Nghiên cứu biện pháp để giảm ứng suất và biến dạng khi hàn dầm cầu trục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN MINH TÂN NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP ĐỂ GIẢM ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG KHI HÀN DẦM CẦU TRỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀN Hà Nội – Năm 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN MINH TÂN NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP ĐỂ GIẢM ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG KHI HÀN DẦM CẦU TRỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN TIẾN DƯƠNG Hà Nội – Năm 2011 ` LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn không chép tài liệu sử dụng cơng trình cơng bố (ngoại trừ bảng biểu số liệu tham khảo kiến thức tài liệu học tập nghiên cứu phép sử dụng) Những kết thử nghiệm lưu giữ, giới thiệu thuyết minh ghi lại hình ảnh hồn tồn trung thực Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm lời cam đoan Hà Nội, tháng 10 năm 2011 Tác giả Nguyễn Minh Tân _3_ ` LỜI CẢM ƠN Quá trình thực luận văn tác giả xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Tiến Dương, người hướng dẫn trực tiếp tận tình giúp đỡ việc như: định hướng nghiên cứu đề tài , hướng dẫn thực q trình viết thành luận văn hồn chỉnh Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Ban lãnh đạo Viện Cơ Khí Viện đào tạo Sau đại học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn Tác giả trân trọng cảm ơn tới tập thể thầy giáo Bộ môn Hàn Công nghệ kim loại – Trường Đại học Bách Khoa Hà nội bạn đồng nghiệp giúp đỡ trình học tập, nghiên cứu, làm thực nghiệm hoàn thành đề tài luận văn thạc sỹ “nghiên cứu biện pháp để giảm ứng suất biến dạng hàn dầm cầu trục” Do lực thân cịn nhiều hạn chế nên Luận văn khó tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến Thầy/ Cơ giáo, nhà khoa học bạn bè đồng nghiệp Hà Nội, tháng … năm 2011 Tác giả Nguyễn Minh Tân _4_ ` MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN .4 MỤC LỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN .8 HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ PHẦN MỞ ĐẦU 12 Lý chọn đề tài 12 Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 13 2.1 Mục đích nghiên cứu 13 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 13 Tóm tắt nội dung thực đóng góp tác giả 14 Phương pháp nghiên cứu 15 CHƯƠNG1: TỔNG QUAN VỀ DẦM CẦU TRỤC 16 1.1 Sơ lược dầm cầu trục 16 1.1.1.Các loại dầm cầu trục 20 1.1.2 Đặc điểm dầm cầu trục dạng hộp .24 1.2 Ứng dụng dầm hộp cầu trục 24 1.3 Mục đích, ý nghĩa việc giảm ứng suất biến dạng 25 1.3.1.Nguyên nhân ảnh hưởng ứng suất biến dạng 25 1.3.2 Mục đích, ý nghĩa việc giảm ứng suất biến dạng 25 CHƯƠNG 2: KẾT CẤU TRUNG CỦA DẦM HỘP CẦU TRỤC 27 2.1.Lựa chọn tiết diện, kích thước dầm tính tốn 27 2.1.1.Phân tích kết cấu 27 2.1.2.Chọn vật liệu chế tạo dầm hộp 29 2.2.Tính tốn kết cấu dầm hộp cầu trục lựa chọn 31 2.2.1 Số liệu đầu vào dầm cầu trục .31 2.2.2 Điều kiện làm việc kết cấu .31 2.2.3 Chọn sơ tiết diện lần 33 2.2.4.Chọn sơ tiết diện lần 39 _5_ ` 2.2.5 Thiết kế đường hàn liên kết thành đứng biên 40 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP, VẬT LIỆU VÀ CHẾ ĐỘ HÀN DẦM HỘP 41 3.1.Phương pháp hàn dầm hộp 41 3.2 Vật liệu hàn dầm hộp 44 3.3.Chế độ hàn kết cấu dầm hộp 46 3.3.1.Tổng quan cách tính tốn chế độ hàn TĐ BTĐ .46 3.3.2 Chế độ hàn cho mối hàn dầm 56 CHƯƠNG TÍNH TỐN ỨNG SUẤT .65 VÀ BIẾN DẠNG HÀN KẾT CẤU DẦM HỘP 65 4.1 Các thành phần ứng suất biến dạng kết cấu dầm hộp: 65 4.1.1 Ứng suất biến dạng theo trục X: 65 4.1.2 Ứng suất biến dạng theo trục Y: 66 4.1.3 Ứng suất biến dạng theo trục Z: .66 4.2 Cơ sở lý thuyết tính tốn ứng suất biến dạng .69 4.2.1 Ứng suất biến dạng co dọc .69 4.2.2 Ứng suất biến dạng co ngang 80 4.3 Ứng dụng tính toán ứng suất biến dạng hàn kết cấu dầm hộp .87 4.3.1 Xác định vùng ứng suất tác động .87 4.3.2 Xác định nội lực ứng suất phản kháng .90 4.3.3 Xác định ứng suất uốn độ võng 91 4.3.4.Xác định biến dạng góc .92 4.3.5 Xác định biến dạng toàn phần kết cấu hàn dầm hộp 92 CHƯƠNG ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS ĐỂ MÔ PHỎNG TRƯỜNG NHIỆT, ƯS&BD HÀN KẾT CẤU DẦM HỘP 95 5.1 Phương pháp mô dầm hàn: 95 5.2 Xây dựng mơ hình dầm .95 5.3 Đặt điều kiên biên cho kết cấu dầm 97 5.4 Trường nhiệt hàn dầm 98 5.5 Kết tối ưu dầm 99 CHƯƠNG 6: NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆN ĐO BIẾN DẠNG HÀN 102 _6_ ` 6.1 Mẫu hàn thử 102 6.2 Thiết bị vật liệu hàn .102 6.2.1 Thiết bị hàn tự động lớp thuốc: .102 6.2.2 Vật liệu hàn 103 6.3 Chế độ hàn mẫu thử .106 6.4 Tính tốn ứng suất biến dạng 108 6.4.1 Tiến hành hàn đồng thời hai đường hàn .108 6.4.2 Tiến hành hàn đồng thời hai đường hàn .114 6.5 Sơ đồ đo biến dạng 118 6.6.Trình tự tiến hành thực nghiệm đo biến dạng 121 6.6.1 Hàn mẫu thử: .121 6.6.2 Chuẩn bị phôi chế tạo dầm .123 6.6.3 Gá đính, hàn, đo biến dạng 123 6.7.Kết đo biến dạng 129 6.7.1.Mẫu dầm D1 129 6.7.2.Mẫu dầm D2 129 6.7.3.Kết luận 130 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 131 Kết luận 131 Kiến nghị 132 TÓM TĂT LUẬN VĂN .134 TÀI LIỆU THAM KHẢO 135 _7_ ` CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Ký hiệu Đơn vị b [mm] Kích thước vùng tính tốn δ [mm] Chiều dày vật liệu h [mm] Kích thước chi tiết (chiều cao) F [mm2] Diện tích tiết diện P [N] J [mm] Mơ men qn tính б [N/m2] Ứng suất pháp τ [N/m2] Ứng suất tiếp E [N/m2] Mô đun đàn hồi γ [g/cm3] Khối lượng riêng µ Nội dung Lực tác dụng Hệ số Possion YA [mm] Chuyển vị F [mm2] Diện tích V [mm3] Thể tích m [kg] Khối lượng δ [%] Độ dãn dài tương đối ak [kp.m/cm2] M (Nm) k mm Cạnh mối hàn Ih (A) Cường độ dòng điện hàn Uh (V) Điện áp hàn Vh (mm/p) Tốc độ/ vận tốc hàn qđ (cal/s) Năng lượng đường Độ dai va đập Mômen _8_ ` HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tổng quan dầm Hình 1.2 Tổng quan dầm Hình 1.3 Tổng quan dầm cầu trục Hình 1.4 Tổng quan dầm cầu trục Hình 1.5 Hình dạng dầm chữ I Hình 1.6 Hình dạng dầm chữ U Hình 1.7 Hình dạng dầm hộp Hình 1.8 Hình dạng dầm có tiết diện thay đổi Hình 2.1 Sơ đồ cầu trục nhà xưởng Hình 2.2 : Mặt làm việc cầu trục Hình 2.3: Hình ảnh tổng quan dầm cầu trục đơi Hình 2.4: Sơ đồ xác định tải trọng lên bánh xe thép trang 193 Hình 2.5:Sơ đồ dầm Hình 2.6: Kích thước tiết diện dầm Hình 3.1 : Diện tích tiết diện ngang kim loại đắp mối hàn nhiều lớp Hình 3.2: Bề dầy vật liệu dầm hàn Hình 3.3 Kích thước mối hàn góc khơng vát mép, hàn lớp Hình 4.1: Biểu diễn biến dạng tồn phần co uốn Hình 4.2: Hàn hai có chiều rộng Hình 4.3: Hàn hai có chiều rộng khác Hình 4.4: Biểu đồ ứng suất dư hàn hai có chiều rộng khác Hình 4.5: Hàn giáp mối hai rộng Hình 4.6: Đường cong sau cắt Hình 4.7: Những điểm khơng có chuyển vị nắn thẳng Hình 4.8: Khảo sát trường hợp hàn hai có chiều rộng khác Hình4.9: Đường cong võng liên kết hàn sau cắt Hình4.10: Sự phân bố ứng suất ngang co dọc phụ thuộc vào toạ độ x _9_ ` Hình 4.11: Biểu thị độ co tự tương đối tiết diện ngang x1 thời điểm nguội khác Hình 4.12: Sự giảm nhiệt độ vùng lân cận mối hàn Hình 4.13: Biến dạng góc liên kết hàn giáp mối Hình 4.14: Biểu thị vùng ứng suất biến dạng Hình 4.15: Đồ thị tra hệ số k2 theo q0 v σT Hình 4.16: Mơ hình nội lực tác dụng Hình 4.17: Mơ hình xác định biến dạng góc Hình 4.18: Mơ hình mối hàn dầm hộp Hình 4.19: lựa chọn trình tự thực mối hàn góc dầm Hình 5.1:Xây dựng mơ hình tiết diện dầm Hình 5.2:Xây dựng mơ hình khung dầm Hình 5.4: Thực chia lưới cho mơ hình mơ hình khối dầm Hình 5.3: Xây dựng mơ hình khối dầm Hình 5.5: Đặt điều kiện gá kẹp cho mơ hình kết cấu dầm Hình 5.5: Trường nhiệt hàn đầu dầm Hình 5.6: Trường nhiệt hàn dầm hàn Hình 5.7: Trường nhiệt hàn cuối dầm hàn Hình 5.8: Ứng suất dầm đặt lực dầu dầm Hình 5.9: Ứng suất dầm đặt lực dầm Hình 5.11: Chuyển vị dầm lực đặt dầm Hình 5.10: Chuyển vị dầm lực đặt đầu dầm Hình 6.1: Kích thước dầm thực nghiệm hàn, đo biến dạng Hình 6.2: Nguồn điện hàn hồ quang TĐ sử dụng hàn mẫu thử Hình 6.3 Kích thước mối hàn góc khơng vát mép, hàn lớp Hình 6.4: Trình tự thực đường hàn Hình 6.5: Vùng ứng suất tác động lên cánh B1 hàn mối hàn 1&2 Hình 6.6: Vùng ứng suất tác động lên vách hàn mối hàn 1&2 Hình 6.7: Vùng ứng suất tác động lên vách hàn mối hàn 3&4 _10_ ... cấu để hạn chế ứng suất biến dạng hàn dầm cầu trục tiết diện hộp - Mô trường nhiệt hàn, ứng suất biến dạng sảy trình hàn dầm _15_ ` CHƯƠNG1: TỔNG QUAN VỀ DẦM CẦU TRỤC 1.1 Sơ lược dầm cầu trục ? ?Dầm. .. yêu cầu nêu trên, tác giả tiến hành chọn đề tài: ? ?nghiên cứu biện pháp để giảm ứng suất biến dạng hàn dầm cầu trục? ?? Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên. .. 4.1 Các thành phần ứng suất biến dạng kết cấu dầm hộp: 65 4.1.1 Ứng suất biến dạng theo trục X: 65 4.1.2 Ứng suất biến dạng theo trục Y: 66 4.1.3 Ứng suất biến dạng theo trục Z: