Nghiên cứu thiết kế thùng xe tải thaco towner bằng vật liệu COMPOSITE

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Tính toán thiết kế thùng xe tải Thaco Towner 750 bằng vật liệu composite phù hợp với tiêu chuẩn chuyên ngành... Do đó, giới hạn phạm vi nghiên cứu của luận văn là đo

DƯƠNG TUẤN VIỆT

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THÙNG XE TẢI THACO TOWNER BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

Mã số: 60.52.01.16

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2017

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN VĂN LUẬN

Phản biện 1: Phản biện 2:

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt

nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày … tháng

… năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng

 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Vật liệu composite là vật liệu tổ hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau nhằm tạo ra một vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn hẳn vật liệu thành phần ban đầu, chính vì vậy nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật và cuộc sống

Cùng chung xu thế ứng dụng vật liệu thay thế, đồng thời đáp ứng nhu cầu của thị trường và tăng tính cạnh tranh cho sản phẩm Đề tài

‘‘nghiên cứu đánh giá thùng xe tải nhẹ Thaco Towner 750 bằng vật liệu composite’’ hướng đến đánh giá tính khả thi về mặt kỹ thuật khi chuyển đổi vật liệu chế tạo thùng Bên cạnh đó, đề tài sẽ là cơ sở cho việc lựa chọn cách tạo mẫu và phương pháp tính toán phù hợp để sản xuất thùng xe tải nhẹ khác đang được lắp ráp tại Nhà máy bằng vật liệu composite

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Tính toán thiết kế thùng xe tải Thaco Towner 750 bằng vật liệu composite phù hợp với tiêu chuẩn chuyên ngành

3 ĐỐI TƯỢNG & PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là thùng lững xe tải Thaco Towner 750A- MMB

- Phạm vi nghiên cứu: xuất phát từ yêu của của thùng xe tải là: Đảm

bảo sức bền; dễ dàng tháo lắp; sửa chữa, bảo dưỡng; dễ bốc xếp hàng; trọng lượng nhẹ và giá thành thấp Để đảm bảo các tiêu chí

này, thực tế cần thêm nhiều thời gian nghiên cứu và tính toán Do đó, giới hạn phạm vi nghiên cứu của luận văn là đo đạc đánh giá đặc tính

sức bền của vật liệu composite để làm cơ sở tính toán kết cấu vỏ bao

thùng xe tải nhẹ Thaco Towner 750A- MMB

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

* Nghiên cứu lý thuyết: dựa vào đặc tính lý thuyết và các phương

trình tính toán phân lớp vật liệu thành phần để đồng nhất thành vật liệu composite

* Thực nghiệm: Khảo sát thông số tuyến hình, kết cấu thùng xe tải

nhẹ truyền thống Thaco Towner và đo đạc xác định đặc tính sức bền vật liệu composite

5 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Đánh giá khả năng và tạo tiền đề cho việc chuyển đổi vật liệu chế tạo các chi tiết / cụm chi tiết trên ô tô tải sản xuất tại Thaco trong thời gian sắp tới

Phát triển mô hình công nghiệp phụ trợ, gia tăng tỉ lệ nội địa hóa theo lô trình cho ngành công nghiệp ô tô nói chung và sản xuất xe tải tại đơn vị

6 CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Ngoài phần mở đầu và kết luận của luận văn “Nghiên cứu

thiết kế thùng xe tải Thaco Towner bằng vật liệu composite”

được trình bày trong 4 chương có cấu trúc như sau:

Chương 1 Tổng quan

Chương 2 Cơ sở lý thuyết tính toán thùng xe tải Thaco Towner Chương 3 Nghiên cứu thực nghiệm đặc tính sức bền vật liệu composite

Chương 4 Phân tích kết quả thực nghiệm và tính toán thùng xe tải Thaco Towner

Kết luận và hướng phát triển của đề tài

Tài liệu tham khảo

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1.Giới thiệu về kết cấu vật liệu composite

Vật liệu composite là vật liệu nhiều pha: trong đó, pha rắn khác nhau về bản chất, không hòa tan lẫn nhau và phân cách với nhau bằng ranh giới pha

1.1.1 Chất nền (pha nền)

Có thể tạo thành từ một chất hoặc hỗn hợp nhiều chất được trộn lẫn một cách đồng nhất để tạo thể liên tục

