Nghiên cứu ứng dụng công nghệ ép thuỷ cơ chế tạo các chi tiết trong thiết bị chế biến nông sản, có sử dụng phần mềm ansys lsdyna

luận văn, tiến sĩ, thạc sĩ, báo cáo, khóa luận, đề tài

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . . 1 Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp hà nội -------------***------------- đỗ văn tựa Nghiên cứu ứng dụng công nghệ ép thuỷ cơ Chế tạo các chi tiết trong thiết bị chế biến Nông sản, có sử dụng phần mềm ansys-lsdyna Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông, nông nghiệp Mã số : 60.52.14 Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS. đinh bá trụ hà nội - 2010 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . . i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và cha từng đợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đ đợc chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 12 tháng12 năm 2010 Tác giả luận văn Vn Ta Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . . ii Lời cám ơn Trớc hết, tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hớng dẫn khoa học PGS.TS Đinh Bá Trụ đ tận tình hớng dẫn, nghiêm khắc chỉ bảo trong suốt quá trình làm luận văn, đ định hớng giải quyết các vấn đề khoa học cho luận văn. Đồng thời chỉnh sửa cấu trúc luận văn, để luận văn hoàn thành đúng thời hạn Tôi xin cản ơn trờng ĐH Nông nghiệp Hà Nội, Viện sau đại học, Khoa Cơ Điện, đ tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong quá trình làm luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng cám ơn thầy Chủ nhiệm bộ môn cùng các thầy trong B mụn gia cụng ỏp lc Trng i hc Bỏch khoa H Ni ủó to ủiu kin ủ tỏc gi hon thnh thớ nghim gia cụng ộp thu c, để cho luận văn đi đúng hớng và đảm bảo tiến độ. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn các đồng nghiệp, đ góp ý kiến xây dựng để luận văn có chất lợng cao. Hà Nội, ngày 12 tháng12 năm 2010 Tác giả luận văn Vn Ta Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . . iii mục lục Trang Lời cam đoan .i Lời cám ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng vi Danh mục hìnhvii LI NểI U 1 1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài: .1 2. Mục tiêu của đề tài: 2 3. Phơng pháp nghiên cứu: .2 4. Nội dung nghiên cứu: .2 CHNG 1 TNG QUAN V CễNG NGH ẫP THU C 3 1.1. Cỏc khỏi nim v ộp bng ngun cht lng cao ỏp 3 1.1.1. Khỏi nim ộp thy tnh v thy c 3 1.1.2. Cht lng dựng trong gia cụng thu tnh 5 1.1.3. Lc tỏc dng trong ộp thy c 7 1.2. c ủim ca phng phỏp ộp thu c .8 1.2.1. c ủim v ộp thu c 8 1.2.2.u nhc ủim ca ộp thy c 8 1.3. Cỏc phng phỏp ộp thu c .10 1.4. ng sut v bin dng khi ộp thy c .12 1.5. Tớnh toỏn cỏc thụng s cụng ngh ộp thy c .14 1.5.1. Tớnh ỏp sut cht lng 14 1.5.2. Lực chặn phôi: 20 1.5.3. Khe hở cho quá trình dập thuỷ cơ: 21 1.5.4. Lực cản của phôi lên chày: .22 1.5.5.Lực dập vuốt: .22 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . . iv 1.5.6.Lùc m¸y: 22 1.6. Ma sát và bôi trơn trong ép thuỷ cơ: .22 1.7. Sự phát triển và ứng dụng công nghệ ép thuỷ cơ hiện nay 24 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .27 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN BIẾN DẠNG TẠO HÌNH ÉP THỦY CƠ BẰNG PHẦN TỬ HỮU HẠN .28 2.1. Khái niệm phần tử hữu hạn và phân loại phần tử .28 2.2. Các phương trinh cơ bản ứng dụng giải bài toán biến dạng .29 2.2.1. Phương trình cân bằng .29 2.2.2. Quan hệ biến dạng - chuyển vị .29 2.2.3. Quan hệ biến dạng - chuyển vị của tấm: .30 2.2.4. Quan hệ ứng suất – biến dạng 31 2.2.5. Phương trình năng lượng của phần tử: .32 2.4. Giải bài toán ép thủy cơ - biến dạng dẻo tấm .37 2.4.1. Các biểu thức cơ bản 37 2.4.2. Các quan hệ khi sử dụng phần tử tấm phẳng .39 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .43 CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH ÉP THỦY CƠ 44 3.1. Mô hình thuật toán mô phỏng ANSYS .44 3.2. Xây dựng bài toán 45 3.2.1. Mô hình hình học CAD 45 3.2.2. ðịnh nghĩa kiểu phần tử .45 3.2.3. Lựa chọn vật liệu .46 3.2.4. Chia lưới cho phần tử chày, cối, phôi, ép biên 47 3.2.5. ðặt ñiều kiên tiếp xúc 47 3.2.6 ðặt ñiều kiên biên ràng buộc 48 3.2.7. Giải bài toán – Run Solution 49 3.2.8. Khảo sát kết quả - Read Results .49 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . . v 3.3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .50 3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của áp suất chất lỏng thay ñổi 50 3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng chiều sâu vuốt (khi áp suất chất lỏng không ñổi, ma sát µ = 0,05, ñường kính phôi = 200mm) 51 3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng vật liệu nhôm 54 3.3.5. Khảo sát ảnh hưởng ma sát 58 3.3.6. Ảnh hưởng ñường kính phôi. .62 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .63 CHƯƠNG 4 THÍ NGHIỆM ÉP THỦY CƠ .64 4.1.Thiết bị và khuôn ép thủy cơ 64 4.2. Phương án thí nghiệm .66 4.3. Phân tích kết quả thí nghiệm .75 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 80 KẾT LUẬN .81 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . . vi DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1. Bảng thành phần và cơ tính của vật liệu .67 Bảng 4.2. Bảng áp suất, hành trình chày khi ép phôi nhôm Ao .69 Bảng 4.3. Bảng áp suất, hành trình chày khi ép phôi C08s .71 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . . vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Ép thủy tĩnh phôi tấm và ép thủy tĩnh phôi ống .4 Hình 1.2. Sơ ñồ quá trình ép thủy cơ 4 Hình 1.3. Tạo thành gân vuốt bằng chất lỏng khi ép thủy cơ 5 Hình 1.4. Lực tác dụng khi ép thủy cơ 7 Hình 1.5. Ép thủy cơ phôi phẳng 11 Hình 1.6 Ép thủy cơ 3D .11 Hình 1.7. Sơ ñồ phân loại các phương pháp ép thuỷ cơ 12 Hình 1.10. Các sản phẩm ép thủy cơ .26 Hình 2.1. Phần tử và các kiểu phần tử: Phần tử 1 chiều 1D, Phần tử 2 chiều 2D, Phần tử 3 chiều 3D 28 Hình 2.2. Mô hình tác dụng lực của bài toán biến dạng tấm .37 Hình 2.3. Mô hình phân bố ứng suất trên tấm……………………………….37 Hình 2.4 Phần tử tấm 4 nút 39 Hình 3.1. Thuật toán mô phỏng ép thủy cơ bằng phần mềm ANSYS .44 Hình 3.2. Mô hình hình học 45 Hình 3.3. Mô hình phần tử solid 92 với 10 nút 45 Hình 3.4.Mô hình chia lưới chày, cối, ép biên 47 Hình 3.5. Mô hình cặp tiếp xúc cối và phôi 48 Hình 3.6 Mô hình cặp tiếp xúc ép biên và phôi 48 Hình 3.7. Mô hình ñặt ñối xứng…………………………………………… 49 Hình 3.8. Mô hình áp lực lên phôi .49 Hình 3.9. Khi áp lực chất lỏng là 40 MPα, phôi chưa có hiện tượng phồng lên ……………………………………………………… .50 Hình 3.10. Khi áp lực chất lỏng là 65 MPα, bắt ñầu xuất hiện hiện tượng phóng phồng phôi tại vùng góc lượn của cối ……………………50 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . . viii Hình 3.11. Khi