Phân tích và so sánh quá trình phát triển nứt trong tấm thép chịu ảnh hưởng của mode kết hợp theo chuẩn mật độ năng lượng biến dạng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - LÊ BIÊN CƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH Q TRÌNH PHÁT TRIỂN NỨT TRONG TẤM THÉP CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA MODE KẾT HỢP THEO CHUẨN MẬT ĐỘ NĂNG LƯỢNG BIẾN DẠNG Chuyên ngành: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2015 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG Hồ Chí Minh Cán hướng dẫn khoa học 1: Cán hướng dẫn khoa học 2: Cán nhận xét 1: Cán nhận xét 2: Luận văn bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp Hồ Chí Minh Ngày 31 tháng năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch: PGS.TS Nguyễn Văn Hiệp Thư ký: TS Hồ Hữu Chỉnh Thành viên Phản biện 1: TS Lê Văn Phước Nhân Thành viên Phản biện 2: TS Hoàng Bắc An Thành viên: TS Huỳnh Minh Phước Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Biên Cương MSHV: 13210831 Ngày, tháng, năm sinh: 25/02/1989 Nơi sinh: Thanh Hố Chun ngành: Xây dựng Dân dụng Cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích so sánh q trình phát triển vết nứt thép chịu ảnh hưởng mode kết hợp theo chuẩn mật độ lượng biến dạng II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Phân tích dự đoán phát triển vết nứt dựa theo lý thuyết chuẩn SED ảnh hưởng kết hợp mode I mode II  Thiết lập quy trình áp dụng chuẩn SED với kỹ thuật chia lại lưới vào mơ hình phần tử hữu hạn để dự đoán xuất vết nứt III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2015 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/6/2015 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1: TS Đinh Thế Hưng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2: TS Nguyễn Minh Long Tp HCM, ngày 11 tháng năm 2015 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG DANH MỤC KÝ HIỆU dW/dV: Năng lượng biến dạng đơn vị thể tích K: Hệ số cường độ ứng suất KI: Hệ số cường độ ứng suất (tĩnh) đặc trưng cho dạng nứt mode I KII: Hệ số cường độ ứng suất (tĩnh) đặc trưng cho dạng nứt mode II KIII: Hệ số cường độ ứng suất (tĩnh) đặc trưng cho dạng nứt mode III KIc: Độ bền (giới hạn) phá huỷ (tĩnh) biến dạng phẳng vật liệu aij Hàm quan hệ góc cầu θ  tính từ đầu chóp vết nứt S: Mật độ lượng biến dạng theo Sih : Góc đặc trưng cho mối liên hệ KI KII : Góc định hướng phát triển vết nứt x, y Ứng suất pháp theo phương x phương y hệ trục toạ độ Oxyz xy: Ứng suất hướng xy hệ trục toạ độ Oxyz We Năng lượng biến dạng phần tử a: Chiều dài đoạn nứt theo chu kỳ khảo sát r: Bán kính phần tử vịng “ring elements” h: Khoảng cách từ tâm vết nứt đến cạnh ngang vơ hạn hình chữ nhật b: Khoảng cách từ tâm vết nứt đến cạnh dọc vơ hạn hình chữ nhật : Góc thay đổi vết nứt vơ hạn hình chữ nhật µ: Module đàn hồi trượt E: Module đàn hồi Young : Hệ số Poisson A: Tension Khoảng cách ngang lỗ tròn đến khe nứt tạo sẵn mẫu Compact B: Khoảng cách dọc lỗ tròn đến khe nứt tạo sẵn mẫu Compact Tension x: Mã số ký hiệu mẫu thí nghiệm - tốn y: Mã số ký hiệu