Nghiên cứu chế tạo kết cấu tổng hợp từ gỗ Balsa và vật liệu composite cho máy bay không người lái

Nghiên cứu chế tạo kết cấu tổng hợp từ gỗ Balsa và vật liệu composite cho máy bay không người lái Nghiên cứu chế tạo kết cấu tổng hợp từ gỗ Balsa và vật liệu composite cho máy bay không người lái Nghiên cứu chế tạo kết cấu tổng hợp từ gỗ Balsa và vật liệu composite cho máy bay không người lái luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

NGUYỄN VIỆT ANH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Việt Anh Nghiên cứu, chế tạo kết cấu tổng KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC hợp từ gỗ Balsa vật liệu composite cho máy bay không người lái LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC CB180096 HÀ NỘI, 06/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu, chế tạo kết cấu tổng hợp từ gỗ Balsa vật liệu composite cho máy bay không người lái NGUYỄN VIỆT ANH Anh.NVCB180096@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực Chuyên ngành Kỹ thuật Hàng Không Giảng viên hướng dẫn: TS Đinh Tấn Hưng Viện: Cơ khí Động lực HÀ NỘI, 6/2020 Chữ ký GVHD 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: Nguyễn Việt Anh Đề tài luận văn: Nghiên cứu, chế tạo kết cấu tổng hợp từ gỗ Balsa vật liệu composite cho máy bay không người lái Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã số HV: CB180096 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 03/08/2020 với nội dung sau: - Thêm phần so sánh mô thực nghiệm Sửa lỗi chế Sửa lại danh mục tài liệu tham khảo Sửa theo ý kiến phản biện Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm 2020 Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Kính gửi: Viện Cơ khí động lực PHIẾU ĐĂNG KÝ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI Họ tên người hướng dẫn chính: Đinh Tấn Hưng Học vị Tiến Sĩ Cơ quan: Viện Cơ khí Động lực Họ tên người hướng dẫn phụ (nếu có): Học vị……… Học hàm……… Cơ quan : Email : dinhtanhung@gmail.com DĐ : (+84) 37 999 7777 Nội dung : Đề tài 1: Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực a) Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo kết cấu tổng hợp từ gỗ Balsa vật liệu composite cho máy bay khơng người lái b) Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng phân bố gân tăng cứng balsa lên lớp vỏ của kết cấu dùng vật liệu composite c) Nội dung đề tài, vấn đề cần giải quyết: - Tổng quan lý thuyết vật liệu kết cấu - Xác định mục đích nghiên cứu tính cấp thiết để tài - Lựa chọn, xây dựng mô hình tính tốn ống hình trụ có phân bố số lượng gân tăng cứng balsa khác - Tiến hành chế tạo mơ hình để thực nghiệm so sánh kết Đề tài 2: Chuyên ngành: a) Tên đề tài: b) c) Mục tiêu đề tài (các kết cần đạt được): d) Nội dung đề tài, vấn đề cần giải quyết: Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Người