Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI--- NGUYỄN SỸ TÀI TÍNH TỐN ĐỘ BỀN CỦA MƠ HÌNH MŨ AN TỒN CÔNG NGHIỆPLUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ Trang 2 BỘ GIÁ
TỔNG QUAN
Các báo cáo và th ng kê v s ố ề ự ảnh hưở ng c ủa mũ ATCN đến NLĐ
Năm 2018, Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội thông báo rên toàn quốc đã x y ra 7.997 v tai n n lả ụ ạ ao động (TNLĐ) làm 8.229 người bị ạn, trong đó: n
- S ố người chết vì TNLĐ: 1.039 người (trong đó, khu vực có quan h ệ lao động:
622 người, gi m 6,6% so vả ới năm 2017; khu vực người lao động làm vi c ệ không theo hợp động lao động: 417 người, tăng 59,16% so với năm 2017);
Trong năm 2018, cả nước ghi nhận 972 vụ tai nạn lao động chết người, trong đó có 578 vụ xảy ra trong khu vực có quan hệ lao động, giảm 10,8% so với năm 2017 Đồng thời, khu vực người lao động làm việc không theo hợp đồng lao động ghi nhận 394 vụ, tăng 57,6% so với năm trước.
Số người thương nặng hiện tại là 1.939 người, trong đó khu vực có quan hệ lao động ghi nhận 1.684 người, tăng 0,18% so với năm 2017 Bên cạnh đó, khu vực lao động làm việc không theo hợp đồng lao động có 255 người, tăng 8,97% so với năm 2017.
Trong năm 2023, tổng số nạn nhân là lao động nữ đạt 2.667 người, trong đó 2.489 người thuộc khu vực có quan hệ lao động, tăng 7,42% so với năm 2017 Ngược lại, khu vực lao động không có hợp đồng ghi nhận 178 người, giảm 56,58% so với năm 2017.
Hình 1 S u th ng kê tai n ố liệ ố ạn lao độ ng t ừ năm 2016 đế n 2018
Hàn Quốc nổi bật với sự phát triển và chú trọng đến an toàn lao động, coi đây là chính sách quan trọng hàng đầu Hiện nay, nước này được biết đến như một nhà cung cấp nhiều sản phẩm nổi tiếng và chất lượng trên thị trường, bao gồm cả Việt Nam với các thương hiệu như COV, HANKO Do đó, bên cạnh việc phát triển thị trường, các cơ quan quản lý Hàn Quốc cũng đặc biệt chú trọng đến nghiên cứu cơ sở khoa học và xây dựng phương pháp, công bố các chỉ số liên quan.
Năm 2018, nhóm nghiên cứu gồm Sung Hun Kim, Changwon Wang, Se Dong Min và Seung Hyun Lee đã công bố công trình về hệ thống quản lý mạo hiểm an toàn cho công nhân trong ngành xây dựng Báo cáo chỉ ra rằng tình trạng tai nạn lao động do tai nạn dẫn đến tử vong do chấn thương bộ phận đầu đã tăng 4,5% vào năm 2017, nguyên nhân chủ yếu là do việc sử dụng máy móc an toàn không đúng cách.
Hình 2 Thố ng kê tai n ạn lao độ ng t i Hàn Qu ạ ốc năm 2016
Bộ Lao động và Bộ Y tế Hàn Quốc đã xây dựng nhiều tiêu chí và hướng dẫn cụ thể nhằm đảm bảo việc sử dụng an toàn thực phẩm Các tiêu chuẩn này không chỉ giúp nâng cao chất lượng thực phẩm mà còn bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Hình 3 Hướ ng d n thao tác khi s d ẫ ử ụng Mũ ATCN đúng cách
KOSHA là đơn vị duy nhất tại Hàn Quốc chuyên về an toàn lao động và có chức năng được phép thử nghiệm các chất lượng PTBVCN, bao gồm cả ẩm ATCN.
Hình 4 H ệ thố ng th nghi ử ệm độ ền va đập Mũ ATCN tạ b i KOSHA c M
Hoa Kỳ nổi bật với nhiều chính sách quan trọng về an toàn lao động, đảm bảo quyền lợi cho người lao động Các phương pháp bảo vệ cá nhân (PTBVCN) trong sản xuất đều được thực hiện theo quy trình nghiêm ngặt và yêu cầu kinh phí đầu tư đáng kể.
Sang Chul Kim 1, Young Sun Ro 2, Sang Do Shin 3 và Joo Yeong Kim 4
Tạp chí “Ứ S c kh e c ỏ ộng đồng” đã đăng bài viết về tác động của việc không đội mũ bảo hiểm đối với chấn thương sọ não Báo cáo chỉ ra rằng tỷ lệ tai nạn gây chấn thương sọ não ở Hàn Quốc là 20%, trong khi đó tỷ lệ này ở Việt Nam là 14% trong tổng số người chết do tai nạn mỗi năm.
Hình 5 Ảnh hưở ng c a ch ủ ấn thương s o v ới chiều cao khi tương tác ũ m ATCN
1.2 Các quy định liên quan đến m ATCN ũ
An toàn lao động luôn là một vấn đề quan trọng được xã hội và nhiều ban ngành quan tâm Để đảm bảo an toàn trong sản xuất, việc sử dụng các biện pháp bảo vệ là cần thiết, trong đó mũ an toàn công nghiệp đóng vai trò quan trọng Mũ an toàn công nghiệp không chỉ bảo vệ đầu người lao động khỏi chấn thương do vật rơi mà còn giúp ngăn ngừa các nguy hiểm khác như điện và hóa chất Vì vậy, chất lượng của mũ an toàn công nghiệp cần được chú trọng để đảm bảo hiệu quả bảo vệ tối ưu cho người lao động.
Hiện nay, nhiều văn bản quy phạm pháp luật đã được các cơ quan quản lý nhà nước ban hành và đang có hiệu lực áp dụng, liên quan đến các quy định và tiêu chuẩn về thu hút đầu tư, yêu cầu đối với an toàn công nghiệp.
Thông tư Số 04/2014/TT-BLĐTBXH, ban hành ngày 12 tháng 02 năm 2014, quy định về việc hướng dẫn thực hiện chế độ bảo vệ cá nhân, trong đó nhấn mạnh việc bắt buộc sử dụng mũ an toàn công nghiệp cho các đối tượng tham gia vào các công việc cụ thể.
- QCVN 06:2012/BLĐTBXH do Ban soạn th o quy chu n kả ẩ ỹ thu t qu c gia v ậ ố ề
Mũ an toàn công nghiệp được quy định bởi Thông tư số 04/2012/TT-BLĐTBXH, ban hành ngày 16 tháng 02 năm 2012 bởi Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội Thiết bị này được thẩm định và đảm bảo tiêu chuẩn an toàn lao động, góp phần bảo vệ sức khỏe người lao động trong môi trường làm việc.
- TCVN 2603 – 87 quy định v yêu cề ầu “Mũ bảo h ộ lao động cho công nhân hầm lò”
- TCVN 6407 : 1998 tương đương với ISO 3873 : 1977 quy định v ề “yêu cầu k ỹ thuật và phương pháp thử cho mũ an toàn công nghiệp”
- Thông tư 28/2012/TT-BKHCN ngày 12/12/2012 c a B ủ ộ KHCN quy định v ề hướng dẫn “Công bố hợp quy mũ bảo h ộ lao động”
Các nghiên c ứu liên quan đến mũ ATCN
1.3.1 Nghiên cứu trong nước. Ở Vi t Nam chệ ất lượng của mũ an toàn công nghiệp trong nhiều năm nay được quan tâm như đã ban hành các tiêu chuẩn TCVN 26 -1987 và TCVN 6407-03
Năm 1998, các chỉ tiêu chất lượng được quy định trong quy chuẩn QCVN 06:2012/BLĐTBXH do Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội ban hành đã được áp dụng để giám sát chất lượng mũ Những nghiên cứu liên quan đến độ bền và tính an toàn của mũ bảo hộ công nghiệp cũng đã được thực hiện nhằm đảm bảo tiêu chuẩn an toàn cho người lao động.
Năm 1985, KS Nguyễn Quốc Chính và cộng sự đã nghiên cứu mũ chống chấn thương sọ não, đề xuất hệ thống chế độ tiêu chuẩn kỹ thuật cho mũ phù hợp với điều kiện Việt Nam Họ đã xây dựng đồng bộ hệ thống thiết bị thử các tiêu chuẩn kỹ thuật của mũ, trong đó sử dụng lực kéo và hệ thống cảm biến để đo độ giảm chấn của mũ, đảm bảo độ tin cậy cao trong việc xác định thời gian bảo trì của thân mũ thay vì xác định tốc độ bảo trì của vật liệu.
Năm 2003, TS Lưu Văn Chúc và cộng sự đã phát triển hệ thống đánh giá chất lượng mũ an toàn công nghiệp hiện đại, tương đương với các tiêu chuẩn của Nhật Bản và Hàn Quốc Hệ thống này bao gồm nhiều thiết bị quan trọng, như thiết bị đo độ bền va đập, giám sát chấn và đâm xuyên với dải đo từ 1-10kN và sai số ≤ 7% Ngoài ra, còn có thiết bị đo độ bền cháy và thiết bị đo độ cứng nén ngang.
Do đó việc giám sát chất lượng của mũ an toàn công nghiệp đã được th c thi trong ự vài năm gần đây
Hình 6 Thi t b ế ị thử nghi ệm Mũ ATCN
Năm 2010, Nguyễn Th Thu Th y và cộng sự đã xây dựng quy trình thực nghiệm xác định thời gian sử dụng mũ an toàn công nghiệp ngoài trời tại Việt Nam Nghiên cứu này đã xác định được thời gian sử dụng của các loại mũ phổ biến hiện nay.
Năm 2009, TS Phạm Thị Bích Ngân cùng các cộng sự đã nghiên cứu khả năng chống nóng của hai loại mũ bảo hộ lao động, bao gồm mũ màu trắng và màu xanh Bên trong mũ có lớp xốp mỏng (khoảng 2 cm) giúp giảm nhiệt độ.
Hình 8 Mũ ATCN có lớ p x p (Hàn Qu ố ốc)
Hình 9 Mũ ATCN không có lớ p x p (Vi t Nam) ố ệ
Năm 1989, Nagata [17] đề xu t các yêu c u cho m t chiấ ầ ộ ếc mũ được đội trong suốt mùa hè đó là:
- V t li u s n xuậ ệ ả ất mũ phải ph n x t t b c x ả ạ ố ứ ạ nhiệ ừ ặt t m t tr i, ví d , màu ờ ụ trắng ho c v i m t b m t ph ng và nh n ặ ớ ộ ề ặ ẳ ẵ
- H s truy n nhi t th p cho các v t liệ ố ề ệ ấ ậ ệu làm thân mũ;
- Thông gió hoặc không gian mái vòm đủ ộng để ngăn chặ r n s ự gia tăng nhiệt độ và độ ẩ m giữa thân mũ và đầu
Năm 1976, Fonseca nghiên cứu ảnh hưởng của khe thông gió trong mũ bảo hộ ATCN đến truyền nhiệt bay hơi Tác giả xác định rằng việc tăng diện tích khe thông gió từ 67% đến 47% sẽ làm tăng đáng kể khả năng truyền nhiệt bay hơi Ngoài ra, lợi ích của hệ thống thông gió còn được thể hiện khi mũ bảo hộ không chỉ giảm nhiệt độ mà còn cải thiện sự thoải mái cho người sử dụng.
Năm 1988, Abeysekera và Shahnavaz đã nghiên cứu lợi ích của mũ ATCN thông gió trong phòng thí nghiệm và khu khai thác Kết quả cho thấy mũ thông gió ít nóng hơn và giảm thiểu tình trạng đổ mồ hôi so với mũ không có thông gió.
Năm 2009, M.T Halimi và cộng sự đã tiến hành mô phỏng sự trao đổi nhiệt và độ ẩm của mũ an toàn công nghiệp Nghiên cứu này nhằm hỗ trợ các nhà thiết kế trong việc tối ưu hóa các tính chất nhiệt của mũ, đồng thời phân tích ảnh hưởng của độ ẩm và độ dày lớp lót đến nhiệt độ vi khí hậu bên trong mũ.
Yêu c u k thu ầ ỹ ật và phương pháp thử Mũ ATCN
1.4 Yêu c u kầ ỹ thuật và phương pháp thử Mũ ATCN
Mũ ATCN hiện nay rất đa dạng về chủng loại và mẫu mã, đáp ứng nhu cầu sử dụng trong các ngành nghề khác nhau Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng mũ ATCN rất lớn, chủ yếu từ các lĩnh vực xây dựng, cơ khí và viễn thông Các sản phẩm mũ ATCN được cung cấp bởi nhiều cơ sở sản xuất trong nước như doanh nghiệp Thùy Dương và doanh nghiệp chế tạo Uông Bí, cũng như nhập khẩu từ các thương hiệu nước ngoài như COV (Hàn Quốc) và 3M (Mỹ) Dù sản xuất trong nước hay nhập khẩu, mũ ATCN đều phải đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng an toàn.
Vậ ệu làm mũt li
Yêu cầu đố ớ ậ ệu làm mũi v i v t li
- V t liậ ệu làm thân mũ cần có độ ền cơ lý cao, phả b i gi đưữ ợc tính ch t ấ này trong su t th i gian s d ng ố ờ ử ụ
Vật liệu làm mũ phải đảm bảo không chứa chất độc hại và không phân hủy do tác động của môi trường Các dung dịch sử dụng để sản xuất mũ cần phải an toàn, không tạo ra các chất độc hại trong không gian bên trong mũ và không gây kích thích khi tiếp xúc với da.
- V t liậ ệu làm mũ phải b n về ới xăng dầu, d u khoáng, các chầ ất điện phân (axit, kiềm…), nước nóng và các dung d ch th ị ử
- V t liậ ệu thân mũ khi cháy cần không được b n tung tóe, t o gi t, t c ắ ạ ọ ố độ ch y c a mả ủ ẫu v t liậ ệu thân mũ không quá 50mm/phút.
- V t liậ ệu làm thân mũ không đượ ạc t o tia lửa điện khi va ch m v i kim ạ ớ lo i.ạ
- V t li u tậ ệ ạo mũ cần b n, ho c k ề ặ ỵ nước
- V t liậ ệu thân mũ có tính chất cách điện cao
Vật liệu làm mũ thường sử dụng polyethylene tỉ trọng cao (PEHD) và Acrylonitrin butadien styren (ABS), cùng với các loại nhựa khác như Polyester, polyamit (PA) và polycarbonate (PC) Trong đó, nhựa ABS và PEHD được sử dụng phổ biến nhất Các mẫu mũ bảo hiểm ATCN đến từ Hàn Quốc, Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan chủ yếu được sản xuất từ hai loại nhựa này Tuy nhiên, tại Việt Nam, các nhà sản xuất thường không công bố rõ ràng về vật liệu làm mũ.
18 mũ, song theo nhãn mác dán trên một vài loại mũ, vật li u s dệ ử ụng cũng thường được gi i thi u là ABS ớ ệ
K t cế ấu mũ hiện nay
Trong tiêu chu n thì k t cẩ ế ấu mũ cần ph ải:
- Mũ phải thu n ti n không c n tr tậ ệ ả ở ới thao tác của người lao động
- Mũ cần có k t c u hoàn ch nh (ph i có 3 bế ấ ỉ ả ộ phận cơ bản: thân mũ, các bộ phận bên trong, quai mũ)
- Thân mũ phải có hình b u d c, nh ng chi tiầ ụ ữ ết đưa ra cần u n tròn.Cho phép ố bên ngoài thân mũ có mộ ố ạt s c nh c ng ứ
Cần thiết phải có các bộ phận như bệ giảm chấn, vành đệm đầu, các khóa và dây điều chỉnh bên trong Những chi tiết này cần phải tháo lắp dễ dàng và cho phép điều chỉnh độ rộng, độ nông sâu để phù hợp với kích thước đầu người sử dụng.
- Mũ cần đượ ảc s n xu t theo nhi u c khác nhau (c ấ ề ỡ ỡ mũ chính là độ dài theo chu vi c a củ ầu mũ được tính b ng cm) ằ
- Trọng lượng mũ hoàn chỉnh không được quá 400-450g
- Mức độgiảm th ị trường do mũ không được quá 8%
- Lưỡi trai mũ không được dài quá 55mm và góc nghiêng t -ừ20 32 0
- Mũ phải an toàn với năng lượng va đập là 50J
- Mũ phải đảm b o phân b u t i trả ố đề ả ọng va đập kh p b m t ti p xúc vắ ề ặ ế ới đầu Độ ả gi m ch n cấ ủa mũ phải…
- Thân mũ không được có các chi ti t dế ẫn điện, mũ phả ền điện…….i b
- Kho ng không vành khuyên (kho ng không giả ả ữa vành đai mũ và thân mũ) không được nh ỏ hơn 5mm và lớn hơn 25mm.
Kho ng không an toàn không được nhỏ hơn 25mm, và khi thử độ bền va đập, kho ng không an toàn không được nhỏ hơn 5mm.
1.4.2 Chỉ tiêu k thu t và yêu cỹ ậ ầu đố ới Mũ ATCNi v
Mũ an toàn công nghiệp là thiết bị bảo vệ cá nhân thiết yếu, giúp bảo vệ đầu của người lao động khỏi chấn thương do vật rơi hoặc các nguy cơ khác như điện và hóa chất Việc sử dụng mũ an toàn không chỉ đảm bảo an toàn lao động mà còn góp phần nâng cao hiệu quả công việc trong môi trường làm việc có nhiều rủi ro.
Yêu c u kầ ỹ thu t trong các tiêu chuậ ẩn được th ể hiện b ng mằ ột lo t các ch ạ ỉ tiêu, nhóm các ch ỉ tiêu như sau:
- Nhóm các ch tiêu v k t cỉ ề ế ấu:
+ Độ ả gi m th ị trường ( s ít tiêu chu n) ở ố ẩ
+ Độ ề b n của băng chị ự ở ốu l c ( s ít tiêu chu n) ẩ
- Nhóm các ch tiêu b o v b t buỉ ả ệ ắ ộc:
5 Lớp hấp thụ va đập
- Nhóm các ch tiêu b o v ỉ ả ệ để ự l a ch n: ọ
+ Độ ề b n hoá ch t ( s ít tiêu chu n) ấ ở ố ẩ
Các chỉ tiêu bắt buộc áp dụng cho tất cả các loại mũ ATCN, cũng như các chỉ tiêu lựa chọn áp dụng cho các loại mũ có yêu cầu riêng về tính năng bảo vệ Bảng 2 trình bày yêu cầu kỹ thuật cần thiết của mũ ATCN theo tiêu chuẩn của Việt Nam và một số nước khác.
B ng 1 YCKT c ả ủa mũ ATCN trong TCVN và mộ ố nướ t s c trên th gi i ế ớ
TT Chỉ tiêu kỹ thuật
I Các chỉ tiêu về kết cấu, vật liệu
6 Độ bền của các băng chịu lực
7 Độ bền mối liên kết của giảm chấn và thân mũ
I I Các chỉ tiêu bảo vệ bắt buộc
1 Độ bền va đập Không bị hư hỏng khi chịu va đập 50J
Không bị hư hỏng khi chịu va đập
Không bị hư hỏng khi chịu va đập 80J
Không bị hư hỏng khi chịu va đập m: 3,6kg h: 1,524m
T o chuẩn và 34 0 C năng lượng va đập 50J
F tr 5kN năng lượng va đập 50J
F tr 5kN năng lượng va đập 50J
F tr 4450N vật va đập m = 5kg h 1m
Mũi đâm xuyên 30J không chạm đầu
Mũi đâm xuyên 30J không chạm đầu
Mũi đâm xuyên 30J không chạm đầu m:1,875kg h: 730mm sâu đâm xuyên
10mm, 15mm m:0,45kg h:3,048m sâu đâm xuyên
11,1mm m=3 kg h=1 m Mũi đâm xuyê n khôn g chạ m đầu
4 Độ bền cháy t Bc 5" t c 15" - t c : 5" 76,2 mm/ph t c 60" l mẫu:
75mm t Bc 5" III Các chỉ tiêu bảo vệ để lựa chọn
3 Độ bền va đập bên
- TCVN 2603- 87: Mũ BHLĐ cho công nhân mỏ ầ h m lò
- OCT 12.4.087 80 Mũ cho thợ xây d ng, yêu c u k thu ự ầ ỹ ật.
- OCT 12.4.128 83 Mũ bảo v , yêu c u kệ ầ ỹ thuật chung và phương pháp thử
- TCVN 6407 - 1998 mũ an toàn công nghiệp.
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TOÁN H C CỌ ỦA PHƯƠNG PHÁP
2.1 Khái ni m chung cệ ủa phương pháp.
Phương pháp phần tử hữu hạn (PP PTHH) là một kỹ thuật số hiệu quả để tìm ra nghiệm gần đúng của một hàm chưa biết trong miền xác định của nó Tuy nhiên, PP PTHH không tìm ra nghiệm chính xác cho hàm cần tìm trên toàn bộ miền xác định mà chỉ trong các miền con thuộc miền xác định đó Phương pháp này rất thích hợp với các bài toán vật lý và kỹ thuật, trong đó hàm cần tìm được xác định trên những miền phức tạp có nhiều vùng với đặc tính hình học và vật lý khác nhau, cũng như các điều kiện biên khác nhau Phương pháp ra đời từ trực quan phân tích kết cấu, được phát biểu một cách chặt chẽ và tổng quát như một phương pháp biến phân.
Phương pháp này dựa trên việc áp dụng kỹ thuật phân rã các miền liên tục của bài toán Các miền liên tục này được chia thành nhiều miền con (phân tách) Những miền này được liên kết với nhau thông qua các điểm nút Trên từng miền con, sử dụng biến đổi tương đương với bài toán được giải quyết dựa trên các hàm giải trên từng phân tách, đảm bảo thỏa mãn điều kiện trên biên cùng với sự cân bằng và liên tục giữa các phân tách.
Các hàm xấp xỉ được biểu diễn qua các giá trị của hàm tại các điểm nút trên phân tán Những giá trị này được gọi là các bậc tự do của phần tử và được xem là nền tảng tìm kiếm của bài toán.
Trong việc giải phương trình vi phân thường, thách thức đầu tiên là xây dựng một phương trình xấp xỉ với phương trình cần được nghiên cứu Có rất nhiều cách để thực hiện việc này, mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng Phương pháp phân tích hàm là sự lựa chọn tốt cho việc giải phương trình vi phân từng phần, nhưng cần phải chú ý đến những yêu cầu về tính chính xác và độ ổn định trong toàn miền.
N i dung c ộ ủa phương pháp
Phương pháp phầ ử ữn t h u h n có nạ ội dung như sau: Để ả gi i m t bài toán biên ộ trong mi n V, ta chia thành m t s h u h n các mi n con (j = 1, , n) sao cho hai ề ộ ố ữ ạ ề
25 miền con b t kì không giao nhau và ch có th ấ ỉ ể chung nhau đỉnh ho c các c nh M i ặ ạ ỗ miền con được g i là m t ph n t h u họ ộ ầ ử ữ ạn
Người ta nghiên cứu bài toán biên ban đầu trong một không gian hữu hạn chiều với các hàm số thỏa mãn điều kiện biên nhất định trên toàn miền V Có thể chọn cơ sở của không gian này gồm các hàm số ψ1(x), , ψn(x) có giá trị trong một số hàm số liên tục Nghiệm bài toán biên ban đầu được tìm dưới dạng: c1ψ1(x) + + cnψn(x), trong đó các ck là các số cần tìm.
Việc tìm các nghiệm của phương trình đại số với ma trận thưa thường được thực hiện do tính dễ giải của chúng, khi chỉ có các phần tử khác không nằm trên đường chéo chính và trên một số đường song song Các phần tử thưa có thể được coi như đường thẳng hoặc đường cong để áp dụng cho các miền có dạng hình học phức tạp Phương pháp này cũng có thể được sử dụng để giải quyết các bài toán biên tuyến tính, phi tuyến và các bất phương trình.
Ứ ng d ng c ụ ủa phương pháp phầ n t h u h n ử ữ ạ
V i s h cớ ự ỗtrợ ủa máy tính điệ ử phương phápn t , ph n t h u h n ầ ử ữ ạ đang đượ ửc s d ng r ng rãi và có hi u qu trong nhiụ ộ ệ ả ều lĩnh vực như lí thuyết đàn hồi và dẻo, cơ h c ch t lọ ấ ỏng, cơ học v t rậ ắn, cơ học thiên thể, khí tượng thuỷ văn, v.v
Phương pháp phần tử hữu hạn là công cụ quan trọng trong các bài toán cơ học, bao gồm cơ học kết cấu và cơ học môi trường liên tục Phương pháp này giúp xác định trường ứng suất và biến dạng của vật thể một cách chính xác.
Phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng trong vật lý học để giải quyết các phương trình sóng, bao gồm các lĩnh vực như vật lý plasma, truyền nhiệt, và động lực học chất lỏng Ngoài ra, nó cũng được sử dụng để nghiên cứu các trường điện từ.
2.3.1 Trình t phân tích giự ải bài toán theo phương pháp PTHH
Bước 1: R i r c hóa mi n kh o sát ờ ạ ề ả
Trong bước này, mi n khề ảo sát V được chia thành các mi n con ề hay thành các ph n t có hình d ng thích hầ ử ạ ợp.
Trong bài toán cụ thể, số phần tử và hình dạng hình học của phần tử phải được xác định rõ ràng Số điểm nút mới của phần tử không được làm mất các thông tin mà tùy thuộc vào hàm xếp hình chất liệu địa phương.
Các ph n t ầ ử thường có d ng hình hạ ọc đơn giản như hình dưới đây (hình 12):
Hình 11 Các d ng hình h ạ ọc đơn giả n c a ph n t ủ ầ ử Bước 2: Ch n hàm x p x thích h p ọ ấ ỉ ợ
Vì đại lượng cần tìm là chưa biết, nên ta cần sắp xếp các thông số một cách đơn giản để thuận tiện cho việc tính toán bằng máy tính, đồng thời phải đảm bảo các điều kiện tiêu chuẩn Thông thường, các đại lượng này được chọn ở dạng đa thức.
R i bi u di n hàm x p x theo m t t p h p giá tr và có th có c ồ ể ễ ấ ỉ ộ ậ ợ ị ể ả các đạo hàm c a nó t i các nút ph n t ủ ạ ầ ử q e
Bước 3: Xây dựng phương trình phần t , hay thi t l p ma trử ế ậ ận độ ứ c ng ph n t ầ ử
Có nhiều cách thiêt lập, bao gồm thiêt lập trực tiếp, sử dụng nguyên lý biên phân, các phương pháp biên phân khác, Kết quả thu được có thể biểu diễn một cách hình thức như một phương trình phần tử: K e q e = P e , cho phép người dùng dễ dàng nắm bắt và áp dụng trong thực tế.
Bước 4 : Ghép n i các ph n t ố ầ ử trên cơ sở mô hình tương thức mà k t qu là h ế ả ệ thống phương trình:
: là ma trận độ ứ c ng t ng th (hay ma tr n h sổ ể ậ ệ ố toàn miền)
q : là véc tơ tập h p các giá tr ợ ị đại lượng c n tìm t i các nút (còn g i là ầ ạ ọ véc tơ chuy n v nút t ng th ) ể ị ổ ể
P : là véc tơ các số ạ h ng t do t ng th ự ổ ể (hay véc tơ tả ổi t ng th ) ể
R i s dồ ử ụng các điều ki n biên c a bài toán, mà k t qu ệ ủ ế ả nhận được là h ệ phương trình sau: K *
. q * = P * Đây chính là phương trình hệ ố th ng hay còn gọi là phương trình để ả gi i
Bước 5 : Gi i h ả ệ phương trình đạ ối s
V i bài toán tuy n tính vi c gi i h ớ ế ệ ả ệ phương trình đạ ố là không khó khăn i s
Kết quả của bài toán tìm kiếm chuyển động của các nút trong đồ thị phụ thuộc vào việc xác định các bước di chuyển Tuy nhiên, với bài toán phi tuyến, sự chính xác của kết quả sẽ được cải thiện sau mỗi lần lặp qua các bước mà ma trận độ ứng có sự thay đổi.
thay đổi (trong bài toán phi tuy n vế ật lý) hay véc tơ lực nút P thay đổi (trong bài toán phi tuy n hình hế ọc)
M i ph n t ỗ ầ ử có các đặc trưng sau: họphầ ử ậc n t , b t do, s nút v.v Tên c a mự ố ủ ỗi phầ ử ẽ ể ện đặc trưng củn t s th hi a ph n tửầ theo nh ng mặt trên ữ
M t trong nh ng khác bi t lộ ữ ệ ớn nhất đố ới v i các h ọ phầ ửn t là lo i hình h c gi ạ ọ ả định c a mỗ ọ ử ụủ i h s d ng
Có các h ọ phần t sau: h ử ọ phầ ửn t khối, h ọ phầ ử ỏ ọn t v , h phần t d m, h ử ầ ọ phần t thanh v.v M i h ử ỗ ọ phần t u có nhử đề ững đặc trưng khác nhau, được s ử d ng trong các k t c u khác nhau ụ ế ấ
Bậc tự do (DOF) là những biến số cơ bản trong tính toán phân tích Đối với một mô phỏng chuyển động, các bậc tự do thường là dịch chuyển và quay tại các nút Một số cấu trúc như dầm và vòm có bậc tự do là các chuyển động quay Trong mô phỏng truyền nhiệt, bậc tự do là nhiệt độ tại mỗi nút Do đó, việc sử dụng phân tích khác nhau sẽ dẫn đến bậc tự do khác nhau.
Chuyển vị, nhiệt độ và các biến động khác trong phần trước chỉ được tính toán tại các nút của phần tử Tại bất kỳ điểm nào khác của phần tử, chuyển vị thu được bằng cách nội suy các chuyển vị tại các nút Thông thường, việc nội suy xác định biến đổi tại các nút sử dụng trong phần tử.
Phần tử có các nút tại các đỉnh của nó, chẳng hạn như khối 8 nút, sử dụng phép nội suy tuyến tính để tính toán theo mỗi hướng Đây được gọi là phần tử tuyến tính hoặc phần tử bậc nhất.
Phần t v i các nút gi a mặt bên, như khốử ớ ở ữ i 20 nút (hình 18.b) s d ng ử ụ phép n i suy bộ ậc hai và được g i là ph n t b c hai ọ ầ ử ậ
Phần thiết kế diện với các nút giữa mặt bên có 10 nút sử dụng một thay đổi phép nội suy bậc hai, được gọi là phân tán bậc hai thay đổi.
Hình 13 Phầ ử n t khố i tuy n tính, kh i b c hai và kh i t di n ế ố ậ ố ứ ệ
XÂY DỰNG MÔ HÌNH MŨ ATCN VÀ SỬ Ụ D NG
Phân tích độ ền mô hình Mũ ATCN bằ b ng ph n m m ANSYS ầ ề 32 3.3 Mô hình hóa 3D và quy trình gi ải các bài toán cho Mũ ATCN
ANSYS (Anaslysis System) là một gói phần mềm phân tích hoàn chỉnh, được sử dụng để mô phỏng và tính toán thiết kế công nghiệp Phần mềm này đã và đang được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật như kết cấu, điện tử và tương tác giữa môi trường với các hệ vật lý.
ANSYS có nhiều mô đun phục vụ cho các phân tích kỹ thuật khác nhau, bao gồm tính toán độ bền chi tiết, kết cấu cơ học, nhiệt và dòng chảy khí Người dùng có thể chọn mô đun phù hợp dựa trên yêu cầu cụ thể của bài toán Mô đun Ansys Workbench cho phép người dùng tạo mô hình 3D mạnh mẽ, tương tự như các phần mềm thiết kế 3D khác như Inventor, SolidWorks và Catia Khi sử dụng Ansys Workbench để mô hình hóa 3D, quá trình mô phỏng sẽ chính xác hơn so với việc sử dụng các phần mềm khác.
Hình 15 ao di n ph n m m ANSYS Gi ệ ầ ề
Môi trường ANSYS Workbench tích hợp tất cả các quy trình mô phỏng thành một nền tảng duy nhất, cho phép người dùng tương tác dễ dàng với các quá trình phân tích Người dùng có thể thực hiện các ngữ cảnh khác nhau và tìm kiếm các kết quả được lưu trữ trong những quy trình đã tạo ra trong suốt quá trình phân tích Sự liên kết chặt chẽ giữa các thành phần chưa từng có trước đây đã tạo ra một trải nghiệm người dùng mượt mà và hiệu quả.
33 dàng được cài đặt và th m chí gi i quyậ ả ết được nh ng bài toán mô ph ng v t lý phữ ỏ ậ ức t p ạ
Here is the rewritten article in Vietnamese, broken down into coherent paragraphs that comply with SEO rules:Việc xây dựng và tương tác với các hệ thống phức tạp là rất cần thiết, đòi hỏi người dùng phải có khả năng phân tích và hiểu rõ các bước trong quá trình phân tích Để thực hiện mô phỏng cơ bản, người dùng có thể dùng cách kéo và thả biểu đồ, phân tích kế hoạch tĩnh, và sử dụng các hệ thống phân tích phù hợp trong hộp thoại.Các hệ thống cá thể bao gồm nhiều ô, mỗi ô thể hiện một giai đoạn hoặc một bước riêng biệt trong quá trình phân tích Làm việc xuyên suốt hệ thống cao tầng, người dùng có thể hoàn thành phân tích của mình, bắt đầu với tham biến kết quả mô hình CAD ban đầu và tiếp tục thông qua quá trình xử lý kết quả mô phỏng.Khi mỗi bước được hoàn thành, tiến trình được thể hiện một cách rõ ràng và cập nhật liền mạch Chuyển file và dữ liệu được quản lý toàn bộ trong khung hệ thống, và dữ liệu được lưu trữ an toàn được cập nhật liên tục trong khung đó Các phân tích phức tạp hơn có thể được xây dựng bằng cách kết nối nhiều hệ thống với nhau.Người dùng đơn giản chỉ cần kéo một hệ thống mới vào hệ thống hiện tại trong biểu đồ, và sau đó, các hệ thống ống đa môi trường được xây dựng bằng cách kéo thả một cách đơn giản.
Môi trường ANSYS Workbench cho phép theo dõi sự tương tác giữa các kiểu dữ liệu khác nhau trong dự án Khi có sự thay đổi ở ô trên, biểu đồ hệ thống số liệu dưới cũng sẽ được cập nhật để phản ánh những thay đổi này Cập nhật dự án cơ học giúp truyền đạt những thay đổi một cách hiệu quả và đồng bộ trong suốt quá trình phân tích, từ đó rút ngắn thời gian và đảm bảo yêu cầu chính xác trong các phân tích trước đó.
Tham biến có khả năng quản lý ở cấp độ dự án, cho phép thay đổi mô hình hình học CAD, các tham biến hình học, thông số vật liệu và giá trị điều kiện biên Nhiều tham biến có thể được định nghĩa một cách cao cấp và quản lý như những điểm thiết kế trong trang dự án của ANSYS Workbench Các hệ thống thiết kế có thể được kết nối với những tham biến này để tối ưu hóa quá trình thiết kế.
34 ở cùng cấp độ ự án này để ự độ d t ng hóa thi t kế ế, nhưng là thiết k theo kinh ế nghi m, tệ ối ưu hóa mục tiêu c a thi t k sáu sigma ủ ế ế
ANSYS Workbench là một bước tiến lớn trong quá trình mô phỏng kỹ thuật số Trong hệ thống khung phần mềm đầy sáng tạo này, các nhà phân tích có thể thực hiện nhiều công nghệ mô phỏng khác nhau, bao gồm tích hợp các gói công cụ cho việc tích hợp CAD, chỉnh sửa hình học và chia lưới.
Mô hình đồ án mượt mà hướng dẫn người dùng từng bước trong các phân tích phức tạp, tự động hóa các quá trình phân tích và làm rõ các quan hệ giữa các biến Đồng thời, tham biến và môi trường mô hình liên kết trong sự kết nối chặt chẽ, phục vụ cho việc tối ưu hóa và nghiên cứu thống kê của các kỹ sư, nhằm đạt được thiết kế hiệu quả và nhanh nhất.
3.3 Mô hình hóa 3D và quy trình giải các bài toán cho Mũ ATCN
Sử dụng phần mềm Catia, các biên dử ủa mũ ATCN được xây dựng để phù hợp với các đặc điểm tính năng kỹ thuật Tác giả tập trung vào việc thiết kế sao cho mũ có thể đáp ứng hiệu quả trong quá trình sử dụng.
Sau khi sử dụng phần mềm CATIA, tác giả đã xây dựng thành công mô hình 3D của mũ ATCN với các thông số kỹ thuật quan trọng: chiều dài 290 mm, chiều rộng 215 mm và chiều cao 140 mm.
Hình 17 Mô hình 3D mũ ATCN
T mô hình 3D này s ừ ẽ cho ra được b n v chi ti t 2D c a mô hình m ATCN ả ẽ ế ủ ũ
Hình 18 B n v chi ti t mô hình m ATCN ả ẽ ế ũ
Mô hình mũ ATCN được xây dựng dựa trên mẫu mũ thực tế có trên thị trường và đã được đánh giá tại PTN PTBVCN Viện Khoa học An toàn và Vệ sinh lao động Các thông số về đo ngoại quan của mũ ATCN đến từ hãng Bullard USA được trình bày chi tiết.
Hình 19 Mũ ATCN hãng Bullard – USA
B ng 2 YCKT và ngo ả ại quan đo đượ c c ủa mũ Bullard – USA
STT Chỉ tiêu cần xác định Yêu c u k thu t ầ ỹ ậ K t qu ế ả đo được
2 Khe h ởthẳng đứng 25mm ≤ Hd ≤ 50mm Hd = 47mm
3 Khe h xung quanh ở 5mm ≤ Hq ≤ 20mm Hq = 13mm
4 Chi u sâu bên trong ề Hs≥ 90mm Hs = 136mm
7 Chi u dày lề ớp mũ h= 2.8mm
3.3.2 Các bước gi i bài toán ả
Hiện nay theo tìm hiểu đa phần các cơ sở ả s n xuất đang xây dựng mô hình khép kín cho ra đời m t s n phộ ả ẩm như sau:
Chu trình thiết kế sản phẩm ẩm tại cơ sở sản xuất đã tạo ra nhiều lỗ hổng trong quá trình thiết kế, dẫn đến sản phẩm không đáp ứng tiêu chuẩn và chất lượng quy định Việc này xảy ra do thiếu sót trong tính toán và mô phỏng các phần mềm chuyên ngành Chính vì vậy, quy trình thiết kế cho mô hình ATCN cần được cải thiện và xây dựng quy mô chặt chẽ hơn.
Hình 21 Sơ đồ quy trình hướng đế n cho s n ph m ả ẩ
TÍNH TOÁN ĐỘ B N Ề MŨ BẰ NG PH N M M ANSYS Ầ Ầ
Các bước đặt điề u ki ện ban đầ u
4.1.1 Đưa mô hình 3D ũ ATCN vào môi trườm ng Ansys
Mô hình mũ ATCN được xây dựng trên môi trường Catia và chuyển sang môi trường Ansys chu n b t các ràng buđể ẩ ị đặ ộc.
Hình 22 Đưa mô hình 3D mũ ATCN vào môi trườ ng Ansys
4.1.2 Gán d ữliệu ban đầu: v t liậ ệu, đơn vị…
Thư viện ANSYS Workbench cung cấp một loạt các loại vật liệu phổ biến như thép, sắt, đồng, nhôm, nhựa tổng hợp và bê tông, kèm theo thông số chi tiết cho từng thành phần Ngoài ra, người dùng có thể tự định nghĩa các vật liệu không có trong thư viện hoặc không đáp ứng tiêu chuẩn yêu cầu cho mô hình của mình.
Trong bài viết này, vật liệu phổ biến cho mũ an toàn công nghiệp thường là ABS và HDPE Tác giả quyết định chọn vật liệu ABS cho nghiên cứu của mình.
Lớp vỏ cứng của nón bảo hiểm được chế tạo từ vật liệu Acrylonitrile Butadiene Styrene (nhựa ABS) Trong nghiên cứu này, mô hình vật liệu ABS được khai báo trong chương trình LS DYNA với loại MAT_PIECEWISE_PLASTICITY - LINEAR.
Thông số vật liệu được trình bày trong bảng
THÔNG SỐ VẬT LIỆU CỦA MŨ AN TOÀN CÔNG NGHIỆP
Chỉ tiêu Đơn vị ABS
Khối lượng riêng Kg/mm3 8E-7
Modul đàn hồi GPa 2 Ứng suất chảy GPa 0.004
B ng 3 Thông s ả ố liên quan đế n v t li u ABS ậ ệ
Hình 23 Thông s v t li u và kh ố ậ ệ ối lượng đo bằ ng Ansys
Khi áp dụng dữ liệu vào mô hình mũ ATCN, phần mềm cho phép đo lường các thông số như thể tích, khối lượng và tọa độ tại các điểm m.
K t qu ế ả đo được trên ph n m m cho phầ ề ần thân mũ là m"1,26 g
4.1.3 Đặ ảt t i tr ng và ràng bu c cho mô hình phân tích ọ ộ
Trước khi phân tích mô hình, cần thiết lập tải trọng và ràng buộc ANSYS Workbench cung cấp nhiều loại tải trọng, bao gồm áp suất, lực phân bố đều và không đều, momen, trọng lượng, lực quán tính và lực ly tâm.
40 liên kết sau: Cố định, hoán vị, hoán vị từ xa, nền đàn hồi, ràng buộc trên mặt trụ, ràng buộc trên mặt cầu.
Hình 24 Đặt các ràng buộc liên kết cho mô hình mũ ATCN
Hình 25 t các l c và t i tr Đặ ự ả ọng lên mô hình mũ ATCN
4.1.4 Tiến hành chia l i cho mô hình ướ
Tạo lưới là một bước quan trọng trong phân tích thiết kế Quá trình tạo lưới tự động trong ANSYS Workbench tạo ra lưới dựa trên kích thước của các phần.
Kiểm soát lưới là một yếu tố quan trọng trong thiết kế kỹ thuật, giúp xác định kích thước các phần tử cho chi tiết máy, bề mặt, cạnh và đỉnh Mức sai lệch trong quá trình kiểm soát lưới cũng ảnh hưởng đến độ chính xác và hiệu quả của sản phẩm cuối cùng.
ANSYS Workbench tự động ước lượng kích thước phần tử cho mô hình, dựa trên thể tích, diện tích bề mặt và các yếu tố hình học khác Kích thước lưới được xác định bởi hình dạng và kích thước của mô hình, cỡ phần tử, dung sai lưới, chế độ kiểm soát lưới và điều kiện tiếp xúc.
Trong luận văn này, chúng tôi đề xuất phương án chia lưới tứ diện cho mũ an toàn công nghiệp, nhằm đảm bảo tính chính xác trong việc phân tích và tính toán.
Giả i các bài toán
4.2.1 Bài toán va đập gi m ch ả ấn
Yêu c u c a ầ ủ tiêu chuẩn thử nghiệm
- Trọng lượng của vật va đập : M = 5,0+ 0,1 kg
- Mặt va đập hình cầu có bán kính: R = 48 mm
- Độ cao vật thử rơi : H = 1 000 mm ± 5 mm
- Cho vật va đập rơi xuống trung tâm đỉnh thân mũ với năng lượng va đập
50 J, năng lượng này đạt được do vật va đập rơi từ độ cao 1 000 mm ± 5 mm
- Kết quả quá trình chuyển vị sau khi phân tích trên Ansys thu được như sau
Hình 27 Kết quả độ chuyển vị sau va chạm
Từ kết quả độ chuyển vị ta thấy mũ bị biến dạng tại vị trí đo được lớn nhất có độ lõm là ymax = 8,0737mm
- Kết quả ứng suất khi phân tích được trên Ansys
Kết quả phân tích ứng suất sau va chạm cho thấy ứng suất lớn nhất đạt được tại vị trí Max là σ max = 281,41 Mpa, như thể hiện trong bảng kết quả ứng suất trên ô hình mũ ATCN.
Dựa vào bảng kết quả ứng suất từ mô hình mũ an toàn công nghiệp, ứng suất lớn nhất được ghi nhận tại vị trí Max với giá trị σ max = 281,41 Mpa.
Dựa vào bảng kết quả chuyển vị, mô hình mũ an toàn công nghiệp cho thấy chuyển vị lớn nhất xảy ra tại vị trí giữa mũ trong vùng màu đỏ đậm nhất Với khoảng cách chiều sâu bên trong mũ lớn nhất có thể và khe hở tổng cộng giữa băng cầu và khuôn đầu xấp xỉ 10 mm, giá trị chuyển vị lớn nhất ymax = 8,0737 mm vẫn nằm trong giới hạn cho phép, đảm bảo rằng kết cấu mũ an toàn công nghiệp vẫn đáp ứng điều kiện an toàn.
Theo TCVN 6407:1998, điều kiện đạt của mũ yêu cầu lực truyền xuống khuôn đầu không vượt quá 5,0 kN và khoảng cách chuyển vị tối đa là 10 mm Kết quả phân tích cho thấy các yêu cầu này được thỏa mãn trong điều kiện cho phép.
Yêu c u c a tiêu chu n th nghi m ầ ủ ẩ ử ệ
- Trọng lượng của vật rơi : M = 3,0 + 0,05 kg
- Bán kính cầu của đỉnh : 0,5 mm
- Chiều cao nhỏ nhất của phần hình côn : 40 mm
- Độ cứng đầu đỉnh : giữa 50 và 45 độ cứng Rockwell
- Độ cao vật thử rơi : H = 1 000 mm ± 5 mm
Thử nghiệm độ bền của mũ bằng cách gắn chặt mũ vào đầu giả và thả một vật từ độ cao nhất định Quan sát xem vật rơi có va chạm vào mũ hay không; nếu không xảy ra va chạm, mũ đạt yêu cầu về độ bền.
Kết quả phân tích bằng phần mềm Ansys cho thấy giá trị chuyển vị lớn nhất ymax = 8.0437mm
Hình 29 Kết quả độ chuyển vị sau khi thử đâm xuyên
Còn ứng suất lớn nhất đạt được tại vị trí Max có: σ max = 484,72 Mpa
Hình 30 K t qu ng su t sau va ch ế ả ứ ấ ạm đâm xuyên
D a vào b ng k t qu ng su t trên mô hình mự ả ế ả ứ ấ ũ an toàn công nghi p ta th y ệ ấ ứng su t l n nhấ ớ ất đạt đượ ạ ị trí Max có: σ max = c t i v 484,72 Mpa
Here is the rewritten paragraph:"Đảm bảo an toàn công nghiệp là yếu tố quan trọng nhất trong quá trình chế tạo mũ bảo hiểm Khoảng cách chi tiết sâu bên trong của mũ ở mức cao nhất có thể và việc khớp nối với băng cầu và khuôn đầu x 10 mm cho phép đạt giá trị ymax = 8.0437mm trong vùng giới hạn cho phép, đảm bảo đáp ứng điều kiện an toàn công nghiệp."
So sánh với điều kiện đạt chuẩn của mũ bảo hiểm, vật đâm xuyên không được va chạm vào đầu người Theo TCVN 6407:1998, kết quả phân tích cho thấy mũ bảo hiểm đạt yêu cầu trong các điều kiện cho phép và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Yêu c u c a tiêu chu n th nghi m ầ ủ ẩ ử ệ
- Mũ phải được thử ép ngang (tai này ngang tai kia) giữa hai má ép song song có dẫn hướng, có đầu dưới bán kính 10 mm.
- Độ biến dạng ngang tối đa của mũ không được quá 40 mm
Trong giai đoạn 1, cần ép mũ giữa hai má sao cho vành mũ nằm ở phía ngoài và hai má ép sát với mũ nhất có thể Áp dụng lực ban đầu 30 N theo phương vuông góc với các má ép để mũ bị ép ngang Sau 30 giây, tiến hành đo khoảng cách giữa hai mặt ép.
Kết quả cho thấy ũ ATCN giá trị chuyển vị lớn nhất ymax = 2.6295mmm (Độ nén biến dạng tổng c ng 2 bên là : ộ = 5.29 mm)
Hình 31 Kết quả độ chuyển vị ép ngang ở điều kiện F0N, t0s Còn ứng suất lớn nhất đạt được tại vị trí Max có: σ max = 7,6521 Mpa
Hình 32 Ứng suất đo được khi ép ngang ở điều kiện F0N, t0s
Gia tăng lực ép với tốc độ 100 N / phút tới khi đạt được 430 N và giữ lực này trong
30 giây, sau đó lại đo khoảng cách giữa hai má ép (biến dạng ngang lớn nhất)
Hình 33 K t qu chuy n v ế ả độ ể ị tăng lự c ép v i t ớ ốc độ 100 N / phút t ới khi đạt được
K t qu trên ta th m ATCN ế ả ấy ũ ở giai đoạn này thì giá tr chuyị ển v l n nh t ymax = ị ớ ấ 15,118 mm (Độ nén bi n d ng t ng c ng 2 bên là : ế ạ ổ ộ 0.236 mm)
Trong quá trình thử nghiệm, áp lực được áp dụng với tốc độ 100 N/phút cho đến khi đạt 430 N và duy trì trong 30 giây Ứng suất tối đa ghi nhận ở giai đoạn này là 63,168 MPa, đạt tại vị trí cực đại.
Lực được giảm xuống 25 N và ngay lập tức phải tăng lên 30 N và giữ lực này trong
30 giây, sau đó lại đo khoảng cách giữa hai má ép (biến dạng dư lớn nhất)
Hình 35 Kết quả độ chuyển vị khi lực được giảm xuống 25 N và ngay lập tức phải tăng lên 30 N và g ữ ự i l c này trong 30 giây
K t qu trên ta th m ATCN ế ả ấy ũ ở giai đoạn này thì giá tr chuyị ển v l n nh t ymax = ị ớ ấ 5,2591 mm (Độ nén bi n d ng t ng cế ạ ổ ộng 2 bên là : = 10,5182 mm)
Hình 36 Ứng suất khi khi lực được giảm xuống 25 N và ngay lập tức phải tăng lên 30
N và giữ lực này trong 30 giây
Còn ứng suất ở giai đoạn này đạt lớn nhất đạt được tại vị trí max có: σ max 15,304 Mpa
Dựa vào bảng kết quả ứng suất trên mô hình mũ an toàn công nghiệp, quá trình tác động lực theo phương pháp ép ngang được chia thành ba giai đoạn rõ ràng Ứng suất thu được ở từng giai đoạn lần lượt là: giai đoạn 1 với σ max = 7,6521 Mpa, giai đoạn 2 với σ max = 63,168 Mpa, và giai đoạn 3 với σ max = 15,304 Mpa.
Dựa vào bảng kết quả chuyển vị mô hình mũ an toàn công nghiệp, chuyển vị lớn nhất tại ba giai đoạn của mũ ATCN nằm trong vùng màu đỏ đậm nhất Cụ thể, độ chuyển vị lần lượt là: giai đoạn 1 (ymax = 2.6295mm), giai đoạn 2 (ymax = 15.118mm), và giai đoạn 3 (ymax = 5.2591mm) Đối với độ nén của mũ, các giá trị tương ứng ở ba giai đoạn là: 5.29mm, 30.236mm, và 10.5182mm.
TCVN 6407:1998 quy định độ biến dạng ngang tối đa của mũ không được quá 40 mm (ở giai đoạn 2) và độ biến dạng dư không được quá 15 mm ( ở giai đoạn
3) là m ũ ATCN đạt chất lượng thì so sánh v i k t qu ớ ế ảphần mềm ta th y k t qu ấ ế ả trên th a mãn vỏ ới điều kiện quy định ở TCVN 6407:1998 khi k t qu ế ả đo được ở phần mềm có giá tr ị = 30.236 mm < 40mm (độ ế bi n d ng ạ ở giai đoạn 2) và 10,5182 mm < 15 mm (độ biến dạng dư ở giai đoạn 3) Để mô phỏng lại quá trình biến dạng của mũ trong cả 3 giai đoạn, tác giả kết hợp với Excel vẽ được đồ thị dựa trên các số liệu từ phần mềm để làm rõ hơn
Hình 37 Đồ thị chuyển vị quá trình ép ngang.
So sánh v i k t qu ớ ế ả thự c nghi m ệ
4.3.1 Giới thi u v H ệ ề ệthống th nghiử ệm Mũ ATCN
Viện Khoa học An toàn và Vệ sinh lao động được chỉ định đánh giá chất lượng các phương tiện bảo vệ cá nhân (PTBVCN), bao gồm thử nghiệm an toàn công nghiệp (ATCN) Hệ thống ống này đã được đưa vào sử dụng và kiểm định chất lượng cho toàn bộ PTBVCN trong và ngoài nước theo tiêu chuẩn TCVN 6407:1998.
Hình 38 Hình Thi t b ế ị thử nghi ệm độ ền va đập và độ ền đâm xuyê b b n
Hình 39 Hình Thi t b ế ị thử nghi ệm độ ề b n ép ngang
4.3.2 So sánh k t quế ả th c nghi m ự ệ
4.3.2.1 So sánh k t qu bế ả độ ền va đập
B ng 4 T ng h p k t qu b ả ổ ợ ế ả độ ền va đậ p
KẾT QUẢ PHÂN TÍCH BẰNG PHẦN
KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM
Chuyển vị lớn nhất ymax = 8,0737mm Mũ được gá đặt và thử va đập trên hệ thống PTN
53 Ứng su t l n nh t ấ ớ ấ σ max = 281,41 Mpa Đồ ị th sau thí nghi m cho th y l c xung ệ ấ ự lớn nh là kho ng 3400 Nất ả
B ng 5 So sánh KQTN b n v ả độ ề a đậ p gi a s d ng Ansys và t i PTN ữ ử ụ ạ
KHI S D NG ANSYS Ử Ụ ĐÁNH GIÁ THỰC NGHI M T I Ệ Ạ
- Thử trên mô hình đã thiế t k và s ế ử d ng ph n mụ ầ ềm Ansys để ử th nghi m ệ
- Cho ra k t qu chuyế ả ển v c a quá trình ị ủ tác động vật rơi lên mũ bằng hình nh ả
Giá trị chuyển vị lớn nhất của mũ đạt 8,0737mm, phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 6407:1998 Mức độ chuyển vị này nhỏ hơn khoảng cách tiêu chuẩn quy định giữa cữ đầu mũ và đỉnh mũ là 10mm, đảm bảo chất lượng của sản phẩm.
- K t qu ng su t lế ả ứ ấ ớn nhất thu được được hi n th b ng hình nh phân tích ể ị ằ ả
Giá tr ị ứng su t l n nh t : ấ ớ ấ σ max 281,41 Mpa
- Thử ự tr c tiếp trên mũ thật và quá trình th ửthực hi n trên h ệ ệthống thử nghiệm đã được xây d ng và ự lắp đặt.
Phần mềm kiểm tra nén với PC cho ra kết quả đồ thị quá trình thử và giá trị lực nén đo được là 3400N Giá trị này nằm trong giới hạn cho phép, nhỏ hơn 5KN theo quy định của TCVN 6407:1998.
- Thời gian th nghi m nhanh, d thao ử ệ ễ tác, yêu c u v thi t b ầ ề ế ị đơn giản, có th ể xem l i quá trình th , k t qu thông ạ ử ế ả qua video ghi l ại.
- D ễ kiểm soát và điều ch nh cho phù ỉ h p trong quá trình thi t k cho ra ợ ế ế để s n ph m phù h p và t chả ẩ ợ đạ ất lượng
Thời gian thử nghiệm kéo dài hơn do cần chuẩn bị và thực hiện các quy trình thử nghiệm, bao gồm việc giảm mẫu, vận chuyển và lưu kho Thiết bị thử nghiệm đồng bộ và chuyên dụng là rất cần thiết trong quá trình này.
- Việc điều ch nh lúc này là khó do ỉ s n phả ẩm đã đượ c s n xuả ất, đi kèm là toàn b h ộ ệ thống khuôn mẫu, thi t bế ị…
- Hai phương pháp thử trên Ansys v i mô hình 3D và th ớ ử mũ thậ ạt t i PTN đều cho ra k t qu là n m trong gi i h n cho phép theo TCVN ế ả ằ ớ ạ 6407:1998
- Ở Ansys cho ra biểu đồ ề độ v chuyển v và ng su t l n nh t, còn th c ị ứ ấ ớ ấ ở ự t ếthử nghi m tệ ại PTN cho ra đồ ị ự th l c xung
Dựa trên các so sánh đối chiếu, tác giả nhận thấy rằng việc sử dụng Ansys là một phương pháp hiệu quả và hoàn toàn có thể áp dụng trong quá trình thử nghiệm.
4.3.2.2 So sánh k t qu bế ả độ ền đâm xuyên
B ng 6 T ng h p k t qu b ả ổ ợ ế ả độ ền đâm xuyên KẾT QUẢ PHÂN TÍCH BẰNG
KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM Ứng suất lớn nhất σ max = 484,72 Mpa
Theo tiêu chuẩn TCVN 6407:1998, sau khi thả vật rơi xuống mũ bảo hiểm và quan sát bề mặt bên trong, nếu mũi đâm xuyên của vật nhọn không chạm vào đầu giả (chuông báo chạm đặt dưới đầu không kêu), điều này chứng tỏ rằng mũ bảo hiểm đã chịu được tác động của vật rơi.
- Chuyển v l n nh t ymax = 8.0437mm ị ớ ấ - Tiến hành đo thực t vùng b ế ị đâm xuyên, k t qu ế ả đo được độ sâu tương đối là h= 7 mm
B ng 7 So sánh KQTN b ả độ ền đâm xuyên giữ a s d ng Ansys và t i PTN ử ụ ạ
KHI S D NG ANSYS Ử Ụ ĐÁNH GIÁ THỰC NGHI M T I Ệ Ạ
- Thử nghi m trên mô hình và b ng phệ ằ ần mềm Ansys
- Cho ra k t qu bế ả ằng hình nh v i kả ớ ết
- Thử nghiệm trên mũ thật và b ng ằ h ệthống th nghiử ệm.
- S d ng quan sát b ng mử ụ ằ ắt
56 qu biả ểu đồ quá trình chuy n v , giá tr ể ị ị chuyển v l n nh t là: ymax = ị ớ ấ
- K t qu ng suế ả ứ ất được hi n th bể ị ằng hình ảnh, giá tr l n nh t là: ị ớ ấ σ max = 484,72 Mpa
- Quá trình th nghiử ệm nhanh, đơn giản và d s d ng, có th xem l i quá trình ễ ử ụ ể ạ thử và k t qu qua hình nh ghi lế ả ả ại được
Có thể điều chỉnh và xây dựng lại mô hình để đạt được kết quả như mong muốn Thường xuyên quan sát giá trị đo được độ sâu lún tại vùng bờ bãi lõm với độ sâu h = 7 mm.
- Quá trình th nghi m th i gian ử ệ ờ lâu, th c hi n b t bu c trên h ự ệ ắ ộ ệ thống có đầy đủ thi t b và quan ế ị sát b ng mằ ắt thường, th công ủ
- Không th xây dể ựng và điều chỉnh khi mũ đã đượ ảc s n xu t ấ
Cả hai phương pháp đều cho kết quả đạt chất lượng theo TCVN 6407:1998, với độ sâu vùng bị đâm xuyên nằm trong giới hạn quy định, cụ thể là nhỏ hơn 10 mm.
