MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG CHO CẦU VÒM CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY. LUẬN VĂN THẠC SĨ

Luận văn thạc sĩ ĐH QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐOÀN MINH THUẬN Đề tài : MƠ PHỎNG Q TRÌNH TẠO HÌNH ỐNG THÉP NHỒI BÊ TƠNG CHO CẦU VỊM CHUN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH - 07 / 2011 Trang i Luận văn thạc sĩ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo - TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp HCM, ngày 01 tháng 07 năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐỒN MINH THUẬN Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : Nơi sinh : Trà Vinh Chuyên ngành : 26/07/1979 Cơng nghệ Chế tạo máy Khố : 2009 1.TÊN ĐỀ TÀI: Mơ q trình tạo hình ống thép nhồi Bê tơng cho cầu vịm 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: * Tổng quan tình hình nghiên cứu ống thép nhồi bê tơng cho cầu vịm * Khảo sát thay đổi chiều dày ống, bán kính uốn góc uốn q trình gia cơng biến dạng dẻo ống thép máy uốn trục từ mô hình máy uốn nhỏ mơ hình máy uốn lớn, trường hợp ống thép chưa nhồi bê tông * Ảnh hưởng bán kính uốn dẫn đến tượng biến dạng mặt cắt ngang thay đổi độ dày ống độ ơvan q trình uốn ống * Ảnh hưởng góc uốn đến tượng springback góc springback q trình uốn ống thép * Đề xuất qui trình gia cơng ống thép nhồi bê tơng cho cầu vịm máy uốn trục 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 14 – 02 – 2011 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 01 – 07 – 2011 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN TƯỜNG LONG Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thơng qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MƠN (Họ tên chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) TS Nguyễn Tường Long PGS TS Phạm Ngọc Tuấn Trang iii Luận văn thạc sĩ TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong luận văn trình bày trình mơ ảo phương pháp phần tử hữu hạn biến dạng lớn, thơng qua chương trình ANSYS/LS-DYNA mơ thực mơ hình máy uốn trục Cơng ty TNHH Nguyễn Trình Trà Vinh mơ hình máy uốn trục từ cơng trình nghiên cứu Đặng Đức Độ cầu vòm ống thép nhồi bê tông cho Cầu Công Lý – Tp.HCM Q trình tính tốn mơ theo trường hợp ống thép chưa nhồi bê tông, tập trung vào nội dung sau: * Tổng quan tình hình nghiên cứu ống thép nhồi bê tơng cho cầu vịm * Khảo sát thay đổi chiều dày ống, bán kính uốn góc uốn q trình gia cơng biến dạng dẻo ống thép máy uốn trục từ mơ hình máy uốn nhỏ mơ hình máy uốn lớn * Ảnh hưởng bán kính uốn dẫn đến tượng biến dạng mặt cắt ngang thay đổi độ dày ống độ ơvan q trình uốn ống * Ảnh hưởng góc uốn đến tượng springback góc springback q trình uốn ống thép * Đề xuất qui trình gia cơng ống thép nhồi bê tơng cho cầu vịm máy uốn trục Các kết cho thấy trình uốn ống mặt (ngoài) ống chịu ứng suất kéo mặt chịu ứng suất nén Nguyên nhân dẫn đến ống bị mỏng thành dày lên thành sau uốn Mặt khác, cho thấy mặt mặt ống vị trí uốn có xu hướng tiến dần đến đường trung hòa để giảm độ giãn căng kéo dẫn đến tượng ôvan Hơn nữa, tượng springback tăng tuyến tính với bán kính uốn, bán kính uốn tăng làm cho biến dạng tối đa dầm giảm Do đó, springback gây lớn tượng biến cứng xảy nhỏ Cuối cùng, thay đổi độ dày ống từ phân tích phần tử hữu hạn kết thực nghiệm cho kết gần giống Trang iv Luận văn thạc sĩ LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn q Thầy Cơ Bộ mơn Cơ khí chế tạo máy, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Tp.HCM tận tình giảng dạy hỗ trợ em trình học tập lúc thực luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn TS Nguyễn Tường Long thuộc Bộ môn Cơ Kỹ Thuật, Khoa Khoa học Ứng dụng, Trường ĐHBK Tp.HCM quan tâm, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành luận văn Cũng xin chân thành cảm ơn KS Trần Thái Dương phịng Tính tốn Cơ học thuộc Bộ môn Cơ Kỹ Thuật, Khoa Khoa học Ứng dụng, Trường ĐHBK Tp.HCM hỗ trợ giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi suốt trình thực luận văn Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi suốt trình học thực luận văn Tp.HCM, ngày 01 tháng 07 năm 2011 Học viên thực Đoàn Minh Thuận Trang v Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ luận văn iii Tóm tắt luận văn iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Danh mục hình vẽ bảng biểu vii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Những hư hỏng trình uốn ống 1.3 Tình hình nghiên cứu nước 10 1.4 Giới thiệu đề tài: 18 1.5 Phương pháp phương tiện nghiên cứu 19 1.6 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 20 1.7 Kết luận 21 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN CHO BÀI TOÁN BIẾN DẠNG DẺO ỐNG THÉP 22 2.1 Giới thiệu 22 2.2 Kết từ nghiên cứu trước [25] 22 2.3 Tính tốn thơng số trình uốn 24 2.4 Springback 25 2.5 Biến dạng mặt cắt ngang 28 2.6 Phương pháp phần tử hữu hạn 31 2.7 Kết luận 34 CHƯƠNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM MÁY UỐN ỐNG THÉP BA TRỤC TẠI TRÀ VINH 35 3.1 Mô hình máy uốn Trà Vinh 35 3.2 Nguyên lý làm việc máy uốn ống thủ công 35 3.3 Mơ hình thí nghiệm 36 3.4 Mơ hình mơ 39 3.5 Kết đo thí nghiệm 42 3.6 Kết mô nhận xét 44 3.7 Ứng xử Springback 52 3.8 Kiểm tra đường tên ống sau uốn 55 Trang vi Luận văn thạc sĩ 3.9 Kết luận 55 CHƯƠNG MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH ỐNG THÉP NHỒI BÊ TƠNG CHO CẦU VÒM 56 4.1 Mơ hình máy uốn thực tế 56 4.2 Nguyên lý làm việc máy uốn ống thủ công 57 4.3 Mơ hình hóa máy uốn thủ công ANSYS/LS-DYNA 57 4.4 Q trình mơ 65 4.5 Kết luận 76 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 5.1 Kết luận 77 5.2 Kiến nghị 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 Trang vii Luận văn thạc sĩ DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1 Sơ đồ uốn quay.[3] Hình Trước sau uốn ép.[3] Hình 1.3 Sơ đồ phương pháp uốn ấn Hình 1.4 Sơ đồ phương pháp uốn lăn [4] Hình 1.5 Chiều dày ống thay đổi trình uốn Hình 1.6 Ống bị nhăn trình uốn [18] Hình 1.7 Ống bị biến dạng mặt cắt ngang Hình 1.8 Ống bị springback [22] Hình 1.9 a Sơ đồ máy uốn trục Hình 1.9b Q trình uốn hồn thành Hình 1.10 Cầu Ông Lớn 10 Hình 1.11 Ống thép nguyên gia công máy uốn trục 16 Hình 1.12 Cầu Cơng Lý – Nguyễn Văn Trỗi Tp.HCM 18 Hình 2.2 Hiện tượng Springback 23 Hình 2.3 Biểu đồ biến dạng 24 Hình 2.4 Sơ đồ máy uốn trục 25 Hình 2.5 Quá trình uốn quay Springback sau dỡ tải 25 Hình 2.6 Góc Springback ∆θ góc uốn θ 26 Hình 2.7 Ảnh hưởng hệ số bền vào góc Springback 27 Hình 2.8 Ảnh hưởng hệ số độ cứng vào góc Springback 27 Hình 2.9 Đặc tính mặt cắt ngang 28 Hình 2.10 Phân bố ứng suất trình uốn 29 Hình 2.11 Mối liên hệ chiều dày ống thay đổi góc uốn 30 Hình 2.12 Biến dạng mặt cắt ngang 30 Hình 2.13 Giải thuật Newton-Rhapson 31 Hình 2.14 Vector vị trí chuyển động vật thể 32 Hình 2.15 Phân cực biến dạng cắt 33 Hình 3.1 Máy uốn trục thủ công Trà Vinh 35 Hình 3.2 Máy uốn nguội trục thủ công 36 Hình 3.3 Điều chỉnh khoảng cách lăn 37 Hình 3.4 Gá đặt chi tiết ống máy 37 Hình 3.5 Kiểm tra ban đầu trước điều chỉnh lăn 38 Hình 3.6 Điều chỉnh lăn xuống 38 Hình 3.7 Chi tiết ống sau uốn 39 Hình 3.8 Mơ hình hình học máy uốn 39 Hình 3.9 Mơ hình vật liệu đàn dẻo 40 Hình 3.10 Phần tử SHELL163 41 Hình 3.11 Mơ hình tiếp xúc phận 42 Hình 3.12 Ống cố định lại để kiểm tra 42 Hình 3.13 Tiến hình kiểm tra đường tên vạch 43 Hình 3.14 Biểu đồ kiểm tra đường tên sau đo đạc thực nghiệm 43 Trang viii Luận văn thạc sĩ Hình 3.15 Mặt cắt ngang ống 45 Hình 3.16 Mơ hình FE cho R = 664 mm t =1.9 mm 45 Hình 3.17 Mơ hình FE cho R = 664 mm t = 1.9 mm 45 Hình 3.18 Giá trị biến dạng tương đương lớn với bán kính uốn thay đổi 46 Hình 3.19 Thành mỏng thành dày bán kính uốn thay đổi 47 Hình 3.20 Kết so sánh phương pháp số, FEM thực nghiệm 48 Hình 3.21 Phân bố độ dày ống trình uốn 48 Hình 3.22 Độ ơvan bán kính uốn thay đổi 49 Hình 3.23 Biến dạng mặt cắt ngang 50 Hình 3.24 So sánh mặt cắt ngang kết mô kết thực nghiệm 50 Hình 3.25 Kích thước mặt cắt ngang 51 Hình 3.26 Sự phân bố biến dạng chiều dày t = 1.9 mm góc uốn 450 51 Hình 3.27 Giá trị biến dạng tương đương lớn góc uốn thay đổi 52 Hình 3.28a Springback góc uốn 170 52 Hình 3.28b Springback góc uốn 330 53 Hình 3.28c Springback góc uốn 450 53 Hình 3.28d Springback góc uốn 730 53 Hình 3.29 Góc springback thay đổi theo bán kính uốn 54 Hình 3.30 So sánh kiểm tra đường tên kết đo thủ cơng kết mơ 55 Hình 4.1 Máy uốn trục thủ công [25] 56 Hình 4.2 Mơ hình ống 57 Hình 4.3 Biểu đồ mẫu thí nghiệm kéo vật liệu thép có chiều dày t = 8mm 59 Hình 4.4 Biểu đồ mẫu thí nghiệm kéo vật liệu thép có chiều dày t = 10mm 59 Hình 4.5 Biểu đồ mẫu thí nghiệm kéo vật liệu thép có chiều dày t = 12mm 60 Hình 4.6 Đồ thị S – e cho thấy ứng suất độ biến dạng kỹ thuật 61 Hình 4.7 Đồ thị σ – ε cho thấy ứng suất độ biến dạng thật 62 Hình 4.8 Mơ hình vật liệu đàn dẻo 64 Hình 4.9 Phần tử SHELL163 64 Hình 4.10 Mơ hình tiếp xúc phận 65 Hình 4.11 Giai đoạn lăn số di chuyển xuống h = 100mm 66 Hình 4.12 Giai đoạn lăn số di chuyển xuống h = 290mm 66 Hình 4.13 Độ dày ống thay đổi theo đường kính ống 68 Hình 4.14 Độ ơvan thay đổi theo đường kính ống 68 Hình 4.15 Giá trị biến dạng tương đương lớn thay đổi theo đường kính ống 69 Hình 4.16 Góc springback thay đổi theo đường kính ống 69 Hình 4.17 Phân bố biến dạng tương đương cuối giai đoạn 1(h = 100mm) 70 Hình 4.18 Phân bố biến dạng tương đương cuối giai đoạn 4(h = 290mm) 70 Hình 4.19 Thành mỏng thành dày bán kính uốn thay đổi 71 Hình 4.20 Phân bố biến dạng bán kính uốn thay đổi 71 Hình 4.21 Phân bố độ dày ống trình uốn 72 Hình 4.22 Độ ơvan bán kính uốn thay đổi 73 Hình 4.23a Góc springback bán kính uốn R = 76050mm 74 Hình 4.23b Góc springback bán kính uốn R = 47115mm 74 Trang ix Luận văn thạc sĩ Hình 4.23c Góc springback bán kính uốn R = 40950mm 74 Hình 4.23d Góc springback bán kính uốn R = 34590mm 75 Hình 4.24 Góc springback thay đổi theo bán kính uốn 75 Hình 4.25 Sự thay đổi bán kính uốn theo h 76 Bảng 2.1 Số liệu vật liệu 22 Bảng 2.2 Cấp lực uốn ống 23 Bảng 3.1 Kích thước hình học 36 Bảng 3.2 Thông số vật liệu ống 40 Bảng 3.3 Mơ hình tiếp xúc phận 41 Bảng 3.4 Kết kiểm tra đường tên 43 Bảng 4.1 Kích thước hình học 57 Bảng 4.2 Kết thử nghiệm 60 Bảng 4.3 Thông số vật liệu ống 63 Bảng 4.4 Mơ hình tiếp xúc phận 65 Bảng 4.5 So sánh tượng cho đường kính ống khác 67 Bảng 5.1 So sánh tượng cho đường kính ống khác 78 Trang x Luận văn thạc sĩ CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung Nhằm nâng cao tính vật liệu ống, người ta dùng nhiều phương pháp uốn khác với mục đích chủ yếu giảm tối thiểu khối lượng vật liệu đảm bảo yêu cầu mặt kỹ thuật đạt độ bền cao [1] Các nghiên cứu kết cấu ống mỏng qua trình uốn Quá trình thực máy uốn vạn năng, máy uốn bán tự động Có nhiều loại thiết bị uốn chúng có đặc điểm chung kết cấu khn uốn giống [2] Trong q trình uốn ống thực theo bốn phương pháp: Uốn ép, uốn quay, uốn ấn uốn máy uốn trục 1.1.1 Uốn quay Hình 1 Sơ đồ uốn quay.[3] Trang Luận văn thạc sĩ (1) Trong phương pháp uốn lăn uốn ống thép có đường kính khác (2) Bán kính uốn lớn (3) Có thể điều chỉnh bán kính uốn Q trình uốn ống phương pháp uốn lăn minh họa hình 1.9 Hình 1.9 a Sơ đồ máy uốn trục Hình 1.9b Quá trình uốn hoàn thành Nhằm thỏa mãn yêu cầu vật liệu có độ bền cao, kết cấu uốn ống kim loại phù hợp để mở rộng khả ứng dụng lĩnh vực xây dựng, nhà xưởng, giải trí ngành cơng nghiệp khác Giữa trình uốn khác phương pháp uốn ống máy uốn trục thường sử dụng lĩnh vực trình bày (Hình 1.9) Tuy nhiên, trình uốn trình vật lý phi tuyến xảy với biến dạng lớn Các tượng hư hỏng nhăn, móp, biến dạng chiều dày thành ống, biến dạng mặt cắt ngang mặt cắt springback… Hiện Trang Luận văn thạc sĩ nhu cầu ứng dụng thực tế ống uốn có đường kính lớn bán kính uốn lớn Hai yếu tố khơng đồng tượng hư hỏng dễ xuất Dung sai khác lĩnh vực khác làm cho việc chọn xấp xỉ thông số trình Tránh hư hỏng thực dự đốn q trình uốn ống, cấp thiết hiểu rõ tác dụng ứng xử uốn trình uốn ống máy uốn trục với D/t lớn R lớn [4] Trong D đường kính ngồi ống kim loại; t chiều dày ống; R bán kính uốn Có nhiều ảnh hưởng nghiên cứu báo cáo kỹ thuật uốn ống túy vấn đề biến dạng mặt cắt ngang, biến đổi chiều dày ống, tượng Springback Brazier [5] nghiên cứu biến dạng ống trình uốn đàn hồi sử dụng lý thuyết lượng cực tiểu, biến dạng mặt cắt ngang trình uốn ống Brazier gọi hiệu ứng Brazier Corona [6] đưa cơng thức dự đốn biến dạng mặt cắt ngang ống có thành mỏng đoạn uốn tìm áp lực cao để giảm springback ống trình uốn gây biến dạng mặt cắt ngang lớn Clausen et al [7] nghiên cứu đoạn uốn tìm biến dạng cục mặt cắt ngang điều chỉnh hình dáng lực kéo Các thơng số dẫn đến springback hệ số biến cứng lực kéo Sử dụng lý thuyết biến dạng dẻo, Tang [8] thiết lập vài công thức uốn ống bao gồm phân bố ứng suất/biến dạng, thay đổi chiều dày ống, độ biến dạng mặt cắt ngang mơmen uốn Wang and Agarwal [9] dự đốn phá hủy mặt cắt ngang thay đổi chiều dày ống trình uốn với lực dọc trục áp lực bên Pan and Stelson [10] sử dụng nguyên lý lượng để giải biến dạng mặt cắt ngang chiều dày thay đổi uốn dẻo ống Qua nghiên cứu mục tiêu uốn túy biến dạng, đoạn uốn phương pháp giải tích thực nghiệm, nội dung nghiên cứu cung cấp khảo sát phù hợp uốn ống mỏng điều khiển số Trong thực tế, để thấu đáo trình, với D/t lớn Rd/D nhỏ, phương pháp thử sai để sử dụng thực trình thiết kế lắp đặt cơng cụ, nhiều sai sót khó đạt hiệu [11] Với điều kiện lực uốn thay đổi khả ứng xử ống trình uốn ấn khác với ống uốn trình uốn quay [12] Dyau and Kyriakides nghiên cứu khả ứng xử đoạn ống mỏng đạt đến trạng thái dẻo, trình uốn biến dạng Trang Luận văn thạc sĩ ống phụ thuộc vào lực kéo dọc, tính chất vật liệu hình dạng ống Miller et al [13] đưa nhiều thực nghiệm q trình uốn ống có biên dạng hình chữ nhật mơ hình phân tích để dự đoán biến dạng, độ giãn dài springback phụ thuộc vào puly uốn, trượt uốn trượt dọc Thực nghiệm cho thấy ống không bị nhăn giá trị ứng suất thấp ứng suất chảy dẻo Zhu and Stelson [14] khảo sát biến dạng mặt cắt ngang ống có biên dạng hình chữ nhật trình uốn ấn Hiện giới kết cấu ống thép nhồi bê tông áp dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực xây dựng dân dụng, nhà xưởng, cầu Kết cấu loại kết cấu liên hợp bao gồm ống thép bên lõi bê tông bên làm việc chung với Chúng có nhiều ưu điểm so với kết cấu bê tông cốt thép thông thường khả chóng cháy, nâng cao độ bền chống ăn mịn mặt ống thép, làm tăng độ ổn định cục thành ống làm tăng khả móp, méo (biến dạng) vỏ ống thép bị va đập đặc biệt khả chịu nén tốt Vì thế, kết cấu ống thép nhồi bê tông khai thác nghiên cứu rộng giới cho lĩnh vực xây dựng cầu Dưới số hình ảnh minh họa cho số cơng trình xây dựng sử dụng kết cấu ống thép nhồi bê tơng: • Trong lĩnh vực xây dựng dầu khí, năm 1989 dàn khoan dầu biển Đen biển Azov Liên xơ • Trong lĩnh vực xây dựng dân dụng, loại kết cấu áp dụng nhiều Chẳng hạn tòa nhà Chuo-ku thành phố Kobe – Nhật hoàn thành vào 1994 với tổng không gian sàn 20,642 m2 gồm tầng ngầm, 12 tầng • Trong lĩnh vực giao thơng Cầu Ơng lớn (Hình 1.10) cầu vịm ống thép nhồi bê tơng hình dáng kiến trúc đẹp xây dựng thời gian gần Cầu Ông Lớn xây dựng vào cuối năm 2003 nằm đường Nguyễn Văn Linh thuộc khu thị Nam Sài Gịn - Tp.HCM đưa vào sử dụng cầu chạy độ 99m với xe Trang Luận văn thạc sĩ Hình 1.10 Cầu Ơng Lớn 1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3.1 Ngồi nước: 1.3.1.1 Mơ q trình uốn ấn phương pháp phần tử hữu hạn [15] Mơ hình thiết bị uốn gồm có lăn 1, xếp theo hình tam giác Trong đó, lăn giữ cố định bàn máy trình uốn; Hai lăn điều chỉnh theo phương ngang Khi lăn di chuyển xuống bề mặt ống tiếp xúc với bề mặt lăn dưới, góc uốn phụ thuộc vào khoảng cách lăn Nội dung nghiên cứu đưa ra, q trình uốn với trường hợp góc uốn thay đổi, khơng có áp suất có áp suất bên uốn khảo sát qua hàng loạt mơ hình 3D-FE mơi trường ABAQUS Kết mơ góc uốn 250, 900, 1100 cho thấy rằng: Chiều dày ống thay đổi có ảnh hưởng lớn đến góc uốn, kể trường hợp có áp suất khơng có áp suất bên ống Ngồi ra, góc uốn nhỏ (2θ = 250) chiều dày ống thay đổi lớn so với góc uốn lớn (2θ = 900 2θ = 1100) Có áp suất bên chiều dày ống thay đổi so với khơng có áp suất bên ống Trang 10 Luận văn thạc sĩ 1.3.1.2 Biến dạng springback trình uốn ống.