Nghiên cứu các thông số độ bền của vách thùng xe đông lạnh làm bằng vật liệu composite polyester sợi thủy tinh cấu trúc sandwich ở công ty paccific isotherms

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CHÂU CAO NGUN KHANG

NGHIÊN CỨU CÁC THƠNG SỐ ĐỘ BỀN CỦA
VÁCH THÙNG XE ĐÔNG LẠNH LÀM BẰNG
VẬT LIỆU COMPOSITE POLYESTER - SỢI
THỦY TINH CẤU TRÚC SANDWICH Ở CÔNG
TY PACIFIC ISOTHERMS

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã chuyên ngành: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2018


Cơng trình được hồn thành tại Trường Đại học Cơng nghiệp TP. Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn khoa học: TS. Huỳnh Xn Khoa _________________________
Người phản biện 1:

TS. Ngơ Thanh Bình ___________________________

Người phản biện 2:

TS. Nguyễn Đức Nam__________________________

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường
Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 21 tháng 04 năm 2018

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. TS. Châu Minh Quang

Chủ tịch hội đồng

2. TS. Ngơ Thanh Bình

Phản biện 1

3. TS. Nguyễn Đức Nam

Phản biện 2

4. TS. Đào Thanh Phong

Uỷ viên

5. TS. Ao Hùng Linh

Thư ký

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA CN CƠ KHÍ

TS. Châu Minh Quang

TS. Châu Minh Quang

BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Châu Cao Nguyên Khang ................... MSHV: 15118401
Ngày, tháng, năm sinh: 15/10/1985 ............................... Nơi sinh: Quảng Trị
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí.................................. Mã chuyên ngành: 60520103
I. TÊN ĐỀ TÀI:
“Nghiên cứu các thông số độ bền của vách thùng xe đông lạnh làm bằng vật liệu
Composite Polyester – Sợi thuỷ tinh cấu trúc sandwich ở Công ty Pacific
Isotherms”.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
 Nghiên cứu tính tốn các thơng số độ bền gồm bốn yếu tố là ứng suất bền kéo,
ứng suất bền nén, mô đun đàn hồi và độ biến dạng uốn của tấm panel.
 Dùng cơng thức tính tốn để tìm các thơng số độ bền của một tấm panel cụ thể.
 Thực hiện kiểm chứng bằng phương pháp thực nghiệm.
 Mô phỏng hành vi biến dạng khi uốn.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
Theo QĐ số 1756/QĐ-ĐHCN Tp.HCM, 27/03/2017.
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 27/03/2018
IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Huỳnh Xuân Khoa

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20 …
NGƯỜI HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ


LỜI CẢM ƠN
Qua luận văn thạc sĩ này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS. Châu
Minh Quang, TS. Huỳnh Xuân Khoa đã tận tình hướng dẫn tôi trong thời gian
qua. Lúc tôi bắt tay vào đề tài, tôi không biết phải bắt đầu từ đâu và đi tới đâu.
Thầy không những đã chỉ cho tôi con đường đi mà cịn đồng hành trong suốt q
trình.
Tơi xin gửi lời cảm ơn quý thầy cô bộ môn đã tận tình bổ sung kiến thức giúp tơi
có thêm cơng cụ trong việc thực thi luận văn này.
Tôi xin cảm ơn q thầy cơ trong khoa Cơ khí, phịng Quản lý Sau đại học đã tạo
điều kiện, tạo cơ hội cũng như giúp tơi hồn thành luận văn này.
Tơi xin cảm ơn quý thầy cô trong Hội đồng đánh giá đã bỏ thời gian đọc qua luận
văn của tôi và cũng có nhiều góp ý giúp tơi hồn thiện hơn.
Tơi xin gửi lời cảm ơn tới công ty Pacific Isotherms đã tạo điều kiện, cung cấp
mẫu thử cho tôi nghiên cứu đề tài này. Tôi cũng xin cảm ơn các bạn cùng khóa
đã cùng tơi trải qua thời gian học tập nghiên cứu vừa qua.
Một lần nữa, tôi xin cảm ơn quý thầy cô trong Hội đồng đánh giá, cảm ơn thầy
TS. Châu Minh Quang, TS. Huỳnh Xuân Khoa cùng tồn thể q thầy cơ, q
cơng ty cùng các bạn cùng khóa đã giúp tơi hồn thành luận văn.
Kính chúc quý thầy cô sức khỏe, an vui để tiếp tục cống hiến, thúc đẩy sự phát
triển xã hội, phát triển nền giáo dục, khoa học nước nhà.
Xin chân thành cảm ơn.
Học viên