Sử dụng phần mềm Ansys mang lại kết quả rõ ràng hơn với biểu đồ chuyển vị và biểu đồ ứng suất, đồng thời thời gian phân tích nhanh và linh hoạt Trong khi đó, phương pháp thử nghiệm thực tế yêu cầu phải có hệ thống phức tạp, hiệu quả kém và kết quả thường phải theo dõi bằng mắt thường Nếu muốn đo độ lõm trên mẫu, cần phải thực hiện đo thủ công, điều này có thể dẫn đến sai số lớn.
- Độ sai s ố tương đối giữa hai phương pháp là: = 12.97 %
4.3.2.3 So sánh k t qu b n ép ngang ế ả độ ề
B ng 8 T ng h p k t qu b n ép ngang ả ổ ợ ế ả độ ề KẾT QUẢ PHÂN TÍCH BẰNG PHẦN
KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM
- Chuyển vị ớ l n nh t ymax = 2.6295mm ấ Độ nén bi n d ng t ng c ng 2 bên là : ế ạ ổ ộ
- Ứng suất lớn nhất σ max = 7,6521 Mpa
- Giai đoạn 1: Mũ được gá đặt vào h ệ thống và đặt điều ki n lệ ực ban đầu F
- Sau t 0s s dử ụng thước kẹp đo độ biến d ng t ng c ng là ạ ổ ộ = 6 mm
- Giai đoạn 2: Tăng 100 N / phút tới F430 N và giữ lực này trong 30s
- Chuyển vị lớn nhất ymax = 15,118 mm Độ nén biến dạng tổng cộng 2 bên là :
- Ứng suất lớn nhất σ max = 63,168 Mpa
- Giai đoạn 2: Ti p tế ục tăng 100N/p t i F= 430 N và gi l c này trong ớ ữ ự 30s
- Đo được độ ế bi n dạng mũ bị nén l n ớ nhất lúc này là = mm 32
- Giai đoạn 3: F giảm xuống 25 N và ngay lập tức phải tăng lên 30 N và giữ lực này trong 30s
- Chuyển vị lớn nhất ymax = 5,2591 mm Độ nén bi n d ng t ng c ng 2 bên là : ế ạ ổ ộ
- Ứng suất lớn nhất σ max = 15,304 Mpa
- Giai đoạn 3: F gi m xu ng 25 N và ả ố ngay l p t c phậ ứ ải tăng lên 30 N và giữ ự l c này trong 30s
- Đo được độ ế bi n d ng nén t ng c ng ạ ổ ộ lớn nh t là ấ = 12 mm
B ng 9 So sánh KQTN b n ép ngang gi a s d ng Ansys và t i PTN ả độ ề ữ ử ụ ạ
KHI S D NG ANSYS Ử Ụ ĐÁNH GIÁ THỰC NGHI M T I Ệ Ạ
- Thực hi n trên mô hình, s d ng ệ ử ụ phần mềm Ansys
- Thực hi n trên mô hình th t, s ệ ậ ử d ng h ụ ệthống th nghiử ệm đểthử
- K t qu chuyế ả ển v l n nhị ớ ất 3 giai đoạn được bi u th qua hình nh và ể ị ả lần lượt có giá tr là: ymax = ị
2.6295mm ymax = 15,118 mm; ; ymax = 5,2591 mm thì tương ứng với tổng độ nén của mũ lần lượt là: : 5.29 mm; = 30.236 mm; : 10,5182 mm
- K t qu ng su t lế ả ứ ấ ớn nhất cũng được hiển th b ng hình nh và giá tr lị ằ ả ị ần lượt 3 giai đoạn là: σ max = 7,6521
Mpa; σ max = 63,168 Mpa; σ max 15,304 Mpa
- Quá trình phân tích nhanh, d ễ thực hiện, quan sát được quá trình phân tích
- Có th ể điều ch nh và xây d ng l i mô ỉ ự ạ hình n u k t qu ế ế ả không như đặt ra
- K t ế quả độ nén lớn nh t cấ ủa mũ đạt được lần lượt tương ứng trong 3 giai đoạn là: = 6 mm; = 32 mm; = 12 mm
K t qu ế ả này đo bằng thước và đẫn đến sai s l n ố ớ
- Quá trình th nghiử ệm lâu hơn và đòi hỏ ầi c n chú ý trong gá đặt m u th ẫ ử
Cả hai phương pháp đều đạt được kết quả kiểm tra cho mũ theo yêu cầu của TCVN 6407:1998 Tuy nhiên, phương pháp ANSYS cho ra kết quả chính xác hơn với độ chuyển vị và ngẫu suất, trong khi đó, phương pháp thực nghiệm chỉ đo được độ chuyển vị.
- Phần m m Ansys cho ra s u chính xác, còn th b ng ph n mề ố liệ ử ằ ầ ềm b t ắ buộc phải đo bằng tay để lấy s ốliệu.
- D a vào k t qu ự ế ả phân tích đối chi u tác gi ế ả nhận th y s d ng Ansys ấ ử ụ trong tính toán s cho các biẽ ểu đồ chính xác, nhanh chóng, d ễ thực hiện và quan sát
- Độ sai s ố tương đối giữa hai phương pháp sau 3 giai đoạn là:
4.3.3 Nhận xét chung tài Đề “Tính toán độ ề b n của mô hình Mũ An toàn công nghiệp” đã được tác gi nghiên c u và t ng h p các n i dung nghiên cả ứ ổ ợ ộ ứu theo đúng yêu cầu ban đầu đưa ra Trên cơ sở các k t qu ế ả thu được tác gi có các nh n xét: ả ậ p là m t PTBVCN quan tr ng b o v u và có ch
Mũ an toàn công nghiệp là thiết bị bảo vệ thiết yếu, giúp đảm bảo an toàn cho người lao động trong quá trình làm việc, ngăn ngừa các chấn thương cơ học do tiếp xúc với các mối nguy hiểm Việc giám sát chất lượng của mũ an toàn công nghiệp là vấn đề quan trọng đối với các cơ quan quản lý nhà nước trong hoạt động kinh doanh và mua bán phương tiện bảo vệ cá nhân Điều này được thực hiện thông qua các văn bản quy định như QCVN 06:2012/BLĐTBXH và TCVN 6407:1998.
Để giám sát chất lượng Mũ ATCN, trước tiên cần xác định tiêu chuẩn thiết kế và phân tích sản phẩm trên mô hình Điều này tạo cơ sở dữ liệu để điều chỉnh sản phẩm phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật Tác giả đề xuất xây dựng mô hình Mũ ATCN theo kích thước đã được đánh giá tại PTN PTBVCN của Viện Khoa học An toàn và Vệ sinh lao động, sử dụng phần mềm Ansys để phân tích và đánh giá kết quả theo yêu cầu của TCVN 6407:1998, đồng thời so sánh với kết quả tại PTN.
Dựa vào kết quả phân tích và so sánh, việc sử dụng phần mềm để tính toán và giải các bài toán độ bền với mô hình Mũ ATCN là một giải pháp tối ưu và thực tiễn.
- Phần mềm Catia đã giải quyết được tr n v n xây d ng mô hình 3D cọ ẹ ự ủa mũ ATCN, t ừphần mềm cho phép đưa ra được b n v chi ti t 2D ả ẽ ế
Khi áp dụng mô hình mũ ATCN trong môi trường Ansys, phần mềm cho phép khai báo vật liệu và thiết lập các ràng buộc liên kết cho mô hình Trong luận văn này, tác giả đã lựa chọn vật liệu ABS theo thông số đã được xác định từ mũ thật của nhà sản xuất Điểm nổi bật là Ansys có sẵn thư viện vật liệu, giúp người dùng dễ dàng chọn và định nghĩa vật liệu cho mô hình.
- Tối ưu quá trình trong thiết k s n ph m tr n v n t ế ả ẩ ọ ẹ ừ ý tưởng ban đầu đến việc hình thành và cho ra đờ ải s n ph m th c t ẩ ự ế
- Tiết kiệm chi phí, giúp con người kiểm soát và đánh giá đượ ực s phù h p của ợ s n ph m thi t k v i các yêu c u ch tiêu k thuả ẩ ế ế ớ ầ ỉ ỹ ật đề ra
- Thời gian kiểm tra nhanh, người thi t k và doanh nghi p d dàng ti p cế ế ệ ễ ế ận và ch ng ủ độ
- Là cơ sở để các Phòng th nghi m xây d ng và nghiên c u quy trình thử ệ ự ứ ử nghiệm và đánh giá dựa trên ng d ng c a ph n mứ ụ ủ ầ ềm k thu t ỹ ậ
Tuy nhiên ở phương diện nào đó đề tài vẫn còn vài điểm h n ch có th áp ạ ế để ể dụng đồng bộ C th ụ ể như sau:
- Để đưa vào áp dụng thì ngườ ử ụi s d ng phải được đào tạo và s d ng thành ử ụ thạo ph n m m k thu ầ ề ỹ ật.