L !i cam ự oan
2.1.6.4. Phương pháp ựùn ép
Trong phương pháp này nh!a polyme dư i d ng b t ho c hVn h p nh!a polyme và v t li u gia cư"ng có chi u dài ng)n ựư c c p vào tr ng ch a hVn h p v t li u c a máy ựùn ép. Tr c vắt ựư c s# d ng ự ự+y hVn h p v t li u v phắa trư c c a tr ng, nén hVn h p v t li u ự ng th"i ự+y không khắ ch a trong v t li u ra ngoài. Trong quá trình hòa tr n ma sát làm tăng nhi t ự c a hVn h p, năng lư ng nhi t này làm v t li u chuy n sang tr ng thái l$ng trư c khi ựư c chuy n t i bu ng phun ép. Do quá trình nén c)t trong tr c vắt, chi u dài c a s i gia cư"ng gi m. Dư i l!c ép c a tr c vắt, v t li u ựư c ựùn ép vào khuôn, h th ng van m t chi u ựư c s# d ng ự ngăn v t li u b nén ngư c l i tr ng ch a. Khi v t li u ựã ựư c nén vào trong khuôn, tr c vắt ựư c gi nguyên v trắ ự duy trì áp su t trong khuôn. Khi v t li u ựã ựông k t trong khuôn, tr c vắt ựư c di chuy n theo chi u ngư c l i ự chu+n b cho chu trình ựùn ép s n ph+m ti p theo.
Ưu ựi m c a phương pháp này là kh năng t! ự ng hóa cao, năng su t l n, hi u qu cao, phù h p v i lo t s n ph+m có s lư ng l n. Phương pháp này có th s# d ng ự ch t o các s n ph+m có hình d ng ph c t p. H n ch l n nh t c a công
ngh này là cơ tắnh c a s n ph+m không cao do tU l v t li u gia cư"ng th p, ự dài c a v t li u gia cư"ng ng)n, tắnh ự ng hư ng c a v t li u không ự u. Do các h n ch nêu trên công ngh ựùn ép hVn h p composite thư"ng ựư c s# d ng ch t o các s n ph+m có kắch thư c không l n v i yêu c u v cơ tắnh không cao.
2.1.6.5. Phương pháp ựúc chuy#n nh.a
Phương pháp ựúc chuy n nh!a s# d ng khuôn kắn, v t li u gia cư"ng ựư c ự t trư c trong khuôn. V i lo t s n ph+m có s lư ng không l n v t li u gia cư"ng ựư c c)t th công và ự t trên n#a khuôn phắa dư i. N#a khuôn phắa trên ựư c ựóng l i, nh!a polyme ựư c ựi n ự y vào khuôn dư i áp su t cao. Sau khi nh!a polyme ựư c ựi n ự y vào khuôn, hVn h p nh!a polyme và v t li u gia cư"ng ựư c ự ựông k t trong th"i gian xác ựnh. Sau ựó s n ph+m ựư c tháo khuôn ự ti n hành s n xu t chi ti t ti p theo. đ thúc ự+y quá trình ựông k t có th ti n hành gia nhi t khuôn nh m tăng năng su t ch t o. Phương pháp ựúc chuy n nh!a có th áp d ng ch t o các s n ph+m có k t c u sandwich. V i các s n ph+m có kắch thư c không l n, có th s# d ng m t ựư"ng c p nh!a polyme cho toàn b s n ph+m; v i s n ph+m có kắch thư c l n hơn, nhi u ựư"ng c p ựư c s# d ng nh m ự m b o cung c p ự nh!a polyme cho t ng b ph n, chi ti t c a s n ph+m. đư"ng c p nh!a thư"ng ựư c ự t t i v trắ th p nh t trong khuôn. Nh!a polyme ựư c ựi n vào khuôn theo hư ng t dư i lên ự ự m b o ự+y các b t khắ trong khuôn và v t li u gia cư"ng ra ngoài, tránh t o các rV khắ trong s n ph+m sau khi hoàn thi n.
Trong công ngh ựúc chuy n nh!a c n ự m b o ự nh t c a nh!a polyme trong gi i h n cho phép ự có th ựi n ự y nh!a t i các v trắ trong khuôn trong th"i gian ng)n nh t. Do ựó, c n duy trì nhi t ự c a nh!a và khuôn trong gi i h n h p lý. M t khác, n u duy trì nhi t ự nh!a và khuôn quá cao sR gây các ph n ng gây ựông k t nh!a polyme trong quá trình ựi n ự y khuôn.
Công ngh ựúc chuy n nh!a ựư c s# d ng trong ch t o s n ph+m mSu cũng như lo t s n ph+m có s lư ng l n. Công ngh này có th t o ra s n ph+m có hình d ng ph c t p và ch t lư ng b m t cao, ự c bi t thắch h p cho ch t o các chi ti t trong công nghi p ô tô, hàng không.
2.1.6.6. Phương pháp ựúc chân không
Phương pháp này s# d ng s! chênh l ch áp su t trong khuôn và thi t b ch a nh!a polyme ự ựi n nh!a vào khuôn (hình 2.5 và 2.6). Khác v i phương pháp ựúc chuy n nh!a truy n th ng s# d ng chân không hV tr quá trình ựi n nh!a vào khuôn dư i l!c ép c a thi t b nén ho c khắ nén, công ngh ựúc chân không hoàn toàn s# d ng l!c hút chân không ự ựưa nh!a polyme vào khuôn. Nh!a polyme ựư c ch a trong bình, khi ự chân không trong khuôn ựã ự t t i yêu c u, van dSn bình ch a m& ra, nh!a trong bình ch a ựư c ựi n vào khuôn theo h th ng ng dSn b trắ theo chu vi c a khuôn. T c ự ựi n nh!a vào khuôn ph thu c vào chi ti t ựư c ch t o, tU l v t li u gia cư"ng, ch ng lo i nh!a polyme, và phương án b trắ, thi t k khuôn.
Hình 2.5: Các thi t b và v t li u trong công ngh ựúc chân không
Hình 2.6: Sơ ự công ngh ựúc chân không
Ưu ựi m c a công ngh này là ch t o khuôn ựơn gi n, chi phắ ự u tư không cao so v i phương án ựúc chuy n nh!a truy n th ng, các thi t b chắnh bao g m bơm hút chân không, thi t b ch a nh!a polyme và thi t b hòa tr n nh!a polyme,
các d ng c ựo và h th ng dSn chân không. Như c ựi m c a phương pháp này là ch ki m soát ựư c ch t lư ng m t b m t c a chi ti t gia công do s# d ng khuôn m t m t, khó ki m soát ự ự ng ự u c a chi u d y chi ti t cũng như tU l v t li u gia cư"ng và nh!a polyme.
Công ngh ựúc chân không ựư c s# d ng ch y u ự ch t o các chi ti t có kắch thư c l n, s lư ng không nhi u như các k t c u dàn khoan, xu ng, thân v$ ô tô, toa xe tàu h$a, kho ựông l nh. Công ngh này có th k t h p v i phương pháp ch t o sandwich t o ra s n ph+m có ch t lư ng và yêu c u cao.
Bơm hút chân không có tác d ng hút chân không th tắch trong khuôn. Dư i tác d ng c a chênh l ch áp su t, hVn h p nh!a polyme ựư c ựi n vào khuôn theo h th ng dSn. Túi chân không có tác d ng làm kắn khuôn như m t n#a khuôn phắa trên. Băng làm kắn (sealant tape) có tác d ng làm kắn th tắch trong khuôn. Quy trình công ngh ựư c th!c hi n như sau:
- Quét ph l p ch ng dắnh hV tr tháo khuôn. - Quét ph l p v t li u t o b m t (gel-coat). - đ t các l p v t li u gia cư"ng vào khuôn.
- đ t các l p hV tr dSn nh!a polyme lên trên l p v t li u gia cư"ng.
- đ t túi chân không, s# d ng băng làm kắn (sealant tape) ự làm kắn th tắch trong khuôn.
- Hút chân không th tắch trong khuôn.
- M& van nh!a khi ự chân không ự t yêu c u ự ựi n nh!a polyme t thi t b ch a vào khuôn.
- Tháo khuôn sau khi v t li u trong khuôn ựông k t và ựnh hình.
Các s n ph+m composite ựư c ch t o theo nhi u phương pháp khác nhau như ch t o th công, phương pháp th m nh!a trư c, ựùn ép, ựúc chuy n nh!a, ựúc chân không, v.v. Các phương pháp này có các ưu như c ựi m khác nhau. V i yêu c u trong công ngh ựóng tàu hi n nay, phương pháp ựúc chân không là s! l!a ch n phù h p do ựáp ng t t v năng su t, ch t lư ng trong ch t o các s n ph+m ựơn
chi c, lo t s n ph+m nh$, kắch thư c l n. Công ngh này ắt có tác ự ng x u t i môi trư"ng [26].
2.2. Cơ s v ph,n t> h9u h%n 2.2.1 Gi=i thi u v ph,n t> h9u h%n
Phương pháp ph n t# h u h n (FEM Ờ Finite Element Method) là m t phương pháp s , dùng ự phân tắch k t c u v i s! h tr c a máy tắnh. Nó có th ng d ng ự gi i quy t ph n l n các bài toán có d ng h phương trình vi phân m t cách hi u qu . V i phương pháp ph n t# h u h n, ng x# c a các ự i tư ng trong kr thu t d u có th ựư c mô ph$ng. T cách th c làm vi c c a các c u trúc cho ự n s! lan truy n nhi t, truy n âm trong môi trư"ng khác nhau. Nh ng ti n b c a ph n c ng máy tắnh ngày nay làm cho vi c s# d ng các ph n m m ph n t# h u h n ngày càng d( dàng và hi u qu hơn.
Có khá nhi u chương trình v ph n t# h u h n ựư c thương m i hóa trên ph m vi toàn c u. T t nhiên, mVi chương trình có m t m c ự s# d ng khác nhau, có nh ng chương trình ch dùng trong m t lĩnh v!c h p, có nh ng chương trình ựư c dùng ph bi n trong nhi u lĩnh v!c khác nhau. Thông qua nhi u ngu n mà m t s chương trình ựã có m t t i Vi t Nam như: ABAQUS, ANSYS, MARC, SAP2000, MEANẦ Trong ựó ANSYS là m t chương trình r t m nh, có th gi i quy t các bài toán tuy n tắnh cũng như phi tuy n trong các lĩnh v!c như cơ h c v t r)n, cơ h c lưu ch t, trư"ng ựi n t , truy n nhi t, truy n âmẦ
Vi c s# d ng các phương pháp gi i tắch ự tắnh toán bi n d ng và ng su t sR là l!a ch n t t cho các mô hình ựơn gi n. Tuy nhiên, ự i v i các bài toán ph c t p thì phương pháp s ph n t# h h n sR là l!a ch n s m t.
Nh ng k t qu chúng ta thu ựư c t phương pháp ph n t# h u h n hi m khi ự t k t qu chắnh xác tuy t ự i. Tuy nhiên, sai s c a nh ng k t qu ựó so v i th!c nghi m sR r t nh$ n u chúng ta bi t cách mô hình hóa bài toán m t cách phù h p. S! khác bi t cơ b n c a phương pháp ph n t# h u h n và phương pháp gi i tắch là n m & chV cách mà chúng xem xét v n ự ựó. Phương pháp gi i tắch xem k t c u như m t kh i th ng nh t và nh ng ng x# c a nó ựư c quy t ựnh b&i các phương
trình thông thư"ng. Trong khi ựó, phương pháp ph n t# h u h n l i xem k t c u g m t p h p nh ng ph n nh$ li n nhau có kắch thư c h u h n. Tư tư&ng c a phương pháp này là chia v t th ra thành m t t p h u hãn các mi n con li n nhau. Trư"ng chuy n v , bi n d ng, ng su t ựư c xét trong t ng mi n con. C u trúc ựư c coi như là s! k t n i gi a các c u trúc con trên các ựư"ng biên c a chúng. MVi c u trúc con ựư c coi là m t ph n t#. Các d ng ph n t# có th là thanh, thanh d m, t m, v$, kh i. Và h th ng các phương trình ự i s sR ự i di n cho tắnh ch t ng x# c a nh ng ph n t# ựó. Nh ng ph n t# này có kắch thư c h u h n. Và nh ng ựi m mà các ph n t# giao nhau g i là các nút.
Khi ngo i l!c tác d ng vào m t v t th , v t th b bi n d ng và n i l!c cân b ng v i ngo i l!c. Các +n s c a bài toán hình thành t ựây các bài toán trong cơ h c thư"ng có d ng vi phân
2.2.2. Các bư=c gi3i b?ng phương pháp Ph,n t> H9u h%n
Phương pháp ph n t# h u h n là m t phương pháp r t t ng quát và h u hi u ự gi i các bài toán kr thu t khác nhau.
Các bư c ti n hành khi gi i m t bài toán b ng phương pháp ph n t# h u h n [3] 1. R"i r c hóa mi n kh o sát Ờ t o lư i ph n t# h u h n
2. Xây d!ng các phương trình ph n t# 3. L)p ghép các phương trình ph n t# 4. Kh# các ựi u ki n biên
5.Gi i các phương trình toàn c c ự tìm các giá tr nút 6. Tắnh toán k t qu trên ph n t#.
2.2.3. Cơ s phân tắch t*m composite
Ch ự chắnh là cơ h c v t li u composite gia c s i. V t li u thư"ng ựư c k t h p b&i nh ng s i giòn (c t) và v t li u n n (pha) (matrix) dXo. M t hình h c là d ng m t t m nhi u l p t o b&i nhi u t ng song song, mVi t ng là m t l p. Ưu ựi m c a c u trúc này là v t li u b n hơn và nh hơn.
Cơ h c v t li u composite nghiên c u v ng su t và bi n d ng trong t m nhi u l p. Thư"ng ta phân tắch ng su t và bi n d ng trong mVi t m trư c, k t qu
nh n ựư c cho m i t m sau ựó ựư c tắch phân theo chi u dài c a t m nhi u l p thu ựư c giá tr t ng quát.
Xét m t l p ựơn v t li u composite gia c s i như hình (2-7). Trong l p này, h t a ự tr!c giao 1 Ờ 2 Ờ 3 ựư c dùng v i phương như sau [4]
1. Tr c 1 cùng phương v i c t (s i).
2. Tr c 2 trong m t ph ng c a l p và vuông góc v i c t. 3. Tr c 3 vuông góc v i m t ph ng l p và vuông góc v i c t.
Phương 1 còn ựư c g i là phương c t, phương 2 là phương pha hay phương ngang. H t a ự 1 Ờ 2 Ờ 3 g i là h t a ự v t li u chắnh. ang su t và bi n d ng trong l p ựư c tham chi u trong h t a ự này
Trong m c ự phân tắch, bi n d ng hay ng su t c a m t s i ựơn ho c m t ph n t# c a n n thì không ựư c xét ự n. tnh hư&ng c a gia c s i quét trên toàn b th tắch v t li u. Ta gi s# 2 v t li u c t và pha ựư c thay b&i m t lo i v t li u ựơn, ự ng nh t. Hi n nhiên, lo i v t li u này không có cùng tắnh ch t theo m i hư ng. Ch ng h n v t li u v i tắnh ch t khác nhau theo 3 hư ng vuông góc v i nhau g i là v t li u tr!c hư ng. Do ựó, mVi l p xem như là tr!c hư ng.
ang su t trong ph n t# vô cùng bé ựư c l y t l p (như hình 2.8). Có 3 ng su t
pháp và 3 ng su t ti p . Nh ng ng su t này liên h v i bi n d ng như sau: ≡ θ ≡ Hình 2.7. L p composite l ch tr c tr c 1, ,2 3 σ σ σ τ τ12 23,τ13 1, , , , ,2 3 12 23 13 ε ε ε γ γ γ
Hình 2.8: Các thành ph n ng su t
Trong (2.1) E1 , E2 , E3 là modun ựàn h i m& r ng theo 3 hư ng tương ng. vij (i, j = 1, 2, 3) là các h s Poisson, G12 , G23 , G13 là các modun trư t.
(2-3)
Trong ựó là vectơ bi n d ng và ng su t 6 x 1, ma tr n [s] g i là ma tr n tuân th .
Ngh ch ự o ma tr n tuân th [S] g i là ma tr n ự c ng [C] như sau:
Ma tr n [C] ựư c tắnh b ng hàm Matlab OrthotropicStiffness.
1 21 2 31 3 1 1 12 1 2 32 3 2 2 13 1 23 2 3 3 3 23 23 23 13 13 13 13 12 12 1/ / / 0 0 0 / 1/ / 0 0 0 / / 1/ 0 0 0