áp lực chất lỏng là 90 MPα, phôi có hiện tượng phồng lên mạnh mẽ tại vùng góc lượn của cối………………………………50 Hình 3.12. Phân bố ứng xuất tương ñương Von Mises H = 30mm P = 65 MPα σ eqv = 531 MPα…………………………………………… 51 Hình 3.13. Phân bố ứng suất tương ñương Von Mises H = 40mm P = 65 MPα σ eqv = 610 MPα…………………………………………… 51 Hình 3.14. Phân bố ứng suất tương ñương Von Mises H = 50mm P = 65 MPα σ eqv = 666 MPα…………………………………………… 52 Hình 3.15. Phân bố ứng suất tương ñương Von Mises H = 60mm P = 65 MPα σ eqv = 709 MPα…………………………………………… 52 Hình 3.16. Phân bố biến dạng tương ñương Von Mises H = 30mm P = 65 MPα ε eqv = 0,28 ………………………………………………… 52 Hình 3.17. Phân bố biến dạng tương ñương Von Mises H = 40mm P = 65 MPα ε eqv = 0,38 ………………………………………………… 52 Hình 3.18. Phân bố biến dạng tương ñương Von Mises H = 50mm P = 65 MPα ε eqv = 0,4 ………………………………………………… 52 Hình 3.19. Phân bố biến dạng tương ñương Von Mises H = 60mm P = 65 MPα ε eqv = 0,5 ……………………………………….………… 52 Hình 3.20. Sự phụ thuộc của σ eqvmax vào chiều sâu dập vuốt ……………… 53 Hình 3.21. Sự phụ thuộc của ε eqvmax vào chiều sâu dập vuốt ……………… 53 Hình 3.22. Dập vuốt thuỷ cơ phân bố ứng suất tương ñương Von Mises H = 60 mm P=65MPa σ eqv = 709 MPa < giới hạn phá huỷ của vật liệu R m = 780 MP a…………………………………………… .54 Hình 3.23. Dập vuốt thông thường H = 45mm P=45MPa σ eqv = 794 MPα > giới hạn phá huỷ của vật liệu R m = 780 MP a 54 Hình 3.24. Phân bố ứng suất tương ñương Von Mises H = 5mm P=30MPa σ eqv = 152 . 54 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . . ix Hình 3.25. Phân bố ứng suất tương ñương Von Mises H = 10mm P=30MPa σ eqv = 162 . 54 Hình 3.26. Phân bố ứng suất tương ñương Von Mises H = 15mm P=30MPa σ eqv = 169Mpa .………………………………………………… 55 Hình 3.27. Phân bố biến dạng tương ñương Von Mises H = 5mm P=30MPa ε eqv = 0,3 …………… .………………………………………… 55 Hình 3.28. Phân bố biến dạng tương ñương Von Mises H = 10mm P=30MPa ε eqv = 0,68… .……………………………………………………. 55 Hình 3.29. Phân bố biến dạng tương ñương Von Mises H = 15mm P=30MPa ε eqv = 1,08 ………………………………………………………. 55 Hình 3.30. Phân bố ứng suất tương ñương Von Mises H = 30mm P=65MPa σ eqv = 544Mpa…………… …………………………………… 56 Hình 3.31. Phân bố ứng suất tương ñương Von Mises H = 40mm P=65MPa σ eqv = 615Mpa…… …………………………………………… 56 Hình 3.32. Phân bố ứng suất tương ñương Von Mises H = 50mm P=65MPa σ eqv = 667Mpa………………… ……………………………… 56 Hình 3.33. Phân bố ứng suất tương ñương Von Mises H = 60mm P=65MPa σ eqv = 716Mpa…………… …………………………………… 56 Hình 3.34. Phân bố biến dạng tương ñương Von Mises H = 30mm P=65MPa ε eqv = 0.3………………………… …………………………… . 57 Hình 3.35. Phân bố biến dạng tương ñương Von Mises H = 40mm P=65MPa ε eqv = 0.38……………………………… ………………………. 57 Hình 3.36. Phân bố biến dạng tương ñương Von Mises H = 50mm P=65MPa ε eqv = 0.44…………………………… …………………………. 57 Hình 3.37. Phân bố biến dạng tương ñương Von Mises H = 60mm P=65MPa ε eqv = 0.5……………………………… ……………………… . 57 Hình 3.38. ðồ thị mối quan hệ ứng suất và chiều sâu dập vuốt ………… 58 . nghiên cứu ứng dụng công nghệ ép thủy cơ và công nghệ mô phỏng để ép các chi tiết trong thiết bị chế biến nông sản làm cơ sở ứng dụng công nghệ trong thực. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ ép thủy cơ chế tạo các chi tiết trong chế biến nông sản, có sử dụng phần mềm Ansys- LS Dyna mong muốn làm rõ các vấn đề cơ sở khoa