Báo cáo nghiên cứu khoa học: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA CÁC LỚP VẬT LIỆU COMPOSITE TRONG LIÊN KẾT DẠNG CHỮ T DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG TĨNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

Nhiều dạng kết cấu đã được chế tạo bởi những tấm vật liệu Composite và liên kết giữa các tấm thường ở dạng chữ T. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) đã được áp dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước, cấu tạo vật liệu và sơ đồ kết cấu đến trạng thái ứng suất, biến dạng của một liên kết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo nghiên cứu khoa học: " NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA CÁC LỚP VẬT LIỆU COMPOSITE TRONG LIÊN KẾT DẠNG CHỮ T DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG TĨNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN" TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA CÁC LỚP VẬT LIỆU COMPOSITE TRONG LIÊN KẾT DẠNG CHỮ T DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG TĨNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN AN INVESTIGATION INTO THE LAMINATED FIBER COMPOSITE T-JOINT BEHAVIOR UNDER WEB PULL-OFF STATIC TENSILE LOADING USING A FINITE-ELEMENT ANALYSIS Hoàng Phương Hoa, Nguyễn Văn Mỹ, Đỗ Việt Hải Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Nhiều dạng kết cấu đã được chế tạo bởi những tấm vật liệu Composite và liên kết giữa các tấm thường ở dạng chữ T. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) đã được áp dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước, cấu tạo vật liệu và sơ đồ kết cấu đến trạng thái ứng suất, biến dạng của một liên kết dạng chữ T dưới tác dụng của tải trọng tĩnh. Mô hình liên kết dạng chữ T được xây dựng bằng phần tử Solid46 với 8 nút và 3 bậc tự do ở mỗi nút của phần mềm tính toán kết cấu Ansys®. Tiêu chuẩn ứng suất cực đại đã được áp dụng để xác định vị trí xuất hiện các vết nứt đầu tiên. Để nghiên cứu sự phát triển vết nứt các tác giả đã áp dụng kỹ thuật vết nứt ảo và tiêu chuẩn tiêu tán năng lượng cực đại trong bài báo này. ABSTRACT Many structures are made of laminated composite multi-cells structures whose central part constitutes a T-joint. A finite-element model (FEM) was applied to investigate into the influence of the geometry of the part, the composition of the material and the configuration of the laminates on the fracture behavior of a T-joint, number of plies and type of material. The T- joint was modeled using Ansys® Solid46 elements having 8 nodes and 3 degrees of the freedom. The maximum stress criterion was used to determine the initiation site of the crack. A virtual crack closure method was applied to simulate the crack propagation path and direction using the maximum energy release rate criterion. 1. Giới thiệu chung Trong thực tế kết cấu của các công trình cầu đường, công nghệ hàng không, hoặc trong lĩnh vực cơ khí chế tạo…chúng ta thường gặp những liên kết dạng chữ T. Hình 1 giới thiệu cấu tạo một số liên kết dạng chữ T trong xây dựng cầu, trong lĩnh vực đóng tàu thuỷ và trong công nghệ hàng không. Liên kết dạng đúc trong các dạng liên kết như: dán, thông qua tấm đệm, dạng khâu và liên kết thông qua các bản ốp bằng bulông hoặc đinh tán là đề tài nghiên cứu trong bài báo này. 127 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 Khâu Tấm đệm Dán Đúc Bản ốp Hình 1. Một số liên kết dạng chữ T Đối với vật liệu Composite, loại vật liệu mà thành phần chịu lực chính là các sợi hoăc rất nhiều sợi tạo thành những bó. Liên kết các sợi hoặc các bó cùng tham gia làm việc cần phải có chất liên kết. Với hai thành phần chính trong cấu tạo của mình dẫn đến sự làm việc theo các hướng của loại vật liệu này có thể khác nhau. Để nghiên cứu hiện tượng nứt giữa các sợi và chất liên kết hoặc sự nứt giữa các tấm của loại vật liệu này đã có nhiều tác giả đề cập đến. Một trong những tác giả đề cập đến vấn đề này là O’Brien T.K., [1]. Việc áp dụng FEM để tính toán năng lượng tiêu tán phục vụ nghiên cứu sự phát triển của vết nứt đối với vật liệu Composite đã được Rybicky E.F., và Kanninen M.F., trình bày vào năm 1977 [2]. Những nghiên cứu của các tác giả trong [1] và [2] đều dựa trên lý thuyết về phá huỷ kết cấu của Griffith A.A., đưa ra vào năm 1920 [3] và của Irwin G.R., vào năm 1957 [4] khi nghiên cứu về trạng thái ứng suất và biến dạng tại lân cận vết nứt. Cuối cùng cho đến năm 1987 Raju I.S.,[5] đã đề xuất một phương pháp tính toán năng lượng tiêu tán áp dụng FEM cho các phần tử 4 nút, 8 nút và 12 nút cho một phần tử của kết cấu. 2. Phân tích liên kết dạng chữ T theo FEM Trong hình 2-a giới thiệu kích thước của liên kết dạng chữ T bao gồm: một sườn đứng có chiều cao H = 80 mm được cấu tạo bởi các lớp vật liệu composite sợi carbon và chất liên kết bằng thermoplastic, chiều dày ts của sườn đứng có thể thay đổi. Bản ngang của liên kết dạng chữ T trong nghiên cứu này bao gồm 10 lớp cũng bằng loại vật liệu cấu tạo lên sườn đứng. Chiều rộng Ws của bản ngang cũng có thể thay đổi tuỳ theo chiều dài nhịp của bản ngang. Chiều dài của liên kết dạng chữ T được lấy bằng 50 mm. Ở giữa liên kết của sườn đứng và bản ngang xuất phát từ công nghệ chế tạo nên có một thẹt hình tam giác cấu tạo bằng vật liệu composite một hướng được giới thiệu trong hình 2-b, c. 128 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 ts Sườn đứng Các lớp composite Bản ngang Thẹt tam giác 80 3 50 150 a) ...