đồ án kỹ thuật cơ khí Mô hình phần tử hữu hạn nghiên cứu ứng xử cơ học của vật liệu composite nền cao su cốt sợi

78 875 3
đồ án kỹ thuật cơ khí Mô hình phần tử hữu hạn nghiên cứu ứng xử cơ học của vật liệu composite nền cao su cốt sợi

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

1. Đề tài tốt nghiệp: “Mô hình phần tử hữu hạn nghiên cứu ứng xử cơ học của vật liệu composite nền cao su cốt sợi” 2. Các số liệu ban đầu: ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………… 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… 4. Các bản vẽ và đồ thị: ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… 5. Giáo viên hướng dẫn: Họ và tên giáo viên hướng dẫn: Trần Hữu Nam Phần hướng dẫn: Trần Đỗ Khải – CĐT1 K48 1 ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… 6. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: …………………………………………………………………………… 7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ thiết kế: …………………………………………………………………………… Trần Đỗ Khải – CĐT1 K48 2 Ngày tháng năm 2008 Ngày tháng năm 2008 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký, ghi rõ họ tên) Trần Đỗ Khải – CĐT1 K48 3 CHỦ NHIỆM KHOA (Ký, ghi rõ họ tên) GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) KẾT QUẢ ĐIỂM ĐÁNH GIÁ Quá trình thiết kế: Điểm phản biện: Điểm bảo vệ: Tổng hợp: SINH VIÊN ĐÃ HOÀN THÀNH Ngày tháng năm 2008 (Ký, ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN: Chúng ta đang bước vào thế kỷ XXI, thế kỷ của những công nghệ hiện đại, thế kỷ của những thách thức. Tuy vậy, hiện nay Việt Nam vẫn đang là một nước có nền công nghệ sản xuất ở mức độ thấp hơn so với các nước phát triển trên thế giới. Làm sao để có thể đuổi kịp được các nước tiên tiến trên thế giới? Đó là một câu hỏi không hề dễ và đã đặt ra nhiều thách thức cho thầy trò trường Bách Khoa chúng ta. Trong cuộc chiến tranh vệ quốc vĩ đại chống đế quốc Mỹ, thầy trò trường Bách Khoa đã có nhiều đóng góp quan trọng cả về nhân lực, vật lực và trí lực góp phần giải phóng đất nước. Trong cuộc chiến tranh vệ quốc vĩ đại đó, trường đại học Bách Khoa xứng đáng là trường đại học kỹ thuật hàng đầu của đất nước, những kiến thức về kỹ thuật đã được những sinh viên Bách Khoa đem ra ứng dụng trong thực tế làm cho kẻ địch vô cùng kinh sợ góp phần đưa đất nước đến thắng lợi cuối cùng. Điều đó có công không nhỏ của những thầy cô giáo trường Bách Khoa đã ra sức giáo dục và truyền thụ kiến thức của mình, đồng thời truyền thụ cả lòng yêu nước nồng nàn cho thế hệ trẻ. Và trong công cuộc xây dựng đất nước ngày nay, các thầy cô giáo trường đại học Bách Khoa nói chung và các thầy cô giáo khoa cơ khí nói riêng vẫn âm thầm làm việc, đào tạo và bồi dưỡng cho sinh viên những kiến thức khoa học kỹ thuật hiện đại để sau này xây dựng đất nước ngày càng giàu đẹp hơn. Paul Brulat – nhà văn Pháp – có nói: “Làm sao không lưu tâm được đến những người hết sức làm việc? Chính bởi cái hùng khí trầm lặng và kín đáo ấy mà thế giới vẫn tiếp diễn và vững chắc vậy”. Vâng! Làm sao không lưu tâm cho được cái hùng khí trầm lặng và kín đáo ấy, cái hùng khí ấy sẽ giúp chúng em vững bước tiến lên. Em xin cảm ơn toàn thể các thầy cô giáo trong trường Bách Khoa, những người anh hùng thầm lặng đã nhiệt tình dạy dỗ và chỉ bảo chúng em suốt những năm tháng sinh viên, dạy cho chúng em những điều hay lẽ phải. Em xin cảm ơn! Trần Đỗ Khải – CĐT1 K48 4 Đặc biệt, cho