Đánh giá độ bền uốn của ống composite bằng lý thuyết phá hủy Tsai-Wu và phương pháp phần tử hữu hạn 3D = Assessment of bending strength of composite tubes via Tsai-Wu failure theory and 3D fem

Abstract

Nghiên cứu này phân tích khả năng chịu uốn ba điểm của ống composite ba lớp sợi carbon đan lưới (Carbon Fiber 3K-240g) với nhựa HDPE làm chất kết dính, áp dụng tiêu chuẩn phá hủy Tsai-Wu 3D để đánh giá độ bền vật liệu. Mục tiêu là xác định giới hạn bền, kiểm chứng độ chính xác của mô hình Tsai-Wu 3D và đề xuất cải tiến thiết kế nhằm nâng cao độ bền. Phương pháp thực hiện mô phỏng số bằng phần mềm ANSYS để phân tích ứng suất, cơ chế phá hủy. Vật liệu ống có đặc tính cơ học cao: mô đun đàn hồi dọc E₁ = 230 GPa, mô đun ngang E₂ = 15 GPa, và cường độ kéo dọc Fₜ₁ = 2300 MPa. Kết quả cho thấy nguyên nhân chính gây phá hủy là mất ổn định do uốn ngang và tách lớp do ứng suất cắt lớn. Các giải pháp cải thiện bao gồm: tăng độ dày thành ống, đổi hướng sợi từ 0° sang ±45°, thay nhựa HDPE bằng epoxy hoặc nhựa nhiệt rắn, và tối ưu cấu trúc gia cường. Kết luận, tiêu chuẩn Tsai-Wu 3D là công cụ dự đoán phá hủy hiệu quả, hỗ trợ tối ưu hóa thiết kế trong ứng dụng kỹ thuật.