ỨNG xử của ỐNG TRÕN THÀNH MỎNG CHỊU tải VA đập uốn BA điểm

HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM ỨNG XỬ CỦA ỐNG TRÕN THÀNH MỎNG CHỊU TẢI VA ĐẬP UỐN BA ĐIỂM Lý Hùng Anh Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP HCM TĨM TẮT An tồn va chạm ln xem tiêu chí quan trọng thiết kế hệ thống ống dẫn, ống treo nói riêng hay thiết bị hấp thụ lượng nói chung Nội dung báo nghiên cứu ứng xử ống tròn thành mỏng chịu tải va đập uốn ba điểm Lời giải lý thuyết dựa lý thuyết cân lượng nếp gấp ứng với biến dạng phổ biến ống tròn thành mỏng Mơ hình ống tròn mơ tính tốn phần mềm phần tử hữu hạn LS-DYNA Kết mô gần so với lý thuyết thực nghiệm Dựa mơ hình phần tử hữu hạn, khảo sát ứng xử biến dạng ống tròn thành mỏng trình bày thay đổi đường kính khoảng cách hai gối đỡ Keywords: ống tròn, va đập, uốn ba điểm, an toàn va chạm GIỚI THIỆU Yếu tố an tồn va chạm ln trọng tính tốn thiết kế An tồn va chạm giới hạn biến dạng vùng kiểm sốt khơng làm phá hủy kết cấu Vì vậy, ứng xử ống tròn rỗng thành mỏng chịu lực va đập uốn tiếp cận phương pháp số LS-DYNA trình bày báo Đồng thời với nghiên cứu sơ biến dạng va chạm ống tròn Bài báo tập trung khảo sát tiết diện vị trí chịu lực ống Ngồi ra, kiểu biến dạng nghiên cứu kiểu biến dạng lõm (móp) biến dạng phổ biến ống Trong báo này, ứng xử ống tính tốn dựa nguyên lý uốn ba điểm theo định luật bảo toàn lượng tương tự Wierzbicky [1] Năng lượng từ vật tải ống hấp thu toàn hình thành nếp gấp gây biến dạng ống Biến dạng ống chia thành vùng phân biệt với ứng xử nén kéo Phương trình cân lượng áp dụng toán xuyên suốt để đưa lời giải cho giá trị đặc trưng như: lực trung bình, lực tức thời moment chống uốn Eext  Eint Eext  Eint (1) Khi va chạm, toàn lượng từ vật tải hấp thụ chuyển vị nếp gấp đánh số thứ tự Hình Giá trị chuyển vị nếp gấp trình bày Eext  P   Eint   El (2) Trong đó: Eext lượng vật tải va chạm, Eint lượng ống hấp thụ, El lượng hấp thụ nếp gấp, P lực va chạm tức thời,  chuyển vị Hình Biến dạng ống tròn lý thuyết [2], [3] Bảng Giá trị Eint tổng giá trị lượng tạo di chuyển nếp gấp Trang 93 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Bảng Giá trị chuyển vị nếp gấp Nếp gấp Tốc xoay độ Chiều dài Line  R Line  R Line 3-6   R  Các giá trị tốc độ tiêu tán lượng cho nếp gấp: E1  M 0 R (3) E2  M 0 R (4) E3  M  R2   H2   H2 Lực tức thời P(α)  R   2H     P    M      H2    (7)  H  1.63 1.63R        Trong đó: M   0t / moment chảy dẻo theo đơn vị (5) chiều dài, ˙ Eint  E1  E2  4E3   0.92 u dòng ứng suất vật liệu thành (6) Thay cơng thức vào phương trình (1) (2) thu phương trình tổng quát để tìm giá trị lực tức thời, lực trung bình moment kháng uốn: Tích phân cơng thức (7) theo trị lực trung bình Pm: H  Pm  M  0.5 R  0.61 R   thu ống, H chiều dài nếp gấp,  góc gấp giá  H  2.47 R  476 H  (6)  Từ suy moment kháng uốn M(θ)   54 R  M    M 1.76    t4          3.15  R  1.36t Rt    (7)                 MƠ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN Mơ hình phần tử hữu hạn dùng để tính tốn báo phát triển dựa mơ hình uốn ba điểm sử dụng rộng rãi báo Kích thước ống tròn dựa báo Mamalis [4] nhằm so sánh với kết thực nghiệm Trong đó: - Đường kính ngồi D  30mm - Bề dày t  1.4mm - Chiều dài L  200mm - Bán kính tải gối đỡ 5mm - Khoảng cách gối đỡ Lsup  160mm Trang 94 Kích thước ống vng theo Santosa [5] - Tiết diện: 50  50 1.5mm, - Chiều dài L  470mm, - Bán kính tải gối đở 25mm, - Khoảng cách gối đở Lsup  400mm Bài tốn mơ điều kiện ngàm cố định bậc tự gối đỡ, khối tải ngàm bậc cho phép chuyển động theo phương thẳng đứng Ngoài ra, vật liệu chọn theo mẫu thí nghiệm thực tế Santosa Mamalis Phân tử nút Belytschko-Tsay sử dụng để hợp với thực tế HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Bảng Thông số vật liệu theo [5] [6] (MPa) (MPa) (MPa) Cr18Ni8 507.6 698.6 200 0.3 316CW 420 950 207 0.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỐ Kết mô so sánh với kết thực nghiệm uốn ba điểm ống tròn thành mỏng Mamalis so sánh với kết giải tích Yucheng Liu Hình Biến dạng thực tế mơ Trong tốn uốn, đại lượng đặc trưng đem so sánh lực chuyển vị vị trí chịu tải ống Hình So sánh mơ với thực nghiệm Hình So sánh mơ giải tích Từ Hình Hình 5, kết mơ gần với thực nghiệm giải tích Kết mô với hệ số ma sát khác để giúp kết gần so với thực tế Hệ số ma sát tăng kết mô sát với kết thực nghiệm Từ kết mô thực tế, trình biến dạng ống tròn xảy theo ba giai đoạn liên tiếp Giai đoạn 1, ống dường bị móp mặt tiếp xúc mà khơng bị uốn mặt Vì biểu đồ lực tăng dần Tiếp theo giai đoạn 2, ứng suất tăng dần gần ứng suất chảy dẻo, ống tiếp tục móp bắt đầu bị uốn Lúc biểu đồ lực dường bão hòa đỉnh lực Sau đó, ống bị uốn tồn khơng bị móp nên đồ thị lực giảm nhanh tương ứng với giai đoạn KHẢO SÁT ỨNG XỬ BIẾN DẠNG CỦA TIẾT DIỆN ỐNG TRỊN TẠI VỊ TRÍ CHỊU TẢI Trong thực tế, ống tròn dùng rộng rãi hệ thống ống dẫn Vì vậy, tiết diện ống yếu tố quan trọng xem xét nhiều va chạm Trong phần này, tiết diện ống khảo sát cách thay đổi thông số đường kính ống dựa kích thước chuẩn ứng dụng thực tế Mơ hình phần tử hữu hạn tương tự cho kích thước ống Động khối tải giữ nguyên để xem xét ứng xử móp ống tròn Kết biểu diễn thơng qua chuyển vị khối tải (Indenter), nút mặt vị trí tiếp xúc (Node 1) nút mặt (Node 2) Kết đồ thị đường kính tăng dần chiều dày khơng đổi ống ngày bị móp Do ống tròn chia thành giai đoạn cụ thể trình bày Giai đoạn uốn dừng khơng xảy đường kính tăng lượng tải bị giai đoạn móp hấp thụ hết Khi đó, chuyển vị ứng xử móp mà khơng có uốn Đến giá trị D/t = 135 chuyển vị lại bắt đầu tăng Giá trị xem giới hạn thiết kế ống để tránh trường hợp tăng tiết diện ống giảm cứng kết cấu Ngoài ra, giá trị Lsup = 2000÷4500 tính tốn trường hợp Lsup = 2000 có giá trị D/t giới hạn có xu hướng tăng dần theo Lsup Hình Vị trí nút tính tốn Trang 95 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Bảng Kích thước mẫu (mm) KẾT LUẬN Bài báo trình bày cụ thể xu hướng ứng xử uốn hai loại ống tròn thành mỏng dùng nhiều công nghiệp Kết mô phù hợp với kết lý thuyết thực nghiệm Ống có đường kính tăng dần chiều dày khơng đổi bị móp Ứng với khoảng cách gối đỡ kích thước giới hạn giá trị D/t tìm cụ thể Các kết có ý nghĩa thực tiễn ngành công nghiệp liên quan đến đường ống tròn, giúp hiểu biết cụ thể khả hấp thụ lượng va chạm uốn ba điểm 120 130 - - 150 150 150 170 170 170 190 190 190 210 210 210 230 230 230 250 250 250 270 270 270 TÀI LIỆU THAM KHẢO 300 300 300 - - 320 320 - - - - 340 [1] Wierzbicky T., Recke L., Abramowicz T G W., Huang J - Stress profiles in thin-walled primatic columns subjected to crush loading-II bending, Computers & Structures, 51 (1994) 625-641 Đồ thị Hình trình bày khả ước lượng tốt thiết kế hệ thống giá đỡ cho ống dẫn lưu chất thực tế, tiết kiệm thời gian thiết kế sơ [2] Liu Y., Day M - Bending collapse of thinwalled circular tubes and computaional application, International Journal of Crashworthiness, 46 (2008) 442-450 [3] Liu Y., Day M - Bending collapse of thinwalled beams with channel cross-section, International Journal of Cras-hworthiness, 11 (2006) 251-261 [4] Mamalis A G., Manolakos D E., Ioannidis M B., Kostazos P K - Bending of cylindrical steel tubes: numberical modelling, International Journal of Crashworthiness, 11 (2006) 37-47 Hình Chuyển vị mẫu Lsup = 2000mm [5] Santosa S P - Bending Crush Behavior of Filled Thin-walled Beams, Crashworthiness Analysis of Ultralight Metal Structures, (1999) 116-158 [6] Kamaya M - Stress–strain curve estimation procedures for stainless steels, Engineering Fracture Mechanics, 127 (2014) 194-210 Hình Giá trị D/t giới hạn khoảng cách gối đỡ Trang 96 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM BEHAVIOR OF THIN-WALLED CIRCULAR TUBE SUBJECTED TO IMPACT THREE-POINT BENDING ABSTRACT Crashworthiness is one of the most important criteria criteria in the design of piping systems, suspension pipes in particular or energy absorbers in general The objective of this paper is to study the behavior of thin-walled tube with three-point bending The tube is simulated by LS- DYNA Results of simulation is matching very well with theoretical and experimental results Based on the finite element modeling, deformation of of thin-walled tube is presented when the diameter and spacing of two supporters change Keywords: crashworthiness, circular tube, impact, three-point bending Trang 97 ... nghiệm uốn ba điểm ống tròn thành mỏng Mamalis so sánh với kết giải tích Yucheng Liu Hình Biến dạng thực tế mơ Trong tốn uốn, đại lượng đặc trưng đem so sánh lực chuyển vị vị trí chịu tải ống Hình... TIẾT DIỆN ỐNG TRỊN TẠI VỊ TRÍ CHỊU TẢI Trong thực tế, ống tròn dùng rộng rãi hệ thống ống dẫn Vì vậy, tiết diện ống yếu tố quan trọng xem xét nhiều va chạm Trong phần này, tiết diện ống khảo sát... dẻo, ống tiếp tục móp bắt đầu bị uốn Lúc biểu đồ lực dường bão hòa đỉnh lực Sau đó, ống bị uốn tồn khơng bị móp nên đồ thị lực giảm nhanh tương ứng với giai đoạn KHẢO SÁT ỨNG XỬ BIẾN DẠNG CỦA