em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy giáo Trần Hữu Nam, người đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Và cuối cùng, em xin cảm ơn toàn thể bạn bè, anh em đã cùng được sống và giúp đỡ nhau trong những năm tháng sinh viên đầy ý nghĩa. Xin cảm ơn tất cả. Trần Đỗ Khải – CĐT1 K48 5 MỤC LỤC MỤC TIÊU ĐỒ ÁN: 8 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: 8 CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỒ ÁN: 8 DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU 10 Chương I : MỞ ĐẦU 13 1.1 Giới thiệu chung 13 1.2 Tình hình nghiên cứu hiện tại 14 Chương II : 16 TỔNG QUAN VỀ CƠ HỌC MÔI TRƯỜNG LIÊN TỤC 16 2.1 Động học của biến dạng hữu hạn 16 2.1.1 Chuyển động của vật thể liên tục 16 2.1.2 Trường chuyển vị 18 2.1.3 Tenxơ gradient biến dạng 19 2.1.4 Phân tích cực 21 2.1.5 Tenxơ biến dạng 21 2.2 Tenxơ ứng suất 25 2.2.1 Tenxơ ứng suất Cauchy - phương trình cân bằng 25 2.2.2 Tenxơ ứng suất thay đổi 26 2.2.3 Các cặp liên hợp tenxơ ứng suất - biến dạng 28 Chương III : MÔ HÌNH TRẠNG THÁI 30 3.1 Các phương trình trạng thái cho vật liệu SĐH 30 3.1.1 Các dạng hàm năng lượng biến dạng 31 3.1.2 Những dạng được rút gọn của các phương trình trạng thái 32 3.2 Các phương trình trạng thái của vật liệu SĐH đẳng hướng 33 3.2.1 Hàm năng lượng biến dạng 33 3.2.2 Phương trình trạng thái dưới dạng các bất biến 35 3.2.3 Những phương trình trạng thái biểu diễn dưới dạng các độ giãn chính 37 3.3 Vật liệu SĐH đẳng hướng không nén được 38 3.3.1 Tính SĐH đẳng hướng không nén được 38 3.3.2 Mô hình Ogden 40 3.2.3 Mô hình Mooney-Rivlin 41 3.2.4 Mô hình Neo-Hookean 41 3.4 Vật liệu SĐH đẳng hướng nén được 43 3.4.1 Tính SĐH nén được 43 Trần Đỗ Khải – CĐT1 K48 6 3.4.2 Tính SĐH đẳng hướng nén được biểu diễn dưới dạng của những bất biến 44 3.4.3 Mô hình Ogden 45 3.4.4 Mô hình Mooney-Rivlin 46 3.4.5 Mô hình Neo-Hookean 47 Chương IV: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ NHẬN DẠNG HẰNG SỐ VẬT LIỆU (Trần Hữu Nam, 2004) 48 4.1 Thực nghiệm nghiên cứu 50 4.2 Xác định những hằng số vật liệu 58 Chương V: MÔ HÌNH PTHH VÀ MÔ PHỎNG BIẾN DẠNG CỦA CRC 60 5.1 Giới thiệu phần mềm ANSYS 60 5.1.1 Giới thiệu chung 60 5.1.2 Các lệnh cơ bản 62 5.2 Mô hình phần tử hữu hạn của CRC 66 5.3 Mô phỏng số 67 5.4 Mô phỏng tính toán 68 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 Trần Đỗ Khải – CĐT1 K48 7 MỤC TIÊU ĐỒ ÁN: • Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn nghiên cứu ứng xử cơ học của vật liệu composite trên nền cao su cốt sợi. • Áp dụng mô hình đã trình bày nghiên cứu ứng xử cơ học và tính toán biến dạng của vật liệu composite nền cao su cốt sợi. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: • Trình bày một số mô hình trạng thái của vật liệu siêu đàn hồi để mô tả ứng xử cơ học của vật rắn đàn hồi biến dạng lớn. • Trình bày các nghiên cứu thực nghiệm của vật liệu composite nền cao su cốt sợi (CRC) • Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn nghiên cứu ứng xử cơ học của vật liệu composite nền cao su cốt sợi của lò xo khí nén chịu biến dạng lớn. • So sánh kết quả tính toán với kết quả nghiên cứu thực nghiệm. CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỒ ÁN: • Chương1: Mở đầu • Chương 2: Giới thiệu tổng quát về cơ học môi trường liên tục nhằm nghiên cứu những ứng suất, biến dạng của các môi trường liên tục. Chương này trình bày các định nghĩa động học và