1.1.2 Pha cốt

Pha cốt đóng vai trò là chất chịu ứng suất tập trung nên thường

có tính chất cơ lý cao hơn nhựa (pha nền)

1.1.5 Các chất phụ gia sử dụng trong quá trình sản xuất composite

- Lượng thường sử dụng: (0,2 – 0,5)% lượng nhựa

Lưu ý: nên cho chất tẩy bọt khí vào nhựa trước khi dùng các thành phần khác

1.2 Kết cấu vật liệu composite sandwich

Hình 1.1 Cấu trúc composite sandwich

(a Lớp composite; b Kết cấu dầm composite sandwich; c Minh chứng về sức bền và độ cứng của kết cấu composite

sandwich)

Hình 1.2 Phân bố nội lực bên trong kết cấu composite sandwich 1.3 Đặc tính sức bền tổng quát của vật liệu composite và của gỗ thông

1.3.2 Đặc tính cơ học của vật liệu composite

Hình 1.3 Đặc tính cơ học của vật liệu composite

(a Mô hình cấu trúc composite nhiều lớp; b Đặc tính ứng suất –

biến dạng; c Đặc tính cơ học của vật liệu composite)

1.4 Ứng dụng của vật liệu composite

1.4.1 Thế giới

1.4.2 Việt Nam

1.5.Tổng quan về các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài

1.5.1 Công nghệ lăn tay

Quy trình sản xuất gồm các công đoạn như sau:

Hình 1.4 Quy trình công nghệ lăn tay

1.5.2 Công nghệ VaRTM

Hình 1.5 Quy trình công nghệ VaRTM

1.5.3 Công nghệ quấn sợi

Sản xuất những thùng chịu áp suất hình trụ, hình cầu, làm sản phẩm dạng ống, các ống dẫn Oxy, gas và khí khác, vỏ động cơ phản

lực, cánh máy bay trực thăng, các bộ phận của tàu vũ trụ

Tóm lại, để giảm khối lượng thùng xe tải nhẹ, nhưng vẫn đảm

bảo các tính năng về cơ tính của thùng, khả năng chuyên chở, đặc biệt

là hạ giá thành sản phẩm thì cần đặt ra vấn đề tính toán thay thế vật liệu làm thùng Căn cứu vào những kết quả nghiên cứu ứng dụng đạt được nói trên, tác giả của luận văn này đề xuất hướng nghiên cứu thay thế vỏ bao của thùng truyền thống bằng vật liệu nhẹ composite

Để giải quyết vấn đề này, luận văn sẽ gồm các nội dung chủ yếu sau:

 Khảo sát kết cấu thùng xe tải nhẹ bằng vật liệu thép truyền thống;

 Đánh giá đặc tính sức bền vật liệu composite;

 Tính toán thiết kế thùng xe tải Thaco Towner 750A- MMB bằng vật liệu composite

Chương 2 CỞ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THÙNG XE TẢI THACO TOWNER 2.1 Khảo sát kết cấu thùng xe tải thaco towner 750A- MMB

2.2 Phương án thiết kế thùng xe tải Thaco Towner 750A-MMB

Từ phương án thiết kế này, dễ dàng chúng ta thấy được sự ưu việc khi lắp phép vỏ bao vào khung xương, các vách của thùng có thể

mở gập ra ngoài tạo điều kiện thuận lợi khi bốc xếp hàng hóa

2.3 Sơ đồ phân tích tải trọng tác dụng lên thùng xe tải Thaco towner 750A-MMB

2.2.1 Sơ đồ phân bố khối lượng

Hình 2.3 Sơ đồ phân bố khối lượng của xe tải Thaco Towner

do momen xoắn và lực cắt gây ra

2.4 Phương trình tính toán kết cấu dầm composite

2.4.1 Phương trình tính toán phân lớp composite

2.4.2 Phương trình tính toán sàn thùng xe

Mặt sàn của thùng xe tải Thaco towner 750A đặt tựa trên khung thép có 6 dầm ngang Chiều rộng của thùng bằng ½ chiều dài của thùng Do đó, chúng ta có thể xem sàn của thùng xe tải khi làm việc như 1 kết cấu dầm liên tục chịu uốn, tựa trên 6 gối đỡ (6 thanh ngang) Phương trình tính toán ứng suất được viết như sau:

