NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ QUẤN VỎ COMPOSITE TRÒN XOAY CHỊU ÁP LỰC TRONG
Kỹ thuật cơ khí động lực
Luận án tập trung nghiên cứu giải pháp kết cấu và công nghệ quấn vỏ composite tròn xoay chịu áp lực trong, một xu thế phát triển quan trọng trong ngành vật liệu và kết cấu. Vật liệu composite cốt sợi độ bền cao được ưu tiên nhờ độ bền riêng và mô đun đàn hồi riêng vượt trội so với vật liệu truyền thống, mang lại các kết cấu bền, cứng vững, nhẹ và an toàn hơn. Mối quan hệ chặt chẽ giữa vật liệu, kết cấu và công nghệ trong chế tạo composite là yếu tố then chốt.
Mặc dù có nhiều nghiên cứu trên thế giới về thiết kế vỏ tròn xoay composite chịu áp lực bằng công nghệ quấn, nhưng tại Việt Nam lĩnh vực này còn ở giai đoạn đầu. Đề tài đặt mục tiêu xây dựng cơ sở khoa học và công nghệ cho quá trình thiết kế, chế tạo vỏ trụ có hai đáy chịu áp lực từ vật liệu composite đơn hướng theo sơ đồ quấn phẳng.
Nội dung nghiên cứu bao gồm việc tìm hiểu kết cấu, vật liệu và công nghệ chế tạo vỏ composite tròn xoay bằng phương pháp quấn; xây dựng mô hình toán thiết kế vỏ trụ composite có đáy nhận được bằng phương pháp quấn; và thực nghiệm chế tạo bình áp lực composite dạng trụ có đáy bằng phương pháp quấn phẳng.
Kết quả nghiên cứu đã hệ thống hóa mô hình lý thuyết cho vỏ trụ chịu áp lực từ composite cốt sợi, đồng thời xây dựng mô hình toán thiết kế vỏ trụ composite có đáy được quấn phẳng. Luận án đã xác định được phạm vi giới hạn của các tham số hình học ban đầu (độ lệch tâm e, chiều dài phần trụ L, góc quấn ban đầu γ) theo điều kiện không trượt của sợi, đặc biệt cho thấy quấn phẳng phù hợp với các trường hợp có các tham số này nhỏ. Cụ thể, đối với quấn ướt ([λ] ≈ 0,2), e ≤ 0,21.R, L ≤ 3,8.R và γ ≤ 38°; đối với quấn khô ([λ] ≈ 0,4), e ≤ 0,38.R, L ≤ 7,5.R và γ ≤ 45°. Luận án cũng đã thiết kế, chế tạo một thiết bị quấn phẳng đơn giản và thực nghiệm chế tạo vỏ trụ composite có thể tích 1,0 lít, áp suất phá hủy 10 MPa, từ sợi thủy tinh E/nền epoxy, khẳng định sự phù hợp và tin cậy của mô hình toán với sai số không quá 10%.
Những đóng góp mới của luận án bao gồm việc hệ thống hóa và bổ sung cơ sở khoa học cho thiết kế bình áp lực composite hình trụ có đáy tại Việt Nam, xây dựng mô hình toán cho vỏ trụ quấn phẳng với miền thông số hình học ban đầu, và đề xuất quy trình, thiết bị chế tạo sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật.