổ GUIDE tạo giao diện 2b khối giao diện cấp Hình A.8 – Cửa sổ GUIDE tạo giao diện 2c khối giao diện cấp Các giao diện khối có nhiệm vụ tính toán cách nhập thông số xuất kết ta phân hai mảng INPUT OUTPUT Để nhập xuất kết giao diện ta phải tạo thuộc tính vị trí cho “Edit Text” (là ô màu trắng dùng để nhập số liệu truy xuất kết quả) Ví dụ ta muốn ô thứ dùng để nhập thông số Er thuộc tính ô thứ phải để Tag Er (Click chuột phải vào ô đó, điền vào ô Tag Er), tương tự cho tất thông số, ô lại Trong thuộc tính giao diện tính toán quan trọng button “ Tính toán”, thực thi lệnh MATLAB truy nhập thông số đầu vào tính 58 toán theo biểu thức lập trình để truy xuất kết với vị trí ô kết mong muốn - Button “Tính toán”: Button thực lệnh sau: Chuyển đổi giá trị nhập vào phần INPUT thành biến để tính toán Thực tính toán với mô hình lập trình sẵn (code mô hình hóa) Chuyển kết vào vị trí OUTPUT Ở giao diện ta tạo đường dẫn tới giao diện khối giao diện thông qua button “Quay lại” - Button “Quay lại”: function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles) run giaodienchính1a close giaodienchinhcon2a Vậy tạo xong tất giao diện cho chương trình tính toán Để giao diện thêm sinh động ta thêm hình ảnh làm cho giao diện sau: Hình A.9 – Gán thêm hình cho giao diện Lưu ý: Tất giao diện sau hoàn thành phải để thư mục, kể hình HƯỚNG DẪN CÁCH SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH Sau hoàn thành bước thiết lập giao diện, ta thực tính toán trực tiếp giao diện Sau bước để tính toán toán tính toán tính chất học composite dựa thông số thành phần 59 Bước 1: Khởi động MATLAB (theo 1.2) mở công cụ GUIDE sau: Cách 1: Gõ ‘GUIDE’ vào cửa sổ Command Window bấm Enter Cách 2: Nhấn vào biểu tượng công cụ Bước 2: Một cửa sổ để chọn GUI , ta click tag “Open Existing GUI”, tiếp chọn “Browse” chọn đường dẫn tới file giao diện lưu, nhấn “Open” Hình A.10 – Cửa sổ GUIDE mở giao diện chương trình Bước 3: Sau Open giao diện mở dạng Layout hình dưới, ta click chọn Run Figure công cụ hay nhấn tổ hợp phím Ctrl+T, để giao diện khởi động Hình A.11 – Cửa sổ Layout giao diện Giao diện khởi động hình sau 60 Hình A.12 – Cửa sổ giao diện Bước 4: Tiếp đến ta chọn loại sợi composite phù hợp với toán cách click vào loại sợi tương ứng, giao diện tính toán sau: (giả sử chọn loại sợi (Random orientation fiber) Hình A.13 – Cửa sổ giao diện chọn loại cấu trúc sợi Bước 5: Ta chọn loại cấu trúc sợi mong muốn (ở có cấu trúc sợi hình ellipse) Click vào ô “Sợi hình ellipse” để tính toán với loại cấu trúc 61 Hình A.14– Giao diện chương tính toán cho loại sợi hình ellipse có hướng Bước 6: Nhập thông số vào ô tương ứng giao diện nhấn button “Tính toán” để xuất kết Lưu ý giao diện cho loại sợi ellipse có hướng ô dùng để nhập phần trăm thể tích họ sợi có cấu trúc nhập vào là: [X1 [dấu cách] X2 [dấu cách] X3.] Trong X1, X2, X3 giá trị phần trăm sợi Tồng giá trị N phải phần trăm thể tích sợi composite hay f X Tương tự cấu trúc i 1 nhập liệu cho giá trị góc, thứ phần trăm, góc sợi thứ i phải tương ứng Ví dụ ta có bảng sau: Phần trăm thể tích Giá trị góc phi (độ) Giá trị góc theta (độ) Họ sợi thứ 0.01 30 31 Họ sợi thứ 0.02 60 61 Thì cấu trúc nhập vào bảng sau: Ví dụ cho trường hợp sợi hoàn chỉnh sau: 62 Hình A.15 – Minh họa ví dụ với giao diện chương tính toán cho loại sợi hình ellipse có hướng Sau xuất kết quả, muốn qua lại thử với chương trình khác cho loại sợi khác, ta nhấn “Quay lai”, muốn thoát ta nhấn nút Close góc phải giao diện 63 ... dự đoán ứng xử học chi tiết composite mô hình đồng đa cấp độ Trọng tâm luận văn xây dựng chương trình dùng để dự đoán ứng xử composite dựa mô hình đồng đa cấp độ Mô hình đồng sử dụng đề tài mô. .. xuất phun vào khuôn hướng sợi chi tiết composite tính chất chi tiết composite trở nên không đồng vùng khác chi tiết Việc xây dựng chương trình để dự đoán tính chất học composite thông qua tính chất... có hướng bất kì) Trong phương pháp thứ hai phương pháp mô hình hóa theo mô hình Mori – Tanaka cho phép xây dựng nên mô hình toán cho phép dự đoán ứng xử composite quan hệ sợi Trong phương pháp