Thiết kế chế tạo máy thí nghiệm kéo nén dạng nhỏ để xác định các thông số cơ tính của vật liệu

PHAN VĔN TIÊN ĐẠI HỌC ĐÀ N NG TR ỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Đ NG XUÂN THỦY LU N VĔN THẠC SĨ KỶ THU T C THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY THÍ NGHIỆM KÉO NÉN DẠNG NHỎ ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG S C TệNH CỦA V T LIỆU KHệ LU N VĔN THẠC SĨ CHUYÊN NGHÀNH: K THU T C NĔM 2018 Đà N ng - Nĕm 2018 KHệ ĐẠI HỌC ĐÀ N NG TR ỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Đ NG XUÂN THỦY THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY THÍ NGHIỆM KÉO NÉN DẠNG NHỎ ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG S C TệNH CỦA V T LIỆU Chuyên ngành: K thu t Cơ khí Mã số : 8.52.01.03 LU N VĔN THẠC SĨ K THU T NG ỜI H ỚNG DẪN KHOA HỌC TS TÀO QUANG BẢNG Đà N ng - Nĕm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên c u c a riêng Các số liệu để thiết kế, chế t o máy thí nghiệm kỨo nỨn d ng nhỏ kết qu thực nghiệm kỨo mẫu thử máy nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác gi Đặng Xuơn Th y ii M CL C Trang LỜI CAM ĐOAN i M ω L ω ii DANH M C CÁC CH VIẾT T T v DANH M C CÁC BẢNG vi DANH M C CÁC HÌNH vii TÓM T T ix M Đ U 1 Tính c p thi t đề tài M c tiêu đề tài 3 T ng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 3.1 Ngoài nư c 3.2 Trong nư c Đối tư ng ph m vi nghiên cứu 4.1 Đối tư ng nghiên cứu 4.2 Ph m vi nghiên cứu Cách ti p c n phương pháp nghiên cứu 5.1 Cách ti p c n 5.2 Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Chương I: T NG QUAN I.Gi i thi u lo i v t li u Các tính ch t chung kim lo i h p kim 1.1 Cơ tính 1.2 Bi n d ng đàn h i: 1.3 Bi n d ng dẻo: 2.2 Sự hình thành ứng su t dư 10 2.3 Sự thay đ i thể tích t i tr ng 10 Nh ng nhân tố nh hư ng t i tính dẻo bi n d ng dẻo kim lo i 10 3.1 Ảnh hư ng ứng su t chính: 10 3.2 Ảnh hư ng ứng su t dư 11 3.3 Ảnh hư ng thành ph n hoá h c t chức kim lo i 12 iii 3.4 Ảnh hư ng nhi t độ 12 3.5 Ảnh hư ng tốc độ bi n d ng: 14 Lý tính 14 Hóa tính 15 Tính cơng ngh 15 Các phương pháp th kim lo i h p kim 16 7.1 Th kéo 16 7.2 Th độ cứng 18 7.3 Chỉ tiêu tính dư i tác d ng t i tr ng động 20 7.4 Độ bền v t li u dư i tác d ng t i tr ng chu kỳ 22 Th nghi m cho nh ng chi ti t có kích thư c nh 23 8.1 Xu hư ng 23 8.2 Máy th nghi m d ng nh 24 8.3 K t lu n 25 Chương 2: 26 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY THệ NGHIỆM KÉO NÉN DẠNG NHỎ 26 2.1 Nghiên cứu, ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh 26 2.1.1 Đặc tính máy thí nghi m kéo nén d ng nh 26 2.1.2 Nguyên lý làm vi c máy thí nghi m kéo nén d ng nh 26 2.1.3 Các ph n t đư c s d ng máy ch t o 27 2.1.4 Thi t k điều khiển giao di n 35 2.2 Các điều ki n th độ xác máy thí nghi m kéo nén d ng nh 37 2.2.1 Điều ki n th 37 2.2.2 Tốc độ th dựa điều khiển tốc độ bi n d ng 38 2.2.3 Báo cáo th 40 2.2.4 K t qu th 41 2.5 K t lu n 48 Chương 3: V T LIỆU VÀ CHI TIẾT THệ NGHIỆM 49 3.1 Các Quy định hình d ng kích thư c m u th kéo kim