GIẢI PHÁP LẤY CẢM HỨNG TỪ SINH HỌC ĐỂ TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA ỐNG TRÒN

Bài báo này đề xuất và phân tích ba cấu hình thiết kế kết cấu của ống nhôm có cùng thể tích vật liệu, nhằm mục đích tăng cường khả năng chịu uốn mà không làm tăng khối lượng. Các cấu hình được nghiên cứu bao gồm: (1) ống trơn tiêu chuẩn, (2) ống có các phần giãn nở định kỳ, và (3) ống lấy cảm hứng từ sinh học mô phỏng tre với các vách ngăn bên trong được phân bố đều. Bài toán được mô hình hóa bằng lý thuyết dầm Euler-Bernoulli làm cơ sở cho các tính toán lý thuyết về độ võng và ứng suất. Ngoài ra, các mô phỏng số được thực hiện bằng Phương pháp Phần tử hữu hạn (FEM) trong Abaqus 6.13, sử dụng điều kiện tải dầm консоль (cố định ở một đầu, với lực tập trung ở đầu kia). Kết quả cho thấy, mặc dù độ cứng uốn tổng thể và mômen quán tính lý thuyết gần như giống nhau giữa ba cấu hình, nhưng sự khác biệt đáng kể trong phân bố ứng suất phát sinh do các đặc điểm hình học cục bộ. Cấu hình mô phỏng sinh học thể hiện ứng suất Von Mises cực đại thấp nhất (126,7 MPa), so với ống trơn (130,6 MPa), tương ứng với mức giảm khoảng 2,9%, cùng với độ dốc ứng suất mượt mà hơn dọc theo chiều dài ống. Nghiên cứu này đóng góp vào lĩnh vực thiết kế cấu trúc lấy cảm hứng từ sinh học đang phát triển cho các bộ phận chịu uốn như cánh tay robot, giá đỡ cơ khí và các bộ phận nhẹ, bền và dễ chế tạo. Kết quả có thể làm nền tảng cho các nghiên cứu trong tương lai về tối ưu hóa hình học, kiểm chứng thực nghiệm và phân tích mỏi.