biểu diễn trong biến dạng hữu hạn, các ứng suất trong vật thể biến dạng, và cuối cùng trình bày một số cặp tenxơ ứng suất-biến dạng. • Chương 3: Chương này trình bày tổng quan ứng xử cơ học của vật liệu SĐH chịu biến dạng hữu hạn. Trong đó, các phương trình trạng thái của cơ học vật rắn cho những phương pháp gần đúng, chẳng hạn phương pháp PTHH. Các phương trình biểu diễn quan hệ ứng suất-biến dạng Trần Đỗ Khải – CĐT1 K48 8 mô tả ứng xử cơ học vật liệu. Trình bày một số mô hình tính toán cho lớp vật liệu SĐH đẳng hướng nén được và không nén được. • Chương 4: Chương này trình bày các nghiên cứu thực nghiệm về các ứng xử cơ học của vật liệu composite trên nền cao su cốt sợi do thầy Trần Hữu Nam nghiên cứu. Đồng thời nhận dạng hằng số vật liệu • Chương 5: Chương này giới thiệu tổng quan về phần mềm ANSYS và cách sử dụng. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn để nghiên cứu ứng xử cơ học của vật liệu composite nền cao su cốt sợi. Ứng dụng mô hình phần tử hữu hạn để mô phỏng biến dạng kéo một chiều và hai chiều của vật liệu CRC. • Kết luận Trần Đỗ Khải – CĐT1 K48 9 DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU A a B B B C C t C 0 C 1 2 ,c c E EB F F fb I I1, I2, I3 1, 2 I I J L l N n P Tenxơ biến dạng Almansi Véctơ đơn vị chỉ phương trong hình dạng tức thời Tenxơ biến dạng Cauchy-Green trái Tenxơ biến dạng Cauchy-Green trái sửa đổi Thể tích Tenxơ biến dạng Cauchy-Green phải Tenxơ biến dạng Cauchy-Green sửa đổi Hình dạng tức thời (biến dạng) Hình dạng tham chiếu (chưa biến dạng) Các hệ số trong mô hình vật liệu Mooney-Rivlin Tenxơ biến dạng Green-Lagrange Tenxơ biến dạng Biot Gradient biến dạng Gradient biến dạng sửa đổi Lực thể tích Tenxơ đơn vị Các bất biến chính của Tenxơ biến dạng Cauchy-Green Các bất biến chính của Tenxơ biến dạng Cauchy-Green sửa đổi Định thức Jacobian Chiều dài của phần tử trong hình dạng tức thời Chiều dài của phần tử trong hình dạng tham chiếu Pháp tuyến ngoài Véctơ pháp tuyến Trần Đỗ Khải – CĐT1 K48 10 [...]... bài toán phân tích biến dạng hữu hạn của vỏ trụ căng phồng lò xo khí nén chịu áp su t bên trong - Thứ hai dựa trên ứng dụng của phương pháp PTHH, chẳng hạn Shi và Moita (1996) đã sử dụng phương pháp PTHH để nghiên cứu những ứng xử phi tuyến của ống vật liệu dạng cao su chịu áp su t bên trong Phần tử hữu hạn đối xứng đã được dùng để mô hình hóa vật liệu SĐH dạng cao su nhằm nghiên cứu ứng xử của màng... 2002) Trong đề tài đồ án tốt nghiệp này có sử dụng ba mô hình của NeoHookean, Mooney-Rivlin và Ogden để nghiên cứu ứng xử ứng su t và biến dạng của một số kết cấu dạng vỏ vật liệu SĐH dạng cao su chịu biến dạng hữu hạn Trần Đỗ Khải – CĐT1 K48 15 Chương II : TỔNG QUAN VỀ CƠ HỌC MÔI TRƯỜNG LIÊN TỤC Cơ học môi trường liên tục nghiên cứu ứng xử của các đối tượng vật lý trên cơ sở các vật thể liên tục Cụ... trong vật thể biến dạng Phần cuối của chương trình bày một số cặp tenxơ ứng su t và biến dạng 2.1 Động học của biến dạng hữu hạn Trong phần này các khái niệm và nguyên lý biến dạng hữu hạn được trình bày Mục đích của phần này là mô tả một số khái niệm động học cơ bản nghiên cứu chuyển động và biến dạng hữu hạn của vật thể 2.1.1 Chuyển động của vật thể liên tục Nghiên cứu vĩ mô liên quan đến động học của. .. tổng quan ứng xử cơ học của vật liệu SĐH chịu biến dạng hữu hạn Trong đó, các phương trình trạng thái của cơ học vật rắn cho những phương pháp