Thiết lập quy trình và chương trình thử nghiệm mỏi kéo thuần túy vật liệu kim loại trên máy thử nghiệm mỏi LFV 500 HH (2)

Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (02/2020), 145-153 Transport and Communications Science Journal ESTABLISHMENT OF PROCEDURES AND PROGRAMS TO PERFORM TENSION FATIGUE TESTS FOR METALLIC MATERIALS ON LFV 500-HH FATIGUE TESTING MACHINE Nguyen Duc Toan, Do Duc Tuan* University of Transport and Communications, No Cau Giay Street, Hanoi, Vietnam ARTICLE INFO Received: 25/10/2019 Revised: 28/02/2020 Accepted: 28/02/2020 Published online: 29/02/2020 https://doi.org/10.25073/tcsj.71.2.9 * Corresponding author Email: ddtuan@utc.edu.vn; Tel: 0913905814 Abstract Walter+bai AG LFV 500-HH fatigue testing machine at the laboratory of University of Transport and Communications has many different features, including tension and tension – compression fatigue tests for metallic materials The tension – compression fatigue tests for metallic materials were firstly implemented in 2016 Nevertheless, tension fatigue tests on the machine have not been implemented yet In order to exploit the feature of the machine, further research is needed, including the establishment of procedures and programs for tension fatigue tests of metallic materials on the fatigue testing machine type LFV 500-HH The procedures and programs will be applied to test specific metallic materials, thereby determining fatigue curves and corresponding fatigue characteristics for training, scientific research and technology transfer Keywords: tension fatigue test, fatigue testing procedure, fatigue testing program, fatigue testing machine type LFV 500-HH © 2020 University of Transport and Communications 145 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số (02/2020), 145-153 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải THIẾT LẬP QUY TRÌNH VÀ CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM MỎI KÉO THUẦN TÚY VẬT LIỆU KIM LOẠI TRÊN MÁY THỬ NGHIỆM MỎI LFV 500-HH Nguyễn Đức Toàn, Đỗ Đức Tuấn* Trường Đại học Giao thông vận tải, số Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam THÔNG TIN BÀI BÁO Ngày nhận bài: 25/10/2019 Ngày nhận sửa: 28/02/2020 Ngày chấp nhận đăng: 28/02/2020 Ngày xuất Online: 29/02/2020 https://doi.org/10.25073/tcsj.71.2.9 * Tác giả liên hệ Email: ddtuan@utc.edu.vn; Tel: 0913905814 Tóm tắt Thiết bị thử nghiệm LFV 500-HH hãng Walter+bai AG Phòng thí nghiệm Trường Đại học Giao thơng vận tải có nhiều tính khác nhau, có tính thử nghiệm mỏi kéo kéo-nén vật liệu kim loại Việc thử nghiệm mỏi kéo-nén vật liệu kim loại thực lần vào năm 2016 Tuy nhiên việc thử nghiệm mỏi kéo túy thiết bị chưa thực Để khai thác tính thiết bị, cần tiếp tục nghiên cứu tiếp theo, có việc thiết lập quy trình chương trình thử nghiệm nghiệm mỏi kéo túy mẫu vật kim loại thiết bị thử nghiệm LFV 500-HH Quy trình chương trình thử nghiệm ứng dụng để tiến hành thử nghiệm loại vật liệu kim loại cụ thể, từ xác định họ đường cong mỏi đặc trưng mỏi tương ứng, phục vụ công tác đào tạo, nghiên cứu khoa học chuyển giao cơng nghệ Từ khóa: thử nghiệm mỏi kéo túy, quy trình thử nghiệm mỏi, chương trình thử nghiệm mỏi, máy thử nghiệm mỏi LFV 500 – HH © 2020 Trường Đại học Giao thông vận tải ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nước ngoài, nghiên cứu mỏi vật liệu kim loại đa dạng, phong phú tiến hành thiết bị chuyên dùng gồm: Thử nghiệm mỏi uốn túy quay tròn, chu kỳ đối xứng; Thử nghiệm mỏi uốn túy mặt phẳng; Thử nghiệm mỏi mẫu cơng-son quay trịn (uốn ngang phẳng); Thử nghiệm mỏi mẫu công-son với 146 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (02/2020), 145-153 lực P quay tròn; Thử nghiệm mỏi mẫu kéo kéo-nén; Thử nghiệm mỏi mẫu chịu xoắn, v.v [1,14,15] Ở Việt Nam, nghiên cứu mỏi vật liệu kim loại thiết bị thử nghiệm mỏi hạn chế, sở thí nghiệm trang bị thiết bị thử nghiệm mỏi uốn túy chu kỳ đối xứng Các kết nghiên cơng trình nước [2  9], kết thử nghiệm thiết bị thử nghiệm mỏi uốn túy, có thiết bị PWC-6, Fatigue Testing Machine [9] Việc thử mỏi kéo, kéo-nén xoắn thời gian gần chưa có điều kiện thực khơng có thiết bị Những năm gần đây, Trường đại học Giao thông vận tải trang bị thiết bị thử nghiệm LFV 500-HH hãng Walter+bai AG với nhiều chức khác nhau, có chức thử nghiệm mỏi kéo kéo-nén Lần thử nghiệm mỏi kéo-nén vật liệu kim loại thiết bị thực năm 2016 [10,11], việc thử nghiệm mỏi kéo túy chưa có điều kiện thực Vì vậy, để tiếp tục khai thác tính thiết bị, cần tiếp tục xây dựng quy trình chương trình thử nghiệm mỏi kéo túy vật liệu kim loại, làm sở cho việc tiến hành thử nghiệm cụ thể, từ xây dựng họ đường cong mỏi đặc trưng mỏi tương ứng, phục vụ trình đào tạo, nghiên cứu khoa học chuyển giao công nghệ Đây phần nội dung đề tài NCKH mã số T2019-CK-009 Tuy nhiên, điều kiện thiếu kinh phí để thử nghiệm mẫu vật liệu máy, nên đề tài giới hạn mức "thiết lập quy trình chương trình thử nghiệm ", áp dụng để thử nghiệm điều kiện cho phép CÁC BƯỚC CHUẨN BỊ CHO QUÁ TRÌNH THỬ NGHIỆM 2.1 Giới thiệu máy thử mỏi LFV 500-HH hãng walter+bai ag [12] Nước chế tạo: Thụy sỹ; Năm chế tạo: 2011 Máy thử mỏi LFV 500-HH; Cảm biến tải trọng GTM nhóm K; Bộ kẹp thủy lực song song SPG 500; Bộ nguồn thủy lực PAR-160; Bộ nguồn thủy lực cho kẹp NS19 09/9; Màn hình HP Compaq la 2205 wg; Hệ thống điều khiển số PCS 500; Bàn phím; Bàn máy tính 1400 x 800 mm; 10 Máy tính HP Compaq 6000; 11 Bộ điều khiển cầm tay Hình Máy thử mỏi LFV 500-HH Các thông số kỹ thuật cụ thể máy thể [12,13] 2.2 Thử nghiệm đặc trưng học - Chế tạo mẫu với kích thước yêu cầu kỹ thuật mẫu theo tiêu chuẩn hành - Thử nghiệm xác định đặc trưng học, bao gồm: giới hạn chảy  ch , giới hạn bền  b , modun đàn hồi E hệ số biến dạng  theo tiêu chuẩn hành 147 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (02/2020), 145-153 Việc thử nghiệm xác định đặc trưng học thực máy LFV 500HH với trợ giúp module DIONSTAT phần mềm DION PRO cài đặt kèm theo máy 2.3 Tiêu chuẩn mẫu thử nghiệm mỏi kéo Chế tạo mẫu với kích thước yêu cầu kỹ thuật mẫu theo tiêu chuẩn hành Đối với thử mỏi kéo, áp dụng tiêu chuẩn sau: a TCVN 8185:2009 (tương đương với ISO 1099:2006): Vật liệu kim loại – Thử mỏi – Phương pháp đặt lực dọc trục điều khiển (Metallic materials – Fatigue testing – Axial force-controlled method); b ASTM E 466: Standard practice for conducting force controlled constant amplitude axial fatigue tests of metallic materials Kích thước mẫu thử nghiệm xác định theo Tiêu chuẩn ASTM E 466, thể hình Hình Mẫu kim loại thử nghiệm kéo túy Q trình cơng nghệ chế tạo mẫu: Dùng thép có chiều dày 26 mm cắt thành có chiều dài 40 mm, sau gia cơng khí máy CNC đánh bóng theo kích thước vẽ (hình 2) THIẾT LẬP QUY TRÌNH THỬ NGHIỆM MỎI KÉO THUẦN TÚY TRÊN MÁY LFV 500-HH CỦA HÃNG WALTER+BAI AG 3.1 Quy trình thử nghiệm mỏi tổng quát [1] Nhìn trình thử nghiệm mỏi phụ thuộc vào mục đích việc nghiên cứu, hay nói khác phụ thuộc vào mục đích thử nghiệm Nếu mục đích thử nghiệm xây dựng đường cong mỏi hoàn chỉnh với phân bố giới hạn mỏi hữu hạn, quy trình tổng quát thử nghiệm mỏi tiến hành sau: Xác định số mức ứng suất để gia tải máy Thông thường định từ tới (hoặc 5) mức ứng suất giá trị trung bình giới hạn mỏi dự đốn  −1 , mức cách số gia  −1 = 0,1. −1 ; Trong lần thí nghiệm mẫu thử thứ nhất, người ta đặt tải trọng để ứng suất cực đại 1 mẫu vào khoảng 70% giới hạn bền Với giá trị sau số chu trình N1 mẫu bị gãy Với mẫu thí nghiệm thứ hai, người ta giảm tải trọng để có ứng suất cực đai  , tương ứng với nó, số chu trình làm gẫy mẫu tăng lên thành N2 Cứ tiếp tục thử nghiệm mức ứng suất lại; Mỗi mức ứng suất thể tiến hành từ đến 10 (hoặc từ đến 8) thí nghiệm cho loại mẫu Mỗi mẫu thí nghiệm cho số chu kỳ ứng suất tương ứng Ni Tìm giá trị trung bình N tb ,i thí nghiệm ấy; Tiến hành xác định giới hạn mỏi việc tiếp tục thí nghiệm khơng 10 mẫu theo phương pháp chia đôi giá trị xung quanh giá trị ứng suất ứng với chu kỳ sở N0 Nếu tiếp tục tiến 148 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (02/2020), 145-153 hành thí nghiệm với nhiều mẫu thử ta dựng đồ thị đường cong mỏi Voller (  − N ) Như vậy, quy trình thí nghiệm giảm dần ứng suất thay đổi mẫu để xem xét ứng xử vật liệu nào; Tiến hành xây dựng đường cong xác suất phá hỏng họ đường cong mỏi ứng với xác suất phá hỏng khác 3.2 Quy trình thử nghiệm mỏi kéo túy máy thử mỏi LFV 500-HH a Khởi động máy Việc bố trí thiết bị phịng thí nghiệm thử nghiệm mỏi kéo kéo – nén thể hình Hình Bố trí thiết bị phịng thí nghiệm thử nghiệm mỏi kéo kéo – nén Hình Biểu tượng phần mềm DION PRO - Đóng cầu giao tổng (đưa vị trí “ON”); - Xoay cầu giao nguồn thủy lực PAR-160 vị trí “ON”; - Xoay chìa khóa điện điều khiển (lắp cạnh máy thử) để bật nguồn cấp cho máy tính (đèn báo “ON” sáng); - Khởi động máy tính Sau máy tính khởi động xong, chạy phần mềm DION PRO (được cài sẵn máy tính) + Nếu phần mềm yêu cầu nhập password khơng cần nhập mà bấm chọn “OK” để sang bước + Tiếp theo phần mềm hiển thị cửa sổ lựa chọn thiết bị kết nối, để mặc định bấm chọn “online” để máy tính kết nối với máy thử mỏi điều khiển cầm tay - Vào trình đơn (menu) chọn “Cyclic program/New/Open” để mở chương trình thử nghiệm lập trình từ trước (chương trình lập trình mục 4) Cửa sổ giao diện chương trình xuất Hình Cửa sổ nhập password Hình Cửa sổ kết nối thiết bị 149 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (02/2020), 145-153 Hình Trình đơn tạo mở chương trình thử nghiệm Hình Chương trình thử nghiệm sau mở Để chắn phần mềm kết nối với máy thử mỏi, ta bấm chọn “Set up” cơng cụ cửa sổ chương trình Một cửa sổ hiển thị giá trị (lực, hành trình piston, …) máy thử xuất (cửa sổ “Manual mode Servo 1”) (hình 8) Kiểm tra thơng số điều khiển cầm tay xem có thay đổi giống cửa sổ vừa thị phần mềm hay không Nếu giá trị thay đổi giống phần mềm kết nối với máy thử - Khởi động bơm nước quạt gió hệ thống làm mát cách bật aptomat tương ứng (hình 3) - Khởi động động cách bấm chọn nút “EDC-M1 I/O” công cụ phần mềm Động bắt đầu chạy nút “EDC-M1 I/O” chuyển từ màu đỏ sang màu xanh Hình Khởi động động b Gá kẹp mẫu vật liệu Sau động khởi động, đưa mẫu vào kẹp thủy lực để kẹp chặt Tùy theo hình dạng mẫu thử mà sử dụng nêm kẹp khác Tuy nhiên, nêm kẹp kèm theo máy chủ yếu kẹp mẫu có dạng trụ trịn dẹt Nếu mẫu có hình dạng đặc biệt khác phải làm thêm đồ gá chuyên dùng Quá trình kẹp mẫu kẹp thuận tiện với việc sử dụng điều khiển lắp cạnh máy điều khiển cầm tay Hình 10 Nêm kẹp mẫu thử nghiệm dạng trụ tròn máy thử mỏi 150 Hình 11 Thiết bị đo độ dãn dài mẫu thử nghiệm Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue (02/2020), 145-153 c Hiệu chỉnh: Để ghi lại độ biến dạng dài mẫu, ta gá lên mẫu thử thiết bị đo độ dãn dài kèm theo máy - Trên cửa sổ “Manual mode Servo 1” bấm chọn “Zero” công cụ để cài đặt lại đưa thơng số (lực, hành trình piston, độ biến dạng) máy gốc d Thiết lập chế độ thử nghiệm Trên cửa sổ làm việc chương trình thử nghiệm lập trình (chương trình lập trình mục 4), để thiết lập lại chế độ tải trọng thử nghiệm ta thực sau: Tại dịng “002” chương trình, bấm chọn “Load1” Xuất cửa sổ cho phép thay đổi thông số chế độ gia tải: tốc độ gia tải (“Ramp abs Speed”), mức tải trọng lớn (“Endposition”); Tại dịng “005” chương trình, bấm chọn “Load1” Xuất cửa sổ cho phép thay đổi thông số chế độ tải trọng: tần số (“Frequency”), biên độ lực (“Amplitude”) e Chạy máy Sau thiết lập xong chế độ thử nghiệm, bấm nút “Start” công cụ phần mềm f Dừng máy Khi cần dừng máy lý đó, bấm nút “Stop+Standby (F4)” công cụ phần mềm Khi đó, muốn xem kết q trình thử nghiệm, truy cập trình đơn “Result-File” cửa sổ chương trình Xuất tệp tin chứa tồn kết thử nghiệm như: ngày, giờ, lực, hành trình piston, biến dạng dài mẫu, số chu trình tương ứng thực Để tắt máy hoàn toàn, ta thực ngược lại bước khởi động máy Hình 12 Bắt đầu, dừng xem kết thử nghiệm THIẾT LẬP CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM MỎI KÉO THUẦN TÚY TRÊN MÁY LFV 500-HH CỦA HÃNG WALTER+BAI AG Phần mềm DION PRO kèm theo máy khơng có sẵn modun tiêu chuẩn cho việc thử nghiệm mỏi mà cung cấp cho người dùng ngôn ngữ lập trình để tự tạo chương trình thử nghiệm theo yêu cầu thực tế việc thử nghiệm Dưới chương trình mà tác giả lập trình để đáp ứng yêu cầu việc thử mỏi kéo- nén Thiết lập thông số tệp tin lưu trữ liệu kết thử nghiệm (Result-File): Mask XXXXX.XX XXXXX.XX XXXXX.XX Print out Part XXXXX.XX Thu nghiem moi keo 2019 Comment Nguyen Duc Toan Comment Records per Buffer 1000 Print out Definition Buffers per Ringfile Colonne 13 14 15 16 Saving on Variable Print out Part 151 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số (02/2020), 145-153 Print out Definition Colonne Variable Chrono STime K1/1 K2/1 Mask XXXXX.XX XXXXX.XX XXXXX.XX XXXXX.XX Comment Comment Print out Definition Colonne Variable K3/1 K5/1 K6/1 K7/1 Mask XXXXX.XX XXXXX.XX XXXXX.XX XXXXX.XX Comment Comment Print out Definition Colonne 10 11 12 Variable K8/1 CCount1 LCount1 TCount1 Mask XXXXX.XX XXXXX.XX XXXXX.XX XXXXX.XX Comment Comment Print out Definition Colonne 17 18 19 20 Variable Mask XXXXX.XX XXXXX.XX XXXXX.XX XXXXX.XX Comment Comment Print out Definition Colonne 21 22 23 24 Variable Mask XXXXX.XX XXXXX.XX XXXXX.XX XXXXX.XX Comment Comment Thiết lập thông số hiển thị đồ thị theo dõi trình thử nghiệm: X-Axis Time repetitive 0.000 8.000 Y-Axis Servo Load1 0.00 80.00 kN 001 Utility Zero Load1 Zero Stroke1 Zero Strain1 Thiết lập thông số chế độ thử nghiệm: 002 Load1 Ramp abs Speed 700.000 N/s Endposition 40.70 kN Abort Endposition 003 Limits Outer Load1 Display 7.80