Luận án TS Trần Thị Thanh Vân: Vỏ composite tròn xoay chịu áp lực trong, công nghệ quấn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG h VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ uuuuu TRẦN THỊ THANH VÂN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ QUẤN VỎ COMPOSITE TRÒN XOAY CHỊU ÁP LỰC TRONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TRẦN THỊ THANH VÂN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KẾT CẤU – CÔNG NGHỆ QUẤN VỎ COMPOSITE TRÒN XOAY CHỊU ÁP LỰC TRONG Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TRẦN NGỌC THANH 2. PHẠM TIẾN ĐẠT Hà Nội - 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình do tôi nghiên cứu. Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác, các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ.

Hà nội, ngày tháng năm 2021 Tác giả luận án Trần Thị Thanh Vân ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình làm luận án, tôi đã nhận được sự chỉ bảo và giúp đỡ tận tình của tập thể giáo viên hướng dẫn, các chuyên gia, các nhà khoa học, cũng như các đồng nghiệp trong và ngoài đơn vị phụ trách nghiên cứu sinh. Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn tập thể giáo viên hướng dẫn PGS. TS Trần Ngọc Thanh, PGS.TS Phạm Tiến Đạt đã trực tiếp hướng dẫn, cung cấp ý tưởng nghiên cứu và định hướng các nội dung khoa học của đề tài luận án; đã trang bị các kiến thức, phương pháp và kỹ năng trong nghiên cứu khoa học, rèn luyện ý chí, phấn đấu vươn lên hoàn thành luận án; Xin chân thành cảm ơn tới lãnh đạo Viện KH-CNQS; thủ trưởng và các cán bộ, nhân viên Phòng Đào tạo/Viện KH-CNQS; thủ trưởng và cán bộ phụ trách đào tạo của Viện Tên lửa đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận án; Xin chân thành cảm ơn tập thể Phòng Công nghệ/Viện Tên lửa- đơn vị sinh hoạt chuyên môn của tôi, đã tạo các điều kiện thuận lợi nhất, động viên, chia sẻ với tôi trong suốt quá trình học tập, sinh hoạt chuyên môn và làm nghiên cứu tại đơn vị, nhất là đã hỗ trợ kiến thức và thực nghiệm để tôi hoàn thành luận án; Xin chân thành cảm ơn các chuyên gia, các nhà khoa học đã cho nhiều ý kiến đóng góp qúy báu để tôi hoàn thành luận án; Xin chân thành cảm ơn lãnh đạo của trường Đại học Hàng hải Việt Nam, Bộ môn Công nghệ vật liệu- nơi tôi công tác, đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ trong suốt quá trình làm nghiên cứu sinh; Xin chân thành cảm ơn người thân trong gia đình, các bạn bè và đồng nghiệp đã đồng hành, sát cánh và động viên tôi vươn lên hoàn thành nhiệm vụ học tập và công trình luận án này. iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN.

ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC CÁC BẢNG. x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.xi MỞ ĐẦU. KẾT CẤU, VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VỎ COMPOSITE TRÒN XOAY BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUẤN.

Kết cấu và vật liệu chế tạo vỏ composite tròn xoay chịu áp lực trong. Giới thiệu chung về kết cấu vỏ tròn xoay chịu áp lực trong. Kết cấu chung của vỏ composite tròn xoay chịu áp lực trong. Vật liệu composite cốt sợi liên tục chế tạo vỏ composite tròn xoay 12 1.

Công nghệ quấn. Khái niệm và phân loại. Các sơ đồ công nghệ quấn chế tạo kết cấu vỏ tròn xoay. Thiết bị quấn chế tạo kết cấu vỏ tròn xoay.

Một số thành tựu lý thuyết về thiết kế vỏ composite dạng trụ kín. Nghiên cứu thế giới. Nghiên cứu trong nước. Kết luận và định hướng nghiên cứu.

MÔ HÌNH TOÁN THIẾT KẾ VỎ TRỤ COMPOSITE CÓ ĐÁY NHẬN ĐƯỢC BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUẤN. Bài toán xác định biên dạng đáy vỏ composite hình trụ kín. Các phương trình cân bằng lực cơ sở cho xác định biên dạng đáy. Hệ phương trình cơ sở xác định biên dạng đáy.

Một số kết quả tính toán biên dạng và góc quấn. Giải pháp hiệu chỉnh đường cong biên dạng đáy cơ sở. Bài toán xác định kích thước hình học theo điều kiện thể tích cho trước 58 2. Bài toán xác định chiều dày lớp vỏ composite.

Kết luận chương 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN THIẾT KẾ VỎ COMPOSITE DẠNG TRỤ CÓ ĐÁY ĐƯỢC QUẤN PHẲNG. Mô hình toán đáy vỏ trụ theo sơ đồ quấn phẳng. Ràng buộc của các thông số hình học.

Các ràng buộc của các tham số, e và . Các ràng buộc của bán kính cực, rp 3. Giới hạn của bán kính hình trụ, R. Các kết quả tính toán.

Biên dạng đáy và phân bố hệ số trượt. Phạm vi giới hạn của các thông số hình học của vỏ trụ composite được quấn phẳng dựa trên điều kiện không trượt của sợi. Kết luận chương 3. THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO VỎ COMPOSITE DẠNG TRỤ CÓ ĐÁY BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUẤN PHẲNG.

Nhiệm vụ thiết kế. Kết cấu và vật liệu chế tạo vỏ trụ composite. Các thông số kết cấu-công nghệ của vỏ compozit dạng trụ có đáy. Vật liệu chế tạo vỏ trụ composite và tính chất.

Tính toán các tham số kết cấu – công nghệ. Trình tự tính toán các tham số kết cấu – công nghệ. Các kết quả tính toán thiết kế vỏ trụ có đáy theo sơ đồ quấn phẳng. Thiết bị quấn phẳng và công nghệ quấn vỏ trụ có đáy.

Thiết bị quấn phẳng. Công nghệ quấn vỏ trụ composite có đáy theo sơ đồ quấn phẳng. Chế thử sản phẩm. Đo áp suất phá hủy – Thử nghiệm và đánh giá.

Kết luận chương 4. Error! Bookmark not defined. vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT B: Bề rộng của mẫu thử dạng vòng, mm. D: Đường kính trung bình của mẫu vòng, mm.

e : Độ lệch tâm không thứ nguyên. Độ lệch tâm không thứ nguyên lớn nhất ứng với mỗi giá trị  emax : góc quấn ban đầu trên phân trục  cho trước. Mô đun đàn hồi của vật liệu composite trên phương dọc EC : trục sợi. f (F) : Lực tác dụng dọc trục sợi.

fn: Lực pháp tuyến tác dụng lên sợi f: Lực tiếp tuyến tác động lên sợi. F: Lưc tác đụng dọc trục sợi trong vỏ composite. Lực trên phương kinh tuyến và vĩ tuyến (Hình chiếu của F1, F2: lực F trên phương kinh tuyến và vĩ tuyến) h: Chiều dày vật liệu composite trên đáy h : Chiều dày vật liệu composite trên đáy không thứ nguyên. hc: Chiều dày vật liệu composite trên phần trụ.

hc : Chiều dày vật liệu composite trên phần trụ không thứ nguyên. vii heq: Chiều dày vật liệu composite tại xích đạo. heq : Chiều dày vật liệu composite tại xích đạo không thứ nguyên. hp: Chiều dày vật liệu composite của lớp quấn phẳng.

Chiều dày vật liệu composite không thứ nguyên của lớp hp : quấn phẳng. H: Chiều dày của mẫu thử dạng vòng, mm. ic và ip: Số vòng quấn trong một lớp quấn ngang và quấn phẳng. kn, kg: Độ cong pháp tuyến và trắc địa của quỹ đạo sợi.

Ku: Hệ số tính đến ảnh hưởng của tải trọng uốn khi kéo mẫu vòng. nc và np: Số lớp quấn ngang và quấn phẳng. L: Chiều dài phần trụ của vỏ. L : Chiều dài phần trụ không thứ nguyên của vỏ.

L : Chiều dài phần trụ không thứ nguyên lớn nhất của vỏ. max N1, N2: Nội lực trên phương kinh tuyến và vĩ tuyến (lực trên đơn vị p: dài) Áp suất bên trong tác dụng lên bề mặt vỏ. Áp suất nổ pb: (áp suất gây phá hủy). pf: Áp lực pháp tuyến tác dụng lên vỏ gây ra trực tiếp bởi các Pph: bích.

Tải trọng phá huỷ mẫu vòng, Pa; Tọa độ hướng tâm r: (bán kính). r : Tọa độ hướng tâm không thứ nguyên. r’ và r’’: Đạo hàm bậc nhất và bậc hai của r theo z. r ' và r'' : Đạo hàm bậc nhất và bậc hai của r theo z.

viii rb: Bán kính bích rb : Bán kính bích không thứ nguyên rp: Bán kính hướng tâm của lỗ cực. rp : Bán kính hướng tâm không thứ nguyên của lỗ cực. ri : Bán kính hướng tâm của điểm uốn. rf : Bán kính hướng tâm của điểm hiệu chỉnh.

rf : Bán kính hướng tâm không thứ nguyên của điểm hiệu R: chỉnh Bán kính trụ của vỏ. R1, R2: Bán kính cong kinh tuyến và vĩ tuyến của vỏ quay. R1f: Bán kính cong kinh tuyến tại điểm hiệu chỉnh Rn, Rg: Bán kính cong pháp tuyến và trắc địa của sợi. s: Chiều dài sợi.

sm: Chiều dài sợi trên mặt phẳng kinh tuyến. t, w: Chiều dày và bề rộng của một băng sợi bất kỳ V : Thể tích bên trong của vỏ trụ composite có đáy. Vc : Thể tích không thứ nguyên của phần trụ. Vd : Thể tích không thứ nguyên của phần đáy.

z : Tọa độ trục không thứ nguyên. : Góc tạo bởi bán kính hướng tâm r và bán kính cong vĩ tuyến R2. Góc quấn (Góc hợp bởi véc tơ tiếp tuyến của sợi với véc : tơ tiếp tuyến với kinh tuyến của vỏ) ix eq: Góc quấn tại xích đạo. ’: Đạo hàm bậc nhất và bậc hai của  theo z hoặc z : Góc tạo bởi mặt phẳng mẫu quấn với trục quay của vỏ.

P: Gia số tải trọng kéo mẫu vòng. Thay đổi khoảng cách giữa hai nửa đĩa kéo khi tăng tải U: trọng kéo P. Độ dãn dài khi đứt của vật liệu composite trên phương dọc  C : trục sợi. : Hệ số trượt.

[]: Hệ số trượt cho phép.  : Giá trị tuyệt đối của hệ số trượt.  max: Giá trị tuyệt đối lớn nhất của hệ số trượt. 1, 2: Ứng suất trên phương kinh tuyến và vĩ tuyến của vỏ.

[c]: Độ bền kéo của vật liệu composite trên phương dọc trục sợi. 1, 2: Góc tạo bởi véc tơ độ cong kinh tuyến và vĩ tuyến. n, g: Góc tạo bởi véc tơ độ cong pháp tuyến và trắc địa. x DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.Thay đổi khối lượng BCA chế tạo từ composite so với kim loại [64].So sánh đặc tính các bình chịu áp dạng cầu [73].So sánh tính chất cơ học của composite cốt sợi với kim loại [35].Tính chất của một số composite [59].

Sự phụ thuộc của  max vào e và .Đơn liệu pha nền quấn chế tạo [10].Một số đặc trưng của nhựa nền khi hóa rắn [11].Tính chất vật liệu composite dùng nghiên cứu.Thông số kết cấu – công nghệ của vỏ theo sơ đồ quấn phẳng.Kích thước cơ bản vỏ bình composite quấn phẳng.Kết quả thử nghiệm các vỏ bình composite quấn phẳng.102 xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Các bình chịu áp kim loại:. 5 Sơ đồ công nghệ chế tạo bình áp lực liền khối [21].6 Sơ đồ kết cấu hàn điển hình của bình áp lực:.