hướng dẫn Lời cảm ơn Để hồn thành luận văn này, tơi xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Đinh Tấn Hưng, thầy cô Bộ môn Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ đặc biệt cảm ơn số bạn sinh viên Viện Nghiên cứu Công nghệ Không gian nước giúp đỡ tơi nhiều q trình thực Xin cảm ơn! Tóm tắt nội dung luận văn Các dạng máy bay không người lái ngày ứng dụng rộng rãi, đặc biệt máy hay hoạt động trần bay cao có thời gian hoạt động lâu Trong thời gian tại, UAV sử dụng vật liệu gỗ balsa composite có nhiều Tuy nhiên nghiên cứu kết hợp hai vật liệu cho hàng khơng lại chưa có Nhận thấy gỗ balsa cứng lại dễ bị tác động từ mơi trường, cịn vật liệu composite lại có khối lượng nặng chế tạo với nhiều lớp vải khả chịu uôn đảm bảo hình dạng khơng có khung định hình Do nghiên cứu tiếp cận đến kết hợp hai loại vật liệu nhằm mục đích tận dụng ưu điểm đưa sở liệu tham chiếu cho trình thiết kế UAV thông qua mô thực nghiệm HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC TỔNG QUAN CHUNG Vật liệu hàng không Các dạng kết cấu 12 Xác định hương tiếp cận mục đích nghiên cứu 17 XÂY DỰNG MƠ HÌNH, TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG 20 Quy trình thực mơ 20 Phương pháp phần tử hữu hạn 21 Khái niệm 21 Các dạng phần tử 23 Xây dựng mơ hình 23 Phương trình kết cấu 3D 24 Hằng số kỹ thuật 25 Thông số vải cacbon 27 Thông số lõi Balsa 28 Lựa chọn thiết kế mẫu thử 30 Mô 33 Đánh giá kết 41 Kéo, nén dọc trục 41 Uốn 45 Xoắn 49 CHẾ TẠO, TIẾN HÀNH THỬ NGHIỆM VÀ SO SÁNH 52 Quy trình thực nghiệm 52 Chế tạo 53 Phương pháp chế tạo 53 Chế tạo khuôn mẫu 53 Kiểm tra bề mặt khn tạo lớp chống dính 54 Tiến hành hút chân không 55 Chế tạo lớp lõi hoàn thiện 56 Thí nghiệm 57 Kết 59 KẾT LUẬN 67 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Nhựa polyester Hình 1.2 Nhựa Vinylester Hình 1.3 Sợi thủy tinh woven (A), sợi thủy tinh đa hướng sợi ngắn (B) Hình 1.4 Sợi Cacbon đan dạng Twill (A), Plain (B), Tow (C) Hình 1.5 Sợi Kevlar Hình 1.6 Xốp PVC với độ dày khác Hình 1.7 Xốp nhiệt dẻo Hình 1.8 Xốp PU 10 Hình 1.9 Vật liệu lõi dạng tổ ong 10 Hình 1.10 Gỗ Balsa 11 Hình 1.11 Mơ hình máy bay làm từ gỗ Balsa 11 Hình 1.12 Máy bay vật liệu composite cacbon viện vật lý ứng dụng thiết bị khoa học 12 Hình 1.13 Các lực tác động lên máy bay 12 Hình 1.14 Các dạng cấu trúc thơng thường máy bay [10] 13 Hình 1.15 Cấu trúc dạng giằng 14 Hình 1.16 Kết cấu dạng monocoque 14 Hình 1.17 Semi-monococque 15 Hình 1.18 Các dạng ứng suất [10] 16 Hình 1.19 UAV Scan Eagle- boeing 19 Hình 2.1 Quy trình tiến hành mô 20 Hình 2.2 Mơ dịng khí qua van bướm dùng FEA 21 Hình 2.3 Ứng dụng FEA để mô kết cấu chi tiết máy bay 22 Hình 2.4 Rời rạc hóa mơ hình chân vịt tàu thủy 22 Hình 2.5 Các dạng phần tử phổ biến dùng để rời rạc hóa mơ hình 23 Hình 2.6 Các phần tử dạng