II. Virtual Crack Closure Technique (Modified Crack Closure Method)
TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG PHÁ HỦY CỦA KẾT CẤU HAI VẬT LIỆU (CU-EPOXY MOLDING COMPOUND)
c. Stresses (Ứng suất)
TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG PHÁ HỦY CỦA KẾT CẤU HAI VẬT LIỆU (CU-EPOXY MOLDING COMPOUND)
(CU-EPOXY MOLDING COMPOUND)
EMC (Epoxy Molding Compound)
EMC là vật liệu phi kim loại sử dụng rộng rãi trong các gói vi điện tử. Nó được tạo ra từ thành phần chủ yếu là nhựa Epoxy kết hợp với các vật liệu khác như chất đóng rắn, cao su lưu hóa…
EMC có đặc tính gần giống với tính chất của Epoxy như độ bền cơ học cao, chịu nước và hóa chất cao.
Epoxy là gì ?
Epoxy là một loại nhựa tổng hợp rất cứng và có độ bền cao. Epoxy không giống với các loại nhựa khác được dùng trong ngành đóng thuyền, độ bám dính của nó cao hơn nhiều so với Polyester (nhựa composite). Ngoài ra, Epoxy có độ bền cơ học cao, do đó nó chịu nước và hóa chất tốt hơn các loại nhựa khác.
Cũng giống như nhựa Polyester, Epoxy được hình thành từ một phản ứng hóa học giữa 2 thành phần riêng biệt: Nhựa (resin) và chất đóng rắn (hardener). Polyester đóng rắn khi ta trộn một lượng nhỏ chất đóng rắn vào, nhưng Epoxy cần một lượng chất đóng rắn nhiều hơn. Thông thường tỷ lệ giữa chất đóng rắn với nhựa Polyester là 2 phần ngàn, trong khi với Epoxy là 1:1 (1 Epoxy + 1 chất đống rắn), 1:2, 1:3, 1:4, 1:5.
Trong ngành đóng thuyền, Epoxy được sử dụng như một chất keo dán, bột trét và nó còn có thể kết hợp với sợi thủy tinh để tạo nên một lớp vỏ bọc chắc chắn cho vỏ thuyền. Trong ngành đóng thuyền kỹ thuật cao người ta phân Epoxy thành những loại khác nhau dựa trên mục đích sử dụng và các đặc tính kỹ thuật như: độ đặc (viscosity), độ chắc. Trong phần lớn các ứng dụng thông thường, người ta dùng nhựa Epoxy phổ thông. Nhựa Epoxy phổ thông dùng để đóng thuyền có độ đặc thấp giúp chúng thấm nhanh vào lớp sợi thủy tinh và tạo ra một lớp vật liệu có tính năng kỹ thuật tốt hơn nhiều so với lớp vật liệu làm từ nhựa Polyester và sợi thủy tinh.
I. Nội dung bài toán và xác định phương hướng triển khai
1. Nội dung
Dùng phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp Virtual Crack Closure Technique thông qua phần mềm Ansys để tính toán khả năng phá hủy của kết cấu hai vật liệu (bi-material)
Kết cấu được làm từ hai vật liệu là Cu có E = 135 GPa và ν = 0,34 và hợp chất EMC (Epoxy Molding Compound) có E = 30 GPa và ν = 0,24.
Mô hình kết cấu như hình 50:
Hình 50. Kết cấu hai vật liệu (Cu-EMC)
Các kích thước: chiều dải của mẫu l = 48 mm, chiều rộng của mẫu b = 8,8 mm, chiều dày của lớp vật liệu Đồng tcu = 0.28 mm, chiều dày của Epoxy Molding Compound temc = 2.1mm, khoảng cách giữa hai gối c = 20 mm, khoảng cách giữa hai điểm đặt lực d = 40 mm.
Biết chiều dài vết nứt a = 5 mm, tải trọng tác dụng là P = 5N, xác định tỷ lệ năng lượng giải phóng của vết nứt hay độ cứng chống phá huỷ của kết cấu.
2. Hướng triển khai bài toán
Trên Ansys ta thực hiện như sau:
Do tính đối xứng nên ta chỉ xây dựng và tính toán đối với một nửa của mô hình (hình 51)
Ta xác định tỷ lệ năng lượng giải phóng khi vết nứt được tạo ra theo phương pháp Virtual Crack Closure Technique cho phần tử 8 nút (hình 52)
Hình 52. Phương pháp VCCT cho phần tử 8 nút
Ở bài toán này ta xét với phần tử hai chiều nên chỉ có tỷ lệ năng lượng giải phóng theo hai phương X và Z là GI và GII .
Ta có tỷ lệ năng lượng giải phóng được tính theo công thức sau:
( ) ( ) ( ) ( ) * * * * 1 . w w . w w 2 1 . . 2 I i l l j m m II i l l j m m G Z Z a G X u u X u u a = − − + − ∆ = − − + − ∆
Tổng tỷ lệ năng lượng giải phóng GTđược tính toán từ các tỷ lệ năng lượng giải
phóng thành phần bằng:
T
Ta chọn điểm Crack Tip là nút i (đầu vết nứt hay mũi nứt), khoảng cách giữa các nút Δa = delr = a/190 (bán kính của dãy phần tử thứ nhất tại điểm Crack Tip).
Trong đó a = 5 (mm) là chiều dài vết nứt.