Xây dựng mô hình mô phỏng và kiểm nghiệm bền của máy bay nhỏ trong các chế độ bay có sử dụng môđun vật liệu composite đồng nhất đa cấp độ

Xây dựng mô hình mô phỏng và kiểm nghiệm bền của máy bay nhỏ trong các chế độ bay có sử dụng môđun vật liệu composite đồng nhất đa cấp độ Xây dựng mô hình mô phỏng và kiểm nghiệm bền của máy bay nhỏ trong các chế độ bay có sử dụng môđun vật liệu composite đồng nhất đa cấp độ luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM VŨ THỊNH Phạm Vũ Thịnh KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG VÀ KIỂM NGHIỆM BỀN CỦA MÁY BAY NHỎ TRONG CÁC CHẾ ĐỘ BAY CĨ SỬ DỤNG MƠ-ĐUN VẬT LIỆU COMPOSITE ĐỒNG NHẤT ĐA CẤP ĐỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC KHỐ CLC2017B HÀ NỘI – NĂM 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Phạm Vũ Thịnh XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG VÀ KIỂM NGHIỆM BỀN CỦA MÁY BAY NHỎ TRONG CÁC CHẾ ĐỘ BAY CĨ SỬ DỤNG MƠ-ĐUN VẬT LIỆU COMPOSITE ĐỒNG NHẤT ĐA CẤP ĐỘ Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lê Thị Tuyết Nhung HÀ NỘI – NĂM 2018 Mục lục Lời cam đoan iv TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN vi ABSTRACT OF THESIS .vi Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt vii Danh mục bảng viii Danh mục hình vẽ, đồ thị ix MỞ ĐẦU xii CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BAY UAV VÀ MULTICOPTER 1.1 Tổng quan máy bay không người lái UAV 1.1.1 Giới thiêu chung 1.1.2 Ưu nhược điểm máy bay không người lái 1.1.3 Vai trị máy bay khơng người lái 1.1.4 Phân loại 1.2 Tổng quan UAV (Multicopter) 1.2.1 Lịch sử phát triển Multicopter 1.2.2 Cấu tạo Multicopter 1.2.3 Điều khiển bay 16 CHƯƠNG II: TÍNH TỐN, LỰA CHỌN, THIẾT KẾ MULTICOPTER 21 2.1 Tính tốn chọn thiết bị cho Multicopter 21 2.1.1 Tính tốn sơ khối lượng 21 2.1.2 Lựa chọn thiết bị điện 21 2.2 Khung Multicopter 24 2.3 Phân tích mỏi kiểm bền UAV 25 2.3.1 Tuổi thọ mỏi UAV 25 2.3.2 Phương pháp đánh giá tuổi thọ 26 CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG KIỂM NGHIỆM KẾT CẤU 30 MULTICOPTER D130 X8 V2 U10 30 3.1 Xây dựng mơ hình hình học Multicopter 30 3.1.1 Thiết kế khung Multicopter phần mềm thiết kế Solid Works 30 i 3.1.2 3.2 Thiết lập thông số vật liệu cho mơ hình 31 Kiểm nghiệm độ bền kết cấu Multicopter D130 X8 V2 U10 34 3.2.1 Ta thiết lập thơng số vật liệu cho mơ hình 34 3.2.2 Chia lưới 34 3.2.3 Thực mô trường hợp Multicopter bay treo 34 3.2.4 Thực mô trường hợp Multicopter bay cất cánh 37 3.2.5 Thực mô trường hợp Multicopter bay hạ cánh 40 3.2.6 Thực mô trường hợp Multicopter bay tiến 43 3.3 Kết luận 47 CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG MODULE VẬT LIỆU COMPOSITE ĐỒNG NHẤT ĐA CẤP ĐỘ VÀO KIỂM NGHIỆM BỀN CỦA MULTICOPTER 48 4.1 Phương pháp mơ hình hóa vật liệu Composite 48 4.1.1 Mơ hình Direct Mori-Tanaka 48 4.1.2 Kết biện luận 51 4.2 Áp dụng mơ hình Mori-Tanaka vào kiểm nghiệm bền Multicopter chế độ bay 54 4.2.1 Ước đốn tính vật liệu composite sử dụng mơ hình Mori-Tanaka 54 4.2.2 Kết biện luận 57 4.3 Tổng hợp kết so sánh 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 Kết đạt 73 Những hạn chế hướng phát triển 73 Lời cảm ơn 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC 76 Ma trận độ mềm cho số loại vật liệu [10] 76 Ma trận Eshelby sử dụng cho mơ hình Mori-Tanaka 76 ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Phạm Vũ Thịnh Đề tài luận văn: Xây dựng mơ hình mơ kiểm nghiệm bền máy bay nhỏ chế độ bay có sử dụng mơ-đun vật liệu composite đồng đa cấp độ Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực Mã số HV: CBC17012 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 26/04/2018 với nội dung sau: - Rà soát, chỉnh sửa lại lỗi trình bày, đánh dấu thứ tự cơng thức - Việt hóa số hình ảnh - Loại bỏ Chương 5: Kết luận kiến nghị chuyển thành phần riêng, độc lập - Chỉnh sửa, bổ sung thông tin cho xác Ngày Giáo viên hướng dẫn TS Lê Thị Tuyết Nhung tháng năm 2018 Tác giả luận văn Phạm Vũ Thịnh CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TS Vũ Đình Quý iii LỜI CAM ĐOAN Tôi – Phạm Vũ Thịnh, học viên lớp Cao học Kỹ thuật Cơ khí động lực khóa CLC2017B Trường Đại học Bách khoa Hà Nội – cam kết luận văn cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn TS Lê Thị Tuyết Nhung – Viện Cơ khí động lực – Đại học Bách khoa Hà Nội Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả Phạm Vũ Thịnh iv Xác nhận giáo viên hướng dẫn mức độ hoàn thành luận văn Thạc sĩ cho phép bảo vệ: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Giảng viên hướng dẫn TS Lê Thị Tuyết Nhung v TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Tóm tắt: Nhiệm vụ luận văn thực nghiên cứu quy trình phân tích độ bền kết cấu máy bay khơng người lái nhiều chong chóng mang vật liệu composite chế độ bay khác Sau sử dụng module vật liệu đồng đa cấp độ để tìm lựa chọn tối ưu cho vật liệu composite sử dụng Trọng tâm luận văn thực mô kiểm bền kết cấu máy bay không người lái nhiều chong chóng mang chế độ bay khác sử dụng module Static Structure phần mềm mô ANSYS Đồng thời xây dựng chương trình dùng để dự đốn ứng xử vật liệu composite dựa mơ hình đồng đa cấp độ từ thu thơng số đầu vào tính vật liệu cho tốn mơ kiểm bền giúp bước đầu tìm lựa chọn sơ cho tối ưu hóa vật liệu composite sử dụng Mơ hình sử dụng đề tài mơ hình Mori-Tanaka, mơ hình cho phép dự đốn ứng xử vật liệu composite có tính đến hướng sợi Việc thực kiểm bền phương pháp mô giúp tiết nhiều thời gian chi phí so với phương pháp thử nghiệm truyền thống Sử dụng chương trình tính tốn tính vật liệu giúp dự đoán ứng xử nhiều loại vật liệu, giảm thời gian chí phí làm thực nghiệm giúp có lựa chọn sơ nhanh chóng cho tối ưu hóa vật liệu Từ khóa: UAV, Structural strength test, Mori-Tanaka method, Python ABSTRACT OF THESIS Abstract: This thesis aimed to study the procedure for analyzing the structural strength of the Multicopter UAV (Unmanned Aerial Vehicle) at different flight modes While using the Multi-scale homogenization method for initial material optimization This thesis concentrated on doing simulation for analyzing the structural strength of the UAV at different flight modes using Module Static Structure of the software ANSYS After that, building a program to predict the mechanical behavior of the composite material The method used in this thesis is the Mori-Tanaka method This method allows to predict the mechanical behavior of the composite material including the random fiber orientation type By using simulation software for analyzing the structural strength helps decreasing time and costs for doing experimental Using the program for calculate the mechanical behavior of the composite also helps decreasing time and cost for doing experimental and helps us have the initial decide for material optimization Keywords: UAV, Structural strength test, Mori-Tanaka method, Python vi Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt UAV: Unmanned Aerial Vehicle UAS: Unmanned Aerial System UAVS: Unmanned Aerial Vehicle System AM: Amplitude modulation FM: Frequency modulation PDB: Power Distribution Board TX: Transmitter PX: Receiver PWM: Pulse – width modulation PPM: Pulse – duration modulation S.BUS: System b vii Danh mục bảng Bảng 1: Các thông số thiết kế động 22 Bảng 2: Thông số thực nghiệm động T-MOTOR U10 KV100 22 Bảng 3: Bộ điều tốc T-MOTOR Flame 80A 24 Bảng 4: Thông số pin 6S Lipo 24 Bảng 5: Thông số vật liệu composite sợi carbon [7] 24 Bảng 6: Tổng hợp tỉ lệ ứng suất trường hợp 29 Bảng 7: Kết chế độ bay 47 Bảng So sánh kết mơ hình với thực nghiệm với vật liệu Composite Glass/Epoxy 52 Bảng So sánh kết mơ hình với thực nghiệm với vật liệu Composite Graphit/Epoxy 53 Bảng 10: Kết tính vật liệu composite Glass/Epoxy 45%, sợi đơn hướng 55 Kết thu được: 55 Bảng 11: Kết tính vật liệu composite Graphite/Epoxy 30%, sợi nhị hướng 56 Kết thu được: 57 Bảng 12: Kết tính vật liệu composite Graphite/Epoxy 30%, sợi tam hướng 57 Bảng 13: Tổng hợp kết kiểm bền Multicopter với vật liệu khác 71 viii ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Phạm Vũ Thịnh XÂY DỰNG MƠ HÌNH MÔ PHỎNG VÀ KIỂM NGHIỆM BỀN CỦA MÁY BAY NHỎ TRONG CÁC CHẾ ĐỘ BAY CĨ SỬ DỤNG MƠ-ĐUN VẬT LIỆU COMPOSITE ĐỒNG NHẤT ĐA CẤP... tích độ bền kết cấu máy bay khơng người lái nhiều chong chóng mang vật liệu composite chế độ bay khác Sau sử dụng module vật liệu đồng đa cấp độ để tìm lựa chọn tối ưu cho vật liệu composite sử dụng. ..4: Áp dụng module vật liệu composite đồng đa cấp độ vào kiểm nghiệm bền Multicopter Hình 67: Ứng suất Multicopter chế độ bay hạ cánh d) Chế độ bay tịnh tiến Chuyển vị Multicopter chế độ bay tịnh