lo i 49 3.1.1 Hình d ng kích thư c: 49 3.1.2 M u th qua gia công: 49 3.1.3 M u th không gia công 50 3.2 Lo i m u th 50 3.3 Quy trình ch t o chi ti t thí nghi m 55 iv 4.1 Thực nghi m kéo m u thí nghi m v t li u nhơm, thép máy thí nghi m kéo nén d ng nh 57 4.2 K t qu thực nghi m thực t hai m u v t li u m u nhôm m u thép: 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 [2] Partheepan, G., “Design and usage of a simple miniature specimen test setup for the evaluation of mechanical properties”, International Journal of Microstructure and Materials Properties, 1, 2005, 38-50 64 [3] Panayotou N F., “Design and use of Nonstandard Tensile Specimens for Irradiated Materials Testing”, SPT- 888, 2001, 201-219 64 [4] Rosinski S T., “Application of Sub-size specimens in Nuclear Plant Life Extension”, ASTM STP 1204, 2010, 405-416 64 [5] Yuanchao X., “Application of the miniature specimen technique to material irradiation tests and surveillance for reactor components”, International Journal of Pressure Vessels and Piping, 77, 2000, 715- 721 65 [6] Yutaka K., “Specimen size effects on the tensile properties of JPωA and JFMS”, Journal of Nuclear Materials, 283-287, 2000, 1014-1017 65 [7] Jung P., “Recommendation of miniaturized techniques for mechanical testing of fusion materials in an intense neutron source”, Journal of Nuclear Materials, 232, 1996, 186-205 65 [8] Klueh, R L., “Miniature Tensile Test Specimens for Fusion Reactor Irradiation Studies”, Nuclear Engineering and Design Fusion, 2, 1985, 407-416 65 v  k : độ b n kéo DANH M C CÁC CH VIẾT T T  n : độ b n nén  u : độ b n u n HB: Độ c ng ψrinell HRA, HRB, HRC: Độ c ng Rocoel HV: Độ c ng Vicke δ: Độ giãn dƠi tư ng đ i : Độ thắt ti t di n tư ng đ i kỦ hi u lƠ ak vƠ đ n v đo lƠ J/mm2 kJ/m2  : ng suất ( KN/ cm ) E : Mô đun đƠn hồi ( KN/ cm2)  : ψi n d ng tư ng đ i Rp: độ giãn dẻo Rt: độ giãn dƠi tổng Rr: Giới h n b n quy ước A: độ giãn dƠi tư ng đ i sau đ t [đư c xác đ nh từ tín hi u c a máy đo độ giãn trực ti p từ m u thử Ag: độ giãn dẻo tư ng đ i lực lớn Agt: độ giãn dƠi tư ng đ i tổng At: độ giãn dƠi tư ng đ i tổng lực lớn v t phá h y lớn e: độ giãn dƠi tư ng đ i mE: độ d c c a phần đƠn hồi c a đư ng cung ng suất - độ giãn dƠi tư ng đ i R: ng suất vi DANH M C CÁC BẢNG S hi u b ng Tên b ng Trang 3.1 ThƠnh phần hóa h c c a v t li u 50 3.2 ωác lo i m u thử theo lo i s n phẩm 51 4.1 ωác thông s c tính c a v t li u 61 4.2 K t qu thí nghi m đư c máy tính xuất phần Excel 61 4.3 K t qu thí nghi m đư c máy tính xuất phần Excel 63 vii DANH M C CÁC HÌNH S hi u hình Tên hình Trang M i quan h c a ng suất ậ bi n d ng H vi c n tử 1.1 Đồ th quan h lực vƠ bi n d ng 1.2 Tr ng thái trư t 1.3 Sô l ch m ng 1.4 ψi u đồ tr ng thái ng suất 11 1.5 M u thử vƠ s đồ nguyên lỦ máy thử kéo - nén 17 1.6 ψi u đồ quan h lực kéo vƠ bi n d ng kéo 17 1.7 S đồ nguyên lỦ đo độ c ng Hψ 18 1.8 S đồ nguyên lý đo độ c ng Rôcel HR 19 1.9 S đồ nguyên lỦ vƠ cấu t o mũi đơm 20 1.10 S đồ xác đ nh độ dai va đ p 21 1.11 S đồ m u vƠ nguyên lỦ đo độ dai va đ p 21 1.12 Sự ph thuộc độ b n vƠ th i gian 22 1.13 Sự ph thuộc c a s chu kỳ vƠ độ b n 23 1.14 Máy kéo nén d ng nh 24 2.1` S đồ tổng quan máy kéo nén d ng nh 27 2.2 đư ng cong momen t c độ động c bước 31 2.3 Động c bước ậ hộp gi m t c 31 3.4 Vít me ậ đai c bi 32 2.5 Bàn máy 32 2.6 a ω m bi n lực ( Loadcell) ậ b c m bi n chuy n v 34 2.7 Arduino Uno R3 (ψo m ch u n) 35 2.8 L p trình u n động c bước 36 2.9 Giao di n phần m m u n máy thí nghi m kéo nén d ng nh 36 2.10 Máy thí nghi m kéo nén d ng nh 37 2.11 K t qu thu đư c từ m u thử 41 2.12 ωác đ nh nghĩa độ giãn 42 2.13 giới h n ch y vƠ cho ki u đư ng cong khác 43 2.14 Giới h n dẻo, độ giãn dẻo, Rp 43 viii 2.15 Giới h n dẻo, độ giãn dƠi tổng, Rt 44 2.16 Giới h n b n quy ước, Rr 44 2.17 Giới h n dẻo, độ giãn dẻo, Rp phư ng pháp lựa ch n 45 2.18 Đánh giá khác v độ giãn c a m ch y tư ng đ i 46 2.19 2.20 3.3 ωác ki u đư ng cong ng suất - bi n d ng khác đ xác đ nh giới h n b n kéo, Rm ωác t c độ bi n d ng đư c sử d ng thử kéo, n u ReH, ReL, Rp, Rt, Rm, Ag, Agt, A, At vƠ Z đư c xác đ nh Sự không liên t c không cho phép đư ng cong ng suất - bi n d ng 47 48 53 3.4 ωác m u thử đư c gia cơng c có mặt cắt ngang hình chữ nh t 53 3.5 M u thử có phần khơng đư c gia cơng c c a s n phẩm 54 3.6 M u thử đư c gia cơng c có mặt cắt ngang trịn 55 3.7 M u thử có đo n ng 55 3.8 Qui trình ch t o chi ti t m u thí nghi m 57 3.9 M u thí nghi m thực t 57 3.10 Máy kính hi n vi n tử quét SEM 58 4.1 ωấu trúc t vi c a v t li u hƠn nghiên c u 59 4.2 Máy thí nghi m kéo nén d ng nh 59 4.3 Đư ng cong bi n d ng - ng suất 60 4.4 M u thí nghi m v t li u nhôm 61 4.5 Đồ th quan h lực vƠ độ bi n d ng 62 4.6 M u thí nghi m v t li u nhôm 62 4.7 Đồ th quan h lực vƠ độ bi n d ng 63 63 - K t qu thực nghi m th a mãn yêu cầu đ - Đã ki m tra kéo thử nghi m đ i với m u thí nghi m đồng, nhôm, thép vƠ cho k t qu đ t yêu cầu đ với đ tƠi Qua lần thực nghi m kéo m u thử máy thí nghi m kéo nén d ng nh cho ta thấy đư c k t qu v lực kéo độ dãn dƠi đư c hi n th đồ th quan h lực vƠ độ bi n d ng đ t yêu cầu đ đ i với đ tƠi thi t k ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh đ xác đ nh thơng s c tính c a v t li u Máy có th ng d ng cho cơng tác đƠo t o vƠ thí nghi m, nghiên c u khoa h c vƠ ng d ng thực t , Tri n v ng vƠ hướng phát tri n c a đ tƠi: Ti p t c thí nghi m lo i v t li u khác V t li u polimer, V t li u ωomposit đ xác đ nh c tính Nghiên c u lắp thêm cơng tắc hƠnh trình cho h bƠn trư t c a máy đ máy ch y giới h n hƠnh trình c a băng máy cho phép máy tự động ngừng ho t động b o v an toƠn trình ho t động Nghiên c u thi t k ch t o c cấu kẹp m u thí nghi m tự động khí nén th y lực 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đinh Minh Diệm [1] Đinh Minh Diệm, Trần Công ảùng, “Thiết kế, chế t o mơ hình hệ thống scada điều khiển giám sát máy lưu hóa lốp tơ”, T p chí Cơ khí Việt Nam Số: tháng 7/2011 Trang: 45-48 Năm 2011 [2] Đinh Minh Diệm, Pavel Aleseevich Kuznecov, Nguyễn Tồn Thắng, “Cơng nghệ Ứp ống lót vật liệu tổ hợp d ng lớp từ bột kim lo i mơi trường đàn hồi” T p chí Khoa học Công nghệ - Đ i học Đà Nẵng Số: (28) 2008 Trang: 10-16 Năm 2008 [3] Đinh Minh Diệm, Trần Quốc Việt, Đoàn Anh Bằng, “ ng dụng phần mềm ANSYS để kiểm tra bền trục cán sau lần sửa chữa”, T p chí Khoa học Công nghệ - Đ i học Đà Nẵng Số: (12) 2005 Năm 2005 Lưu Đ c Bình [1] Lưu Đ c Bình, “Nghiên c u xây dựng thuật toán xử lý số liệu thực nghiệm lĩnh vực Cơ khí”, T p chí Khoa học Cơng nghệ ĐảĐN, số 6(79), 1, 2014 [2] Lưu Đ c Bình, “ ng dụng tin học mô nguyên lý làm việc c a cấu khí”, T p chí Khoa học Cơng nghệ ĐảĐN, số 61, trang 10-15, 2014 [3] Q.B Tao, L Benabou, V.N Le, ả ảwang and D.B Luu, “Viscoplastic characterization and Post-rupture microanalysis of a novel lead-free solder with small additions of Bi, Sb and Ni”, Journal of Alloys and Compound 694(2016), pp 892904 [7] Bùi Đ c Vinh, Lâm ảoàng Quý Nguyễn ảùng Thắng, “Chế t o máy thí nghiệm kỨo nỨn v n cấp t i 100T”, Đ i học Bách khoa Tp ảồ Chí Minh, 2013 [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Stress%E2%80%93strain_curve [2] Partheepan, G., “Design and usage of a simple miniature specimen test setup for the evaluation of mechanical properties”, International Journal of Microstructure and Materials Properties, 1, 2005, 38-50 [3] Panayotou N F., “Design and use of Nonstandard Tensile Specimens for Irradiated Materials Testing”, SPT- 888, 2001, 201-219 [4] Rosinski S T., “Application of Sub-size specimens in Nuclear Plant Life Extension”, ASTM STP 1204, 2010, 405-416 65 [5] Yuanchao X., “Application of the miniature specimen technique to material irradiation tests and surveillance for reactor components”, International Journal of Pressure Vessels and Piping, 77, 2000, 715- 721 [6] Yutaka K., “Specimen size effects on the tensile properties of JPωA and JFMS”, Journal of Nuclear Materials, 283-287, 2000, 1014-1017 [7] Jung P., “Recommendation of miniaturized techniques for mechanical testing of fusion materials in an intense neutron source”, Journal of Nuclear Materials, 232, 1996, 186-205 [8] Klueh, R L., “Miniature Tensile Test Specimens for Fusion Reactor Irradiation Studies”, Nuclear Engineering and Design Fusion, 2, 1985, 407-416 ... ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Đ NG XUÂN THỦY THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY THÍ NGHIỆM KÉO NÉN DẠNG NHỎ ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG S C TệNH CỦA V T LIỆU Chuyên ngành: K thu t Cơ khí Mã số : 8.52.01.03 LU N VĔN THẠC SĨ... Tôi cam đoan cơng trình nghiên c u c a riêng Các số liệu để thiết kế, chế t o máy thí nghiệm kỨo nỨn d ng nhỏ kết qu thực nghiệm kỨo mẫu thử máy nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình... NÉN DẠNG NHỎ 2.1 Nghiên cứu, ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh 2.1.1 Đặc tính máy thí nghi m kéo nén d ng nh M c đích thi t k ch t o máy thí nghi m kéo nén d ng nh lƠ nhằm đ thực hi n thí