gần đúng, chẳng hạn phương pháp PTHH Các phương trình trạng thái biểu diễn quan hệ ứng su t – biến dạng mô tả ứng xử cơ học vật liệu 3.1 Các phương trình trạng thái cho vật liệu SĐH Vật liệu được gọi là SĐH (hoặc trong một số tài liệu thường gọi là vật liệu đàn... cặp tenxơ ứng su t - biến dạng được mô tả ở trên thì cặp tenxơ biến dạng Green-Lagrange E và tenxơ ứng su t thứ hai Piola- Kirchhoff S là đáng tin cậy nhất và được đánh giá cao nhất Trần Đỗ Khải – CĐT1 K48 29 Chương III : MÔ HÌNH TRẠNG THÁI Mục tiêu chính của lý thuyết trạng thái là phát triển những mô hình toán học cho việc nghiên cứu những ứng xử của vật liệu Lý thuyết trạng thái của vật liệu là rất... dạng và ứng su t do lực và mômen gây ra trong vật thể Do đó, nghiên cứu chuyển động và biến dạng hữu hạn của cơ học môi trường liên tục là cần thiết và là nội dung chính trong chương này Phần đầu của chương trình bày các định nghĩa động học và biểu diễn biến dạng hữu hạn Tenxơ biến dạng trong mô tả vật liệu (hay Lagrange) và mô tả không gian (Spatial) được trình bày Phần tiếp theo trình bày ứng su t trong... thái Chúng thiết lập một mô hình kinh nghiệm dựa trên cơ sở ứng xử của vật liệu thực Một mô hình như thế được gọi là một mô hình vật liệu hoặc mô hình trạng thái Điều này thể hiện rõ từ phương trình trạng thái (3.1) và (3.2), ứng xử ứng su t của vật liệu SĐH được xác định từ hàm năng lượng giá trị vô hướng đã cho Chúng ta qui định hàm năng lượng biến dạng triệt tiêu trong hình dạng ban đầu, khi F =... lí rằng ứng xử của vật liệu (mà đã được nghiên cứu trong thí nghiệm ứng su t biến dạng) là như nhau theo mọi phương Một ví dụ điển hình cho vật liệu đẳng hướng với một phạm vi ứng dụng rộng rãi là cao su Trong mục này chúng ta quan tâm đến biểu thức toán học của vật liệu SĐH đẳng hướng 3.2.1 Hàm năng lượng biến dạng Ta khảo sát một điểm X bất kì của vật thể liên tục đàn hồi trong miền Ω0 (hình dạng... bày các phương trình trạng thái vật liệu SĐH dưới dạng mạng lưới để nghiên cứu màng vật liệu dạng cao su căng phồng Gần đây, Nam (2004) đã xây dựng chương trình PTHH cho việc phân tích biến dạng hữu hạn của vỏ trụ căng phồng lò xo khí nén chịu áp su t bên trong Các phương trình trạng thái cho nghiên cứu các vật thể dạng cao su thường được sử dụng thông qua các mô hình của Neo-Hookean, Mooney-Rivlin... dạng Thể tích vật thể chưa bị biến dạng Thể tích vật thể bị biến dạng Trần Đỗ Khải – CĐT1 K48 12 Chương I : MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu chung Trong thực tế lớp vật liệu đàn hồi (elastomer) chịu được biến dạng hữu hạn (biến dạng lớn) được xem như những vật liệu siêu đàn hồi (SĐH), chẳng hạn, vật liệu dạng cao su là một thí dụ điển hình cho lớp vật liệu SĐH Với khả năng mô phỏng và xử lý các mô hình phức tạp . hạn nghiên cứu ứng xử cơ học của vật liệu composite trên nền cao su cốt sợi. • Áp dụng mô hình đã trình bày nghiên cứu ứng xử cơ học và tính toán biến dạng của vật liệu composite nền cao su cốt. thực nghiệm của vật liệu composite nền cao su cốt sợi (CRC) • Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn nghiên cứu ứng xử cơ học của vật liệu composite nền cao su cốt sợi của lò xo khí nén chịu biến. quan về phần mềm ANSYS và cách sử dụng. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn để nghiên cứu ứng xử cơ học của vật liệu composite nền cao su cốt sợi. Ứng dụng mô hình phần tử hữu hạn để mô phỏng

Ngày đăng: 16/05/2015, 19:44

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • MỤC TIÊU ĐỒ ÁN:

  • NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:

  • CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỒ ÁN:

  • DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU

  • Chương I : MỞ ĐẦU

    • 1.1 Giới thiệu chung

    • 1.2 Tình hình nghiên cứu hiện tại

  • Chương II :

  • TỔNG QUAN VỀ CƠ HỌC MÔI TRƯỜNG LIÊN TỤC

    • 2.1 Động học của biến dạng hữu hạn

      • 2.1.1 Chuyển động của vật thể liên tục

      • 2.1.2 Trường chuyển vị

      • 2.1.3 Tenxơ gradient biến dạng

      • 2.1.4 Phân tích cực

      • 2.1.5 Tenxơ biến dạng

    • 2.2 Tenxơ ứng suất

      • 2.2.1 Tenxơ ứng suất Cauchy - phương trình cân bằng

      • 2.2.2 Tenxơ ứng suất thay đổi

      • 2.2.3 Các cặp liên hợp tenxơ ứng suất - biến dạng

  • Chương III : MÔ HÌNH TRẠNG THÁI

    • 3.1 Các phương trình trạng thái cho vật liệu SĐH

      • 3.1.1 Các dạng hàm năng lượng biến dạng

      • 3.1.2 Những dạng được rút gọn của các phương trình trạng thái

    • 3.2 Các phương trình trạng thái của vật liệu SĐH đẳng hướng

      • 3.2.1 Hàm năng lượng biến dạng

      • 3.2.2 Phương trình trạng thái dưới dạng các bất biến

      • 3.2.3 Những phương trình trạng thái biểu diễn dưới dạng các độ giãn chính

    • 3.3 Vật liệu SĐH đẳng hướng không nén được

      • 3.3.1 Tính SĐH đẳng hướng không nén được

      • 3.3.2 Mô hình Ogden

      • 3.2.3 Mô hình Mooney-Rivlin

      • 3.2.4 Mô hình Neo-Hookean

    • 3.4 Vật liệu SĐH đẳng hướng nén được

      • 3.4.1 Tính SĐH nén được

      • 3.4.2 Tính SĐH đẳng hướng nén được biểu diễn dưới dạng của những bất biến

      • 3.4.3 Mô hình Ogden

      • 3.4.4 Mô hình Mooney-Rivlin

      • 3.4.5 Mô hình Neo-Hookean

  • Chương IV: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ NHẬN DẠNG HẰNG SỐ VẬT LIỆU (Trần Hữu Nam, 2004)

    • 4.1 Thực nghiệm nghiên cứu

    • 4.2 Xác định những hằng số vật liệu

  • Chương V: MÔ HÌNH PTHH VÀ MÔ PHỎNG BIẾN DẠNG CỦA CRC

    • 5.1 Giới thiệu phần mềm ANSYS

      • 5.1.1 Giới thiệu chung

      • 5.1.2 Các lệnh cơ bản

    • 5.2 Mô hình phần tử hữu hạn của CRC

    • 5.3 Mô phỏng số

    • 5.4 Mô phỏng tính toán

  • KẾT LUẬN

  • TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan