Việc nghiên thiết kế chế tạo máy thí nghiệm kéo nén dạng nhỏ để xác định các thông số cơ tính của vật liệu có ý nghĩa cả về lý thuyết lẫn thực tiễn Xác định các đặc tính cơ học của vật liệu là một chủ đề quan tâm nghiên cứu quan trọng của những nhà nghiên cứu trong suốt thời gian dài cho những vật liệu khác nhau Một khi xác định chính xác được các thông số cơ tính của vật liệu thì góp phần quan trọng vào việc thiết kế tính toán mô phỏng phần tử hữu hạn và đưa ra được sự dự đoán tin cậy cho các phương trình đường cong ứng suất biến dạng Trong thiết kế và phân tích kỹ thuật phương pháp kiểm tra đặc tính cơ học của vật liệu bao gồm thí nghiệm kéo nén uốn va đập đo độ cứng … Trong các thí nghiệm đó thí nghiệm kéo tensile test biểu diễn mối quan hệ của ứng suất biến dạng kéo tensile stress strain là phương pháp thí nghiệm đơn giản và được sử dụng nhiều nhất bởi vì từ các mối quan hệ đó hầu hết các đặc tính cơ học của vật liệu Hiện nay máy thí nghiệm kéo nén vạn năng là công cụ rất cần thiết và phổ biến sử dụng trong các phòng thí nghiệm cơ học trung tâm kiểm định trường đại học nhà máy sản xuất Nó cho phép thực hiện các loại thí nghiệm kéo nén uốn để xác định các thông số cơ học của vật liệu như thép bê tông gỗ chất dẻo hay cấu kiện cần thí nghiệm áp dụng trong các lĩnh vực cơ khí chế tạo và xây dựng Nhận thức được tầm quan trọng của thử nghiệm cơ tính vật liệu cho những chi tiết có kích thước nhỏ với độ chính xác cao nhằm phục vụ công tác đào tạo nghiên cứu khoa học và ứng dụng thực tế nghiên cứu này sẽ trình bày cụ thể về thiết kế chế tạo máy thí nghiệm kéo nén dạng nhỏ để xác định cơ tính của vật liệu từ đó kết quả thí nghiệm được thực nghiệm trên máy chế tạo cũng được thể hiện trong đề tài này là thiết kế chế tạo máy thí nghiệm kéo nén dạng nhỏ để xác định các thông số cơ tính của vật liệu được sử dụng trong những chi tiết thiết bị với kích thước nhỏ Để thực hiện được học viên cao học đã thiết kế chế tạo máy thí nghiệm kéo nén dạng nhỏ để xác định các thông số cơ tính của vật liệu Đề tài này góp phần nâng cao chất lượng đào tạo và nghiên cứu khoa học cho sinh viên học viên cao học thuộc các chuyên ngành Chế tạo máy và Cơ điện tử
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