bậc phần tử có cấu trúc 23 Hình 2.7 Đường đặc tính ứng suất- biến dạng vật liệu cacbon/epoxy điển hình [14] 28 Hình 2.8 Đường đặc tính ứng suất- biến dạng dọc trục Balsa (HD balsa- gỗ balsa có khối lượng riêng cao LD balsa-gỗ balsa có khối lượng riêng thấp) [16] 29 Hình 2.9 Đường đặc tính ứng suất- biến dạng ngang Balsa (HD balsa- gỗ balsa có khối lượng riêng cao LD balsa-gỗ balsa có khối lượng riêng thấp) [16] 29 Hình 2.10 Mẫu mơ hình tiến hành mơ với gân Balsa (A), 12 gân (B) 31 Hình 2.11 Bản vẽ kĩ thuật tồn mẫu mơ hình 32 Hình 2.12 Bản vẽ kĩ thuật mẫu mơ hình với số lượng gân tăng cứng khác 32 Hình 2.13 Mơ hình sau gắn đồ gá 33 Hình 2.14 Nhập mơ hình thiết kế vào mơi trường tính tốn 34 Hình 2.15 Nhập thơng số vật liệu cho ABAQUS 35 Hình 2.16 Thiết lập bước tính tốn 35 Hình 2.17 Tạo hướng cho tăng cứng Balsa 36 Hình 2.18 Thiết lập tương tác phần 37 Hình 2.19 Liên kết chặt lớp vỏ tăng cứng Balsa 37 Hình 2.20 Tương tác chốt thành ống mô uốn điểm 38 Hình 2.21 Điều kiện biên vị trí chốt di động 38 Hình 2.22 Giới hạn chuyển vị theo phương vị trí hai đầu 39 Hình 2.23 Đặt điều kiện biên 39 Hình 2.24 Lực nén đầu mơ hình 40 Hình 2.25 Chia lưới vùng vật liệu balsa balsa 40 Hình 2.26 Hồn thiện chia lưới 41 Hình 2.27 Phân bố áp suất vỏ mơ hình CB-4 (A), CB-6 (B), CB12(C) 42 Hình 2.28 Chuyển vị dọc mơ hình khác CB-4 (A), CB-6 (B), CB-12 (C) 43 Hình 2.29 Chuyển vị ngang mơ hình CB-4 (A), CB-12 (B) 43 Hình 2.31 Đồ thị biến dạng ngang phụ thuộc vào lực 44 Hình 2.32 Đồ thị chuyển vị dọc mơ hình CB-12 nhơm 45 Hình 2.33 Phân bố ứng suất uốn điểm CB-4 (A) CB-12 (B) 46 Hình 2.34 Chuyển vị uốn điểm toàn phần CB-4 (A) CB-12 (B) 46 Hình 2.35 Chuyển vị uốn điểm ngang mẫu CB-4 (A) 47 Hình 2.36 Chuyển vị uốn điểm phụ thuộc vào mô-men uốn 47 Hình 2.37 Đồ thị ứng suất uốn điểm chuyển vị ngang 48 Hình 2.38 Chuyển vị uốn ba điểm so với lực tác dụng mơ hình vật liệu nhơm 48 Hình 2.39 Phân bố ứng suất mẫu CB-4 (A), CB-8 (B) 49 Hình 2.40 Phân bố đồng ứng suất bị xoắn CB-12 49 Hình 2.42 Tập trung ứng suất điểm giao vật liệu Balsa composite 50 Hình 2.43 Đặc tuyến ứng suất- chuyển vị xoắn nhơm CB-12 50 Hình 3.1 Quy trình thực thực nghiệm từ kết mô 52 Hình 3.2 Sơ đồ thực phương pháp hút chân không 53 Hình 3.3 Chất chống dính Wax 55 Hình 3.4 Nhập nhựa epoxy 55 Hình 3.5 Vỏ mẫu thử nghiệm 56 Hình 3.6 Lớp lõi Balsa cắt máy cắt laser 56 Hình 3.7 Đồ gá sử dụng cho thực nghiệm 57 Hình 3.3 Chất chống dính Wax Tiến hành hút chân không Đây bước quan trọng yêu cầu kĩ thuật kinh nghiệm Yêu cầu quan trọng màng chân thật kín q trình chế tạo Điều giúp suy trì áp suất khơng đổi q trình nhựa đóng rắn Ngoài cần tránh bụi tiếp xúc với nhựa lớp vải cacbon, đảm bảo nhựa khơng có bọt khí lớp vật liệu cốt khơng bị gấp, căng suốt q trình Những phần tử trở trung tâm phát triển vết nứt có lực tác dụng Đầu tiên cần chuẩn bị vật liệu để chế tạo vật mẫu bao gồm cacbon/epoxy gỗ balsa Cắt vật liệu phù hợp với kích thuốc khn Có thể sử dụng keo xịt 3M để cố định lớp vải vào bề mặt khn Tiếp cần có lớp tách vật liệu peelply có tác dụng ngăn cách vật liệu khởi lớp dẫn nhựa Dán băng dính làm kín xung quanh khn bổ xung thêm ống dẫn nhựa Bước cuối bước dễ xảy sai lầm làm dán lớp làm kín Tránh để bị hở bị rách khiến khơng khí lọt vào q trình hút nhựa Hình 3.4 Nhập nhựa epoxy 57 Lớp Balsa lõi cắt máy cắt lase để đảm bảo kích thước theo thiết kế Sau lớp vỏ cacbon tạo liên kết với lớp lõi dạng keo đặc biệt có độ cứng lớn khối lượng nhỏ để không làm xảy tượng tách thành thực nghiệm Cuối mẫu vật gắn thêm đồ gá để phục vụ cho trình đo đạc Hình 3.5 Vỏ mẫu thử nghiệm Các lớp vỏ sau tách khỏi khuôn gắn vào lõi Balsa keo epoxy siêu nhẹ Loại keo đảm bảo độ bền nhẹ tham gia thử nghiệm Khối lượng keo để tạo liên kết lõi vỏ có chênh lệch mẫu có nhiều gân tăng cứng cần lớp kéo dày diện tích tiếp xúc nhỏ trước dán lớp gỗ balsa gia công phần tiếp xúc với lớp vỏ composite để tạo độ kết dính lớn hạn chế khả tách lớp xảy Hai nửa vật mẫu ghép lại qua lớp trung gian Đây hạn chế q trình chế tạo Trong tương lai Hình 3.6 Lớp lõi Balsa cắt máy cắt laser 58 Hình 3.7 Đồ gá sử dụng cho thực nghiệm Hình 3.8 Hồn thiện mẫu thử nghiệm Sau gắn lõi Balsa, mẫu thử nghiệm lắp cố định với đồ gá để sẵn sàng thử nghiệm (hình 3.7 3.8) Việc làm làm tăng khối lượng vật mẫu tổng tải trọng tính đến để giảm sai số Đồ gá gắn cố định vào hai đầu ông thử nghiệm để hạn chế chuyển vị tương đối làm thay đổi kết thí nghiệm Sau lắp đặt hoàn tất tất mẫu kiểm tra lại khối lượng để trừ phần khối lượng thêm vào Thí nghiệm Các q trình thử nghiệm thực hoàn toàn tự động Lưu ý rằng, luận văn không thử nghiệm phá hủy mẫu vật Mục đích chứng minh kết thí nghiệm phân bố áp suất vật mẫu với mô Sai số thiết bị đo vào khoảng 1% Các đồ gá đặt thêm vào với máy để đo vật mẫu không theo tiêu chuẩn Trong hình 3.9 phần thiết lập thử nghiêm Chương trình dừng lại chạm đến ngưỡng lực cần thiết lập từ trước Các mẫu thử nghiệm đo đạc lần để lấy giá trị trung bình 59 Hình 3.9 Thiết lập trạng thái hoạt động cho thử nghiệm nén Kết chênh lệch với kết số không đồng vật liệu sử dụng hai q trình sai sót chế tạo Kết trình thực nghiệm kéo nén cho thấy, kết lý thuyết với khả chịu tải trọng tốt bốn mẫu có giá trị chuyển vị Hình 3.10 Đặt mơ hình vào buồng thử nghiệm Thiết bị tương tự sử dụng để thí nghiệm với thử nghiệm uốn ba điểm phần thay đồ gá để giữ cho vật mẫu nằm ngang Khi thực kiểm tra xoắn, giới hạn thiết bị đo nên thí nghiệm thực để tìm điểm phá hủy vật mẫu Kết qua cho thấy rõ ràng giá trị mô-men mẫu bị phá hủy Các thử nghiệm uốn tiến hành thử nghiệm uốn ba điểm 60 Hình 3.11 Lắp đặt hệ thống cho thử nghiệm xoắn phá Điều cho thấy khả chịu xoắn CB-4 đến CB-12 tăng dần đồng nghĩa với việc thành tăng cứng dọc phát huy tác dụng tốt theo kết mô Máy đo dừng giá trị mẫu bị phá hủy hạn chế thiết bị đo Kết Theo kết thực nghiệm, mẫu thử ứng xử gần kết mô CB-12 61.7 CB-8 61.1 CB-6 60.7 CB-4 60.2 Alu 102.9 50 100 Khối lượng (g) 150 Hình 3.12 So sánh khối lượng Hình 3.12 đưa so sánh tương đối khối lượng mẫu nhôm khối lượng mẫu vật chế tạo Các mẫu sau chế tạo xong có khối lượng chênh khơng đáng kể Đánh giá vật mẫu sau chế tạo tồn 61 vấn đề sau đưa ngược trở lại để tính tốn lại kết mơ phỏng: - Liên kết vỏ thân cịn có vị trí chưa chưa có keo chưa tạo liên kết liên tục - Do lựa chọn phương pháp chế tạo ghép hai nửa vỏ thân lại với nên hai vỏ thân không thực khít có khe hở Điều làm giảm đáng kể độ cứng vật mẫu - Do qua trình co ngót nhựa làm khơng bề mặt khn khơng thực tự hồn hảo khiến kích thước mặt cắt vật mẫu không thực giống Điều làm cho vật mẫu chịu thử nghiệm nến có xu hướng bị phình thắt lại theo chiều ngang nhiều khiến chuyển vị dọc tăng đáng kể Từ sai lầm thiết kế rút số liệu sửa đổi kích thước vật liệu q trình mơ để có kết cấu phù hợp với thực nghiệm Từ đánh giá xác kết thực nghiệm Chuyển vị dọc trục (mm)  Kết nén 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 200 400 600 Lực (N) CB-4 CB-6 CB-8 CB-12 Hình 3.13 Kết thực nghiệm trình nén dọc trục Từ thực nghiệm nhận thấy mơ hình chuyển vị dọc trục khác nhau, nhiều từ mẫu CB-12 nhỏ CB-4 (hình 3.13), điều chứng minh kết mơ hợp lí Tuy nhiên kết sai lệch 62 so với mô Sự chêch lệch chuyển vị lớn cá mẫu CB-4 CB-12 lớn so Sự sai lệch có thamgia nhiều yếu tố lớn qua trình chế tạo Các sai số thiết bị trình bày bảng 3.2 Ngoài thiết bị có sai số định (hình 3.14) Tuy nhiên có sai số nhiều vật liệu dùng để tham chiếu khơng đồng với vật liệu để thực thí nghiệm Thêm vào phương pháp chế tạo chủ yếu phương pháp thủ cơng cịn tồn sai số không tránh khỏi Các phương pháp khắc phục phát triển nghiên cứu Kết thực phép đo cho sai số tương đối nhỏ Chêch lệch chuyển vị lớn đặt lực 630 N vào đầu 0.087 mm Như kết thể mơ hình có gân tăng cứng chịu lực dọc trục tốt dựa theo kết từ phần mơ chuyển vị ngang CB-4 lớn CB-12 Bảng 3.2 Kết đo mơ hình thử nghiệm lần đo sai số trung bình (đơn vị mm) Lần thử nghiệm CB-4 ∆𝑥𝑥 CB-6 ∆𝑥𝑥 CB-8 ∆𝑥𝑥 CB-12 ∆𝑥𝑥 0.193 0.0082 0.228 0.003 0.270 0.0154 0.278 0.0064 0.197 0.0122 0.231 0.006 0.272 0.0174 0.279 0.0074 0.173 0.0118 0.230 0.005 0.249 0.0056 0.276 0.0044 0.179 0.0058 0.219 0.006 0.240 0.0146 0.263 0.0086 0.182 0.0028 0.217 0.008 0.242 0.0126 0.262 0.0096 0.185 0.018 0.225 0.016 0.255 0.023 0.272 0.019 Trung bình  So sánh kết nén dọc trục 63 Bảng 3.3 Kết so sánh mô thực nghiệm nén chuyển vị lớn (mm) CB-4 CB-6 CB-8 CB-12 0.185 0.225 0.255 0.272 Mô 0.157 0.196 0.218 0.224 Sai số % 15.46 12.79 14.52 17.75 Thực nghiệm Giựa vào bảng ta thấy sai lệch lần thử nghiệm tương đối lớn Chủ yếu sai số việc lựa chọn vật liệu thí nghiệm mơ khơng giống đặc biệt phần vật liệu cacbon-epoxy dẫn đến kết có sai lệch nhiều Ngồi q trình chế tạo mối ghép vật liệu có khe hở trở thành điểm kì dị làm ảnh hưởng đến khả chịu lực kết cấu  Kết uốn ba điểm Chuyển vị uốn (mm) 2.5 1.5 0.5 0 50 CB-4 100 Lực (N) CB-6 150 CB-8 200 250 CB-12 Hình 3.14 Kết thực nghiệm uốn ba điểm Trong kiểm nghiệm uốn ba điểm, mẫu thử nghiệm cho kết khác biệt (hình 3.15) Trong chuyển vị uốn mẫu CB-12 nhỏ mẫu cịn lại tăng dần chuyển vị chịu lực tác dụng giống Điều chứng kết mơ cho thấy khả chịu uốn tốt nhiều mẫu có chứa nhiều gân tăng cứng Tương tự kết mô mẫu thử nghiệm hành xử dự đốn (hình 3.3) Trong 64 chuyển vị CB-12 thấp nhiều so với mẫu thử nghiệm lại Các chịu lục dọc thực tốt nhiệm vụ truyền ứng suất đến vùng khác vỏ kết cấu Điều làm giảm ứng suất tập trung tác dụng lên vỏ Quá trình chế tạo CB-12 có nhiều sai số cần khắc phục nghiên cứu sau Bảng 3.4 Kết chuyển vị tối đa đặt tải trọng (đơn vị mm) Lần thử nghiệm CB-4 ∆𝑥𝑥 CB-6 ∆𝑥𝑥 CB-8 ∆𝑥𝑥 CB-12 ∆𝑥𝑥 2.922 0.1286 2.031 0.1646 1.873 0.059 1.657 0.0604 2.724 0.0694 2.297 0.1014 2.194 0.262 1.873 0.1556 2.801 0.0076 2.411 0.2154 1.954 0.022 1.596 0.1214 2.909 0.1156 2.224 0.0284 1.843 0.089 1.612 0.1054 Trung bình 2.611 0.1824 2.793 0.111 2.015 2.196 0.1806 0.148 1.796 1.932 0.136 0.124 1.849 1.717 0.1316 0.125 Từ số liệu bảng 3.3 ta nhận thấy uốn điểm mơ hình CB-12 thấm 1mm so với CB-4 tức khoẳng 38% Tương tự tăng gân tăng cứng mơ hình thể khả chịu uốn vượt trội Thí nghiệm chứng minh ưu điểm tăng số lượng gân tăng cứng mơ hình chịu uốn tốt số gân tăng cứng tăng nhiều hiệu lại tăng khơng lại khơng cịn nhiều Chịu uốn tốt ưu điểm vượt trội cho máy bay hoạt động nhiều chế độ khác Các sai số phép thử uốn ba điểm có sai số 10% Sai số trình thực nghiệm, vật mẫu bị xê dịch nhỏ phần gá thiết bị Sự xê dịch làm mơ hình thí nghiệm chưa trịn dẫn đến mẫu bị lăn nhẹ tiến hành đo đạc  So sánh kết uốn điểm Bảng 3.5 Kết so sánh mô thực nghiệm uốn ba điểm chuyển vị lớn (mm) Thực CB-4 CB-6 CB-8 CB-12 2.793 2.196 1.932 1.717 65 nghiệm Mô 2.447 1.963 1.702 1.576 Sai số % 12.4 10.6 11.9 8.2  Thử nghiệm xoắn Thử nghiệm xoắn phá huỷ cho kết tương tự Ta nhận thấy mômen xoắn phá hủy CB-12 lớn nhiều so với mơ-men xoắn mẫu thử cịn lại cho ưu điểm vượt trổi khả chống xoắn mơ hình có chứa nhiều gân tăng cứng Cụ thể theo kết thử nghiệm bảng 3.4, mơ hình có nhiều gân tăng cứng chịu mơ-men xoắn phá hủy lên đến 46.31 N.m nhiều 20 N.m cho mẫu CB-4 Việc chêch lệch mô-men xoắn gần gấp đôi tăng sốp lượng gân tăng cứng, mô-men xoắn chia lên lớp vỏ tốt Từ hiệu ứng toàn kết cấu chịu xoắn với giới hạn cao Trong q trình thí nghiệm, mơ hình có gân tăng cứng có nhiều vị trí bị móp méo biến dạng chịu mô-men xoắn Đây nguyên nhân khiến mơ hình bị phá hủy dễ biến dạng vượt giới hạn mô hình Bảng 3.6 Kết thử nghiệm xoắn phá hủy mẫu thử nghiệm Tên mẫu thử CB-4 CB-6 CB-8 CB-12 26.55 39.82 41.32 46.31 nghiệm Mô-men phá hủy (N.m) 66 Hình 3.15 Phá hủy mẫu CB-12, vết nứt phát triển đầu bị ngàm Hình 3.16 Xoắn phá hủy mẫu CB-4 vết rách tập trung đầu bị ngàm Hình 3.15 3.16 thống với lý thuyết vị trí bị ngàm, ứng suất tập trung nhiều dẫn dến phá hủy điểm So sánh với bảng 3.4 xét thấy Theo quan sát sau chuyển vị vượt qua giới hạn, thành phần balsa bị phá hủy trước, tiếp lớp vỏ mơ hình Q trình phá hủy diễn nhanh, từ phá hủy cục đến phát triển vết rách Do thơng thường q trình khó để nắm bắt Các mô-men xoắn CB-12 cao chí cao gấp đơi CB-4 Điều cho thấy khả chống xoắn tuyệt vời tăng số lượng gân tăng cứng Sai số tương đối lớn kết mô thực nghiệm, nguyên nhân đến từ: 67 • Sai số chế tạo chiếm phần lớn phương pháp chế tạo thủ công chủ yếu Trong q trình có vị trí liên kết phần Balsa lớp vỏ có tính liên tục Kích thước khơn làm thủ cơng nên chưa đảm bảo kích thước danh nghĩa theo thiết kế • Sai số vật liệu việc sử dụng vật liệu không đồng Đây vấn đề khác lớn thị trường Việt Nam khó xác định mã hàng cơng ty nhập vật liệu Vì tương tai mơ hình thử nghiệm tự xác định thơng số thơng qua thí nghiệm để phục vụ cho q trình nghiên cứu • Sai số việc bố trí thí nghiệm • Sai số đo đạc thiết bị đo có cấp xác định • Các yếu tố mơi trường có tác động đến kết  Nhận xét • Các kết nén vật mẫu phù hợp với kết định tính mô nhiên sai số lớn đặc biệt khâu chế tạo cịn chưa hồn thiện • Kiểm nghiệm uốn thể rõ mẫu thử chịu uốn tốt đặc biệt có tăng cường thêm nhiều gân tăng cứng • Kết kiểm nghiệm xoắn tương đương với mô xoắn khơng phá hủy nghiên cứu • Các kết trí tăng số lượng gân tăng cứng tăng khả chống uốn chống xoắn cho kết cấu dạng hình trụ nói chung Tuy nhiên việc chia nhỏ dẫn đến khó khăn chế tạo bảo dưỡng sửa chữa sau Đây điều mà nhà thiết kế cần lưu ý suốt trình thiết kế để tối ưu hóa nguồn tài nguyên công nghệ 68 KẾT LUẬN  Kết • Khi tăng gân tăng cứng balsa không thay đổi thể tích tổng chúng kết cấu dạng semi-monocoque có xu hướng biến dạng kéo nén nhiều không đáng kể, nhiên dạng ngang lại giảm đáng kể vào khoảng 50% • Kết mơ xoắn, uốn kết thực nghiệm qn mặt định tính Các mẫu mơ hình có nhiều gân có xu hướng biến dạng Đặc biệt chịu ứng suất xoắn mẫu CB-12 thể khả chống xoắn vượt trội • Khối lượng mẫu mơ hình nhẹ so với mẫu thể tích làm từ vật liệu nhơm vào khoảng 40%  Những vấn đề • Sai số cịn lớn yếu tố vật liệu khơng đồng phương pháp chế tạo thủ cơng • Ngồi thử nghiệm xoắn thử nghiệm lại thử nghiệm không phá hủy nên chưa đánh giá hết khả chịu tải vật liệu • Thiếu ảnh hưởng khác từ môi trường đặc biệt nhiệt độ  Hướng phát triển tương lai • Sử dụng phương pháp quấn sợi tự động để chế tạo vật mẫu nhằm đảm bảo độ xác cao thực nghiệm • Thêm yếu tố mơi trường để tốn thêm tính khách quan • Kiểm tra độ bền mỏi làm việc thời gian lâu vật liệu Điều cần thiết máy bay không người lái dạng nhỏ cần thời gian vận hành lâu • Ứng dụng kết cấu vào phần cụ thể máy bay để tiến hành đánh giá ảnh hưởng trực tiếp 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] D Westlund, FAA Maintenance and Inspection Research Program Advanced Materials Research Program, 09/28/2016 [2] Hoda Pasdar,Mona Mohseni, in Mechanical Properties of Unsaturated Polyester Resin [3] A Shrivastava, "Additives for Plastics," in Introduction to Plastics Engineering, 2018 [4] J Greene, "Reinforcements," Maverick Abby [5] Us-Dept-Of-defense, "Chapter 3," in Composite Materials HandbookMIL 17 [6] S T P, in Characterization of natural fiber and composites, Journal of Reinforced Plastics and Composites [7] M Altan, in Thermoplastic Foams: Processing, Manufacturing, and Characterization, 2017 [8] W Jacob, "4 Different Types of Honeycomb Core Panels and Their Features" [9] D T A Weisshaar, Aerospace Structuresan Introduction to Fundamental Problems [10] AMA, "Aircraft structures," in Aircraft Handbook [11] E J Barbero, in Finite Element Analysis of Composite Materials, CRC Press [12] P Paul A Lagace, in Engineering Constants [13] R D Sevenois, "Prediction the properties of woven carbon," in Multiscale approach to predict the orthotropic elastic tensor of caron fibres [14] H Al-Qrimli, "Numerical and experimental tensile test results," in 70 Carbon/Epoxy Woven Composite Experimental and Numerical Simulation to Predict Tensile Performance [15] R S C Guedes Soares, in Analysis and Design of Marine Structures V [16] L J G Marc Borrega, in Mechanics of balsa (Ochroma pyramidale) wood, 2015 [17] Federal-Aviation-Administration, "Chapter 3: Aerodynamics of Flight," in Glider Handbook [18] A M Waas, "Typical compressive stress-strain curve of a carbon-fiber composite specimen," in Compressive response and failure of fiber reinforced unidirectional composite, International Journal of Fracture 71 ... tài: Nghiên cứu, chế tạo kết cấu tổng hợp từ gỗ Balsa vật liệu composite cho máy bay không người lái b) Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng phân bố gân tăng cứng balsa lên lớp vỏ của kết cấu. .. tài luận văn: Nghiên cứu, chế tạo kết cấu tổng hợp từ gỗ Balsa vật liệu composite cho máy bay không người lái Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã số HV: CB180096 Tác giả, Người hướng dẫn...TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu, chế tạo kết cấu tổng hợp từ gỗ Balsa vật liệu composite cho máy bay không người lái NGUYỄN VIỆT ANH Anh.NVCB180096@sis.hust.edu.vn