Luận văn Nghiên cứu phát triển nhíp giảm xóc (Leaf Spring) băng vật liệu composite (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu phát triển nhíp giảm xóc (Leaf Spring) băng vật liệu composite (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CHÂU THI ̣THÂN NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN NHÍP GIẢM XÓC (LEAF SPRING) BĂNG VẬT LIỆU COMPOSITE S K C 0 0 3 9 5 9 NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 60 52 04 S KC 0 0 3 8 1 3 Tp. Hồ Chí Minh, 2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ CHÂU THI ̣THÂN NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN NHÍP GIẢM XÓC (LEAF SPRING) BẰ NG VÂṬ LIÊỤ COMPOSITE NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 60 52 04 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Châu Thi ̣Thân Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 10/07/1981 Nơi sinh: tỉnh Phú Yên Quê quán: xã Hòa An - huyêṇ Phú Hòa - tỉnh Phú Yên Dân tộc: kinh Địa chỉ liên lạc: 51/53/13 đường 10 - tổ 40 - khu phố 4 - phường Linh Chiểu - quâṇ Thủ Đứ c - thành phố Hồ Chí Minh. Điện thoại: 0909695326 E-mail: chauthithan@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: chính quy Thời gian đào tạo từ 9/1999 đến 4/2004 Nơi học: trường Đaị hoc̣ Sư Phaṃ Kỹ Thuâṭ thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ Thuật Công Nghiệp III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Trường Cao đẳng Kinh Tế Kỹ Thuâṭ 11/2004 -7/2006 Giảng dạy Công Nghiêp̣ II thành phố Hồ Chí Minh
4. LỜI CAM ĐOAN Tên đề tài: Nghiên cứ u phát triển nhíp giảm xóc (Leaf spring) bằng vâṭ liêụ composite. GVHD: TS. Đỗ Thành Trung Họ tên học viên: Châu Thi ̣Thân, MSHV: 10025204025 Lớp: Công Nghê ̣Chế Taọ Máy 2010-2012 Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 (Ký tên và ghi rõ họ tên)
5. LỜ I CẢ M ƠN Trước tiên tôi xin đươc̣ bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến TS. Đỗ Thành Trung , người thầy đa ̃ tâṇ tình trưc̣ tiếp hướng dâñ , cung cấp những tài liệu quan trọng, điṇ h hướng và sửa chữa những thiếu sót trong suốt quá trình tôi nghiên cứ u để hoàn thành cuốn luâṇ văn này. Tôi xin cảm ơn quý thầy trong Trường Đaị Hoc̣ Sư Phaṃ Kỹ Thuâṭ Thành Phố Hồ Chí Minh đa ̃ tâṇ tình daỵ dỗ và giúp đở tôi tron g suốt quá trình hoc̣ tâp̣ taị trường. Tôi cảm ơn những lời hỏi thăm , sư ̣ giúp đở và đôṇ g viên nhiêṭ tình của các anh chi ̣hoc̣ viên trong lớp cao hoc̣ khóa 2010 -2012A ngành Công Nghê ̣Chế Taọ Máy và nhất là gia đình đã tạo điều kiện cho tôi học tập tốt. Cuối cùng tôi xin cảm ơn phòng Cao Hoc̣ Trường Đaị Hoc̣ Sư Phaṃ Kỹ Thuâṭ Thành Phố Hồ Chí Minh đa ̃ taọ điều kiêṇ để tôi hoc̣ tâp̣ cũng như thưc̣ tâp̣ xong luâṇ văn này. Học viên thực hiện
6. TÓM TẮT Nhíp ô tô là một bộ phận dưới gầm xe và có tác dụng giảm xóc cho ô tô . Hiêṇ nay, ngành công nghiệp chế tạo ô tô đang phát triển nhíp giảm xóc bằng vật liêụ composite để tăng đô ̣bền và giảm trọng lượng của nhíp. Trong đề tà i này, tác giả sử dụng phần mềm Ansys Workbench12 để thiết kế tối ưu lá nhíp vâṭ liêụ composite bằng cách thay đổi bề dày và rộng của tiết diện mặt cắt ngang với diêṇ tích của măṭ cắt ngang và thể tích của nhíp là kh ông đổi. Đồng thời dùng phần mềm Ansys Workbench 12 để phân tích ứng suất và chuyển vị của lá nhíp giảm xóc bằng vật liệu composite . Từ đó , so sánh với kết quả ứ ng suất và chuyển vi ̣của lá nhíp bằng thép , kết quả mô ph ỏng ứng suất của nhíp bằng vật liệu composite thấp hơn và khối lươṇ g giảm xuống 75%. Từ kết quả mô phỏng, đưa ra phương án chế taọ môṭ lá nhíp bằng sơị cacbon đa ̃ t ẩm sẵn nhưạ epoxy (Carbon prepreg CU250), sau đó tiến hành kiểm tra khả năng chiụ tải của nhíp . Đồng thời kết quả thực nghiệm cũng được so sánh với kết quả mô phỏng và tính toán.