mẫu thí nghiệm - toán LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn khoa học TS Đinh Thế Hưng thầy hướng dẫn thực nghiệm TS Nguyễn Minh Long Hai thầy tận tình hướng dẫn, truyền dạy động viên em suốt trình nghiên cứu, thực đề tài trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM Sự dẫn thầy không nguồn kiến thức khoa học quý báu mà kinh nghiệm tư duy, lý luận khoa học quan trọng để xây dựng tảng vững cho nghiệp chuyên môn em tương lai Những phương pháp giải vấn đề khoa học hai thầy ươm mầm cho em vốn tư liệu sống quý giá trước bước chân rời khỏi ghế nhà trường Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn hai thầy hướng dẫn kính mến Tiếp theo, xin gửi lời biết ơn đến thành viên gia đình thân u, người ln ủng hộ hết lịng cho thành cơng đạt đường nghiệp hôm Chân thành cảm ơn tất người động lực cho vượt qua tất Kế đến, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô truyền dạy cho em kiến thức chuyên môn kỹ thuật xây dựng vô quý báu cấp Đại học lẫn Cao học suốt khoảng thời gian học tập trường Đại học Bách Khoa vừa qua Cuối cùng, xin cảm ơn bạn đồng học hỗ trợ cách vơ tư để bước tới ngày hơm Cảm ơn Hồng Ngun, Xn Nữ, Như Thế, Minh Nhựt, người bạn thân, người đồng đội tuyệt vời nhất, hy vọng tiếp tục có hội sát cánh thêm Xin chân thành cảm ơn ! LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng việc thực hướng dẫn thầy Đinh Thế Hưng thầy Nguyễn Minh Long Các kết luận văn thật chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm cơng việc thực PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG o Họ tên: Lê Biên Cương o Ngày, tháng, năm sinh: 25/02/1989 Nơi sinh: Thanh Hóa o Địa liên lạc: 88/8 đường XTT7, ấp 3, xã Xn Thới Thượng, Hóc Mơn, TP.Hồ Chí Minh o Số điện thoại liên hệ: 0939 250 289 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO o Tốt nghiệp đại học Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.Hồ Chí Minh o Học Cao học Thạc sĩ Chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Dân dụng Cơng nghiệp - Khố học: 2013 o Bảo vệ Luận văn Thạc sĩ Hội đồng - Ngành Cao học Xây dựng Công trình Dân dụng Cơng nghiệp - Thời gian: Thứ Hai, ngày 31/8/2015 - Điểm bảo vệ: 7.0 Tp Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng năm 2015 Học viên thực Lê Biên Cương MỤC LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN 18 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 19 1.1 Tình hình nghiên cứu 19 1.2 Mục đích luận văn 21 1.3 Phương pháp nghiên cứu 21 1.4 Phạm vi nghiên cứu 21 1.5 Chuẩn cực tiểu mật độ lượng biến dạng (The Minimum Strain Energy Density Criterion) 22 1.6 Mô hình phần tử hữu hạn 24 1.6.1 Nguyên lý 24 1.6.2 Áp dụng 25 1.6.3 Quy trình ứng dụng phương pháp số phần tử hữu hạn 26 1.6.3.1 Quy trình 26 1.6.3.2 Điều kiện đảm bảo khả hội tụ cho đường nứt mô 27 1.6.3.3 Chi tiết phần tử mô hình FEM: 27 1.6.3.4 Chia lưới mơ hình phần tử đầu chóp vết nứt 28 1.7 Kiểm nghiệm lý thuyết kết cơng trình nghiên cứu tương tự có kết thực nghiệm 29 1.7.1 Mô hình thí nghiệm với chữ nhật có vết nứt nghiêng 29 1.7.2 Mơ hình thí nghiệm mẫu Compact Tension (CT) 31 CHƯƠNG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM 34 2.1 Mẫu thí nghiệm 34 2.2 Mẫu thí nghiệm 35 2.3 Máy thí nghiệm 36 2.4 Quy trình thí nghiệm 38 2.4.1 Gia công mẫu 38 2.4.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 38 2.4.3 Lắp đặt hệ thống thí nghiệm 40 2.4.4 Kiểm tra mẫu 41 2.4.5 Thí nghiệm 41 2.4.6 Hồn thành thí nghiệm 42 3.1 Kiểm chứng kết thực nghiệm có sẵn mô phần tử hữu hạn Ansys 43 3.1.1 Kết mô tập 43 3.1.2 Kiểm nghiệm mô mẫu Compact Tension (CT) tập 44 3.2 Thí nghiệm (Bài tốn 3) - mẫu số 01 45 3.2.1 Số liệu đầu vào 45 3.2.2 Kết thí nghiệm 46 3.3 Thí nghiệm (Bài tốn 3) - mẫu số 02 47 3.3.1 Số liệu đầu vào: 47 3.3.2 Kết thí nghiệm 48 3.4 Thí nghiệm (Bài tốn 3) - mẫu số 03 49 3.4.1 Số liệu đầu vào 49 3.4.2 Kết thí nghiệm 50 3.4.3 Kết luận thí nghiệm – tổ mẫu 1: 53 3.5 Thí nghiệm (Bài toán 3) - mẫu số 04: 53 3.5.1 Số liệu đầu vào 53 3.5.2 3.6 Kết thí nghiệm 54 Thí nghiệm (Bài toán 3) - mẫu số 05 56 3.6.1 Số liệu đầu vào 56 3.6.2 Kết thí nghiệm 57 3.7 Thí nghiệm (Bài toán 3) - mẫu số 06 60 3.7.1 Số liệu đầu vào 60 3.7.2 Kết thí nghiệm 61 3.7.3 Kết luận thí nghiệm – tổ mẫu 2: 64 3.8 Thí nghiệm (Bài tốn 3) - mẫu số 07 64 3.8.1 Số liệu đầu vào 64 3.8.2 Kết thí nghiệm 65 3.9 Thí nghiệm (Bài tốn 3) - mẫu số 08 68 3.9.1 Số liệu đầu vào 68 3.9.2 Kết thí nghiệm 68 3.10 Thí nghiệm (Bài tốn 3) - mẫu số 09 71 3.10.1 Số liệu đầu vào 71 3.10.2 Kết thí nghiệm 72 3.10.3 Kết luận thí nghiệm – tổ mẫu 3: 74 3.11 Thí nghiệm (Bài tốn 4) - mẫu dẫn 74 3.12 Thí nghiệm (Bài toán 4) - mẫu số 01 75 3.12.1 Số liệu đầu vào 75 3.12.2 Kết thí nghiệm 76 3.13 Thí nghiệm (Bài toán 4) - mẫu số 02 78 3.13.1 Số liệu đầu vào 78 3.13.2 Kết thí nghiệm 79 3.14 Thí nghiệm (Bài toán 4) - mẫu số 03 80 3.14.1 Số liệu đầu vào 80 3.14.2 Kết thí nghiệm 81 3.14.3 Kết luận thí nghiệm – tổ mẫu 4: 83 3.15 Thí nghiệm (Bài tốn 4) - mẫu số 04 83 3.15.1 Số liệu đầu vào 83 3.15.2 Kết thí nghiệm 84 3.16 Thí nghiệm (Bài tốn 4) - mẫu số 05 85 3.16.1 Số liệu đầu vào 85 3.16.2 Kết thí nghiệm 86 3.17 Thí nghiệm (Bài tốn 4) - mẫu số 07 87 3.17.1 Số liệu đầu vào 87 3.17.2 Kết thí nghiệm 88 3.17.3 Kết luận thí nghiệm – tổ mẫu 5: 90 3.18 Thí nghiệm (Bài toán 4) - mẫu số 06 90 3.18.1 Số liệu đầu vào 90 3.18.2 Kết thí nghiệm 91 3.19 Thí nghiệm (Bài toán 4) - mẫu số 08 92 3.19.1 Số liệu đầu vào: 92 3.19.2 Kết thí nghiệm 93 3.20 Thí nghiệm (Bài toán 4) - mẫu số 09 95 3.20.1 Số liệu đầu vào 95 3.20.2 Kết thí nghiệm 95 ... TÀI: Phân tích so sánh q trình phát triển vết nứt thép chịu ảnh hưởng mode kết hợp theo chuẩn mật độ lượng biến dạng II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Phân tích dự đoán phát triển vết nứt dựa theo lý... 4.1: Kết toạ độ đỉnh vết nứt theo bước phát triển 102 Bảng 4.2 Kết toạ độ đỉnh vết nứt theo bước phát triển 104 Bảng 4.3 Kết toạ độ đỉnh vết nứt theo bước phát triển 106 Bảng 4.4 Kết. .. 106 Bảng 4.4 Kết toạ độ đỉnh vết nứt theo bước phát triển 108 Bảng 4.5 Kết toạ độ đỉnh vết nứt theo bước phát triển 110 Bảng 4.6 Kết toạ độ đỉnh vết nứt theo bước phát triển 113 Bảng 5.1: