Hình 2.48. Ứng suất pháp khơng thứ ngun theo phương x tại mặt dưới điểm giữa tấm phụ thuộc mơ hình nền
2.5. Thực nghiệm kiểm chứng
Nhằm kiểm chứng lại tính đúng đắn của thuật tốn và chương trình tính tốn đáp ứng động lực học của tấm composite lớp đặt trên nền biến dạng chịu tác dụng của tải trọng di động, tác giả tiến hành thí nghiệm kiểm chứng cho trường hợp tấm composite lớp đặt trên nền biến dạng chịu tác dụng của tải trọng di động dạng khối lượng di động di chuyển với vận tốc khơng đổi. Kết quả thí nghiệm được so sánh với tính tốn lý thuyết cho đối với số liệu của mơ hình thí nghiệm.
2.5.1. Mục đích thí nghiệm
- Quan sát đáp ứng động lực học của tấm đặt trên nền biến dạng chịu tác dụng của tải trọng di động.
- Xác định đáp ứng động lực học của tấm như: gia tốc, vận tốc và chuyển vị, so sánh với kết quả lý thuyết để kiểm chứng độ tin cậy của thuật tốn và chương trình tính.
2.5.2. Phương pháp thí nghiệm
Tiến hành thí nghiệm trực tiếp nhiều lần trên mơ hình tấm composite đặt trên nền biến dạng, chịu tác dụng của khối lượng di động. Sử dụng các máy và thiết bị đo tiêu chuẩn của các Phịng thí nghiệm Cơ học vật rắn, Cơ học máy của Khoa Cơ khí - Học viện Kỹ thuật Quân sự. Số liệu thí nghiệm được xử lý theo lý thuyết phân tích số liệu thực nghiệm.
2.5.3. Mơ hình thí nghiệm
Mơ hình thí nghiệm được mơ phỏng kết cấu tấm composite cốt sợi thủy tinh, nền epoxy, liên kết tự do, với kích thước tấm 161cm 50,5cm, chiều dày tấm 3 mm.h Tấm gồm 5 lớp, với góc đặt cốt 0 / 90 / 0 / 90 / 0o o o o o, chiều dày các lớp bằng nhau và bằng 0,6 mm. Tác giả tiến hành thí nghiệm với tấm chịu tải trọng là khối lượng di động di chyển theo phương dọc tấm tại điểm giữa tấm, tấm được đặt trên nền cát khô được san phẳng.
2.5.4. Máy và thiết bị thí nghiệm
a) Máy thí nghiệm xác định đặc trưng cơ học của vật liệu
Để xác định đặc trưng cơ học của vật liệu, tác giả sử dụng máy thử kéo nén vạn năng MTS-810 Landmark tại phịng thí nghiệm cơ học vật rắn – Bộ môn Cơ học vật rắn – Khoa Cơ khí – Học viện Kỹ thuật Quân sự. Máy gồm các cụm chính: cụm khung gia tải bằng thủy lực, cụm trợ động thủy lực HPU và cụm máy tính điều khiển trung tâm. Máy được điều khiển thơng qua cụm máy tính điều khiển với phần mềm MTS 793-Testwoek 4 thơng qua bộ tích hợp xử lý tín hiệu FlexTest 40 có 16 kênh. Máy có thể thực hiện các thí nghiệm kéo, nén, uốn, thử mỏi với các tốc độ biến dạng khác nhau.
b) Máy đo dao động đa kênh LMS
Thiết bị đo dao động dùng trong thí nghiệm là máy đo rung, ồn, biến dạng LMS do hãng LMS (Bỉ) sản xuất. Hệ thống đo với 16 kênh thu thập dữ liệu, tốc độ lấy mẫu tối đa 102,4 kHz, chịu được điều kiện làm việc lên đến 55oC. Trên máy có 16 khe cắm tương đương với 16 kênh đo đồng thời. Để đo một đại lượng cơ học nào đó (chuyển vị, gia tốc, lực,...) cần có một mơđun đo tương ứng cắm vào một trong 16 khe này bằng các dây truyền tín hiệu đo. Hệ thống LMS được nối với máy tính cài sẵn phần mềm chuyên dụng có khả năng cung cấp kết quả dạng bảng giá trị và đồ thị thể hiện sự thay đổi giá trị đo theo thời gian.
2.5.5. Cơ sở lý thuyết phân tích số liệu thí nghiệm
Kết quả đo thu được thường sẽ cho các giá trị khác nhau và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như dụng cụ đo, mơ hình thí nghiệm, điều kiện nhiệt độ mơi trường, kỹ năng của kỹ thuật viên thí nghiệm,… Do đó cần thiết phải tiến hành thí nghiệm nhiều lần với mẫu và thiết bị đã lựa chọn. Số liệu sau đó được xử lý một cách khoa học, chính xác và có cơ sở, đảm bảo kết quả cuối cùng thu được đủ tin cậy cho phép đo. Các bước xử lý kết quả thí nghiệm gồm hai bước chính: xử lý loại bỏ sai số thô và xử lý kết quả tinh.
* Bước 1: Loại bỏ sai số thô
Đây là các sai số có thể do việc đọc hoặc ghi chép số liệu thí nghiệm sai, cũng có thể do sự xuất hiện các dị vật trong mẫu thí nghiệm. Những sai số này nếu không được loại bỏ sẽ làm sai lệch lớn đến kết quả đánh giá chung và làm thay đổi các chỉ tiêu cơ lý của composite. Vì vậy chúng cần được xem xét, loại bỏ trước khi tiến hành phân tích đánh giá đưa ra các kết luận. Để loại bỏ sai số thô cần phải xem xét đồng thời hai tiêu chuẩn đánh giá.
+ Tiêu chuẩn loại bỏ trực tiếp:
Theo tiêu chuẩn này, các giá trị đặc trưng thí nghiệm Ai cần loại bỏ, khi: i tb A A V (2.115) trong đó: 1 1 n i i A A n
là giá trị trung bình của phép đo (khi chưa loại bỏ sai số thô), với n là số mẫu thí nghiệm.
V là trị số biến sai, phụ thuộc vào số lượng mẫu thí nghiệm.
tb
là trị số trung bình cộng của các độ lệch bình phương (khi chưa loại bỏ sai số thô), xác định theo công thức:
2 1 1 1 n tb i i A A n (2.116)
+ Tiêu chuẩn hệ số biến sai:
Mục đích sử dụng tiêu chuẩn này để đảm bảo tính đồng nhất tương đối giữa các chỉ tiêu cơ lý của các mẫu thuộc cùng một kết cấu composite được chế tạo ra, điều này có nghĩa là với cùng một kết cấu composite thì các giá trị này sẽ khơng có sự khác nhau q lớn.
Để đảm bảo tính đồng nhất như đã nói ở trên, các số liệu của cùng một chỉ tiêu phải được thoả mãn điều kiện:
2 1 1 1 1 1 n i tb i bs n i i A A n V A A n (2.117)
trong đó: Vbs là hệ số biến sai.
Nếu số liệu thí nghiệm nào khơng thoả mãn đồng thời biểu thức (2.116) và (2.117) thì chúng cần phải được loại bỏ, sau mỗi lần loại bỏ một số liệu phải tiến hành thử lại điều kiện trên cho đến khi thoả mãn thì dừng và kết thúc việc xử lý thơ số liệu thí nghiệm.
* Bước 2: Xử lý kết quả tinh
Sau khi loại bỏ sai số thơ có được N mẫu thí nghiệm (N giá trị đo), việc xử lý tinh nhằm mục đích đưa ra các giá trị đại diện phản ánh đúng nhất tính chất của các đại lượng này. Các nội dung chính cần phải tiến hành như sau [39]:
- Xác định giá trị trung bình:
Nội dung bước này cần tiến hành : Giả sử có N giá trị quan sát được xếp thành một chuỗi thống kê bởi N phép đo xác định một đại lượng:
1, 2, 3,..., N.
X X X X Giá trị trung bình X được xác định theo biểu thức:
N i i=1 X X = N (2.118) - Khoảng quan sát :
Khoảng quan sát Rview là sự khác biệt giữa hai giá trị quan sát: lớn nhất và nhỏ nhất của chuỗi dữ liệu, và được xác định:
view max min
R N N (2.119)
Các chuỗi dữ liệu có thể có khoảng quan sát khác nhau mặc dù chúng có cùng giá trị trung bình, nếu khoảng quan sát lớn thì độ phân tán sẽ cao.
- Độ lệch chuẩn:
hay độ lệch chuẩn SD: N 2 i i=1 (X - X) SD = S = N - 1 (2.120)
- Sai số chuẩn của giá trị trung bình:
Giá trị trung bình của dãy quan sát gần bằng giá trị thực của đại lượng đo hơn là các giá trị quan sát riêng biệt, điều này thể hiện qua sai số chuẩn của giá trị trung bình, được xác định bởi cơng thức:
X
S SEM = SD(X)= S =
N (2.121)
Khi N càng lớn, dẫn đến giá trị SEM càng nhỏ, do vậy giá trị trung bình càng gần với giá trị thực. Điều này phù hợp với quy luật thực nghiệm.
- Giới hạn và khoảng tin cậy:
Với một mức tin cậy nhất định là , giới hạn tin cậy của một giá trị
trung bình được cho bởi tích số: t S X với N 30 (phân bố Student)
với giá trị -t S X tương ứng với giới hạn dưới (Lower control limit: LCL)
với giá trị +t S X tương ứng với giới hạn trên (Upper control limit: UCL) và khoảng tin cậy của giá trị trung bình là:
X X X X
X ± t S = (X - t S ,X +t S )= X - t S đến X t S α X (2.122) Giá trị thống kê t phụ thuộc vào xác suất đã chọn và số lượng N của phép đo.
Với số lượng phép đo lớn N 30 giá trị thống kê này được thay bởi giá trị thống kê z (phân bố chuẩn).
2.5.6. Thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ học của vật liệu
Phần thí nghiệm này nhằm xác định các đặc trưng cơ học của vật liệu phục vụ cho việc tính tốn lý thuyết bài tốn kiểm chứng.
- Mẫu thí nghiệm xác định cơ tính của vật liệu tấm composite được chế tạo từ tấm composite đồng phương dùng trong thí nghiệm. Phương pháp lấy mẫu thí nghiệm như sau:
+ Mẫu được cắt từ tấm composite theo hai phương song song với hai cạnh của tấm. Hình dạng của mẫu thí nghiệm như trên Hình 2.50.