7. ASTRACT The suspension leaf spring is under chassis frame and its function is to absorb for vehicle. Nowadays, automobile manufacturer is developing leaf spring made by composite in order to increase the strength and reduce the weight of leaf spring. In this topic, the author has been used Ansys 12.0 software with Workbench module to optimize the design of the composite leaf spring by varying thickness and width of the cross section without changing its volume. Additionally, using Ansys 12.0 software with Workbench module to analyse the stress and deflection of the composite leaf spring. Therefore, compare this result with the stress and displacement of the steel leaf spring. The stress of composite leaf spring is lower and its weight is about 75 % the weight of the other one. From this numerical result, suggesting the method to manufacture the leaf spring by composite materials using carbon fibers impregnated by epoxy resin (Carbon prepreg CU250), then carrrying load capacity of the composite leaf spring is examined. In additional, the numerical, analytical and experimental results are done.
8. MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân Lời cam đoan Cảm tạ Tóm tắt Mục lục Danh sách các hình Danh sách các bảng Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1 1.1. Giới thiêụ về vâṭ liêụ composite 1 1.1.1. Vâṭ liêụ composite 1 1.1.2. Phạm vi, khả năng ứng dụng của vâṭ liêụ composite 1 1.1.3. Vâṭ liêụ composite polyme phục vụ việc chế tạo các chi tiết cơ khí 2 1.2. Chi tiết nhíp giảm xóc 4 1.3. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 5 1.3.1. Trong nước 5 1.3.2. Ngoài nước 8 1.4. Mục tiêu 11 1.5. Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu 11 1.6. Phương pháp nghiên cứu 12 Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 2.1. Cơ sở về vật liệu composite 13 2.1.1. Khái niệm 13 2.1.2. Ưu nhược điểm của vật liệu composite 13 2.1.2.1. Ưu điểm 13 2.1.2. Nhược điểm 14
9. 2.1.3. Phân loại vật liệu composite 14 2.1.3. Phân loại vật liệu theo pha nền 14 2.1.3. Phân loại vật liệu pha cốt 15 2.1.4. Cấu tạo vật liệu composite 15 2.1.4.1. Thành phần cốt 15 2.1.4.2. Vâṭ liêụ nền 17 2.1.5. Vật liệu composite polyme 20 2.1.6. Công nghê ̣chế tạo sản phẩm composite 23 2.1.6.1. Phương pháp chế tạo thủ công 23 2.1.6.2. Phương pháp phun hỗn hợp composite 24 2.1.6.3. Phương pháp thấm nhựa trước 25 2.1.6.4. Phương pháp đùn ép 26 2.1.6.5. Phương pháp đúc chuyển nhựa 27 2.1.6.6. Phương pháp đúc chân không 28 2.2. Giới thiệu phần mềm Ansys 30 2.2.3. Ansys có những tính năng nổi bật 31 2.2.4. Các bước giải bài toán trong Ansys 12 31 Chƣơng 3. NHÍP GIẢM XÓC BẰNG THÉP 33 3.1. Nhíp giảm xóc bằng thép 33 3.1.1. Khái niệm 33 3.1.2. Phân loại 33 3.1.3. Cấu tạo 34 3.1.4. Vật liệu chế tạo 35 3.1.5. Ưu nhươc̣ điểm của nhíp 36 3.1.6. Độ võng của nhíp 36 3.1.7. Lưc̣ tác duṇ g 37 3.2. Mô phỏng nhíp giảm xóc bằng thép 38 3.2.1. Tải trọng tác dụng là 3250 N 38 3.2.2. Tải trọng tác dụng là 2465 N 41
10. Chƣơng 4. THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG NHÍP GIẢM XÓC BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE 43 4.1. Chọn vật liệu 43 4.2. Thiết kế nhíp giảm xóc bằng vật liệu composite 44 4.2.1. Mô hình I 44 4.2.2. Mô hình II 45 4.2.3. Mô hình III 47 4.3. So sánh kết quả và choṇ mô hình 48 4.4. Khảo sát sự ảnh hưởng của bề rộng đến khả năng mang tải 49 4.5. Tính ứng suất và chuyển vị 52 4.6. So sánh với nhíp bằng thép 53 Chƣơng 5. THƢ̉ NGHIÊṂ CHẾ TAỌ VÀ ĐÁNH GIÁ 56 5.1. Máy móc – Thiết bi ̣ 56 5.2. Qui triǹ h chế taọ nhíp giảm xóc bằng vâṭ liêụ composite 58 5.3. Kết quả thực nghiệm 59 5.4. So sánh với kết quả thực nghiệm 60 Chƣơng 6. KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ 62 6.1. Tổng kết nôị dung đa ̃ thưc̣ hiêṇ trong luâṇ văn 62 6.2. Đánh giá kết quả 63 6.3. Tính khả thi của đề tài 63 6.4. Những vấn đề tồn taị và hướng phát triển đề tài 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC 1 67
11. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Đặc tính cơ lý của tấm vật liệu composite có cốt sợi đồng phương trên cơ sở nhưạ epoxy và môṭ số kim loaị truyền thống 22 Bảng 3.1: Khối lươṇ g của bảy lá nhíp 38 Bảng 3.2: Kết quả ứ ng suất và chuyển vi ̣theo bài báo 41 Bảng 4.1: Đặc trưng vật liệu composite Carbon Prepreg 43 Bảng 4.2: Khối lượng và diện tích mặt cắt ngang của nửa lá nhíp 48 Bảng 4.3: Lưc̣ tác duṇ g và chuyển vị của nhíp khi cố điṇ h ứ ng suất 48 Bảng 4.4: Quan hê ̣giữa lưc̣ tác duṇ g với bề rôṇ g b1 thay đổi 50 Bảng 4.5: So sánh kết quả tính và mô phỏng của nhíp bằng vâṭ liêụ composite 53 Bảng 4.6: So sánh tải tác duṇ g, khối lươṇ g, ứng suất, chuyển vi ̣của nhíp bằng thép và nhíp composite 54 Bảng 5.1: Đặc trưng vật liệu Carbon prepreg CU250 56 Bảng 5.2: Giá trị trung bình các điểm đo 59 Bảng 5.3: Kết quả mô phỏng, tính toán và thực nghiệm 61 Bảng 5.4: Khối lươṇ g của nhíp giảm xóc bằng vâṭ liêụ Carbon prepreg CU250 và nhíp giảm xóc thép 61
12. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Ứng dụng vật liệu composite trong ngành năng lượng 2 Hình 1.2: Vành xe hơi được làm từ sợi cacbon 3 Hình 1.3: Cánh gió trước cũng như phần lớn thân xe F1 được chế tạo từ sợi cacbon 3 Hình 1.4: Hê ̣thống treo loaị nhíp 4 Hình 1.5: Xử lý nước thải FRP đang lắp đặt tại công viên Yên Sở 6 Hình 1.6: Hầm bể biogas composite 7 Hình 1.7: Tàu Long Phú 17 8 Hình 1.8: Nhíp giảm xóc bằng composite cho xe Ford của Kev Elliott 9 Hình 1.9: Nhíp giảm xóc bằng vật liệu composite của Flex-Form 9 Hình 2.1: Phân loaị vâṭ liêụ composite theo pha nền 14 Hình 2.2: Phân loaị vâṭ liêụ composite theo cấu trúc 15 Hình 2.3: Các loại sợi được đan vào nhau thành những phiến vải 17 Hình 2.4: Công thứ c hóa hoc̣ của epoxy 19 Hình 2.5: Các thiết bị và vật liệu trong công nghệ đúc chân không 26 Hình 2.6: Sơ đồ công nghệ đúc chân không 26 Hình 2.7: Quá trình điền nhựa polyme vào khuôn trong chế tạo vỏ ôtô 30 Hình 3.1: Phân loaị nhíp ô tô 33 Hình 3.2: Cấu tạo nhíp bằng thép 34 Hình 3.3: Các loại tai nhíp 35 Hình 3.4: Đầu lá nhíp 35 Hình 3.5: Lực tác dụng lên nhíp 37 Hình 3.6: Mô hình môṭ nử a lá nhíp để mô phỏng 39 Hình 3.7: Điều kiêṇ biên và tải troṇ g của bài toán 39 Hình 3.8: Kết quả mô phỏng chuyển vi ̣của nhíp 40 Hình 3.9: Kết quả mô phỏng ứ ng suất của nhíp 40 Hình 3.10: Kết quả mô phỏng ứ ng suất của nhíp 41
13. Hình 3.11: Kết quả mô phỏng chuyển vi ̣của nhíp 42 Hình 4.1: Mô hình I 44 Hình 4.2: Ứng suất lớn nhất của mô hình I 45 Hình 4.3: Chuyển vi ̣lớn nhất của mô hình I 45 Hình 4.4: Mô hình II 45 Hình 4.5: Ứng suất lớn nhất của mô hình II 46 Hình 4.6: Chuyển vi ̣lớn nhất của mô hình II 46 Hình 4.7: Mô hình III 47 Hình 4.8: Ứng suất lớn nhất của mô hinh̀ III 47 Hình 4.9: Chuyển vi ̣lớn nhất của mô hinh̀ III 48 Hình 4.10: Bề rôṇ g taị giữa và đầu lá nhíp giảm xóc bằng composite 49 Hình 4.11: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực tác dụng và bề rộng b1 50 Hình 4.12: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực tác dụng và chiều dày nhíp 51 Hình 4.13: Gốc toạ đô ̣ 52 Hình 5.1: LAB –YUI 56 Hình 5.2: Đặt tại kiểm tra 57 Hình 5.3: Khuôn chế taọ 57 Hình 5.4: Khuôn và sản phẩm đa ̃ chế taọ 59 Hình 5.4: Đồ thị quan hệ giữa yếu tố ảnh hưởng và đại lượng đo 60
14. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Giớ i thiêụ về vâṭ liêụ composite 1.1.1. Vâṭ liêụ composite là gì Composite là tên goị chung của bất cứ vâṭ liêụ nào đươc̣ taọ nên bởi sư ̣ pha trôṇ các thành phần riêng lẻ trước khi sử duṇ g vào chế taọ sản phẩm cu ̣thể [3]. Ví dụ: cát, sỏi đá, xi măng, nước đươc̣ hòa trôṇ với nhau rồi cùng với cốt thép, đóng rắn laị thành bê tông , cho nên bê tông thưc̣ chất cũng là môṭ daṇ g composite. 1.1.2. Phạm vi, khả năng ứng dụng Với lịch sử phát triển phong phú của mình, vật liệu composite đã được nhiều nhà nghiên cứu khoa học biết đến. Việc nghiên cứu và áp dụng thành công vật liệu này đã được nhiều nước trên thế giới áp dụng. Đại chiến thế giới thứ hai nhiều nước đã sản xuất máy bay , tàu chiến và vũ khí phục vụ cho cuộc chiến này. Cho đến nay thì vật liệu composite polyme đã được sử dụng để chế tạo nhiều chi tiết, linh kiện ôtô. Dựa trên những ưu thế đặc biệt như giảm trọng lượng, tăng độ chịu ăn mòn, giảm độ rung, tiếng ồn và tiết kiệm nhiên liệu cho máy móc. Ngành hàng không vũ trụ như Boing 757, 676 Airbus 310, sử dụng vật liệu composite vào việc chế taọ cánh máy bay, mũi máy bay và một số linh kiện, máy móc. Trong ngành công nghiệp điện tử được sử dụng để sản xuất các chi tiết, các bảng mạch và các linh kiện. Ngành công nghiệp đóng tàu (tàu, xuồng, ca nô); các ngành dân dụng như y tế (hệ thống chân, tay giả, răng giả, ghép sọ ); ngành thể thao (các đồ dùng thể thao như gậy gôn, vợt tennit ) và các ngành dân dụng, quốc kế dân sinh khác. Ở Việt Nam, vật liệu composite được áp dụng hầu hết ở các ngành, các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân [16]. Tính riêng nhựa dùng để sản xuất vật liệu composite được tiêu thụ ở Việt Nam khoảng 5.000 tấn mỗi năm. Tại Hà Nội đã có 8 đề tài nghiên cứu về composite cấp thành phố được tuyển chọn, theo đó vật liệu 1
15. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN composite được sử dụng nhiều trong đời sống xã hội. Tại khoa răng của bệnh viện trung ương Quân đội 108 đã sử dụng vật liệu composite vào trong việc ghép răng thưa, các ngành thiết bị giáo dục, bàn ghế, các giải phân cách đường giao thông, hệ thống tàu xuồng, hệ thống máng trượt, máng hứng và ghế ngồi, mái che của các nhà thi đấu, các sân vận động và các trung tâm văn hoá Đồng thời, Việt Nam đã và đang ứng dụng vật liệu composite vào các lĩnh vực điện dân dụng, hộp công tơ điện, sào cách điện, đặc biệt là sứ cách điện. 1.1.3. Vâṭ liêụ composite polyme phục vụ việc chế tạo các chi tiết cơ khí Composite polyme có đô ̣bền và đô ̣cứ ng cao , nhờ đó chúng đươc̣ ứ ng duṇ g ngày càng r ộng raĩ trong nhiều liñ h vưc̣ như xây dưṇ g , y hoc̣ , công nghiêp̣ , hàng không vũ tru.̣ Hình 1.1: Ứng dụng vật liệu composite trong ngành năng lượng Quạt gió composite bao gồm trong nhà và ngoài trời là ứng dụng chính của vật liệu composite trong ngành năng lượng (hình 1.1). Sản phẩm này đang phát triển rất mạnh vì nhu cầu năng lượng sạch cũng như tốc độ quay của quạt gió composite (khả năng sản xuất năng lượng). Hiện nay, tất cả các nhà máy sản xuất quạt gió composite đều quá tải, không đáp ứng nổi đơn đặt hàng [18]. Vành xe hơi bằng sợi cacbon đầu tiên trên thế giới (hình 1.2), vành làm từ sợi cacbon có trọng lượng nhẹ hơn 40 - 50% so với mâm nhôm nên tăng tốc tốt và phanh cũng hiệu quả hơn [22]. 2
16. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Hình 1.2 : Vành xe hơi được làm từ sợi cacbon Khoảng 60% thành phần của một chiếc F1 (hình 1.3) làm từ cacbon tổng hợp: thùng xe, mũi xe, các cánh gió, một phần hệ thống treo cũng như các khớp ly hợp và đĩa phanh. Không có chất liệu nào vừa bền lại vừa nhẹ như cacbon. Bên cạnh đó, sợi cacbon còn có một thuộc tính khác là khả năng chịu nhiệt đặc biệt tốt, và do vậy rất an toàn khi phanh gấp, trong chưa đầy 1 giây, nhiệt độ của đĩa phanh xe F1 có thể lên tới 6000 C [23]. Hình 1.3: Cánh gió trước cũng như phần lớn thân xe F1 được chế tạo từ sợi cacbon Các nhà chế tạo đã mong muốn giảm khối lượng của những chiếc xe đua để chúng có thể tăng tốc thật nhanh và đạt được vận tốc tối đa càng lớn càng tốt. Và một trong những thành tựu nổi bật nhất trong vài thập niên gần đây là sự ra đời của vật liệu chế tác thân xe mới, sợi cacbon. 3
17. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.2. Chi tiết nhíp giảm xóc Ngày nay, trong ngành công nghiệp ô tô người ta sử dụng vật liệu composite polyme để chế tạo nhiều chi tiết, linh kiện chế tạo ôtô. Việc giảm khối lượng là mục tiêu chính của ngành công nghiệp này (vì giảm tiêu thụ nhiên liệu là mục tiêu sống còn của các nhà sản xuất xe hơi). Khi đó, vật liệu composite đánh bật kim loại, đặc biệt composite cấu trúc sandwich có thể làm giảm hơn 80% khối lượng sàn xe. Nhưng giảm khối lượng không phải là yêu cầu duy nhất của ngành công nghiệp xe hơi mà phải đồng thời: giảm chi phí trong khi vẫn đảm bảo độ bền. Giảm chi phí có thể nhiều cách nhưng phải chọn được giải pháp tối ưu và sao cho càng ít chi tiết và lắp ráp dễ dàng [18]. 3 2 1 4 1. Bánh xe; 2. Bô ̣nhíp; 3. Khung xe; 4. Dầm cầu Hình 1.4: Hê ̣thống treo loaị nhíp Trong xe ô tô có hê ̣thống treo loaị nhíp như hình 1.4. Hệ thống treo của xe làm giảm rung xóc khi xe vận hành trên đường không bằng phẳng, tạo điều kiện cho bánh xe dao động theo phương thẳng đứng, tránh dao động lắc ngang hay lắc dọc, đồng thời đảm bảo truyền lực và mômen ổn định. Đồng thời trọng lượng của nhíp nặng hơn tất cả các cơ cấu đàn hồi khác. Nhíp kể cả giảm chấn thì chi ếm từ 5,5% - 8% trọng lượng bản thân ô tô . Và thời gian phuc̣ vụ ngắn [2]. 4
18. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Chính xuất phát từ thực tiễn kỹ thuật , trong ngành công nghiêp̣ chế taọ ôtô đòi hỏi phải thiết kế những chi tiết sản phẩm mới, có những tính năng kỹ thuật tốt hơn, rẻ hơn, mới hơn và trọng lượng giảm. Và cũng chính nhờ sự xuất hiện của vật liệu mới, chẳng những đáp ứng được những đòi hỏi kỹ thuật, công nghiệp hiện đại mà không một vật liệu tự nhiên nào có thể đáp ứng được, mà còn mở ra triển vọng vô cùng to lớn để sáng chế ra muôn vàn sản phẩm mới khác nhau, hay thay thế, cải tiến, làm tốt hơn những chi tiết trước đây được chế tạo từ kim loại và những vật liệu cũ khác. 1.3. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố 1.3.1. Trong nƣớc Trong nước đa ̃ có nhiều công trình nghiên cứ u ứ ng dụng vật liệu composite. Theo Đào Lê Chung, Nguyễn Văn Phục, Bùi Đức Lộc, Ninh Quang Oanh [8] nghiên cứ u để ứ ng duṇ g vâṭ liêụ composite trên xe t ải nhe ̣ KIA-THACO và đã báo cáo ở Hội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 12. Xe tải nhẹ KIA- THACO là một trong những dòng xe chiến lược của Công ty Cổ phần ô tô Trường Hải chuẩn bị cho thị trường AFTA sau năm 2018. Để làm được điều này, một trong những nhiệm vụ quan trọng là nội địa hóa các linh kiện của xe nhằm đạt tỷ lệ nội địa hóa trên 40%. Cụm cabin xe tải nhẹ- KIA THACO có chỉ số nội địa hóa lớn (5%) và một trong những chi tiết cần nội địa hóa là cảng chắn của đầu xe (front- bumper). Chi tiết này có yêu cầu đặc biệt cao về độ bền, độ chịu va chạm. Chi tiết này đã được sản xuất bằng vật liệu composite, sợi thủy tinh trên nền nhựa polyme. Bài báo này trình bày một nghiên cứu về tính toán độ bền và sức chịu va đập của cảng chắn làm bằng vật liệu composite của xe tải nhẹ KIA-THACO nhằm xác định các thông số kết cấu của cảng chắn, qua đó góp phần tối ưu hóa kết cấu chi tiết này. Các kết quả nghiên cứu nhận được sư ̣ cho phép ứng dụng trong thực tế để có thể chế tạo ra mẫu cảng chắn phù hợp với khả năng công nghệ vật liệu composite hiện nay. 5
19. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Ở Việt Nam đã có nhiều bồn chứa bằng nhưạ FRP (fiber reinforced polymer). Môṭ số công trình bồn chứ a composite ở Viêṭ Nam: Bồn xử lý nước thải FRP (hình 1.5) do Công ty cổ phần Đầu tư và Sản xuất Viêṭ Hàn cung cấp cho tâp̣ đoàn Gamuda Berhad của Malaixia về việc thiết kế, xây dựng nhà máy xử lý nước thải và xây dựng công viên Yên Sở ở phía Nam Hà Nội với khoản đầu tư 400 triệu USD [14]. Hình 1.5: Bồn xử lý nước thải FRP đang lắp đăṭ taị công viên Yên Sở Công nghệ biogas đã đem lại hiệu quả thiết thực, đến nay công nghệ này vẫn chưa phát triển mạnh và rộng khắp. Một số nguyên nhân là do: chưa có công nghệ hoàn chỉnh về mặt kỹ thuật, việc xây dựng, lắp đặt và sử dụng hầm chưa thuận lợi, chi phí đầu tư xây dựng hầm còn cao so với thu nhập của nông dân, việc thay thế, sửa chữa khó khăn do thiếu cơ sở dịch vụ kỹ thuật. Công tác sản xuất thiết bị và phụ kiện thay thế trong nước chưa được quan tâm. Để khắc phục tình hình trên, trong thời gian từ 2002 đến 2010, các nhà khoa học Trần Khắc Tuyến, Nguyễn Thị Mai Anh, Phạm Văn Duy thuộc Viện Khoa học năng lượng, Viện KH&CN Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu cải tiến công nghệ hầm biogas quy mô gia đình. Tập trung vào việc cải tiến cấu trúc hệ thống hầm biogas, ứng dụng vật liệu mới nhằm nâng cao chất lượng, hiệu suất, tăng tuổi thọ, thuận lợi trong xây lắp, sử dụng và hạ giá thành sản phẩm. Căn cứ vào kết quả điều tra thực tế, loại hộ nông dân có chăn nuôi 3-5 con lợn là phổ biến, vì vậy loại hầm biogas quy mô gia đình có 6
20. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN dung tích 4 m3 phù hợp với phần lớn hộ nông dân nước ta hiện nay và được lựa chọn để thiết kế chế tạo. Về kiểu dáng, đề xuất loại hình cầu vì có ưu điểm là tiết kiệm vật liệu, chịu lực, tăng cường khả năng phá váng và chống đóng cặn, chế tạo đơn giản. Vật liệu được chọn là vật liệu composite, một loại vật liệu có độ chống thấm rất cao. Trong thời gian lắp đặt thử nghiệm, mô hình hầm khí sinh học đã được cải tiến nhiều lần. Các mô hình ứng dụng bước đầu cho kết quả rất khả quan, hiệu suất sinh khí tốt. Hiện nay, các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học năng lượng đang hoàn thiện thiết kế hầm biogas, về cơ bản giống với các loại hầm truyền thống đã biết: hầm ủ được thiết kế theo kiểu lên men liên tục dạng hỗn hợp (phần dưới của hầm chứa dịch thể lên men, phía trên là ngăn trữ khí), có nắp cố định. Phần thân hầm có dạng hình trụ tròn xoay, phần đáy là hình chỏm cầu, phần trữ khí là bán cầu. Bể điều áp có dạng hình trụ tròn xoay (hình 1.6) [21]. Hình 1.6: Hầm bể biogas composite Vâṭ liêụ FRP đa ̃ đưa vào ứ ng duṇ g lần đầu tiên ở Viêṭ Nam năm 1988, khởi đầu là chiếc xuồng nhỏ dài trên 4 m. Hiêṇ nay rất nhiều tàu ghe thuyền, canô, tàu du lịch, tàu cá đã và đang sử dụng có hiệu quả [3]. 7
21. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Hình 1.7: Tàu Long Phú 17 Viện nghiên cứu chế tạo tàu thủy Trường Đại học Nha Trang luôn tìm tòi, sáng tạo những mẫu thiết kế mới, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của xã hội. Giữa tháng 1 vừa qua, chiếc tàu 2 thân bằng công nghệ composite đã được hạ thủy và bàn giao cho công ty cổ phần Du lịch Long Phú, đánh dấu thành công của dự án “Hoàn thiện quy trình công nghệ chế tạo tàu 2 thân composite phục vụ du lịch biển”. Tàu Long Phú 17 (hình 1.7) có chiều dài 17 m, rộng 7 m, cao 2 m, sức chứa khoảng 100 khách [24]. Các n ghiên cứ u trong nước cho thấy composite đươc̣ sử duṇ g trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhằm thay thế cho vật liệu truyền thống . Tuy nhiên nó chưa đươc̣ ứ ng duṇ g rôṇ g , đăc̣ biêṭ trong ngành công nghiêp̣ chế taọ ô tô chưa có đề tài nghiên cứu về lĩnh vực nhíp giảm xóc bằng vật liệu composite. 1.3.2. Ngoài nước: Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về nhíp giảm xóc bằng vật liệu composite. Và nhíp giảm xóc bằng vật liệu composite đang nghiên cứu chưa đưa vào trong sản xuất. Nhíp giảm xóc bằng composite cho xe Ford của Kev Elliott (hình 1.8) [26]. 8