Châu Cao Nguyên Khang

ii


TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài này hình thành từ sự kết hợp giữa Khoa cơng nghệ Cơ khí và Cơng ty
Tường Huy (Pacific Isotherms) để tính tốn bốn thông số ứng suất bền kéo (σk),
ứng suất bền nén (σn), mô đun đàn hồi (E), độ biến dạng uốn (Δ) của tấm vách
thùng xe đông lạnh do công ty Tường Huy sản xuất. Luận văn này trình các kết
quả đạt được từ việc tính tốn lý thuyết, đo kiểm thực tế và mơ phỏng. Việc tính
tốn dùng các mơ hình tốn học đã được cơng bố trên các tài liệu liên quan. Quá
trình được thực hiện theo tuần tự phân tích kết cấu, lựa chọn mơ hình tốn, tiến
hành tính bằng phần mềm Matlab. Nghiên cứu kiểm chứng bằng phương pháp
thực nghiệm các yếu tố trên. Chọn mẫu ngẫu nhiên, tiến hành đo kiểm, phân tích
quy hoạch thực nghiệm các kết quả. Hành vi cơ học gồm uốn và kéo và độ biến
dạng uốn của kết cấu vách đạt được qua q trình mơ phỏng.
Kết quả đạt được cho thấy có sự tương quan tốt giữa kết quả tính và kết quả xác
định bằng thực nghiệm cũng như mô phỏng. Cụ thể, các thông số độ bền của vách
là ứng suất kéo đạt 93,05 MPa cho tính tốn và 99,73 MPa cho thực nghiệm,
tương tự mô đun hàn hồi lần lượt là 1769,4 MPa và 2830,33 MPa. Ứng suất nén
là 2.54 MPa và độ biến dạng uốn đạt được từ q trình tính tốn là 19.51mm.
Đề tài đã giải quyết được các vấn đề đã nêu ra ở phần mục tiêu nghiên cứu, là đã
tính tốn được ứng suất bền kéo σk, ứng suất bền nén σn, mô đun đàn hồi E và
biến dạng uốn ∆. Đồng thời cũng nêu ra được công thức tổng quát cho các yếu tố
đó giúp doanh nghiệp linh động hơn trong việc thay đổi, sửa đổi các thành phần
cho phù hợp với các yêu cầu về độ bền cho trước.

iii


ABSTRACT

This topic is formed by a combination of mechanical engineering department and
Tuong Huy company to calculate four tensile stresses (σk), compressive stress
(σn), elastic modulus (E), deflection (Δ) of the panel of the frozen truck by Tuong
Huy company. This thesis presents the results obtained from the theoretical
calculations,

experimentalize

tests

and

simulations.

Calculations

using

mathematical models have been published on relevant magazine. The process is
carried out in sequential analysis of the structure, selection of the mathematical
model, proceeding calculated using the Matlab software. Experimentalize testing
on these factors. Random sampling, testing, analysis of experimental results.
Mechanical behavior includes bending and stress and bending deformation of the
wall structure achieved through simulation.
The results show that there is a good correlation between the results of calculation
and the results determined by experiment and simulation. Specifically, the
mechanical of the panel are tensile strength of 93,05 MPa for calculation and
99,73 MPa for experiment, similar to modulus of 1769,4 MPa and 2830,33MPa,
respectively. The compressive stress and flexural deflection obtained from the
calculation and simulation are respectively 2,54 MPa and 19,51 mm.

The study has solved the problems mentioned in the research objective targets,
was calculated tensile stress σk, compression stress σn, elastic modulus E and
deformation Δ. At the same time, the general formula for these factors has been
introduced to help company be more flexible in modifying and adjust components
to compliance the specified reliability requirements.

iv


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ
một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu
(nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy
định.
Học viên

Châu Cao Nguyên Khang

v


MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................... ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... x
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................xii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1
1. Đặt vấn đề ........................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................ 2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 3
3.1 Đối tượng nghiên cứu........................................................................................ 3
3.2 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................... 3
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ......................................................... 3
4.1 Cách tiếp cận ..................................................................................................... 3
4.2 Phương pháp nghiên cứu................................................................................... 4
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài................................................................................. 4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE POLYME TĂNG
CƯỜNG SỢI (FIBER REINFORCED POLYMER).............................................. 6
1.1 Tổng quan về vật liệu composite ...................................................................... 6
1.2 Các loại vách thùng xe được chế tạo tại công ty Tường Huy ......................... 12
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TÍNH TỐN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ...... 13
2.1 Cấu trúc tấm panel. ......................................................................................... 13
2.1.1 Lớp mặt (face) .............................................................................................. 14
2.1.2 Gân liên kết .................................................................................................. 15
2.1.3 Mối liên kết Lớp mặt và Gân ....................................................................... 16
2.1.4 Lõi (core) ...................................................................................................... 17
2.2 Mô hình tính tốn ............................................................................................ 19
2.2.1 Mơ hình tính tốn dành cho lớp mặt (face) .................................................. 19
2.2.1.1 Thành phần phần trăm các chất thành phần trong lớp mặt ....................... 19
2.2.1.2 Mô đun đàn hồi kéo của lớp mặt ............................................................... 20
2.2.1.3 Mô đun đàn hồi nén của lớp mặt ............................................................... 21
2.2.1.4 Bền kéo của lớp mặt .................................................................................. 22
2.2.1.5 Hệ số Poisson của lớp mặt. ....................................................................... 22
2.2.2 Mơ hình tính tốn dành cho lớp lõi .............................................................. 23
2.2.2.1 Thành phần phần trăm các chất thành phần có trong lớp lõi .................... 23
2.2.2.2 Mơ đun đàn hồi kéo của lớp lõi ................................................................ 24
2.2.2.3 Độ bền kéo lớn nhất của lớp lõi ................................................................ 24
2.2.3 Tính tấm panel theo cấu trúc hình học ......................................................... 26
vi

2.2.3.1 Kiểm tra mối ghép keo gân- lớp mặt ........................................................ 26
2.2.3.2 Tính bằng cách quy đổi thành một vật liệu đồng nhất .............................. 26
2.2 Phương pháp thực nghiệm .............................................................................. 33
2.2.1 Tiêu chuẩn kiểm tra kéo ............................................................................... 33
2.2.2 Chế tạo mẫu và quá trình thử kéo ................................................................ 34
2.2.2.1 Lấy mẫu và gia cơng mẫu ......................................................................... 34
2.2.2.1 Q trình thử kéo [15] ............................................................................... 35
2.2.3. Tiêu chuẩn kiểm tra uốn .............................................................................. 36
2.2.4 Chế tạo mẫu và quá trình thử uốn ................................................................ 38
2.2.4.1 Chế tạo mẫu............................................................................................... 38
2.2.4.2 Chế tạo đồ gá ............................................................................................. 38
2.2.4.3 Quá trình thử uốn ...................................................................................... 40
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ TÍNH TỐN VÀ THỰC NGHIỆM ........................... 41
3.1 Kết quả tính tốn ............................................................................................. 41
3.1.1 Thông số cơ học của các vật liệu thành phần............................................... 41
3.1.2 Kết quả tính tốn theo thành phần cấu tạo từng lớp .................................... 42
3.1.2.1 Mô đun đàn hồi của lớp mặt .................................................................... 43
3.1.2.2 Bền kéo của lớp mặt ................................................................................. 44
3.1.2.3 Hệ số Poisson của lớp mặt ........................................................................ 45
3.1.2.4 Thành phần phần trăm các chất thành phần có trong lớp lõi. ................... 45
3.1.2.5 Mô đun đàn hồi kéo của lớp lõi ................................................................ 46
3.1.2.6 Hệ số poisson của gân liên kết .................................................................. 46
3.1.2.7 Mô đun đàn hồi chung của lõi được tạo nên từ gân và foam PU. ............. 47
3.1.2.8 Khả năng chịu kéo lớn nhất của lớp lõi .................................................... 47
3.1.3 Tính các thơng số độ bền cấu trúc vách dạng panel..................................... 49
3.1.3.1 Kiểm tra mối ghép keo gân - lớp mặt ....................................................... 49
3.1.3.2 Tính bằng cách quy đổi thành một vật liệu đồng nhất .............................. 50
3.2 Phân tích kết quả thực nghiệm ........................................................................ 57

3.2.1 Xác minh tính chính xác của số liệu ............................................................ 60
3.2.2 Quy hoạch và xử lý số liệu sau thử kéo lớp mặt. ......................................... 62
3.2.3 Quy hoạch và xữ lý số liệu sau thử kéo lớp mặt - gân liên kết .................... 66
3.2.4 Quy hoạch và xữ lý số liệu sau thử kéo lớp gân liên kết ............................. 67
3.2.5 So sánh kết quả tính tốn- kết quả thực nghiệm .......................................... 67
CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ SỰ TÁC ĐỘNG CỦA CÁC CHẤT
THÀNH PHẦN ..................................................................................................... 70
4.1 Phương pháp mô phỏng ................................................................................. 70
4.2 Kết quả mô phỏng. .......................................................................................... 70
4.2.1 Mơ phỏng q trình kéo các lớp thành phần của panel ............................... 70
4.2.2 Mơ phỏng q trình uốn tấm Rộng x Cao x Dài (bxhxS) = 75 x 85 x 560.. 78
vii


4.2.3 Mơ phỏng q trình kéo tấm Rộng x Cao x Dài (bxhxS) = 75 x 85 x 560 .. 80
4.3 Đánh giá sự tác động của các chất thành phần................................................ 82
4.3.1 Sự tác động của các chất thành phần lên cơ tính lớp mặt ............................ 82
4.3.2 Tác động của các chất thành phần lên Mô đun đàn hồi của lớp mặt ........... 83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................... 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 87
PHỤ LỤC .............................................................................................................. 89

viii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1 Thành phần cấu tạo theo lớp của vách thùng xe (2) ............................. 18
Bảng 3.1 Tính chất cơ lý vật liệu [18] .................................................................. 41
Bảng 3.2 Thơng số hình học và thành phần khối lượng ....................................... 42
Bảng 3.3 Kết quả tính tốn cho vách thùng xe đông lạnh, cấu trúc sandwich ..... 57

Bảng 3.4 Số liệu kết quả thử kéo .......................................................................... 59
Bảng 3.5 Số liệu sau xác minh tính chính xác số liệu. .......................................... 61
Bảng 3.6 Số liệu của mẫu lớp mặt sau khi đã sàng lọc với độ tin cậy 95% ......... 65
Bảng 3.7 Số liệu của mẫu màu xanh lớp mặt – gân liên kết sau khi đã sàng lọc với
độ tin cậy 95% ....................................................................................................... 66
Bảng 3.8 Số liệu của mẫu gân liên kết sau khi đã sàng lọc với độ tin cậy 95% ... 67
Bảng 3.9 Bảng so sánh giữa kết quả tính toán và kết quả thực nghiệm: .............. 68

ix


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 0.1 Thùng xe đơng lạnh bằng vật liệu Composite (2) .................................... 1
Hình 1.1 Sơ đồ phân loại vật liệu composite [3]..................................................... 6
Hình 1.2 Sợi thuỷ tinh dạng Woven roving (trái) Sợi thuỷ tinh dạng Mat (phải)
[4] ............................................................................................................................ 7
Hình 1.3 Cấu trúc lõi core composite dạng chữ Y [6] ............................................ 8
Hình 1.4 Kết quả so sánh giữa lõi core dạng Y với lõi gợn sóng [6]...................... 8
Hình 1.5 Biến dạng bề mặt và lõi [8] ...................................................................... 9
Hình 1.6 Kết quả chuyển vị của mơ hình kiểm tra uốn 4 điểm [9] ....................... 10
Hình 1.7 Sản xuất tấm panel bằng cơng nghệ hút chân khơng [2] ....................... 11
Hình 1.8 Sản phẩm composite dạng tấm [2] ......................................................... 11
Hình 2.1 Mơ hình cấu trúc tấm panel.................................................................... 13
Hình 2.2 Mặt cắt A-A, cắt từ hình 2.1 .................................................................. 14
Hình 2.3 Cấu tạo chi tiết lớp mặt .......................................................................... 15
Hình 2.4 Cấu tạo chi tiết cấu tạo gân liên kết ....................................................... 16
Hình 2.5 Chi tiết mối ghép keo Mặt - gân ............................................................ 17
Hình 2.6 Lớp foam PU trong lõi ........................................................................... 17
Hình 2.7 Bản vẽ chi tiết thơng số hình học tấm panel .......................................... 19
Hình 2.8 Bản vẽ chi tiết thơng số hình học tấm panel quy về mô đun đàn hồi lớp

mặt (Efc). ................................................................................................................ 28
Hình 2.9 Kích thước mẫu thử kéo [15] ................................................................. 33
Hình 2.10 Mẫu thử kéo lớp mặt ............................................................................ 34
Hình 2.11 Máy thử kéo LLOYD LR30K [16] ...................................................... 35
Hình 2.12 Cận cảnh mẫu thử gắn lên đầu kẹp [16]............................................... 36
Hình 2.13 Mơ hình thử uốn theo tiêu chuẩn [17].................................................. 37
Hình 2.14 Kích thước mẫu khi thử uốn [17] ......................................................... 38
Hình 2.15 Bản vẽ đồ gá thử uốn ........................................................................... 39
Hình 2.16 Đồ gá thử uốn ....................................................................................... 39
Hình 3.1 Bản vẽ thơng số hình học tấm panel ban đầu theo tiêu chuần[17] chưa
quy đổi có bề dày 85mm. ...................................................................................... 50
Hình 3.2 Bản vẽ chi tiết thơng số hình học tấm panel quy về mơ đun đàn hồi lớp
mặt có bề dày 85mm. ............................................................................................ 52
Hình 3.3 màn hình hiển thị kết quả sau khi thử kéo ............................................. 58
Hình 3.4 Vết đứt mẫu sau thử kéo của bộ mẫu số 2 của lớp mặt có gân liên kết . 60
Hình 3.5 Vết đứt mẫu sau thử kéo của lớp mặt, lớp gân liên kết.......................... 61
Hình 3.6 Sàng lọc số liệu sau thử mẫu đối với lớp mặt. ....................................... 63
Hình 3.7 Sàng lọc sau khi đã loại bỏ các số liệu sai số đối với lớp mặt trắng ...... 63
x


Hình 3.8 Phân tích số liệu lực kéo lớn nhất đối với lớp mặt trắng ....................... 64
Hình 3.9 Phân tích bề rộng các mẫu thử đối với mặt trắng .................................. 64
Hình 3.10 Phân tích bề dày các mẫu thử đối với mặt ........................................... 65
Hình 3.11 Sàng lọc số liệu sau thử mẫu đối với lớp mặt- gân liên kết ................. 66
Hình 3.12 Sàng lọc số liệu sau thử mẫu đối với lớp gân liên kết ......................... 67
Hình 3.13 Biểu đồ so sánh kết quả tính tốn – kết quả thực nghiệm.................... 69
Hình 4.1 Khai báo tham chiếu............................................................................... 70
Hình 4.2 Chọn loại chi tiết .................................................................................... 71
Hình 4.3 Khai báo vật liệu .................................................................................... 71

