Nghiên cứu ảnh hưởng của gia nhiệt trong quá trình uốn thép tấm để chế tạo một số chi tiết tàu thủy

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Minh PGS.TS Nguyễn Đức Toàn Kết nêu luận án trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình nghiên cứu khác Hà Nội, ngày 06 tháng 10 năm 2020 TẬP THỂ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Minh PGS.TS Nguyễn Đức Toàn i NGHIÊN CỨU SINH Vƣơng Gia Hải LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Minh PGS.TS Nguyễn Đức Tồn, ngƣời Cơ ngƣời Thầy tận tình hƣớng dẫn, động viên giúp đỡ tơi hồn thành luận án Tơi xin cảm ơn Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng đào tạo (Trƣớc Viện Sau đại học), Viện Cơ khí, Bộ mơn Gia cơng vật liệu Dụng cụ công nghiệp tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ động viên tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Tôi xin cảm ơn Ban lãnh đạo Trƣờng, Khoa Điện – Cơ, Bộ môn Cơ khí trƣờng đại học Hải Phịng tạo điều kiện giúp đỡ thời gian tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành luận án Tơi xin cảm ơn Xƣởng thực hành Cơ khí trƣờng đại học Hải Phịng, Cơng ty TNHH Kỹ thuật Phúc Nghi, Xƣởng khí An Dƣơng giúp đỡ, hỗ trợ tơi hoàn thành thực nghiệm luận án Cuối tơi xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, gia đình ngƣời thân ln bên động viên, khích lệ, ủng hộ mong muốn tơi hồn thành luận án Hà Nội, ngày 06 tháng 10 năm 2020 Nghiên cứu sinh Vƣơng Gia Hải ii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN KẾT CẤU TÀU VỎ THÉP VÀ GIA CƠNG TẠO HÌNH CĨ GIA NHIỆT 1.1Tổng quan tàu 1.2Uốn tạo hình 1.3Ảnh hƣởng n 1.4Gia nhiệt c 1.5Một số nghiên KẾT LUẬN CHƢƠNG CHƢƠNG LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG DẺO, VẬT LIỆU VÀ MƠ HÌNH BIẾN CỨNG 2.1Lý thuyết biến 2.1.2 Quan hệ ứng suất - biến dạng biến dạng dẻo 2.1.2.1 Biểu đồ kéo nén kim loại 2.1.2.2 Hiệu ứng Bauschinger 2.2Hiện tƣợng đàn iii 2.2.2 Những ảnh hƣởng tƣợng đàn hồi lại sản phẩm sau tạo hình 41 2.2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến tƣợng đàn hồi lại sau biến dạng tạo hình 41 2.3 Biến dạng dẻo tạo hình kim loại 42 2.3.1 Biến cứng kết hợp (combined hardening) 42 2.3.2 Biến cứng đẳng hƣớng (isotropic hardening) 43 2.3.3 Biến cứng động (kinematic hardening) 44 2.4 Các mức nhiệt độ tạo hình 45 2.5 Các mơ hình thuộc tính vật liệu 46 2.6 Vật liệu 47 2.6.1 Thực nghiệm thử kéo 48 2.6.1.1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm thử kéo nhiệt độ cao 48 2.6.1.2 Máy thử kéo, hệ thống gia nhiệt dụng cụ đo 49 2.6.2 Kết thử kéo 52 2.7 Xác định thông số vật liệu 53 2.7.1 Ở điều kiện nhiệt độ phòng 54 2.7.1.1 Xác định thông số mô hình Voce’s 54 2.7.1.2 Mơ số q trình kéo/nén phần mềm ABAQUS/CAE .55 2.7.2 Ở điều kiện nhiệt độ 300 C 58 2.7.2.1 Xác định thơng số mơ hình Voce’s 58 2.6.2.2 Mô số trình kéo/nén phần mềm ABAQUS/CAE .59 2.7.3 Ở điều kiện nhiệt độ 600 C 60 2.7.3.1 Xác định thông số mơ hình Voce’s 60 2.7.3.2 Mơ số q trình kéo/nén phần mềm ABAQUS/CAE .62 KẾT LUẬN CHƢƠNG 62 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG GIA CƠNG UỐN CHI TIẾT HÌNH CHỮ V 64 3.1 Xây dựng mơ hình thực nghiệm uốn chi tiết hình chữ V nhiệt độ phòng nhiệt độ cao 66 3.1.1 Sơ đồ hệ thống thực nghiệm 66 3.1.2 Thiết lập thực nghiệm 67 3.2 Thực nghiệm mô xác định tham số mơ hình vật liệu uốn thép SS400 nhiệt độ phòng 71 iv 3.2.1 Thực nghiệm uốn chi tiết hình chữ V nhiệt độ phòng 71 3.2.1.1 Kết góc uốn thực nghiệm 72 3.2.1.2 Kết lực tạo hình thực nghiệm 74 3.2.2 Mơ q trình uốn chi tiết hình chữ V nhiệt độ phịng 78 3.2.2.1 Mơ hình mơ kết phân tích phần tử hữu hạn 78 3.2.2.2 Kết mô uốn chi tiết hình chữ V nhiệt độ phịng 79 3.2.3 Đề xuất xác định tham số mơ hình hóa bền kết hợp 80 3.3 Thực nghiệm mơ uốn kiểm chứng chi tiết hình chữ V nhiệt độ cao 84 3.3.1 Thực nghiệm uốn chi tiết hình chữ V nhiệt độ cao 84 3.3.1.1 Kết góc uốn chi tiết thực nghiệm uốn có gia nhiệt 85 3.3.1.2 Kết lực tạo hình thực nghiệm uốn có gia nhiệt 91 0 3.3.2 Mơ uốn chi tiết hình chữ V nhiệt 300 C 600 C 98 KẾT LUẬN CHƢƠNG .109 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA .111 4.1 Thiết kế thực nghiệm 111 4.1.1 Phƣơng pháp Taguchi 111 4.1.2 Lựa chọn tham số đầu vào cho thực nghiệm 113 4.1.3 Một số khái niệm [21] 114 4.1.3.1 Tỷ số nhiễu S/N 114 4.1.3.2 Hệ số Fisher 115 4.1.3.3 Phân tích phƣơng sai 116 4.1.4 Thiết kế thực nghiệm 116 4.1.5 Điều kiện thí nghiệm 117 4.2 Nghiên cứu mối quan hệ thông số công nghệ đến lực tạo hình uốn thép SS400 môi trƣờng gia nhiệt cảm ứng điện từ .117 4.2.1 Kết thí nghiệm 117 4.2.2 Mức độ ảnh hƣởng tham số cơng nghệ đến lực tạo hình xây dựng tham số tối ƣu 119 4.3 Nghiên cứu mối quan hệ thông số công nghệ đến biến dạng đàn hồi sau trình uốn tạo hình thép SS400 mơi trƣờng gia nhiệt cảm ứng điện từ .121 4.3.1 Kết thí nghiệm 121 v 4.3.2 Mức độ ảnh hƣởng tham số cơng nghệ đến biến dạng đàn hồi sau q trình uốn tạo hình thép SS400 xây dựng tham số tối ƣu 122 4.3.3 Xây dựng mơ hình biến dạng đàn hồi sau trình uốn tạo hình uốn thép SS400 môi trƣờng gia nhiệt cảm ứng điện từ .123 4.4 Nghiên cứu mối quan hệ thơng số cơng nghệ đến góc uốn tạo hình chi tiết uốn thép SS400 môi trƣờng gia nhiệt cảm ứng điện từ .124 4.5 Nghiên cứu mối quan hệ thơng số cơng nghệ đến bán kính uốn chi tiết uốn thép SS400 môi trƣờng gia nhiệt cảm ứng điện từ 126 4.6 Phân tích phần tử hữu hạn kiểm chứng uốn chi tiết tàu thủy 128 4.6.1 Xác định tham số T, Rch H cho gia công uốn chi tiết tàu thủy 128 4.6.2 Mô kiểm chứng trình uốn chi tiết tàu thủy .129 KẾT LUẬN CHƢƠNG .129 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 131 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .133 TÀI LIỆU THAM KHẢO 134 PHỤ LỤC 139 vi DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu LAM PEM ζj Laser – Ass Plasma Enh plasma Electricity – dòng điện Furnace hea gia nhiệt bằ Induction h nhiệt cảm ứ Finite Elem Johnson – C Structural s Nghiên cứu Chiều sâu th Điện trở suấ Độ thẩm từ Tần số dịng Bán kính ch Bán kính ch Bán kính uố Chiều dầy c Hàm truyền Mô tả lực tá Góc biến Bán kính ch Ứng suất Lực kéo Diện tích m Biến dạng Độ dài mẫu Độ dài mẫu Biến dạng d Hệ số modu Điện áp Cƣờng độ d Giới hạn ch Mô men uố Chiều rộng Chiều cao d Ứng suất ch Sự khác biệ Phần lệch c Giá trị vii ζm Giá trị EAM FAM IAM FEM J–C SS NCS δ ρ µ f R t DTF FDM σ F A0 ε l1 l0 ∆l E U I M w h σ iso ξ Sj α Ứng suất ng ϕ C γ A Góc uốn ch Tham số hó Tham số hó Tham số vậ đổi kích thƣ Tham số vậ phát triển củ Nhiệt độ nu Chiều sâu d Lực tạo hìn Lực tạo hìn Sai lệch lực Bán kính ch Tỷ số nhiễu Đặc tính ch Lực tạo hìn Góc đàn hồ Góc chi tiết Bán kính ch B T H PTN Pmp ∆P Rch S/N MSD PTC θSPC ϕc RUC viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp gia nhiệt [21] Bảng 1.2 Hiệu nung nhiệt phƣơng pháp thiết kế cuộn dây cảm ứng (%) [23] 20 Bảng 1.3 Cơ tính thép AMS5604 điều kiện nhiệt độ khác [12] Bảng 2.1 Thành phần hóa học thép SS400 Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật máy c Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật m Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật mạch Bảng 2.5 Cơ tính mẫu thử Bảng 2.6 Các hệ số hóa bền mơ hình đẳng hƣớng động học ba điều kiện nhiệt độ khác Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật máy phay CNC trục MCB-850 Bảng 3.2 Góc biến dạng đàn hồi θsp sau trình uốn chi tiết hình chữ V nhiệt độ phịng với Rch = 10mm Bảng 3.3 Góc biến dạng đàn hồi θsp sau trình uốn chi tiết hình chữ V nhiệt độ phòng với Rch = 15mm Bảng 3.4 Góc biến dạng đàn hồi θsp sau trình uốn chi tiết hình chữ V nhiệt độ phòng với Rch = 20mm Bảng 3.5 Kết lực tạo hình uốn thực nghiệm chi tiết hình chữ V nhiệt độ phịng với Rch = 10mm Bảng 3.6 Kết lực tạo hình uốn thực nghiệm chi tiết hình chữ V nhiệt độ phòng với Rch = 15mm Bảng 3.7 Lực tạo hình uốn thực nghiệm chi tiết hình chữ V nhiệt độ phịng với Rch = 20mm Bảng 3.8 Kết góc đàn hồi lại thực nghiệm mô với Rch = 15mm Bảng 3.9 So sánh kết góc tạo hình thực nghiệm mơ sử dụng mơ hình biến cứng kết hợp với Rch = 10mm Bảng 3.10 So sánh kết góc tạo hình thực nghiệm mơ sử dụng mơ hình biến cứng kết hợp với Rch = 15mm Bảng 3.11 So sánh kết góc tạo hình thực nghiệm mơ sử dụng mơ hình biến cứng kết hợp với Rch = 20mm Bảng 3.12 Kết lực tạo hình uốn chi tiết hình chữ V thực nghiệm mô với Rch = 10mm, 15mm 20mm nhiệt độ phòng Bảng 3.13 Góc biến dạng đàn hồi θsp sau trình uốn chi tiết hình chữ V 3000C với Rch = 10 mm 85 Bảng 3.14 Góc biến dạng đàn hồi θsp sau trình uốn chi tiết hình chữ V 3000C với Rch = 15 mm 86 ix Bảng 3.15 Góc biến dạng đàn hồi θsp sau trình uốn chi tiết hình chữ V 300 C với Rch = 20 mm 87 Bảng 3.16 Góc biến dạng đàn hồi θsp sau trình uốn chi tiết hình chữ V 600 C với Rch = 10 mm 89 Bảng 3.17 Góc biến dạng đàn hồi θsp sau trình uốn chi tiết hình chữ V 600 C với Rch = 15 mm 90 Bảng 3.18 Góc biến dạng đàn hồi θsp sau trình uốn chi tiết hình chữ V 600 C với Rch = 20 mm 91 Bảng 3.19 Kết lực uốn tạo hình PTN300 uốn thực nghiệm chi tiết hình chữ V 300 C với Rch = 10mm 92 Bảng 3.20 Kết lực uốn tạo hình PTN300 uốn thực nghiệm chi tiết hình chữ V 300 C với Rch = 15mm 93 Bảng 3.21 Kết lực uốn tạo hình PTN300 uốn thực nghiệm chi tiết hình chữ V 300 C với Rch = 20mm 94 Bảng 3.22 Kết lực uốn tạo hình PTN600 uốn thực nghiệm chi tiết hình chữ V 600 C với Rch = 10mm 95 Bảng 3.23 Kết lực uốn tạo hình PTN600 uốn thực nghiệm chi tiết hình chữ V 600 C với Rch = 15mm 97 Bảng 3.24 Kết lực uốn tạo hình PTN600 uốn thực nghiệm chi tiết hình chữ V 600 C với Rch = 20mm 97 0 Bảng 3.25 Các tham số hóa bền vật liệu nhiệt độ 300 C 600 C theo qui luật biến cứng kết hợp 99 Bảng 3.26 So sánh góc biến dạng đàn hồi lại sau q trình tạo hình thực nghiệm mơ 300 C với Rch = 15mm 101 Bảng 3.27 So sánh góc biến dạng đàn hồi lại sau trình tạo hình thực nghiệm mô 600 C với Rch = 15mm 101 0 Bảng 3.28 Các tham số hóa bền vật liệu nhiệt độ 300 C 600 C theo qui luật biến cứng kết hợp 104 Bảng 3.29 So sánh góc uốn chi tiết ϕ sau biến dạng đàn hồi lại thực nghiệm mô 300 C với Rch H thay đổi 104 Bảng 3.30 So sánh góc uốn chi tiết ϕ sau biến dạng đàn hồi lại thực nghiệm mô 600 C với Rch H thay đổi 106 Bảng 3.31 Kết lực tạo hình uốn chi tiết hình chữ V thực nghiệm mô với Rch = 10mm 107 Bảng 3.32 Kết lực tạo hình uốn chi tiết hình chữ V thực nghiệm mơ với Rch = 15mm 107 Bảng 3.33 Kết lực tạo hình uốn chi tiết hình chữ V thực nghiệm mô với Rch = 20mm 107 Bảng 3.34 Các tham số mơ hình đề xuất điều kiện nhiệt độ khác 109 Bảng 4.1 Bảng thống kê tiêu đánh giá kiểu đặc tính chất lƣợng lựa chọn 115 x ( (4.19) ) Phƣơng trình (4.19) dùng cho dự đốn mối quan hệ phụ thuộc góc uốn chi tiết RUC tham số đầu vào Phƣơng trình dự đốn đƣợc sử dụng luận án hàm đa thức bậc Phƣơng trình dự đốn cho hàm đa thức bậc hai lực tạo hình RUC cơng thức (4.20) đƣợc xây dựng nhờ công cụ Fitting Regression phần mềm Minitab 17 RUC = 75.29 – 0,01033.T + 0,2411.R – 3,193.H + 0,000073.T.R – 2 0,000377.T.H + 0,000025.T – 0,008449.R + 0,06212.H Để đánh giá tính xác mơ hình tính tốn bán kính chi tiết sau uốn chi tiết hình chữ V có gia nhiệt theo phƣơng trình (4.20) đƣợc đánh giá sai số so sánh với liệu thí nghiệm nhƣ Bảng 4.14 Trong sai số lực tạo hình ∆RU đƣợc xác định từ phƣơng trình (4.21) so với liệu thực nghiệm thu đƣợc từ thí nghiệm theo phƣơng pháp mảng trực giao Taguchi ∆RU = Bảng 4.14 Sai số mơ hình xác định bán kính chi tiết theo tính tốn thực nghiệm uốn có gia nhiệt TN số Kết từ Bảng 4.14 cho thấy sai số mơ hình tốn xác định góc uốn chi tiết sau q trình tạo hình đƣợc tính tốn theo phƣơng trình (4.20) thực nghiệm với thí nghiệm theo mảng trực giao Taguchi nhỏ Giá trị sai số lớn 0,344% thí nghiệm số 7, sai lệch nhỏ gần nhƣ bỏ qua Điều cho thấy mơ hình xây dựng xác định bán kính chi tiết sau uốn có gia nhiệt đạt độ tin cậy cao 127 4.6 Phân tích phần tử hữu hạn kiểm chứng uốn chi tiết tàu thủy Nhƣ trình bày phần trên, bên kết cấu tàu vỏ thép có nhiều vị trí sử dụng chi tiết có biên dạng cong, đƣợc gia công phƣơng pháp uốn Do giới hạn thiết bị nhƣ điều kiện thực tế Việt Nam, luận án lựa chọn phần chi tiết Hình 4.10 (đây bích tăng cứng, đƣợc hàn tổ hợp từ phần riêng biệt lại với nhau, luận án lựa chọn phần chi tiết có R = 43 mm góc uốn ϕ = 120 để nghiên cứu) R43 R27 120° R20 R27 (a) (b) Hình 4.10 Bích tăng cứng hầm hàng tàu vỏ thép làm từ thép SS400 (a) ảnh chụp sản phẩm, (b) vẽ 2D 4.6.1 Xác định tham số T, Rch H cho gia công uốn chi tiết tàu thủy Trong mục 4.3; 4.4; 4.5 xây dựng đƣợc mơ hình tốn miêu tả quan hệ góc đàn hồi lại sau biến dạng tạo hình (cơng thức (4.14), góc uốn chi tiết (cơng thức (4.17) bán kính uốn (cơng thức (4.20) Để gia công uốn đƣợc phần chi tiết có R = 43mm góc uốn ϕ = 120 , dựa vào hàm quan hệ ta dự đoán đƣa khuyến nghị cho doanh nghiệp thông số nhiệt độ nung phôi, bán kính chày hành trình chày phù hợp Bảng 4.15 Bảng 4.15 Kết xác định thông số đầu theo mơ hình tốn T( Nhiệt đ Theo Bảng 4.15, để uốn đƣợc chi tiết lựa chọn, nhiệt độ phòng cần chọn 0 Rch = 15mm H = 15,5mm Ở 300 C chọn Rch = 20mm H = 14,5mm Ở 600 C Rch = 10mm H = 14,5mm Nhƣng muốn lựa chọn tham số cho lực uốn góc đàn hồi lại nhỏ lựa chọn tham số 600 C 128 4.6.2 Mô kiểm chứng trình uốn chi tiết tàu thủy Trong Chƣơng xác định đƣợc tham số hóa bền mơ hình kết hợp (combinde hardening) Các tham số đƣợc sử dụng làm liệu đầu vào cho phân tích phần tử hữu hạn trình uốn phần mềm ABAQUS Các bƣớc thiết lập mơ hình làm tƣơng tự nhƣ chƣơng 3, kết phân tích phần tử hữu hạn thể Hình 4.11 Bảng 4.16 Bảng 4.16 Kết xác định thông số đầu theo mô số T ( C) Nhiệt độ phòng 300 600 (a) (b) (c) 0 Hình 4.11 Kết mơ trình uốn chi tiết tàu thủy (a) 32 C, (b) 300 C (c) 600 C Bảng 4.17 So sánh kết xác định thông số đầu theo mơ số tính tốn theo công thức xác định Thông số chi tiết Góc chi tiết ( ) Bán kính (mm) Từ Bảng 4.17 nhận thấy sai lệch chi tiết thực tế so với dự đốn theo phƣơng trình xây dựng so với mơ số có sai lệch nhỏ Góc chi tiết sai lệch 1,28 , cịn bán kính uốn sai lệch lớn 1,5mm (3,4%) Điều cho thấy mơ hình tốn miêu tả quan hệ thông số đầu vào xây dựng đảm bảo độ tin cậy KẾT LUẬN CHƢƠNG Trong chƣơng nghiên cứu mối quan hệ tham số đầu vào: Nhiệt độ nung phơi (T), bán kính chày uốn (Rch) hành trình của chày (H) với thơng số đầu ra: Lực tạo hình uốn (PTC), góc biến dạng đàn hồi lại sau 129 trình tạo hình (θSPC), góc uốn chi tiết (ϕC) bán kính chi tiết (RUC) phƣơng pháp thực nghiệm Taguchi, số kết đạt đƣợc gồm: - Với thông số đầu lực tạo hình uốn (PTC), tham số đầu vào tối ƣu đƣợc xác định là: T = 600 C, Rch = 10 mm, H = 10 mm - Với thơng số đầu góc biến dạng đàn hồi lại sau biến dạng tạo hình (θSPC), tham số tối ƣu là: T = 600 C, Rch = 10 mm, H = 10 mm - Từ kết phân tích cho thấy, ba tham số đầu vào khảo sát (nhiệt độ nung phôi, bán kính chày uốn hành trình dịch chuyển chày) nhiệt độ có vai trị quan trọng ảnh hƣởng lớn đến tiêu đầu lực uốn tạo hình góc biến dạng đàn hồi lại sau tạo hình - Đã xây dựng đƣợc mơ hình tốn miêu tả mối quan hệ tham số đầu vào thông số đầu ra, phƣơng trình (4.11) cho thơng số lực tạo hình PTC, phƣơng trình (4.14) cho thơng số góc đàn hồi lại sau biến dạng θSPC, phƣơng trình (4.17) cho góc uốn chi tiết ϕC phƣơng trình (4.20) cho tham số bán kính chi tiết RUC Các mơ hình tốn có độ xác cao tin cậy cao so sánh với liệu thực nghiệm - Có thể tính tốn dự đốn tƣơng đối xác lực uốn, góc đàn hồi lại, bán kính uốn, góc chi tiết điều kiện giới hạn tham số thực nghiệm (T từ nhiệt độ phòng đến 600 C; Rch - từ 10mm đến 20mm H - từ 10mm đến 22mm) 130 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu trình bày bên trên, kết luận luận án nhƣ sau: Trên sở liệu thực nghiệm thử kéo mẫu thép SS400 nhiệt độ 0 phòng, 300 C, 600 C xác định đƣợc tham số hóa bền hai mơ hình biến cứng mơ hình đẳng hƣớng (isotropic hardening) mơ hình động học (kinematic hardening) Bảng 2.6 Từ làm liệu khai báo đầu vào cho phân tích phần từ hữu hạn trình kéo/nén uốn thép SS400 ba điều kiện nhiệt độ khác phần mềm ABAQUS Từ kết thực nghiệm uốn chi tiết hình chữ V làm từ thép SS400 ba 0 điều kiện: nhiệt độ phòng, 300 C 600 C cho thấy nhiệt độ có ảnh hƣởng lớn đến lực tạo hình góc biến dạng đàn hồi lại So sánh kết uốn 600 C nhiệt độ phòng thấy rằng, góc biến dạng đàn hồi lại giảm từ lần đến lần lực tạo hình giảm khoảng lần Đã đề xuất phƣơng pháp xác định tham số mơ hình hóa bền vật liệu kết hợp (combined hardening) ứng dụng phân tích phần tử hữu 0 hạn trình uốn thép SS400 nhiệt độ phòng, 300 C, 600 C ứng dụng chế tạo tàu thủy Kết mô thực nghiệm cho thấy phù hợp phƣơng pháp đề xuất hồn tồn ứng dụng phƣơng pháp cho vật liệu khác uốn có gia nhiệt Từ việc nghiên cứu mối quan hệ tham số đầu vào thông số đầu xây dựng thành cơng phƣơng trình tốn học miêu tả mối mối quan hệ này, phƣơng trình (4.11) cho thơng số lực tạo hình P TC, phƣơng trình (4.14) cho thơng số góc đàn hồi lại sau biến dạng θSPC, phƣơng trình (4.17) cho góc uốn chi tiết ϕC phƣơng trình (4.20) cho tham số bán kính chi tiết RUC Các mơ hình tốn có độ xác cao tin cậy cao so sánh với liệu thực nghiệm Từ phƣơng trình quan hệ tham số đầu vào đầu tìm đƣợc ứng dụng để tính tốn cho phần chi tiết bích tăng cứng tàu thủy, kết cho thấy độ tin cậy cao khuyến nghị cho doanh nghiệp ứng dụng tính tốn dự đốn xác lực uốn, góc đàn hồi lại, bán kính uốn, góc chi tiết điều kiện giới hạn tham số thực nghiệm (T - từ nhiệt độ phòng đến 600 C; Rch - từ 10mm đến 20mm H từ 10mm đến 22mm) Và sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu luận án thực với chi tiết khác có hình dạng, kích thƣớc vật liệu khác 131 KIẾN NGHỊ VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO - Phƣơng pháp uốn chi tiết hình chữ V làm từ thép SS400 có gia nhiệt cảm ứng điện từ áp dụng để uốn dạng chi tiết khác nhƣ chữ L, U,… đƣợc làm từ vật liệu có từ tính khác Tuy nhiên với chi tiết có kích thƣớc lớn hình dạng q phức tạp việc thiết kế khn, hệ thống gia nhiệt cảm ứng điện từ cần đƣợc tính tốn kỹ lƣỡng cụ thể - Trong q trình uốn có gia nhiệt, việc kiểm sốt nhiệt độ q trình gia cơng quan trọng, đặc biệt với chi tiết lớn, vật liệu khác nhau, có kích thƣớc hình dạng phức tạp Do cần làm thêm số thực nghiệm với mẫu thí nghiệm khác - Cần nghiên cứu thêm ảnh hƣởng tham số công nghệ khác đến tƣợng đàn hồi lại sau biến dạng tạo hình nhƣ: độ dày tấm, hình dạng, cối uốn, thời gian uốn, tốc độ uốn, tốc độ biến dạng, vấn đề ma sát uốn có gia nhiệt cảm ứng điện từ - Cần có thêm nghiên cứu để đánh giá độ xác kích thƣớc chi tiết sau gia cơng uốn có gia nhiệt Vì nhiệt độ cao, kim loại có tƣợng giãn nở nhiệt tồn ứng suất dƣ bên chi tiết sau gia công Đây yếu tố gây biến dạng chi tiết sau gia công - Nghiên cứu phƣơng pháp phần tử hữu hạn để dự đoán thêm tƣợng xảy q trình uốn có gia nhiệt nhƣ: tƣợng truyền nhiệt chày cối, môi trƣờng xung quanh, tƣợng biến cứng bề mặt uốn có gia nhiệt,… 132 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Vuong Gia Hai, Nguyen Thi Hong Minh and Nguyen Duc Toan (2019), “Mechanical Properties of SS400 Steel Plate at Elevated Temperatures”, Applied Mechanics and Materials, vol 899, pp 51-57 Doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.889.51 Vƣơng Gia Hải, Nguyễn Thị Hồng Minh, Nguyễn Đức Toàn (2019), “Xác định tham số vật liệu để dự đoán đường cong biến dạng cho trình kéo/nén vật liệu DP590”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Hƣng Yên, số 22, trang - 12 Vƣơng Gia Hải, Nguyễn Đức Toàn (2019), “Nghiên cứu dự báo tượng đàn hồi sau biến dạng dẻo tạo hình chữ U cho vật liệu DP590”, Tạp chí Khoa học Công nghệ - Trƣờng Đại học Thái Nguyên, Tập 200, số 07, trang 265 - 271 Vƣơng Gia Hải, Nguyễn Thị Hồng Minh, Nguyễn Đức Toàn (2019), “Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ, bán kính chày lực chặn phơi đến lực tạo hình uốn chi tiết hình chữ U thép SS400 phương pháp phần tử hữu hạn”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Trƣờng Đại học Hàng Hải, số 60, trang 40 - 45 Vuong Gia Hai, Nguyen Thi Hong Minh and Nguyen Duc Toan (2020), “A study on experiment and simulation to predict the spring-back of SS400 steel sheet in large radius of V-bending process”, Materials Research Express, vol 7(2020) 016562, pp 1-15 (ISI, IP:1.449) Doi: 10.1088/2053-1591/ab67f5 Vuong Gia Hai, Nguyen Thi Hong Minh and Nguyen Duc-Toan (2020), “Studies on Predicting Spring-Back and Verifying the Effects of Temperature, Sheet Thickness and Punch Speed on Forming Force of VBending for SS400 Steel Plate”, Advanced Materials, Springer Proceedings in Materials 6, Chapter 9, pp.97-108 https://doi.org/10.1007/978-3-030-45120-2_9 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] V N Bích (2007), "KẾT CẤU TÀU THỦY" Hồ Chí Minh D T Nguyen (2014), “A new constitutive model for AZ31B magnesium alloy sheet deformed at elevated temperatures and various strain rates”, High Temperature Materials and Processes, vol 33, no 6, pp 499–508 D Nguyen, Y Kim, and D Jung (2012), “Finite Element Method Study to Predict Spring-back in Roll-Bending of Pre-Coated Material and Select Bending Parameters”, vol 13, no 8, pp 1425–1432 T Data (1985), “FRACTURE CHARACTERISTICS OF THREE METALS SUBJECTED TO VARIOUS STRAINS , STRAIN RATES , TEMPERATURES AND PRESSURES”, vol 21, no I “http://vientauthuy.com.vn/vi/tau-cao-toc-song-hoi-07” “http://vientauthuy.com.vn/vi/tau-thao-phuong-xanh” “https://www.youtube.com/watch?v=2drej_qeRSA” I A Burchitz (2008), Improvement of springback prediction in sheet metal forming [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] “https://www.pinterest.se/pin/110760472056531663/?nic_v1=1aU4%2BWV WDE0K4KYbMU0OEx8T5GhOTR7Fc3uk7ruGGhNt8iGtTJuLnjuMvFybVEw aEm” “https://blogs.solidworks.com/solidworksblog/2019/08/solving-beamythree-point-bending-test-with-solidworks-simulation.html” C Wang, G Kinzel, and T Altan (1993), “Mathematical modeling of planestrain bending of sheet and plate”, Journal of Materials Processing Tech., vol 39, no 3–4, pp 279–304 F STACHOWICZ, T TRZEPIECIŃSKI, and T PIEJA (2010), “Warm forming of stainless steel sheet”, Archives of Civil and Mechanical Engineering, vol 10, no 4, pp 85–94 D F Walczyk and S Vittal (2000), “Bending of titanium sheet using laser forming”, Journal of Manufacturing Processes, vol 2, no 4, pp 258–269 H C Kuo and L J Wu (2002), “Automation of heat bending in shipbuilding”, Computers in Industry, vol 48, no 2, pp 127–142 W K A K Zaboklicki (1993), “Laser-assisted hot machining of ceramics and composite materials”, Int Conf Mach Adv Mater, vol 847, pp 455– 463 K W Poh (2001), “Stress-strain-temperature relationship for structural steel”, Journal of Materials in Civil Enginnering, vol 13, no 5, pp 371–379 S P G Gurav, P R B (2016), “A Review on Effect of Cutting Parameters in Hot Turning Operation on Surface Finish”, Int J Eng Dev Res, vol 4, pp 55–61 B S Sun, J Harris, and M Brandt (2008), “Parametric Investigation of Laser-Assisted Machining of Commercially Pure Titanium **”, no 3, pp 565–572 C E Leshock, J Kim, and Y C Shin (2001), “Plasma enhanced machining of Inconel 718 : modeling of workpiece temperature with plasma heating and 134 [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] experimental results”, vol 41, pp 877–897 N Duc-Toan, Y Seung-Han, J Dong-Won, B Tien-Long, and K Young-Suk (2012), “A study on material modeling to predict spring-back in V-bending of AZ31 magnesium alloy sheet at various temperatures”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol 62, no 5– 8, pp 551–562 M T Bích (2019), “Nghiên cứu tính gia cơng vật liệu thép SKD11 môi trường gia nhiệt cảm ứng điện từ định hướng ứng dụng công nghiệp” R E Haimbaugh (2001), “Theory of Heating by Induction”, Practical Induction Heat Treating, pp 5–18 S L Semiatin (1988), “Coil design and fabrication : basic design and modifications”, no June T H Đăng (2016), Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ lăn ép đến khả tạo hình dày có biên dạng phức tạp ứng dụng cơng nghệ đóng tàu Đ T H Quế (2014), Nghiên cứu chế phá hủy phơi q trình cán nêm ngang, no Nguyễn Thành Huân (2018), “Nghiên cứu tiện thép hợp kim 9XC sau tơi có gia nhiệt laser” P B Keating and L C Christian (2012), “EFFECTS OF BENDING AND HEAT ON THE DUCTILITY AND FRACTURE TOUGHNESS OF FLANGE PLATE March 2007 Report 0-4624-2 Texas Transportation Institute The Texas A & M University System College Station , Texas 77843-3135 Project 0-462 Texa”, vol 7, no D Fei and P Hodgson (2006), “Experimental and numerical studies of springback in air v-bending process for cold rolled TRIP steels”, Nuclear Engineering and Design, vol 236, no 18, pp 1847–1851 M L Garcia-Romeu, J Ciurana, and I Ferrer (2007), “Springback determination of sheet metals in an air bending process based on an experimental work”, Journal of Materials Processing Technology, vol 191, no 1–3, pp 174–177 M Zhan, H Yang, L Huang, and R Gu (2006), “Springback analysis of numerical control bending of thin-walled tube using numerical-analytic method”, Journal of Materials Processing Technology, vol 177, no 1–3, pp 197–201 Ö Tekaslan, U Şeker, and A Özdemir (2006), “Determining springback amount of steel sheet metal has 0.5 mm thickness in bending dies”, Materials and Design, vol 27, no 3, pp 251–258 Z Tekiner (2004), “An experimental study on the examination of springback of sheet metals with several thicknesses and properties in bending dies”, Journal of Materials Processing Technology, vol 145, no 1, pp 109–117 T C Hsu and I R Shien (1997), “Finite element modeling of sheet forming process with bending effects”, Journal of Materials Processing Technology, vol 63, no 1–3, pp 733–737 T Muderrisoglu, A., Livatyali, H., Ahmetoglu, M., and Altan (1997), 135 [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] “Computer Aided Design for Bending, Flanging and Hemming of Steels and Aluminum Alloys” PMA-Metal-Form Conf, Chicago Gedeon Mike (2009), “Elastic Springback”, Technical Tidbits, no 11 S.-F K Fuh-Kuo Chen (2011), “Deformation Analysis of Springback in LBending of Sheet Metal”, Advanced Science Letters, vol 4, no 6–7, pp 19281932(5) X Li, Y Yang, Y Wang, J Bao, and S Li (2002), “Effect of the materialhardening mode on the springback simulation accuracy of V-free bending”, Journal of Materials Processing Technology, vol 123, no 2, pp 209–211 L Antonelli, P Salvini, F Vivio, and V Vullo (2007), “Identification of elasto-plastic characteristics by means of air-bending test”, Journal of Materials Processing Technology, vol 183, no 1, pp 127–139 C Bruni, A Forcellese, F Gabrielli, and M Simoncini (2006), “Air bending of AZ31 magnesium alloy in warm and hot forming conditions”, Journal of Materials Processing Technology, vol 177, no 1–3, pp 373–376 A Wang et al (2017), “Springback analysis of AA5754 after hot stamping: experiments and FE modelling”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol 89, no 5–8, pp 1339–1352 S Nishino, K Ohya, and K Naruishi (2003), “Proposal for reducing press working load and highly accurate evaluation of springback error in bending automobile sheet metal”, JSAE Review, vol 24, no 3, pp 283–288 I N Chou and C Hung (1999), “Finite element analysis and optimization on springback reduction”, International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol 39, no 3, pp 517–536 A P Karafillis and M C Boyce (1992), “Tooling design in sheet metal forming using springback calculations”, International Journal of Mechanical Sciences, vol 34, no 2, pp 113–131 H Palaniswamy, G Ngaile, and T Altan (2004), “Optimization of blank dimensions to reduce springback in the flexforming process”, Journal of Materials Processing Technology, vol 146, no 1, pp 28–34 S W Lee (2005), “A study on the bi-directional springback of sheet metal stamping”, Journal of Materials Processing Technology, vol 167, no 1, pp 33–40 L P Lei, S M Hwang, and B S Kang (2001), “Finite element analysis and design in stainless steel sheet forming and its experimental comparison”, Journal of Materials Processing Technology, vol 110, no 1, pp 70–77 K M Zhao and J K Lee (2002), “Finite element analysis of the three-point bending of sheet metals”, Journal of Materials Processing Technology, vol 122, no 1, pp 6–11 W Gan and R H Wagoner (2004), “Die design method for sheet springback”, International Journal of Mechanical Sciences, vol 46, no 7, pp 1097–1113 H Shawn Cheng, J Cao, and Z C Xia (2007), “An accelerated springback compensation method”, International Journal of Mechanical Sciences, vol 49, no 3, pp 267–279 R H Wagoner and M Li (2007), “Simulation of springback: Through136 [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] thickness integration”, International Journal of Plasticity, vol 23, no 3, pp 345–360 M C Oliveira, J L Alves, B M Chaparro, and L F Menezes (2007), “Study on the influence of work-hardening modeling in springback prediction”, International Journal of Plasticity, vol 23, no 3, pp 516–543 B L Fu, Y J Chen, and H M Liu (2007), “Springback variational principles of bending of straight beams with large deflection”, Journal of Materials Processing Technology, vol 187–188, pp 220–223 T B Hilditch, J G Speer, and D K Matlock (2007), “Influence of low-strain deformation characteristics of high strength sheet steel on curl and springback in bend-under-tension tests”, Journal of Materials Processing Technology, vol 182, no 1–3, pp 84–94 J Lee, K Lee, D Kim, H Choi, and B Kim (2015), “Spring-back and spring-go behaviors in bending of thick plates of high-strength steel at elevated temperature”, Computational Materials Science, vol 100, no PA, pp 76–79 M A Wahed, V S R Gadi, A K Gupta, K Supradeepan, S K Singh, and N R Kotkunde (2019), “Finite element analysis of spring back in Ti-6Al-4V alloy”, Materials Today: Proceedings, vol 18, pp 2693–2699 T Kartik and R Rajesh (2017), “Effect of punch radius and sheet thickness on spring-back in V-die bending”, Advances in Natural and Applied Sciences, vol 11, no 8, pp 178–184 T R Gupta and H S Payal (2017), “Effect of die and punch geometry on spring back in air bending of electrogalvanized CR4 steel”, International Journal of Applied Engineering Research, vol 12, no 11, pp 2792–2797 D Nie, Z Lu, and K Zhang (2018), “Hot V-bending behavior of predeformed pure titanium sheet assisted by electrical heating”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol 94, no 1–4, pp 163– 174 W ping Ma, B yu Wang, W chao Xiao, X ming Yang, and Y Kang (2019), “Springback analysis of 6016 aluminum alloy sheet in hot V-shape stamping”, Journal of Central South University, vol 26, no 3, pp 524–535 N T Tiến (2004), Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại Nhà xuất Giáo Dục N T Đ Nguyễn Duy Thanh, Nguyễn Thị Hồng Minh and N Đ T Ng (2016), “SPCC A Study on Determining Material Parameters to Predict Stress-Strain Curves for Tension / Compression Tensile Test of SPCC Sheet Material”, Tạp chí khoa học cơng nghệ, vol 114, pp 60–64 Jenn-Temg Gau (1999), “A STUDY OF THE INFLUENCE OF THE BAUSCHINGER EFFECT ON SPRINGBACK IN TWO-DIMENSIONAL SHEET METAL FORMING”, The Ohio State University N T Giảng (2004), Thuộc tính học vật rắn NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội N V T N T Giang (2007), “Giao-trinh-cong-nghe-uon-nc.pdf” W J and P B Mellor (2007), “Engineering Plasticity”, International Journal of Production Research, vol 22, no 4, pp 723–723 A Bower (2009), Applied mechanics of solids CRC Pres 137 [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] F Yoshida and T Uemori (2002), “A model of large-strain cyclic plasticity describing the Bauschinger effect and workhardening stagnation”, International Journal of Plasticity, vol 18, no 5–6, pp 661–686 P A Eggertsen and K Mattiasson (2010), “On constitutive modeling for springback analysis”, International Journal of Mechanical Sciences, vol 52, no 6, pp 804–818 P A Eggertsen and K Mattiasson (2009), “On the modelling of the bendingunbending behaviour for accurate springback predictions”, International Journal of Mechanical Sciences, vol 51, no 7, pp 547–563 H Y Yu (2009), “Variation of elastic modulus during plastic deformation and its influence on springback”, Materials and Design, vol 30, no 3, pp 846– 850 C O Armstrong, P J and Frederick (1966), “A Mathematical Representation of the Multiaxial Bauschinger Effect”, G E G B Report, vol RD/B/N 731 E Voce (1978), “The relationship between stress and strain for homogeneous deformation”, J Inst Met G Jis and G Jis, “JIS G3101 SS400 steel plate / sheet for g eneral purpose structural steels”, p 86011881 M M.-T T P 1-2 TCVN 197: 2002, “TCVN 197” “http://vhpmec.com/product/gia-cong-che-tao-thiet-bi-tau-thuy/” “http://vientauthuy.com.vn/vi/tau-hong-hai-18” N M Đằng (2006), “Cơng nghệ tạo hình kim loại tấm” NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội “http://www.daihoaphu.com/p/810-bo-dieu-khien-nhiet-do-autonicstzn4l-14r.html” R Roy (1990), “A primer on the Taguchi method”, Computer Integrated Manufacturing Systems, vol 5, no p 246 B Ng and V Hoàng (2018), “Effect of feed rate , toolpath and step over on geometric accuracy of freeform suface when axis CNC milling”, vol 9, no May, pp 576–584 T Kivak (2014), “Optimization of surface roughness and flank wear using the Taguchi method in milling of Hadfield steel with PVD and CVD coated inserts”, Measurement: Journal of the International Measurement Confederation, vol 50, no 1, pp 19–28 M H Cetin, B Ozcelik, E Kuram, and E Demirbas (2011), “Evaluation of vegetable based cutting fluids with extreme pressure and cutting parameters in turning of AISI 304L by Taguchi method”, Journal of Cleaner Production, vol 19, no 17–18, pp 2049–2056 138 PHỤ LỤC Điện trở suất kim loại khác [22] Điện trở suất, μΩ·cm (μΩ·in), nhiệt độ khác nhau, °C (°F) Vật liệu Nhôm Antimon Berili Đồng thau (70Cu- 0Zn) Cacbon Crom Đồng Vàng Sắt Chì Magie Mangan Thủy ngân Molypden Monel nicrom Niken Platin Bạc Thép khơng gỉ, phi từ tính Thép gỉ 410 Thép, lƣợng C thấp Thép, 1,0%C Thiếc Titan Vonfram Urani Ziriconi không hàm 139 ... đƣợc trình bày, NCS lựa chọn đề tài luận án: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng gia nhiệt trình uốn thép để chế tạo số chi tiết tàu thủy? ?? Mục đích, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên cứu Nghiên. .. 1.5 Một số nghiên cứu gia cơng tạo hình có gia nhiệt 1.5.1 Nghiên cứu nƣớc Các nghiên cứu công nghệ gia công ứng dụng chế tạo tàu thủy nƣớc ta chƣa có nhiều nhà khoa học nghiên cứu, số công trình. .. hữu hạn 0 q trình uốn thép SS400 nhiệt độ phịng (32 C), 300 C, 600 C chế tạo số chi tiết tàu thủy - Đánh giá đƣợc ảnh hƣởng nhiệt độ đến độ xác hình dạng kích thƣớc chi tiết uốn làm từ thép SS400