Chương 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

3.1 Mục tiêu thực nghiệm

Các thông số chủ yếu thể hiện đặc tính của vật liệu là: Modul đàn hồi uốn (E); Modul đàn hồi cắt (G); Biến dạng đàn hồi (Ɛ ); Độ cứng của vật liệu (D); Hệ số poisson ɤ Trong phương trình tính toán sức bền vỏ bao của thùng xe tải Thaco Towner 750A bằng vật liệu composite cần giá trị của các thông số này Do đó, mục tiêu của phần thực nghiệm này là chế tạo các mẫu thử có kích thước theo tiêu chuẩn ASTM và thử nghiệm đo đạc xác định các thông số đặc trưng của vật liệu nêu trên

3.2 Vật liệu thực nghiệm

Bảng 3.1 Định nghĩa vật liệu thực nghiệm

Sợi Mat 300 g/m² Sợi Mat 450 g/m² Sợi có hướng 868 g/m² Sợi Tissu 500 g/m² Lõi sandwich bằng gỗ thông 120 kg/m²

Vải thoát nhựa SORIC Vải thoát nhựa PET Vải thoát nhựa STOPRINT

3.2 Sơ đồ bố trí thực nghiệm đo sức bền uốn

Sơ đồ bố trí mẫu thử theo tiêu chuẩn ASTM 6259

)FF(lE

1 2

1 2 3 1 app ,

Bảng 3.3 Modul đàn hồi của gỗ thông

Hình 3.4 Biến thiên lực uốn và biến dạng của dầm composite

sandwich

Từ kết quả thực nghiệm hình 3.4, chúng ta xác định được modul đàn hồi E = 7.77 103 MPa; và Modul đàn hồi cắt G = 85.9 MPa Những kết của của E và G xác định nêu trên cũng phù hợp với các kết quả được công bố trên các tài liệu khác (Gay, 1997 ; Kepler, 2011) Trong đó, modul đàn hồi của nhựa thành phần polyester là E = 4.00 103 MPa, G = 1400 MPa, modul đàn hồi của sợi thủy tinh E = 74.00 103 MPa, G = 30.00 103 MPa

Chương 4 TÍNH TOÁN THÙNG XE TẢI THACO TOWNER

750A 4.1 Giả thiết tính toán

+ Trọng lượng toàn bộ khung vách tác dụng lên dầm ngang tại điểm đầu dầm ngang;

+ Mặt sàn thùng và các vách thùng chịu tải trọng phân bố đều;

+ Giả thiết khung xương của thùng xe nguyên thủy là tuyệt đối cứng, các dầm ngang có tiết diện không thay;

+ Sàn thùng xe như dầm liên tục chịu tải trọng tĩnh, phân bố đều và tựa trên 6 gối đỡ (số gối đỡ chính bằng số dầm ngang của khung xe nguyên thủy;

+ Các vách của thùng như dầm tựa trên 2 đầu ngàm, chịu tải trọng tĩnh

và phân bố đều

4.2 Xác định chiều dày của vỏ bao thùng

Hình 4.1 Mô phỏng tấm composite sandwich

Hằng số thủy tinh: 1 1

0,391 1,56

t

C



Hằng số resin: 1 1

0,885 1,13

m m

Trường hợp 1: Xe chở đầy tải, giả thiết tải trọng phân bố đều lên toàn

bộ diện tích mặt sàn của thùng xe và lên các vách Do đó, trạng thái chịu lực của sàn thùng và của các vách là do momen uốn và lực cắt gây ra

Hình 4.2 Mô phỏng ứng suất - biến dạng của thùng

Trường hợp 2: (Tính sức bền sàn thùng)

Xe chở đầy tải, giả thiết tải trọng phân bố đều lên toàn bộ diện tích

mặt sàn của thùng xe Do đó, ứng suất sinh ra trên sàn thùng là do momen uốn và lực cắt gây ra

Hình 4.3 Mô phỏng ứng suất - biến dạng của sàn thùng xe

Trường hợp 3: Xe chở đầy tải chạy trên các đoạn đường gập ghềnh

làm cho tải trọng phân bố không đều trên toàn diện tích sàn và diện tích bề mặt các vách Do đó, trạng thái chịu lực của sàn thùng và của các vách là do momen uốn, momen xoắn và lực cắt gây ra

Hình 4.4 Mô phỏng ứng suất - biến dạng khi thùng xe chịu uốn – xoắn

4.4 Đánh giá kết quả tính toán

Hình 4.5 Biến dạng của dầm composite sandwich ( lý thuyết và

thực nghiệm)

Hình 4.6 So sánh độ cứng của dầm composite (- lý thuyết và thực

nghiệm)

4.5 Quy cách thùng xe bằng vật liệu composite sandwich

Bảng 4.1 Kết quả tính toán thùng xe bằng vật liệu composite sandwich

TT Các chi tiết

kết cấu

Quy cách (mm)

Số lượng (m 2 )

Đơn giá (m 2 )

Thành tiền (VNĐ)

THÙNG XE TẢI SANWICH COMPOSITER

dụng phương trình phân lớp composite tương đương với kết quả từ thực nghiệm (hình 4.5)

Hình 4.6 biểu thị kết quả của sự biến thiên độ cứng của dầm composite sandwich phụ thuộc vào khoảng cách giữa 2 gối đỡ Trên hình chỉ ra kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm là tương đồng nhau Kết quả lý thuyết được tính từ phương trình phân lớp composite với điều kiện biên được giả thiết là dầm composite sandwich liên tục tựa trên nhiều gối đỡ Kết quả thực nghiệm đạt được từ phương pháp uốn thử độ bền uốn hình 3.2 với khoảng cách giữa 2 gối đỡ tăng dần

từ 70mm đến 160 mm Từ những kết quả thực nghiệm hình 4.5 và 4.6 cho phép chúng ta kết luận chương trình tính toán sức bền vỏ bao thùng xe tải Thaco Towner 750A là hợp lý Khoảng cách các dầm ngang của khung xương nguyên thủy là phù hợp cho trường hợp sử dụng kết cấu composite sandwich làm vỏ bao thùng thay cho vật liệu bằng thép truyền thống

Kết quả mô phỏng tính toán độ chịu tải trọng của thùng (Hình 4.2), với trọng lượng tác động vào thùng xe là 900 kgf, chiều dài thùng chịu tác động là 2.611 m, thùng xe có độ võng 0,0025 m, thùng

xe đảm bảo độ bền Khi mô phỏng và tính toán độ cứng của thùng xe khi bị tác động lực xoắn (Hình 4.4), mô men xoắn tác động vào thùng

là 800 (kgf x m), tác động là 2.531 m, góc xoắn của thùng khi đó là 0.191 rad, độ cứng khi bị xoắn là 1.2456 x 104 (kgf x m2/ rad) Với kết quả mô phỏng trên, vỏ bao thùng xe làm bằng composite sandwich hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật đưa ra Khi sản phẩm đảm

bảo Kết cấu tổng thành của thùng xe tải Thaco Towner 750A như sau:

Hình 4.7 Kết cấu tổng thành của thùng xe tải Thaco Towner bằng composite

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

1 Cấu trúc vật liệu ghép composite – gỗ thông có thể chế tạo làm vỏ thùng xe tải Thaco Towner;

2 Luận văn đã xác được mô đun đàn hồi và modun cắt của vật liệu ghép Gỗ thông – Composite: E = 7.77 103 MPa; G = 85.9 MPa;

3 Độ dày của sàn thùng xe và của các vách thõa mãn sức bền và độ cứng cần thiết tương ứng là : 15mm (tấm sàn) và 12 mm (tấm vách);

4 Giá thành tổng thể của thùng là 5.033.000 đồng, (so với thùng xe truyền thống là 17.000.000 đ);

5 Chi phí giảm gần 68% so với thùng xe truyền thống

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] RTM suits ezech manufaturers, Reinforced Plastics, November

[4] D.A Steenkamer, D.J.Wilkins, V.M.karbhari, The influence of perform joints on the processing of RTM composits, Composits Manufacturing, 6 (1995)

[5] Po Jin kim, Dai Gil Lee, Surface quality and shrinkage of the composit bus housing panel manufactured by RTM, Composit Structures, 57 (2002)

[6] G.-W Lee, N.-J.Lee, J.Jang et al., Effect of surface modification

on the RTM of glass-fibre/unsaturated polyester composits, Composits Science & Technology, 62 (2002)

[7] Trần Vĩnh Diệu, Phạm Gia Huân, TCHH, T.45, N5A (2007)

118-125

[8] Báo cáo tổng kết đề tài NĐT VN – Bỉ 2007-2009

Thaco Tài liệu công nghệ CSM lưu hành nội bộ của công ty sản xuất linh kiện nhựa Chu Lai – Trường Hải, 2014