Hình 4.4 Hình dạng của mẫu thử theo tiết diện ngang ......................................... 72
Hình 4.5 Hình dạng của mẫu thử .......................................................................... 72
Hình 4.6 Chia lưới cho mẫu thử ............................................................................ 73
Hình 4.7 Khai báo lực tác dụng lên mẫu ............................................................... 74
Hình 4.8 Giải quyết bài tốn với thơng số đã khai báo ......................................... 74
Hình 4.9 Hình thức hiển thị................................................................................... 75
Hình 4.10 Lựa chọn loại kết quả cần tìm .............................................................. 75
Hình 4.11 Mơ phỏng thử kéo lớp mặt ................................................................... 76
Hình 4.12 Mơ phỏng thử kéo gân ......................................................................... 77
Hình 4.13 Kết quả mơ phỏng độ giản dài lớp mặt, nơi có gân liên kết ................ 78
Hình 4.14 Kết quả mơ phỏng q trình uốn tấm panel 75x560x85 ...................... 79
Hình 4.15 Kết quả so sánh mơ phỏng uốn dầm chử I so với tính tốn ................. 79
Hình 4.16 Biểu đồ ứng suất cắt ............................................................................. 80
Hình 4.17 Kết quả quá trình kéo ........................................................................... 81
Hình 4.18 Phân tích ảnh hưởng của các thành phần lên mơ đun đàn hồi ............. 82
Hình 4.19 Vai trị của các chất thành phần tới mơ đun đàn hồi ............................ 83
Hình 4.20 Giá trị mô đun đàn hồi Efc lớn nhất khi tỉ lệ Polyester là 1.5 lần ........ 84
Hình 4.21 Giá trị mô đun đàn hồi Efc lớn nhất khi tỉ lệ Polyester là 2 lần ........... 84

xi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ATVSTP

An toàn vệ sinh thực phẩm.

bfo

Bề rộng của phần foam.

Δ

Độ biến dạng uốn.

B

Bề rộng mẫu thử.

bcr

Bề rộng gân liên kết tính theo mơ đun đàn hồi lớp mặt.

bga_fo

Bề rộng lõi (core) sau khi đã có foam chuyển đổi.

bpo

Bề rộng keo cần thiết cho mối ghép.

C

Bề dày lõi mẫu thử.

D

Độ cứng của mẫu khi bị uốn.

d/s

Tỉ số đường kính và khoảng cách của xơ sợi.

ɛ2

Hệ số nén tới hạn chung.

Ecr

Mô đun đàn hồi kéo chung giữa foam với gân liên kết.

Ecr_nen

Mô đun đàn hồi nén chung giữa foam với gân liên kết.

Efc

Mô đun đàn hồi kéo của lớp mặt.

Efc_ga

Mô đun đàn hồi lớp liên kết măt - gân.

Efc_nen

Mô đun đàn hồi nén cho lớp mặt.

Efo

Mô đun đàn hồi của foam PU.

Ega

Mô đun đàn hồi kéo của gân liên kết.

Ega_nen

Mô đun đàn hồi nén của gân liên kết.

Ema

Mô đun đàn hồi sợi thuỷ tinh dạng Mat.

Epo

Mô đun đàn hồi chất Polyester.

ɛpo_nen

Hệ số nén tới hạn của Polyester.

Erv

Mô đun đàn hồi sợi thuỷ tinh dạng vải dệt Woven roving.

Etb

Mô đun đàn hồi của lớp mặt sau khi có ghép gân Z rộng 200mm

F

Lực uốn sinh ra.

Gcr

Mô đun cắt của lõi.
xii


Gpo

Mô đun cắt của polyester.

H

Bề dày mẫu thử.

I

Hệ trục quán tính.

kb

Hệ số đặc trưng cho tính chịu uốn.

k/Gs

Hệ số k/Gs.

ks

Hệ số đặc trưng cho tính chịu cắt.

L

Khoảng cách hai đầu nén.

M

Moment uốn ngang phẳng lớn nhất.

Mat

Sợi thuỷ tinh xắt nhỏ.

mfb.fc

Khối lượng sợi thủy tinh có trong lớp mặt.

mfc

Khối lượng của lớp mặt.

mfo

Khối lượng foam PU.

mga

Khối lượng của gân trong một đơn vị diện tích.

mpo.fc

Khối lượng Polyester có trong lớp mặt.

N

Số gân Z.

[σcr_keo]

Bền kéo tới hạn lõi.

σf

Ứng suất phá huỷ lớp mặt.

[σfc_ga]

Ứng suất kéo của lớp mặt tại vị trí chồng gân.

[σfc_keo]

Độ bền kéo tới hạn lớp mặt.

σfu

Ứng suất uốn của mẫu.

[σga_keo]

Ứng suất bền kéo gân liên kết.

[σma]

Độ bền kéo sợi thuỷ tinh dạng Mat.

[σpo]

Độ bền kéo chất Polyester.

[σpo_nen]

Ứng suất bền nén của Polyester.

[σrv]

Độ bền kéo sợi thuỷ tinh dạng Woven roving.

σtb

Ứng suất kéo của lớp mặt sau khi liên kết với gân.

P

Lực uốn tương ứng với moment cực đại.

xiii

Woven
roving

Sợi thuỷ tinh đan, dệt.

S

Chiều dài mẫu thử.

s

Độ chịu cắt của vật liệu.

Vfb_ma.fc

Thành phần phần trăm khối lượng của sợi xắt nhỏ trong lớp mặt.

Vfb_rv.fc

Thành phần phần trăm khối lượng của sợi đan trong lớp mặt.

Vfb_rv.ga

Thành phần phần trăm khối lượng của sợi đan có trong lớp gân
liên kết.

νfc

Hệ số Poisson lớp mặt.

vfc_nen

Hệ số Poisson phụ của lớp mặt.

Vfo

Thành phần phần trăm khối lượng của foam PU có trong lớp lõi.

νga

Hệ số Poisson của gân liên kết.

νma

Hệ số Poisson của sợi thuỷ tinh dạng Mat.

νpo

Hệ số Poisson của chất Polyester.

Vpo_fc

Thành phần phần trăm khối lượng của Polyester trong lớp mặt.

Vpo_ga

Thành phần phần trăm khối lượng của Polyester có trong lớp gân
liên kết.

νrv

Hệ số Poisson của sợi thuỷ tinh dạng Woven roving.

W

Năng lượng biến dạng.

Ymax

Khoảng cách xa đường trung hoà nhất.

Δ

Chuyển vị uốn.

τcr

Mô đun cắt của lõi.

xiv


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Nhu cầu thùng xe đông lạnh ngày một tăng cao. Việt Nam hiện nay là thị trường
tiềm năng cho xe tải nói chung và xe đơng lạnh nói riêng. Các nhà nhập khẩu tìm
cách đưa các loại xe đông lạnh nguyên chiếc vào thị trường Việt Nam từ Hàn Quốc,
Trung Quốc nhưng với giá thành cao. Hưởng ứng chính sách nội địa hố các sản
phẩm thuộc ngành vận tải, các công ty trong nước như Quyền Auto, Thaco, Tường
Huy Pacific Isotherms …đang tập trung sản xuất thùng xe đơng lạnh với giá cả phải

chăng hơn.
Để có một thùng xe đông lạnh đạt nhiệt độ tiêu chuẩn, các thùng xe làm bằng vật
liệu truyền thống thì chi phí cao, khối lượng thùng xe nặng cho nên vật liệu
composite dạng lớp (sandwich) [1] là lựa chọn tốt nhất.
Nắm được thị hiếu khách hàng, công ty Pacific Isotherms đã tiên phong trong việc
dùng Composite nền Polyester gia cường bởi sợi thủy tinh để sản xuất ra các thùng
đông lạnh để cung cấp cho thị trường nội địa cũng như xuất khẩu ra các nước trong
khu vực và thế giới.

Hình 0.1 Thùng xe đông lạnh bằng vật liệu Composite [2]
1


Tuy nhiên, các thông số bền của thùng xe đông lạnh có kết cấu Sandwich chế tạo từ
vật liệu Composite nền Polyester gia cường bởi sợi thủy tinh, được Công ty Tường
Huy sản xuất, chưa có cơ sở khoa học trong điều kiện sản xuất tại Việt Nam.
Hiện tại công ty chưa có bộ phận nghiên cứu và phát triển nên cần liên kết với các
trường, viện để giải quyết các vấn đề kỹ thuật công nghệ khi cần. Các sản phẩm làm
ra của công ty thường đem đến các trung tâm có chức năng để kiểm tra, đo đạt độ
bền thực tế của sản phẩm mẫu. Do vậy, không chủ động trong việc tính tốn, thiết
kế các sản phẩm theo nhu cầu thay đổi liên tục của thị trường. Mặt khác các sản
phẩm cũng cần chứng nhận về chất lượng, an tồn… bởi các cơ quan chức năng,
khi đó các thông số của sản phẩm cần phải được đo kiểm nghiêm ngặt.
Để đạt được điều nói trên, cơng ty Tường Huy đã chủ động kết hợp với các đơn vị
nghiên cứu. Một trong các nội dung cần đạt được là xác định các thông số độ bền
của vách thùng xe. Và Khoa Cơ khí trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí
Minh là đơn vị được cơng ty tin tưởng hợp tác để thực hiện nội dung trên, từ đó dẫn
đến việc hình thành đề tài này. Đề tài nghiên cứu này khơng chỉ dừng lại ở đó mà sẽ
giúp công ty tiến thêm một bước nữa là hướng tới quản lý chất lượng, tối ưu hoá
sản phẩm.

2. Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài “Nghiên cứu các thông số độ bền của vách thùng xe đông lạnh làm bằng vật
liệu Composite Polyester – Sợi thuỷ tinh cấu trúc sandwich ở công ty Pacific
Isotherms” phải giải quyết được các vấn đề sau:
1. Tính tốn 4 yếu tố: ứng suất bền kéo (σk), ứng suất bền nén (σn), mô đun đàn hồi
(E), độ biến dạng uốn (Δ) của tấm panel.
2. Nghiên cứu kiểm chứng bằng phương pháp thực nghiệm.
3. Nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng hành vi biến dạng quá trình uốn.

2


3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1 Đối tượng nghiên cứu
Kết cấu sandwich của vách thùng xe đông lạnh, cùng với các thành phần của nó
(lớp mặt, gân liên kết) được chế tạo từ vật liệu composite nền Polyester, gia cường
bởi sợi thuỷ tinh.
3.2 Phạm vi nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu tính tốn 4 yếu tố chính: ứng suất bền kéo (σk), ứng suất bền nén
(σn), mô đun đàn hồi nén (E), và độ biến dạng uốn (Δ) của tấm panel trong điều kiện
phịng thí nghiệm.
1. Nghiên cứu lý thuyết tính tốn 4 yếu tố: ứng suất bền kéo (σk), ứng suất bền nén
(σn), mô đun đàn hồi (E), độ biến dạng uốn (Δ) của tấm panel. Phân tích kết cấu, lựa
chọn mơ hình tốn, tiến hành tính bằng phần mềm Mathlab.
2. Nghiên cứu kiểm chứng bằng phương pháp thực nghiệm các yếu tố trên. Chọn
mẫu ngẫu nhiên, tiến hành đo kiểm, phân tích quy hoạch các kết quả.
3. Nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng hành vi biến dạng. Kiểm tra mẫu bằng
mơ phỏng q trình uốn.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
4.1 Cách tiếp cận

Từ thực tiễn sản xuất, doanh nghiệp địi hỏi phải tìm cho được kết quả độ bền của
vách thùng xe đông lạnh. Thực tiễn là nguồn gốc của vấn đề cần nghiên cứu, là
động lực cũng là tiêu chuẩn đánh giá kết quả nghiên cứu. Đề tài nghiên cứu được
rút ra từ yêu cầu thực tế sản xuất của doanh nghiệp. Cách tiếp cận dựa vào thành
phần cấu tạo của sản phẩm, dựa vào tính chất của các chất thành phần, từ đó, áp
dụng cơng thức để tính độ bền của vách thùng xe đông lạnh. Cụ thể như sau:

3


+ Dựa vào các chất thành phần cấu tạo, tính tốn cơ tính cho composite lớp mặt, lớp
đáy, gân Z liên kết một cách riêng lẻ.
+ Sau khi có cơ tính các yếu tố thành phần, sẽ tính tốn cho tấm panel.
4.2 Phương pháp nghiên cứu
Đề tài này kết hợp phương pháp tính tốn giải tích, phương pháp thực nghiệm và
phương pháp mô phỏng. Dựa vào thành phần phần trăm, cơ tính cho trước của các
chất thành phần cấu tạo nên tấm panel để tính ứng suất bền kéo (σk), ứng suất bền
nén (σn), mô đun đàn hồi nén (E), và độ biến dạng uốn (Δ). Việc tính tốn lý thuyết
là ứng dụng các cơng thức có sẵn trong các sách, tài liệu hoặc bài báo chuyên
ngành. Kết quả thu được từ q trình tính tốn, mơ phỏng đem so sánh với kết quả
thực nghiệm. Thực nghiệm nhằm mục đích khẳng định cho giả thuyết tính tốn, mơ
phỏng . Việc tính tốn có sử dụng cơng thức tốn học có sẵn và được hổ trợ bởi các
phần mềm tính tốn, phần mềm mô phỏng kết hợp với phương pháp đo kiểm thực
nghiệm. Đề tài tập trung tính tốn, kiểm tra để làm cơ sỡ khoa học cho sản phẩm
vách thùng xe đông lạnh cụ thể.
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Thể hiện sự kết hợp giữa doanh nghiệp với nhà trường, nhằm nâng cao chất lượng
đào tạo đi đôi với thực tiễn sản xuất.
- Áp dụng kết quả nghiên cứu tính tốn vào sản xuất, giúp doanh nghiệp linh động
hơn trong việc thay đổi, sửa đổi các thành phần cho phù hợp với các yêu cầu về độ

bền cho trước.
- Việc tính tốn và mơ phỏng giúp cho việc xác định, dự đốn các thơng số và hành
vi của vật liệu và kết cấu.
- Giảm thiểu tối đa chi phí chế tạo mẫu, chi phí đo kiểm.

4


- Xác định các thơng số kết cấu thích hợp cho sản phẩm cụ thể theo yêu cầu khách
hàng đặt ra. Từ đó, xây dựng mơ hình quản lý chất lượng sản phẩm, tính tốn chi
phí chất lượng, tối ưu hố chất lượng sản phẩm.
- Giảm thiểu chi phí trong việc phải đầu tư thêm bộ phận nghiên cứu và phát triển
(R&D), đó là lý do dẫn đến sự hợp tác giữa khoa Cơ khí trường Đại học Cơng
nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh với Cơng ty Tường Huy để hình thành đề tài này
(phụ lục 1).

5


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE POLYMER
TĂNG CƯỜNG SỢI (FIBER REINFORCED POLYMER)
1.1 Tổng quan về vật liệu composite
Vật liệu composite là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo nên
vật liệu mới có tính chất vượt trội hơn hẳn so với các vật liệu ban đầu, khi những
vật liệu này làm việc riêng rẽ. Phần lớn vật liệu composite là sự kết hợp của kim
loại, gốm với polymer. Tuy nhiên, ngày nay, người ta quan tâm tới vật liệu
composite tổng hợp. Phổ biến nhất là vật liệu composite gia cường bởi sợi thuỷ
tinh, nền epoxy hoặc polyester. Vật liệu composite gia cường bởi sợi thuỷ tinh
không bền, dẻo, cứng bằng vật liệu composite gia cường bằng sợi carbon nhưng bù
lại, vật liệu composite sợi thuỷ tinh gia cường rẻ hơn. [3]

Hình 1.1 Sơ đồ phân loại vật liệu composite [3]
Qua hình 1.1, chúng ta thấy vật liệu composite được chia thành bốn nhóm chính,
gồm: Vật liệu composite cốt hạt gia cường, composite cốt sợi gia cường, composite
cấu trúc và composite dạng nano. Đối với vật liệu composite cốt hạt gia cường có
pha phân tán đồng đều, vật liệu composite cốt sợi gia cường thì phụ thuộc chiều dài
và cách sắp xếp sợi, cịn composite cấu trúc là dạng nhiều tấm, nhiều lớp được tạo
6


thành bằng cách kết hợp lại với nhau theo những phương án cấu trúc khác nhau.
Riêng vật liệu composite nano có sự phân tán pha ở mức nanomet. Đề tài nghiên
cứu thuộc vật liệu composite cấu trúc lớp (sandwich) và tấm (panel). Composite gia
cường bởi sợi thuỷ tinh liên tục và không liên tục trên nền polyester. Sợi thuỷ tinh
liên tục là sợi đan dạng Woven roving (hình 1.2 trái), cịn sợi thuỷ tinh khơng liên
tục là dạng sợi xắt nhỏ (hình 1.2 phải). Cả hai loại sợi thuỷ tinh là loại E-glass.

Hình 1.2 Sợi thuỷ tinh đan Woven roving

Sợi thuỷ tinh dạng Mat [4]

Vật liệu composite có cấu trúc lớp được sử dụng ngày càng phổ biến trong lĩnh vực
kỹ thuật dân dụng lẫn công nghiệp [5]. Vật liệu composite khơng cịn là độc quyền
của một số quốc gia nữa mà đã phát triển rộng khắp. Nhiều hội nghị, diễn đàn quốc
tế là cơ hội để thảo luận và phổ biến những tiến bộ gần đây trong lĩnh vực vật liệu
composite. Trong đó có các nghiên cứu nổi bật như:
Tác giả Norman Fleck [6], “Thực nghiệm động lực của dầm kết cấu lõi lưới”. (The
dynamic performance of Sandwich of beams with lattice core). Tác giả đã thực
nghiệm các cấu trúc lõi (core) (hình 1.4) khác nhau cùng chịu một tác động bởi áp
suất nén của nước như nhau.

7


Hình 1.3 Cấu trúc lõi core composite dạng chữ Y [6]
Kết quả như sau, lõi có cấu tạo dạng chữ Y chịu được lực tác động cao hơn (hình
1.4).

Hình 1.4 Kết quả so sánh giữa lõi core dạng Y với lõi gợn sóng [6]

8


Tác giả Torben Krogsdal Jacobsen [7] “Nghiên cứu cấu trúc Sandwich trong cánh
quạt tua-bin gió”. Tác giả giới thiệu về việc chuyển đổi từ dùng vật liệu thông
thường sang dùng vật liệu composite cấu trúc lớp để có thể tăng chiều dài, giảm
trọng lượng.
Các tác giả Kepler, Sheikh và Bull [8] “Mơ hình xác định sự biến dạng khi bị ngoại
lực tác động đối với xe tải làm bằng vật liệu composite”. Qua kết quả bên dưới
(hình 1.5), các số liệu cho thấy sự thay đổi của độ lệch của lớp mặt và lõi theo
hướng xuyên tâm tại bốn thời điểm khác nhau (0,2 ms, 0,4 ms, 0,6 ms và 0,8 ms).

Hình 1.5 Biến dạng bề mặt và lõi [8]
Các tác giả Monika Chuda-Kowalska, Andrzej Garstecki, Zbigniew Pozorski, [9]
“Phương pháp thực nghiệm xác định thông số lõi mềm trong composite dạng tấm
sandwich”. Với phương pháp 4 điểm tác dụng lực như bên dưới, tấm panel chịu đến
một giới hạn nhất định và dần dần bị phá hủy (Hình 1.7).

9