[16] Springback xảy trình uốn ống nghiên cứu rộng qua thực nghiệm phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEM) Một phương trình xấp xỉ cho góc springback sau dỡ tải thiết lập Nhưng tính chất học vật liệu (ở dạng hình ống) hồn toàn khác mà kiểm chứng qua mẫu thử kéo (khi vật liệu có dạng thanh) Đây lý dẫn đến khác biệt kết nghiên cứu thực nghiệm, tính tốn FEM phân tích springback Do đó, vấn đề cốt lõi nghiên cứu tính chất học vật liệu dạng hình ống Những kết thực nghiệm mô FEM chứng minh góc springback bị ảnh hưởng đáng kể tính chất học vật liệu Góc giảm tùy thuộc vào môđun dẻo, lại tỷ lệ nghịch với hệ số độ cứng môđun đàn hồi Góc springback bị ảnh hưởng điều kiện biến dạng ống: tăng tùy theo bán kính uốn tương đối tỷ lệ với chiều dày ống tương đối Hơn nữa, góc springback tăng phi tuyến so với góc uốn Những nghiên cứu chế biến dạng ống xem xét từ nhiều khía cạnh khác nhau, trường hợp xảy khuyết tật yếu tố ảnh hưởng đến trình uốn ống [1-7] Do đó, q trình tạo hình kim loại lĩnh vực quan trọng ngành công nghiệp Vật liệu ống trở thành tâm điểm quan trọng cho nhiều nghiên cứu phát triển công nghệ Một chi tiết ống trịn có mặt cắt ngang đối xứng sau uốn mặt cắt khơng cịn đối xứng nữa, chế biến dạng trình uốn ống phức tạp mối ghép yếu tố ảnh hưởng lớn, thay đổi thời gian nhiều kết phi tuyến Những thực nghiệm phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEM) khảo sát trình uốn ống Dựa kết phân tích tượng springback mối liên hệ với tính chất học vật liệu Trang 11 Luận văn thạc sĩ Kết nghiên cứu: Tính chất học kim loại ống đo mẫu thử kéo khác với kết thu từ thử kéo Cả hai giới hạn chảy giới hạn kéo mẫu trước cao so với thử sau số dẻo thay đổi với chất lượng vật liệu ống Quá trình springback ống chịu uốn sau dỡ tải chia làm hai giai đoạn, biến dạng ống khơng hồn tồn Ngay sau dỡ tải biến dạng đàn hồi túy dẫn đến springback lớn; sau springback trở lại tương đối nhỏ Springback ống uốn chịu ảnh hưởng tính chất học vật liệu Vì thế, springback giảm môđun đàn hồi E hệ số độ n cứng tăng, giảm môđun dẻo K giảm Springback bị ảnh hưởng kích thước hình học chi tiết ống Nó tăng bán kính uốn tương đối tăng, giảm chiều dày thành ống tương đối tăng tăng theo đường phi tuyến góc uốn tăng Để tránh sai sót, tính chất học vật liệu ống nên phân tích biến dạng trước uốn 1.3.1.3 Nghiên cứu ứng xử biến dạng ống thành mỏng máy uốn điều khiển số với đường kính lớn bán kính uốn nhỏ [17] Đối với nhăn thành mỏng biến dạng mặt cắt ngang, kết hợp với mơ tả phân tích ứng xử biến dạng trình uốn ống mỏng với đường kính lớn D/t (50-87) bán kính uốn nhỏ Rd/D (1-2) khảo sát qua hàng loạt mơ hình 3D-FE mơi trường ABAQUS Kết thấy rằng: Quan sát đoạn biến dạng dẻo ảnh hưởng khu vực kéo/nén sc = st phân bố ứng suất/biến dạng làm xuất xu hướng nhăn, biến dạng thành mỏng mặt cắt ngang Rd/D nhỏ, tăng ứng suất tiếp không đồng Ứng suất tiếp cực đại σφ vùng nén tăng 46% với Rd/D (2-1.2) Trong phân bố σφ gần tương đương với D/t lớn Rd/D D/t, tốc độ biến thiên vật liệu ống trở nên rõ ràng Xu hướng nhăn mặt cắt ngang độ biến dạng tăng ∆D với Rd/D nhỏ D/t lớn; với Rd/D nhỏ hơn, hai thành mỏng dày tăng 24.0% 52.5% Tuy Trang 12 Luận văn thạc sĩ nhiên với D/t lớn, thành mỏng tăng thành dày tăng đáng kể Thành mỏng thành dày tăng cực đại 31.3% 58.9% 1.3.1.4 Phân tích tượng nhăn làm hạn chế tạo hình trình uốn ống.[18] Quá trình uốn ống thành mỏng sinh tượng nhăn thơng số q trình khơng phù hợp, đặc biệt ống có đường kính lớn thành mỏng Để dự đoán tượng nhanh đắn vấn đề cấp thiết để giải trình Trong nội dung nghiên cứu này, dự kiến hàm sóng nhăn mơ hình dự đốn nhăn đơn giản để dự đốn bán kính uốn nhỏ cho ống thiết lập dựa sở lý thuyết mỏng, lý thuyết tạo hình, ngun lý lượng hàm sóng Bán kính uốn nhỏ dựa phương pháp thiết lập phù hợp bảng liệu Ngồi ra, ảnh hưởng thơng số q trình đến bán kính uốn nhỏ phân tích (1) ảnh hưởng góc uốn đến bán kính uốn nhỏ khơng đáng kể (2) ảnh hưởng kích thước hình học tính chất vật liệu ống lớn; (3) bán kính uốn nhỏ trở nên lớn với bán kính gốc hệ số biến cứng ống tăng, ngược lại với chiều dày ống số mũ biến cứng giảm Kết giúp cho thiết kế tối ưu khuôn uốn phù hợp với q trình thực tế Độ xác trình uốn ống quay điều khiển số với ống có thành mỏng q trình tạo hình ống cao cấp với hiệu cao, độ xác tạo hình cao, tiêu thụ điện thấp, tính linh hoạt tốt việc thay đổi góc uốn Tuy nhiên, mặt ngồi ống bán kính uốn sinh tượng nhăn thông số q trình khơng thích hợp ống có đường kính lớn chiều dày nhỏ Do ứng suất nén trình uốn, tiền đề trình hỏng dẫn đến hư hỏng nếp nhăn bị đứt Chúng cần hiểu rõ để đặt vấn đề xác tin cậy thực nghiệm kể lặp lại phương pháp thử - sai thực tế, phí sức, tốn nguyên liệu, thời gian thiết kế, điều chỉnh trình thông số dụng cụ, làm cho hiệu suất giảm trầm trọng Do dẫn đến hậu khơng tốt Từ kết đó, để dự đoán nhanh tượng đắn để giải vấn đề cấp thiết cho việc phát triển trình uốn ống thành mỏng cao cấp điều khiển số Trang 13 Luận văn thạc sĩ Hiện tượng nhăn thu hút nhiều nhà nghiên cứu thời gian dài Ứng suất lớn dự đốn hình thành nhăn giai đoạn đầu trình tạo hình Phương pháp lượng sử dụng rộng rãi tìm điều kiện chuẩn nhăn q trình Tuy nhiên nhà khoa học nghiên cúu nhăn trình tạo hình ống chưa nhiều Tuy nhiên phương pháp đề xuất họ khơng thích ứng để có bán kính uốn nhỏ cho ống có tỷ số bán kính/chiều dày lớn nhăn thích hợp với hàm sóng đề nghị mà dự đoán tiêu chuẩn ứng suất cho việc nhăn với ống nhỏ Do nội dung này, thiết lập hàm sóng nhăn kết hợp với góc uốn số bước sóng Hơn mơ hình ứng suất đơn giản cho dự đốn q trình nhăn phát triển với mục tiêu thăm dò phụ thuộc hạn chế tạo hình thơng số hình học tính chất vật liệu ống q trình dựa phương pháp lượng lý thuyết mỏng Kết luận nghiên cứu: Giới thiệu hàm sóng mới, thiết lập mơ hình phân tích dự đốn nhăn đơn giản cho uốn ống thành mỏng, có kiểm nghiệm thỏa mãn lý thuyết thực nghiệm, tỉ số R/t > 20 Mơ hình xác định bán kính uốn nhỏ cho ống Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số hình học tính chất vật liệu: (1) Ảnh hưởng góc uốn bán kính uốn nhỏ nên bỏ qua; (2) Ảnh hưởng thơng số hình học tính chất vật liệu ống bán kính uốn nhỏ lớn đáng kể; (3) Bán kính uốn trở nên lớn so với bán kính mong muốn hệ số biến dạng ống tăng với chiều dày hệ số mũ biến cứng giảm Mơ hình chưa xét đến tốc độ quay puly uốn, ma sát … Những ảnh hưởng đến hạn chế uốn nghiên cứu tồn diện cách mô FEM 1.3.1.5 Nghiên cứu ảnh hưởng ma sát trình uốn ống.[19] Trong q trình tạo hình, nứt nhăn tránh biến dạng mặt cắt ngang phần ống chịu kéo mỏng không tránh Sự nứt nhăn nên tránh đầu tiên, sau biến dạng mặt cắt ngang phần mỏng giảm nhanh trình tạo hình Ma sát dụng cụ uốn ống có ảnh hưởng đáng kể Trang 14 Luận văn thạc sĩ trình uốn ống mỏng Ảnh hưởng phức tạp có nhiều bề mặt tiếp xúc dụng cụ uốn chi tiết ống uốn Hiện chưa có nghiên cứu báo cáo ảnh hưởng ma sát Tác giả dùng phương pháp số để xác định ảnh hưởng ma sát trình uốn ống mỏng, kết hợp lý thuyết thực nghiệm Kết nghiên cứu sử dụng để xác định điều kiện ma sát trình phương pháp mơ số sử dụng để xác định thơng số khác q trình tạo hình chất lượng cao Các cặp ma sát ảnh hưởng phân tích nghiên cứu: - Ảnh hưởng ma sát lỏi uốn ống - Ảnh hưởng ma sát đỡ dọc uốn ống - Ảnh hưởng ma sát trượt dọc ống - Ảnh hưởng ma sát puly uốn ống Kết luận nghiên cứu: Ma sát dụng cụ uốn ống đáng kể ảnh hưởng phức tạp trình uốn Giảm ma sát giúp cải thiện chất lượng chi tiết gia công Ảnh hưởng đáng kể phần biến dạng lỏi uốn, đỡ dọc, thah trượt dọc đến puly uốn phần mỏng lỏi uốn, trượt dọc, đỡ dọc puly uốn Ảnh hưởng ma sát dụng cụ uốn ống phần mỏng nhỏ phần biến dạng Lỏi uốn đỡ nên bôi trơn tốt để đảm bảo ma sát chúng ống đủ nhỏ Trong lý thuyết hệ số ma sát trượt dọc, puly uốn ống nên tăng Nhưng chúng lớn trượt dọc, puly uốn làm mịn nhanh ống mịn khốc liệt nên khơng cần bơi trơn chúng 1.3.2 Trong nước Hiện Việt Nam chi tiết ống kim loại có đường kính lớn ứng dụng nhiều lĩnh vực khác đặc biệt việc xây dựng cầu vòm Tuy nhiên, trình gia cơng biến dạng dẻo ống kim loại nói thực máy uốn ống thủ công Việt Nam sản suất nhằm để giảm chi phí đầu tư thiết bị Trang 15 Luận văn thạc sĩ đáp ứng cơng trình xây dựng cầu vịm quy mơ nhỏ hiệu đảm bảo mặt kỹ thuật cho cơng trình Tuy nhiên, nghiên cứu lĩnh vực chưa nhiều có số báo luận văn q trình gia cơng biến dạng dẻo máy uốn ống thủ công Năm 2009, đề tài “Nghiên cứu cơng nghệ chế tạo vịm xây dựng cầu vịm ống thép nhồi bê tơng” nhóm nghiên cứu PGS.TS.Lê Thị Bích Thủy KS.Đặng Đức Độ Trường ĐHBK TP.HCM Nhóm nghiên cứu đưa kết tính tốn lý thuyết tiến hành gia công thực nghiệm máy uốn trục (Hình 1.11) Việt Nam chế tạo để xác định lực uốn, chuyển vị, ứng suất trình gia cơng biến dạng.[25] Hình 1.11 Ống thép ngun gia công máy uốn trục Kết luận nghiên cứu: Khi tăng áp lực vượt qua giới hạn đàn hồi thềm giới hạn chảy ứng suất lớn tăng chậm có chuyển vị tiếp tục tăng nhanh Trang 16 Luận văn thạc sĩ Khi đạt đến cấp lực cần thiết khơng nên tiếp tục áp lực mà cần phải tính tốn thời gian cần thiết để q trình biến dạng đạt đến chuyển vị lớn Như giảm tượng biến dạng mặt cắt ngang vị trí uốn Ngồi ra, thao tác người vận hành máy uốn quan trọng, họ cần hướng dẫn chi tiết cụ thể Kết việc chế tạo vòm phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề người điều khiển điều khiển máy uốn Vì trước uốn đại trà, cần phải tiến hành uốn thử nghiệm cần theo dõi đo đạc để rút kinh nghiệm tìm biện pháp khắc phục Năm 2009, đề tài “ Tính tốn mơ q trình gia cơng biến dạng dẻo ống kim loại thành mỏng ” nhóm nghiên cứu TS.Nguyễn Tường Long KS.Nguyễn Vũ Lực Trường ĐHBK TP.HCM khảo sát thông số D/t (đường kính ống/ chiều dày ống), Rd/D (Bán kính uốn/ đường kính ống) ảnh hưởng q trình gia cơng biến dạng dẻo phương pháp phần tử hữu hạn thông qua chương trình ANSYS/LS-DYNA Qua đó, tác giả phân tích ảnh hưởng chúng đến trình uốn ống hay gia cơng biến dạng dẻo ống kim loại có thành mỏng để có biện pháp hạn chế khắc phục tượng hư hỏng nhăn biến dạng mặt cắt ngang.[26] Kết luận nghiên cứu: Với chiều dày ống khác nhau, vật liệu khác uốn với bán kính uốn cố định giá trị góc uốn khác từ 18 – 90 độ Quá trình biến dạng dẻo ống kim loại phụ thuộc nhiều vào tỉ số D/t, Rd/D tính chất vật liệu Bán kính uốn nhỏ cho loại ống có thơng số hình học khác tính chất vật liệu khác khác Tuy nhiên kết tính tốn KS.Đặng Đức Độ sở lý thuyết tiến hành thực nghiệm cho chi tiết ống có đường kính D = 508 mm chiều dày ống t = 10 mm gia công máy uốn trục chưa thấy xảy tượng hư hỏng ứng dụng thành công cho dự án cầu Công Lý – Nguyễn Văn Trỗi TP.HCM Trong đó, kết tính tốn KS.Nguyễn Vũ Lực mơ q trình uốn ống để dự đốn tượng nhăn, móp mặt mặt áp dụng cho chi tiết ống có Trang 17 Luận văn thạc sĩ đường kính nhỏ chiều dày ống thành mỏng gia công phương pháp uốn quay Như vậy, từ tình hình thực tế đề tài đưa kết luận sau: để dự đốn tượng Springback biến dạng mặt cắt ngang ống thép q trình gia cơng biến dạng ống kim loại máy uốn trục, để giảm số lần thực nghiệm phế phẩm sản phẩm thực nghiệm, việc phụ thuộc vào trình độ tay nghề người vận hành máy, tiết kiệm chi phí vật liệu, rút ngắn thời gian hoàn thành sản phẩm mong muốn Mặt khác, Việt Nam chưa có quy trình cụ thể hướng dẫn q trình gia cơng chế tạo vịm ống thép rỗng nhồi bê tơng sử dụng cho cơng trình xây dựng cầu vịm Trên sở khoa học cần tính tốn lại nhân tố ảnh hưởng đến tượng Springback biến dạng mặt cắt ngang trình gia cơng biến dạng dẻo ống kim loại Hình 1.12 Cầu Công Lý – Nguyễn Văn Trỗi Tp.HCM 1.4 Giới thiệu đề tài: Trên sở đó, để góp phần vào kết nghiên cứu q trình gia cơng biến dạng ống kim loại máy uốn trục Việt Nam sản xuất, nhằm đưa thông số ảnh hưởng đến tượng Springback biến dạng mặt cắt ngang Trang 18 Luận văn thạc sĩ trình gia cơng chế tạo vịm ống thép sử dụng cho cầu vòm phát triển mạnh VN Với mong muốn khơng có nhiều cơng trình cầu dạng vịm trung tâm thị Thành phố mà cịn phát triển khu thị vùng đồng sông Cửu Long Từ nhu cầu xúc đề tài nghiên cứu thơng số ảnh hưởng trực tiếp đến q trình gia cơng biến dạng dẻo (uốn ống) nhằm đưa giải pháp khắc phục tượng Springback biến dạng mặt cắt ngang xảy trình uốn ống nhằm mục tiêu nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo kỹ thuật giảm chi phí đầu tư cơng trình Để thực cơng việc đó, đề tài cần nghiên cứu trình biến dạng vật liệu, qui trình gia cơng biến dạng dẻo, yếu tố bán kính uốn, góc uốn, đường kính ống, ảnh hưởng đến tượng Springback biến dạng mặt cắt ngang q trình gia cơng uốn ống Trên sở nội dung đề cặp đến việc “Mơ q trình tạo hình ống thép nhồi bê tơng cho cầu vịm “ Đây nội dung thực đề tài 1.5 Phương pháp phương tiện nghiên cứu 1.5.1 Phương pháp nghiên cứu - Xây dựng mơ hình tốn để mơ trình biến dạng ống kim loại (ống khảo sát có tỉ số D/t < 20 xem ống kim loại có thành mỏng; Đường kính ống/ Chiều dày ống) phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm ANSYS/LS-DYNA - Xây dựng mơ hình thí nghiệm q trình uốn ống máy uốn trục từ mơ hình kiểm tra kết thí nghiệm - So sánh kết dự đoán tượng biến dạng mặt cắt ngang mô phần mềm ANSYS/LS-DYNA, phương pháp số kết uốn thực nghiệm mơ hình máy uốn (Hình 3.10) Cơng ty TNHH Nguyễn Trình Trà Vinh - So sánh kết dự đoán tượng biến dạng mặt cắt ngang mô phần mềm ANSYS/LS-DYNA, phương pháp số kết uốn thực Trang 19 Luận văn thạc sĩ nghiệm mô hình máy uốn từ nghiên cứu nhóm Lê Thị Bích Thủy – Đặng Đức Độ trường ĐHBK Tp.HCM (Hình 1.11) - Đề tài xét trường hợp mơ trình biến dạng dẻo ống thép mơ hình máy uốn nhỏ máy uốn lớn (khơng xét cho trường hợp có bê tơng) 1.5.2 Cơng cụ nghiên cứu - Phương tiện thu nhập tài liệu: Mạng Internet, máy tính, phịng Tính tốn Cơ học Bộ môn Cơ Kỹ Thuật, Khoa khoa học ứng dụng, Trường ĐHBK Tp.HCM - Thiết bị gia công biến dạng dẻo Cơng ty TNHH Nguyễn Trình Trà Vinh - Phịng Kiểm Định Vật Liệu Xây Dựng, Khoa Xây Dựng, Trường ĐHBK Tp.HCM - Q trình gia cơng chế tạo ống thép theo nhóm nghiên cứu Lê Thị Bích Thủy – Đặng Đức Độ trường ĐHBK Tp.HCM 1.6 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.6.1 Mục tiêu đối tượng nghiên cứu - Mục tiêu đề tài nghiên cứu thay đổi chiều dày ống, bán kính uốn góc uốn q trình gia cơng biến dạng dẻo ống thép máy uốn trục tượng Springback - Khảo sát ảnh hưởng bán kính uốn dẫn đến tượng biến dạng mặt cắt ngang (như thay đổi độ dày thành ống, độ ôvan) - Khảo sát ảnh hưởng góc uốn dẫn đến tượng Springback góc Springback q trình uốn ống - So sánh kết mô ảo (sử dụng phần mềm ANSYS/LS-DYNA) kết mô thực máy uốn Cơng ty TNHH Nguyễn Trình Trà Vinh máy uốn sử dụng để gia cơng ống cho cầu Cơng Lý – Tp.HCM (Hình 1.11) 1.6.2 Phạm vi nghiên cứu Cụ thể đề tài sâu vào tính tốn mơ q trình gia công biến dạng dẻo ống kim loại phương pháp uốn lăn thực thông qua Trang 20 Luận văn thạc sĩ chương trình ANSYS/LS-DYNA so sánh kết phân tích phần tử hữu hạn, kết phân tích số qui trình gia công để rút kết luận 1.6.3 Kết luận văn - Một báo đăng ký tạp chí nước - Dự đốn tượng Springback, góc Springback, biến dạng mặt cắt ngang bán kính uốn góc uốc thay đổi q trình ống thực nghiệm máy uốn trục từ mơ hình nhỏ dự đốn mơ hình thực tế - Đề xuất qui trình mơ ảo mơ thực q trình gia cơng chế tạo ống thép máy uốn trục - Tạo tiền đề cho nghiên cứu ứng dụng kết cấu vòm lĩnh vực xây dựng cầu 1.7 Kết luận Sản phẩm tạo hình từ thép ống đóng vai trị quan trọng có ý nghĩa to lớn sống lĩnh vực xây dựng cầu dạng vịm Vấn đề tạo hình xác u cầu chất lượng sản phẩm thép ống đặt ngày cao cơng trình xây dựng cầu vịm ống thép nhồi bê tơng Việt Nam Việc nghiên cứu ứng dụng tạo hình xác nhằm đảm bảo chất lượng cho cơng trình đồng thời giảm thời gian gia công thử nghiệm tiết kiệm nhiều chi phí đáng kể Qua phân tích số ảnh hưởng thơng số bán kính uốn, góc uốn đến q trình gia cơng ống máy uốn trục Hiện tượng Springback biến dạng mặt cắt ngang trình ống uốn thường xảy Vấn đề đặt cho đề tài dự đoán thay đổi tượng trình gia cơng biến dạng dẻo Từ u cầu chương tiếp theo, đề tài nghiên cứu sở lý thuyết cho trình biến dạng dẻo Tiến hành trình uốn thực nghiệm máy uốn trục dạng nhỏ kiểm tra biến dạng mặt cắt ngang ống, kiểm tra đường tên Đặc biệt sử dụng phần mềm ANSYS/LS-DYNA tính tốn mơ kiểm chứng lại biến dạng mặt cắt ngang, đường tên cách so sánh q trình gia cơng, kết phân tích kết mơ Trang 21 ... tạo hình ống thép nhồi Bê tơng cho cầu vịm 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: * Tổng quan tình hình nghiên cứu ống thép nhồi bê tơng cho cầu vịm * Khảo sát thay đổi chiều dày ống, bán kính uốn góc uốn q trình. .. Nguyễn Trình Trà Vinh mơ hình máy uốn trục từ cơng trình nghiên cứu Đặng Đức Độ cầu vịm ống thép nhồi bê tông cho Cầu Công Lý – Tp.HCM Q trình tính tốn mơ theo trường hợp ống thép chưa nhồi bê tông, ... tình hình nghiên cứu ống thép nhồi bê tông cho cầu vòm * Khảo sát thay đổi chiều dày ống, bán kính uốn góc uốn q trình gia công biến dạng dẻo ống thép máy uốn trục từ mơ hình máy uốn nhỏ mơ hình