ĐỒ án tốt NGHIỆP mô phỏng ứng xử composie chịu va chạm có sử dụng lớp keo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Mơ ứng xử composie chịu va chạm có sử dụng lớp keo PHẠM VĂN MƯỜI muoi.pv152514@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật Hàng Không Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Vũ Đình Q TS Lê Thị Tuyết Nhung Bộ mơn: Viện: Kỹ thuật Hàng khơng Vũ trụ Cơ Khí Động Lực HÀ NỘI, 1/2020 Lời cam kết - Đây báo cáo thực tập thực Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Các đoạn trích dẫn số liệu kết sử dụng để so sánh báo cáo thực tập dẫn người có độ xác cao phạm vi hiểu biết Lời cảm ơn Tôi xin cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Kỹ thuật Hàng không – Đại học Bách khoa Hà Nội tận tâm bảo nhiệt tình giúp đỡ tơi suốt thời gian thực tập phịng Thí nghiệm C8-206 thời gian thực làm báo cáo đồ án tốt nghiệp Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến PGS.TS Vũ Đình Q, TS Lê Thị Tuyết Nhung cơng tác trường Đại học Bách Khoa Hà Nội TS Trần Văn Đăng công tác trường Đại học Thuỷ Lợi nhiệt tình giúp đỡ, hướng dẫn đưa lời khun để giúp tơi hồn thành thực tập tốt nghiệm Tôi vô biết ơn trận trọng nhiệt tình, khơng quản ngại khó khăn, lắng nghe, theo dõi, bảo, hướng dẫn cách tận tâm suốt thời gian thực thực đồ án tốt nghiệp Tôi cảm ơn bạn sinh viên khóa 59, 60, 61,62 phịng thí nghiệm mơn Kỹ thuật Hàng khơng-Trường đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ tơi q trình thực tập hồn thành đồ án tốt nghiệp Lời cuối cùng, xin cảm gia đình tơi Họ ln động lực tạo điều kiện cho tơi an tâm học tập hồn thiện báo cáo Xin chân thành cảm ơn! Phạm Văn Mười Xác nhận giáo viên hướng dẫn mức độ hoàn thành ĐATN cho phép bảo vệ: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Giáo viên hướng dẫn PGS TS Vũ Đình Quý TS Lê Thi Tuyết Nhung Nhận xét đánh giá giáo viên phản biện: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Giáo viên phản biện Tóm tắt báo cáo Nhờ tăng trưởng đáng kinh ngạc sức mạnh số suốt 20 năm qua, tính tốn số đạt ngày nhiều thành công lĩnh vực thiết kế kết cấu composite, thành phần cấu tạo nên composite chế phá hủy phức tạp chúng Một phương diện đáng quan tâm q trình va chạm với vận tốc thấp composite phẳng Tuy nhiên, việc mơ hình hóa phá hủy vật liệu va chạm không gian chiều hệ cịn thách thức Đó thơng số vật liệu composite, thơng số bề mặt liên kết chung (giữa lớp composite), tiêu chuẩn phá hủy, kỹ thuật mô số chưa củng cố cách chắn Trong báo cáo này, phương pháp tiên tiến dùng cho mô phần tử hữu hạn (Abaqus/Explicit) sử dụng để dự đoán ứng xử composite phẳng chịu va chạm vận tốc thấp tương lai, phương pháp thay thí nghiệm với mẫu vật thực nhiều ngành công nghiệp khác Tấm composite mơ hình hình hóa phần tử rắn Giữa có hướng sợi khác nhau, phần tử keo (cohesive element) dùng để mô tách lớp (delamination) Kết mô báo cáo với việc so sánh, đối chiếu kết mô số thực nghiệm từ nguồn tài liệu tham khảo Từ khóa: Composite, Phần tử keo, Va chạm, Tách lớp MỤC LỤC Lời cam kết Lời cảm ơn Tóm tắt báo cáo DANH MỤC BẢNG BIỂU .9 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề .3 1.1.1 Hoàn cảnh 1.1.2 Va chạm vật liệu composite 1.1.3 Các nghiên cứu toán va chạm 1.1.4 Phương pháp tiếp cận 1.2 Mục tiêu nghiên cứu .7 1.3 Bố cục báo cáo DATN .7 CHƯƠNG II: CÁC TIÊU CHUẨN BỀN VÀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ KEO .9 2.1 Thiệt hại xảy lớp composite (intralaminar failure) 2.2 Thiệt hại xảy lớp composite (interlaminar failure) 10 2.2.1 Hiện tượng khởi đầu phát triển thiệt hại tách lớp 11 2.2.2 Mơ hình miền keo (CZM) tiêu chuẩn đánh giá thiệt hại 12 2.3 Mơ hình cân lượng 15 CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG TÁCH LỚP COMPOSITE BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ KEO 17 3.1 Giới thiệu chung 17 3.2 Tính chất phần tử keo 18 3.2.1 Phương pháp xác định tính chất phần tử keo thứ I .18 3.2.2 Phương pháp xác định tính chất phần tử keo thứ II 18 3.2.1 Lựa chọn phương pháp tính tốn tính chất phần tử keo .19 3.2 Mơ hình thực nghiệm 20 3.3 Mơ hình số .22 3.3.1 Bố trí lớp composite phần tử keo 22 3.3.2 Đặc tính vật liệu .23 3.3.3 Liên kết ràng buộc .23 3.3.4 Điều kiện biên .24 3.3.5 Phần tử phương pháp bố trí phần tử 25 3.3.5 Phương pháp giải 27 3.4 Đánh giá mơ hình 27 3.4 Phân tích thiệt hại tách lớp 32 3.5 Thiệt hại tách lớp với mức lượng khác .34 3.5 Kích thước tách lớp với góc đặt sợi khác 37 CHƯƠNG IV: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT PHẦN TỬ KEO 40 4.1 Các chế độ phá huỷ vật liệu 40 4.1.1 Phá huỷ theo Mode I 40 4.1.2 Phá huỷ theo Mode II 41 4.1.3 Phá huỷ theo Mode III 42 4.1.4 Phá huỷ theo Mixed-Mode 42 4.2 Thí nghiệm với DCB ENF 43 4.2.1 Mơ hình thí nghiệm DCB 43 4.2.2 Mơ hình thí nghiệm ENF 44 4.3 Xác định tính chất phần tử keo 44 4.4 Các thông số ảnh hưởng phương pháp miền keo .49 4.4.1 Độ bền phá huỷ 𝑮𝒄 50 4.4.2 Độ cứng ban đầu K 51 4.4.3 Độ bền ban đầu N, S, T 53 4.4.4 Kích thước mật độ phân bố phần tử 54 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Đồ thị miêu tả định luật thể mối quan hệ 11 Hình 2: Mơ hình phần tử keo ba chiều (3D) .13 Hình 3: Tensor ứng suất thể tách lớp 14 Hình 4: Sự tương đồng tốt kết thực nghiệm mô 20 Hình 5: Mẫu composite bệ đỡ (a), phân bố kích thước ngàm composite (b) [10] 21 Hình 6: Ảnh chụp X-Quang hình dạng tách lớp (thí nghiệm Aymerich [3]) 21 Hình 7: Cách bố trí hướng sợi lớp keo composite 22 Hình 8: Hướng sợi bố trí composite 900 22 Hình 9: Bề mặt tác động thâm nhập vào bề mặt bị tác động 23 Hình 10: Ràng buộc cứng lớp composite lớp keo tương ứng 24 Hình 11: Điều kiện biên sử dụng mơ hình phần tử hữu hạn 25 Hình 12: Phân bố phần tử vật va chạm 25 Hình 13: Phân bố phần tử composite 0𝑜 .26 Hình 14: Phân bố phần tử lớp keo 26 Hình 15: Hình ảnh mơ hình số 27 Hình 16: Mối quan hệ động – thời gian va chạm 28 Hình 17: Mối quan hệ vận tốc – thời gian va chạm 28 Hình 18: So sánh mối quan hệ lực – thời gian va chạm với .29 Hình 19: Hình dáng miền tách lớp giống củ lạc 31 Hình 20: Mối quan hệ chuyển vị – thời gian trình 32 Hình 21: Chuyển vị composite 32 Hình 22: Diện tích tách lớp báo cáo nhóm Aymerich [3] .34 Hình 23: Điều kiện biên cho mơ hình bị cắt 1/4 mơ hình ban đầu 35 Hình 24: So sánh chiều dài tách lớp với mức lượng khác 35 Hình 25: Diện tích tách lớp với mức lượng lớn (6.0J, 5.1J, 3.9 J) 36 Hình 26: Diện tích tách lớp với mức lượng nhỏ (3.1J, 2.1J, 1.0J) 36 Hình 27: Chiều dài tách lớp với góc đặt sợi khác .37 Hình 28: Chiều rộng tách lớp với góc đặt sợi khác 37 Hình 29: Diện tích tách lớp với góc đặt sợi 30o A, 45o(B) 38 Hình 30: Diện tích tách lớp với góc đặt sợi 60o C, 75o(D) 39 Hình 31: Các chế độ phá huỷ vật liệu .40 Hình 32: Mơ hình thí nghiệm DCB 41 Hình 33: Mơ hình thí nghiệm ENF 41 Hình 34: Mơ hình thí nghiệm Mixed-mode .42 Hình 35: Mơ hình thực nghiệm DCB [15] 43 Hình 36: Hình ảnh thể thơng số thí nghiệm DCB .43 Hình 37: Mơ hình thực nghiệm ENF [16] 44 Hình 38: Các thơng số mơ hình thực nghiệm ENF 44 Hình 39: Một phần mơ hình DCB 46 Hình 40: Điều kiện biên mơ hình phần tử hữu hạn DCB 48 Hình 41: So sánh trình khởi đầu thiệt hại nghiên cứu 48 Hình 42: Các đường biểu diễn mối quan hệ tải – chuyển vị thay đổi 𝐺𝐼𝑐 (DCB) 50 Hình 43: Các đường biểu diễn mối quan hệ tải – chuyển vị 51 Hình 44: Vùng trình xảy thiệt hại tương ứng với định luật thể .52 Hình 45: Sự biến đổi đường biểu diễn mối quan hệ 52 Hình 46: Sự biến đổi đường biểu diễn mối quan hệ 53 Hình 47: Sự biến đổi đường biểu diễn mối quan hệ 53 Hình 48: Sự biến đổi đường tải – chuyển vị thay đổi độ bền (DCB) 54 Hình 49: Sự biến đổi tải – chuyển vị thay đổi kích thước lưới (DCB) 54 Hình 50: Sự biến đổi đường tải – chuyển vị 55 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Bảng so sánh thiệt hại composite mô Bảng 2: Đặc tính lớp kết dính Dung [12] 18 Bảng 3: Đặc tính lớp kết dính Aymerich [3] 19 Bảng 4: Vận tốc vật va chạm thiết lập với mức lượng 2.1J 27 Bảng 5: So sánh kết lực tác động theo thời gian mức NL 1J 29 Bảng 6: So sánh kết lực tác động theo thời gian mức NL 2.1J 30 Bảng 7: So sánh kích thước tách lớp 2.1 J 33 Bảng 8: Mối quan hệ lượng vận tốc va chạm .34 Bảng 9: Tính chất phần tử keo 47 Báo cáo đồ án tốt nghiệp 4.2.2 Mơ hình thí nghiệm ENF Khác với mơ hình DCB, thí nghiệm ENF, composite gối lên đầu chịu tác dụng thanh, kích thước tương tự với mơ hình thực với DCB Hình 37: Mơ hình thực nghiệm ENF [16] Hình 38: Các thơng số mơ hình thực nghiệm ENF 4.3 Xác định tính chất phần tử keo Để xác định tính chất phần tử keo, mơ hình ba chiều (3D) hai chiều (2D) thí nghiệm DCB ENF thiết lập ABAQUS với phương pháp phần tử keo Trong nghiên cứu này, phương pháp phân tích phần tử hữu hạn sử dụng giải Standard Explicit sử dụng hai mơ hình 2D 3D thí nghiệm DCB để nghiên cứu thiệt hại tách lớp Kết kiểm tra việc so sánh với kết phân tích luận án tiến sĩ Cerioni lựa chọn giải tối ứu cho tốn va chạm composite chương sau Tính chất vật liệu composite dùng thí nghiệm DCB [10]: 44 Báo cáo đồ án tốt nghiệp 𝐸11 = 130000 MPa, E22 = E33 = 6500 MPa 𝐺12 = 𝐺23 = 𝐺13 = 27000 MPa 𝑣12 = 𝑣23 = 0.26, 𝑣13 = 0.5, GIc = 643 N/m, GIIc = 905 N/m Enền = 2400 MPa, Gnền = 857 MPa S ∗ = 20 MPa, T ∗∗ = 40 MPa Trong đó, 𝐸11 , 𝐸22 , 𝐸33 mô đun Young, 𝐺12 , 𝐸23 , 𝐸13 mô đun cắt vật liệu, 𝑣12 𝑣23 , 𝑣13 hệ số Poison, 𝐺𝐼𝑐 , 𝐺𝐼𝐼𝑐 tốc độ giải phóng lượng tới hạn 𝑆 ∗ , 𝑇 ∗∗ độ bền bề mặt liên kết chung theo phương pháp tuyến (vng góc với mặt phẳng composite) tiếp tuyến composite Các bước thực sau: 1) Xác định độ cứng bề mặt composite (Kss, Ktt, Knn) Các tính chất đàn hồi hiệu dụng composite chịu ảnh hưởng bề mặt kết dính với giá trị E33 ≪ Kt [17] Camaho Matthews [18] thu kết phù hợp với thực nghiệm sử dụng giá trị K khoảng 106 N/mm3 , nhóm nghiên cứu Zou [19] đề xuất khoảng giá trị cho độ cứng bề mặt liên kết chung, cụ thể gấp 104 đến 107 lần giá trị độ bền bề mặt liện kết chung (interfacial strength) đơn vị chiều dài Nhóm nghiên cứu Turon [17] đề xuất phương trình PT 11 để tính toán giá trị xấp xỉ độ cứng bề mặt liên kết chung chứng minh cho kết phù hầu hết phương pháp khác αE3 K= PT 11 t Trong PT 11, E3 mô – đun đàn hồi theo phương chiều dày vật liệu composite, t chiều dày lớp lân cận có liên kết với bề mặt lớp kết dính α hệ số gia tăng trung bình thường có giá trị 50 Một phương án khác đưa để tính tốn độ cứng ban đầu lớp keo nhóm nghiên cứu Camaho đề xuất dựa vào số đàn hồi vật liệu làm composite 𝐸𝑛ề𝑛 𝐺𝑛ề𝑛 độ dày lớp keo giả thiết phù hợp Phương pháp tóm tắt sau: Độ cứng xấp xỉ phần tử keo tỉ số số đàn hồi chiều dày lớp keo, thể PT 12 13 đây: 45 Báo cáo đồ án tốt nghiệp KI = K= Enền PT 12 𝑡𝑙ớ𝑝 𝑘𝑒𝑜 Gnền PT 13 t lớp keo Trong K độ cứng ban đầu lớp keo, t chiều dày lớp keo Vì mơ hình cho trước chiều dày phần tử keo 0.02 mm [10] [15] nên báo cáo sử dụng phương pháp Camaho để xác định độ cứng bề mặt lớp keo 2) Xác định lượng phá huỷ Gc Hình 39: Một phần mơ hình DCB Với a chiều dài vết nứt ban đầu, h chiều cao, B chiều dày, ∆⁄2: độ mở vết nứt, P lực tác dụng - Độ mở vết nứt tính: ∆ Pa0 = 3EI PT 14 - Trong đó: P lực tác dụng, E = E11 , I = Bh ⁄12 Công thức xác định phá huỷ hoàn toàn: 2(BE11 Gic ) ∆f = 3E11 IP2 3⁄ PT 15 Từ PT 15 thu giá trị GIc Giá trị GIIc thu tương tự với mơ hình ENF Chú ý: GIc , GIIc khó xác định xác phải thơng qua thực nghiệm nhiều lần nên xác biến dạng cực đại (𝛿𝑛𝑚𝑎𝑥 , 𝛿𝑡𝑚𝑎𝑥 [20]) thay xác định lượng phá huỷ Gc ENF DCB mối quan hệ sau: 46 Báo cáo đồ án tốt nghiệp ̅𝑚𝑎𝑥 𝛿 ∫ PT 16 𝜏̅𝑑 𝛿̅ = G𝑐 Vì tài liệu có sẵn lượng phá huỷ GIc , GIIc giá trị lượng phá huỷ GIIIc = GIIc theo gợi ý số tài liệu tham khảo [15], kết tổng hợp bảng 3) Xác định độ bền bề mặt liên kết chung (N, T, S) Các giá trị vê độ bền xác định phương pháp nội suy kết hợp với kết so sánh mô thực nghiệm để chọn thông số phù hợp Các tính chất phần tử keo sau tính tốn tổng hợp bảng 4) Kiểm chứng thông số Bảng bên tổng hợp thơng số tính tốn phương pháp mục 1), 2), 3) cho vật liệu Cerioni [10] Bảng 9: Tính chất phần tử keo Độ cứng 𝐾𝑛𝑛 (𝐾𝐼 ) 120 GPa/mm 𝐾𝑠𝑠 (𝐾𝐼𝐼 ) 42.85 GPa/mm 𝐾𝑡𝑡 (𝐾𝐼𝐼𝐼 ) 42.85 GPa/mm Các chế độ thiệt hại Ứng suất danh nghĩa pháp tuyến 20MPa Ứng suất danh nghĩa theo phương cắt I 40MPa Ứng suất danh nghĩa theo phương cắt II 40MPa Sự phát triển thiệt hại Năng lượng phá hủy chế độ 643 N/m Năng lượng phá hủy chế độ ứng suất 905 N/m cắt phương I Năng lượng phá hủy chế độ ứng suất 905 N/m cắt phương II Để kiểm nghiệm thông số, ta mô thực mơ số cho mơ hình DCB Như Hình 40, trình di chuyển bên vết nứt theo phương thẳng đứng (Uy ≠ 0) chịu kiểm soát lực chuyển vị nằm đầu bị hạn chế di chuyển theo phương ngang (Ux = 0) Hơn nữa, nút đầu lại 47 Báo cáo đồ án tốt nghiệp vb vcủa mơ hình hạn chế bậc tự (Uy=Uz=URx=URy=URz=0), di chuyển theo phương ngang (trục X) Hình 40: Điều kiện biên mơ hình phần tử hữu hạn DCB Các kết báo cáo so sánh với kết Cerioni [10] Hình 41, thấy đường đồ thị biểu thị mối quan hệ lực tác dụng chuyển vị mở tương đối giống Một số điểm không tương đồng kết nghiên cứu tài liệu tham khảo vị trí đạt giá trị cực đại ứng suất trình phát triển thiệt hại (đường dốc bên phải) Đường dốc bên phải có xu hướng thấp đường thực nghiệm tốc độ giải phóng mơ hình số nhanh Thêm nghiên cứu này, kết có tương đồng tốt vơi kết mô số Crioni [10] Hình 41: So sánh trình khởi đầu thiệt hại nghiên cứu tài liệu tham khảo (DCB) Một số vị trí khơng tương đồng khả hội tụ xem xét trình khởi đầu tách lớp Explicit so với giải Standard loại bỏ Các kết đạt sử dụng giải Explicit thấp khoảng 2.3% 1.6% tương ứng với thực nghiệm mô 48 Báo cáo đồ án tốt nghiệp số Cerioni [10] giá trị ứng suất tới hạn, kết cho thấy vượt trội so với giải Standard Chuyển vị mở báo cáo lớn 0.7 mm so với kết thực nghiệm Như nhắc trên, cần phải có số thử nghiệm phần tử hữu hạn mơ hình DCB ENF khơng gian ba chiều (3D) để tăng độ tin cậy cho tốn cần thiết cho tồn tách lớp mà phía trước vị trí bị tách lớp đường lan truyền tách lớp đường thẳng Ở đây, mẫu composite mơ hình phần tử C3D8R, để chứng minh ảnh hưởng mơ hình 3D đánh giá thiệt hại tách lớp C3D8R kiểu phần tử phù hợp mô shell, giảm phân tích kết thu tương đồng tốt với thực nghiệm Các phần tử keo sử dụng gán cho phần từ COH3D8 có sẵn ABAQUS [8] Mơ hình DCB 3D có thời gian giải lâu so với mơ hình 2D sử dụng kích thước lưới, cần chia lưới đủ mịn xung quang vị trí xảy tách lớp, vị trí cịn lại giảm mật độ lưới để giảm thời gian phân tích Kết thu tương đồng với kết mơ hình 2D 4.4 Các thơng số ảnh hưởng phương pháp miền keo Trong mục đưa thông số phương pháp miền keo có ảnh hưởng đến q trình phân tích thiệt hại tách lớp Trong tài liệu tham khảo, phân tích thiệt hại tách lớp mơ hình 2D 3D thường thực với giải Standard Explicit để thu hội tụ nhanh kết cuối tương đồng tốt với thực nghiệm so sánh giải khác Bộ giải thơng thường ABAQUS/Standard sử dụng q trình phân tích ẩn (implicit integration scheme) để giải phân tích phần tử hữu hạn Mặt khác, giải ABAQUS/Explicit sử dụng quy tắc khác tích hợp lại hàm xác (explicit central-difference time integration rule) thường xuyên sử dụng cho toán phân tích động bán tĩnh khơng tuyến tính phụ thuộc thời gian, phức tạp Bộ giải Explict vừa giải việc phân tích q trình suy giảm ứng xử vật liệu mà cịn giải khó khăn vấn đề hội tụ giải ABAQUS/Standard Nhưng khó khăn để tồn hội tụ cịn lan truyền vết nứt khơng ổn định lượng có sẵn độ bền phá huỷ vật liệu lớn [13] Có thể lấy ví dụ, nhóm nghiên cứu Khoramishad [21]sử dụng giải Standard để mô khớp gối (lap joints) theo phương pháp miền keo (CZM) Ceriori [10] thực với giải ABAQUS/Explicit mơ hình phân tích phần tử hữu hạn để giải vấn đề hội tụ vấn đề ổn định Trong nghiên cứu khác rằng, xét 49 Báo cáo đồ án tốt nghiệp trình, hướng giải phân tích Explicit cho tổng giá trị tính toán thời gian giải toán tăng tuyến tính với kích thước vấn đề tốn Và tổng giá trị tính tốn thời gian giải tốn phương trình phi tuyến liên kết với phân tích Explicit tăng nhanh so với việc giải phương trình tuyến tính kích thước vấn đề cần giải Do đó, ABAQUS/Explicit xem xét giải toàn phức tập sử dụng ABAQUS/Standard 4.4.1 Độ bền phá huỷ 𝑮𝒄 Một thông số quan trọng tốc độ giải phóng lượng chuyển vị tới hạn (GIc ) normal mode tốc độ giải phóng lượng chuyển vị tới hạn (GIIc ) shear mode Thơng số tốc độ giải phóng lượng chuyển vị tới hạn (Gc ) khó để thu kết thực nghiệm phải ước lượng xác với mơ hình DCB ENF điều kiện thực thí nghiệm ngặt nghèo, nhiên giá trị quan trọng định đến mức độ xác tốn tốc độ giải phóng lượng 𝐺𝐼𝑐 đến qua trình hình thành phát triển tách lớp Hình 42, Hình 43 trình bày ảnh hưởng tốc độ giải phóng lượng tới hạn khởi đầu lan truyền thiệt hại mơ hình thí nghiệm DCB, ENF tương ứng Giả sử GIc = 520 J/m2 (DCB) GIIc = 970 J/m2 (𝐸𝑁𝐹) giá trị ban đầu, thấy thiệt hại tách lớp bắt đầu chậm giá trị GIc cao giá trị ban đầu ngược lại Hình 42: Các đường biểu diễn mối quan hệ tải – chuyển vị thay đổi 𝐺𝐼𝑐 (DCB) 50 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Tương tự mơ hình ENF: Hình 43: Các đường biểu diễn mối quan hệ tải – chuyển vị thay đổi 𝐺𝐼𝐼𝑐 (ENF) 4.4.2 Độ cứng ban đầu K Một thông số quan trọng để xem xét trình tách lớp độ cứng phần tử keo (penalty stiffness) K Độ cứng ban đầu phần tử keo nên đủ cao để đạt tương thích chung ban đầu trước thiệt hại bắt đầu [21] , không nên chọn thông số q cao dẫn đến vấn đề số, thời gian hội tụ Độ cứng phần tử keo hay gọi độ cứng bề mặt liên kết chung (penalty stiffness) K thể đường dốc bên phải tam giác Hình 44 miền tuyến tính ban đầu trước thiệt hại khởi đầu Hình 44 miêu tả trình phát triển thiệt hại mối quan hệ song tuyến tính Hình 45 trình bày kết thay đổi độ cứng ban đầu mơ hình DCB với giá trị ban đầu 𝐾𝑁 =120 GPa/m Ảnh hưởng hệ số 𝐾𝑁 đến đường quan hệ lực – chuyển vị không nhiều lại quan trọng với kích phần tử (hay kích thước lưới) Giá trị K lớn dẫn đến vấn đề số phân tích tốn khởi đầu thiệt hại xảy sớm hơn, ngược lại thiệt hại không xảy K nhỏ 51 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 44: Vùng trình xảy thiệt hại tương ứng với định luật thể mối quan hệ ứng suất – biến dạng song tuyến tính Hình 45: Sự biến đổi đường biểu diễn mối quan hệ tải – chuyển vị thay đổi K (DCB) Độ cứng K thay đổi mơ hình ENF trình bay hình đây: 52 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 46: Sự biến đổi đường biểu diễn mối quan hệ tải – chuyển vị thay đổi K (ENF) 4.4.3 Độ bền ban đầu N, S, T Khi thay đổi độ bền ban đầu, lực chống lại thiệt hại tách lớp giảm theo Thay đổi độ bền N mơ hình DCB trình bay hình đây: Hình 47: Sự biến đổi đường biểu diễn mối quan hệ tải – chuyển vị thay đổi độ bền (DCB) Thay đổi độ bền S = T mô hình ENF trình bay hình đây: 53 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 48: Sự biến đổi đường tải – chuyển vị thay đổi độ bền (DCB) 4.4.4 Kích thước mật độ phân bố phần tử Một thông số quan trọng khác ảnh hưởng đến trình phân tích thiệt hại tách lớp kích thước phần tử (kích thước lưới) Hình 49: Sự biến đổi tải – chuyển vị thay đổi kích thước lưới (DCB) Thay đổi kích thước lưới mơ hình ENF trình bay hình đây: 54 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 50: Sự biến đổi đường tải – chuyển vị thay đổi kích thước lưới (ENF) Từ tài liệu thu thập từ trước thấy rằng, kích thước mật độ phân bố phần tử ảnh hưởng đến tính ổn định tốn, yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến thời gian hội tụ toán, đồng thời đánh giá mức độ tương đồng kết mô số với thực nghiệm Những tài liệu tham khảo gợi ý sử dụng phần tử keo có kích thước nhỏ 0,5 mm cho kết hợp lý với thực nghiệm toán mô DCB nhỏ mm tốn mơ ENF 55 Báo cáo đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN - - - - Sau trình tìm hiểu nghiên cứu hướng dẫn nhiệt tình thầy mơn, tác giả hồn thành nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp mình, cụ thể nhiệm vụ sau Tìm hiểu xu hướng sử dụng vật liệu composite, ưu nhược điểm loại vật liệu Tìm hiểu tốn va chạm tốc độ thấp vật liệu composite, mô lại trình va chạm cầu thép với composite, so sánh với thực nghiệm mô Aymerich [3], đưa kết chuyển vị, thiệt hại tách lớp mức lượng từ 1J – 7J phương pháp phần tử keo Đưa ảnh hưởng hướng sợi diện tích thiệt hại tách lớp Đưa phương pháp xác định tính chất phần tử keo cho toán va chạm so sánh kết với Cerioni [10] mơ hình DCB đánh giá ảnh hưởng việc thay đổi thơng số đến mơ hình DCB ENF Trong trình làm đồ án tốt nghiệp tác tích lũy thêm nhiều kiến thức phương pháp nghiên cứu, học tập Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Lê Thị Tuyết Nhung PGS.TS Vũ Đình Quý, thầy mơn nhiệt tình giúp đỡ q trình hồn thành đồ án tốt nghiệp Do kiến thức hạn chế thời gian thực đồ án có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót, mong nhận góp ý thầy cô Tác giả xin chân thành cảm ơn 56 Báo cáo đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] C G D a D R A P P Camanho, “Numerical Simulation of Delamination Composite Materials,”, Natl Aeronaut Sp Adm., no NASA/TP2001–211041, pp 1–24, 2001 [2] M A L a E S C R H Lopez, “Optimization of laminated composites considering different failure criteria,”, Compos Part B Eng., vol.40, no 8, pp 731–740,, 2009 [3] F D P P F Aymerich, "Prediction of impact-induced delaminationin cross-fly composite laminates using cohesive interface elements,", vol 68, pp 2383-2390, 2008 [4] E G C M R.K Luo, "An approach to evaluate the impact damage initiation and propagation in composite plates,", Composite PartB: Engineering, 2001 [5] T Hoang Van, "Phân tích ứng sử composite chịu va chạm vận tốc thấp", Đồ án tốt nghiệp, 2019 [6] A K a B A B Bartan, “Parametric Study of Delamination Analysis in Composites with Cohesive Zone Method, Analysis in Composites with Cohesive Zone Method,” 8th Ankara Int Aerosp Conf, pp 1–13, 2015 [7] G H P Kyoungsoo Park, "Cohesive zone models: a critical review of tractionsepration relationships across fracture surfaces,", Applied Mechanics Reviews, vol 64, no 6, p 061002, 2011 [8] A Documentation, “Abaqus 6.14,” Dassault Syst [9] P P C J C a J R A Turon, “Accurate simulation of delamination growth under mixed-mode loading using cohesive elements: Definition of interlaminar strengths and elastic stiffness,”, Compos Struct., vol 92, no 8, pp 1857–1864, 2010., 2010 [10] A Cerioni, "Simulation of delamination in composite materials under static and fatigue loading by cohesive zone models," Ph.D Thesis, Universita'degli Studi di Cagliari, Cagliari, 2009 [11] J Reeder, "An evaluation of mixed-mode delamination failure criteria,", NASA TM 104210, 1992 [12] D Tran Đinh, "Predicting impact behavior on composite CFRP subjected to lowvelocity impact,", 2013 [13] D S S Corp, ABAQUS 2016 User's Manual, Providence RI USA , 2016 [14] W M J a G J T T K O‟Brien, “Mode II Interlaminar Fracture Toughness and Fatigue Characterization of a Graphite Epoxy Composite Material,” Natl Aeronaut Sp Adm, no NASA/TM-2010–216838, pp 1–32, 2010 [15] K M F M S M Soroush, "Finite Element Simulation of Interlaminar and Intralaminar Damage in Laminated Composite Plates Subjected to Impact", Latin American Journal of Solids and Structures, 2018 57 Báo cáo đồ án tốt nghiệp [16] J WILK, " Development and implementation of a testing method for the characterization of interlaminar delamination propagation in laminates under fatigue Mode II loading conditions", TRANSCACTION OF THE INSTITUTE OF AVIATION, 2016 [17] C G D P P C a J C A Turon, “An engineering solution for mesh size effects in the simulation of delamination using cohesive zone models,” Eng Fract Mech., vol 74, no 10, pp 1665–1682, 2007 [18] P P a M F L Camanho, A progressive damage model for mechanically fastened joints in composite laminates Journal of Composite Materials, 33: 2248-2280, 1999 [19] Z R S R L S a S P D Zou, "Modelling interlaminar and intralaminar damage in filament-wound pipes under quasi-static indentation Journal of composite materials", 36: 477-499, 2002 [20] M O.-J M Van-Dang, " Experimental and numerical analyses of the structure response of adhesively reconstituted beech timber beams", ELSEVIER, 2014 [21] H C A D K K B e a Khoramishad, "Predicting fatigue damage in adhesively bonded joints using a cohesive zone model", International Journal of fatigue, 32: 1146-1158 , 2010 58 ... liệu đáng tin cậy Báo cáo sử dụng theo phương pháp Camaho cộng để có so sánh tốt kết thực nghiệm mô Aymerich [3] 19 Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 4: Sự tương đồng tốt kết thực nghiệm mô sử dụng. .. hình số với phần tử keo kết hợp với sử dụng chương trình VUMAT để mơ lại trình va chạm với Báo cáo đồ án tốt nghiệp mức lượng va chạm khác Các kết thu tương đồng tốt so sánh với thực nghiệm,... Phá huỷ lớp tượng tách lớp lớp Trong nghiên cứu tập trung vào việc xác định khởi đầu thiệt hại tách lớp sử dụng tiêu chuẩn đánh giá phá huỷ có sẵn để dự đoán lớp, xem xét ứng xử mặt ứng xuất,