Với bài báo cáo này, chúng em nghiên cứu về vật liệu sử dụng trong kể cấu hàng không. Các cấu trúc kết cấu trên máy bay sử dụng các tấm mỏng, gia cường, khung và chất làm cứng, được chế tạo từ các vật liệu nhẹ, độ bền cao, trong đó hợp kim nhôm là ví dụ được sử dụng rộng rãi nhất. Vật liệu máy bay là thành phần rất quan trọng trong việc phát triển ngành hàng không.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TẢI TRỌNG VÀ KẾT CẤU MÁY BAY Chủ đề: Vật liệu hàng khơng Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm Họ tên MSSV Phùng Đức Minh 20152493 Phạm Tuấn An 20150014 Nguyễn Thị Thiên Trang 20153886 Lê Phạm Hùng Anh 20150066 Hà Nội, 6/2019 Mục lục Vật liệu hàng không LỜI MỞ ĐẦU Với báo cáo này, chúng em nghiên cứu vật liệu sử dụng kể cấu hàng không Các cấu trúc kết cấu máy bay sử dụng mỏng, gia cường, khung chất làm cứng, chế tạo từ vật liệu nhẹ, độ bền cao, hợp kim nhơm ví dụ sử dụng rộng rãi Vật liệu máy bay thành phần quan trọng việc phát triển ngành hàng không Một số yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu cho cấu trúc cho máy bay, số này, độ bền với khối lượng nhẹ có lẽ quan trọng Ngồi cịn tính chất khác, đơi quan trọng, độ cứng, độ bền, khả chống ăn mòn, mệt mỏi, ảnh hưởng hệ thống mơi trường điều áp, dễ chế tạo, tính sẵn có tính qn nguồn cung, và, khơng phần quan trọng, chi phí Các nhóm vật liệu sử dụng chế tạo máy bay gỗ, thép, hợp kim nhôm, gần hợp kim titan vật liệu tổng hợp sợi gia cường Trong lĩnh vực thiết kế động cơ, hợp kim titan sử dụng giai đoạn đầu máy nén, hợp kim thép dựa niken sử dụng cho giai đoạn nóng sau Vì báo quan tâm chủ yếu đến vật liệu liên quan đến việc xây dựng khung máy bay, thảo luận vật liệu sử dụng sản xuất động nằm phạm vi báo cáo Vật liệu hàng không Chương Vật liệu 1.1 Nhơm 1.1.1 Kim loại nhơm Hình Nhơm • Nhơm ngun tố phổ biến thứ (sau ôxy silic), kim loại phổ biến vỏ Trái Đất Nhôm chiếm khoảng 8% khối lớp rắn Trái Đất Quặng chứa nhơm bơ xít • Nhơm kim loại mềm, nhẹ với màu trắng bạc ánh kim mờ, có lớp mỏng ơxi hóa tạo thành nhanh để trần ngồi khơng khí Tỷ trọng riêng nhơm khoảng phần ba sắt hay đồng; mềm (chỉ sau vàng), dễ uốn (đứng thứ sáu) dễ dàng gia cơng máy móc hay đúc; có khả chống ăn mịn bền vững lớp ơxít bảo vệ Nó khơng nhiễm từ khơng cháy để ngồi khơng khí điều kiện thông thường Vật liệu hàng không 1.1.2 Hợp kim nhôm Nhôm nguyên chất vật liệu độ bền thấp, linh hoạt khơng có ứng dụng vào cấu trúc Tuy nhiên, cho nhôm với kim loại khác tính chất cải thiện nhiều nhóm hợp kim nhơm sử dụng cơng nghiệp hàng khơng nhiều năm có vai trị kết cấu máy bay Đầu tiên số đó, hợp kim nhơm với đồng, magie, mangan, silic sắt với tỷ lệ thành phần 4% đồng, 0,5% magie, 0,5% mangan, 0,3%silic 0,2% sắt Loại hợp kim có tên Đu-ra Trong rèn, xử lý nhiệt, điều kiện tự nhiên, hợp kim chịu ứng suất 230N/mm2, độ bền kéo 390N/mm2, chuyển vị dài khoảng 15% Nhóm hợp kim thứ 2, thêm vào thành phần hợp nhóm hợp kim 2% Niken, lượng magie cao Điều quan trọng loại hợp kim trì độ bền nhiệt độ cao, làm chúng phù hợp với chế tạo động hàng không Sự phát triển hợp kim nhôm Rolls-Royce High Duty Alloys thay niken sắt giảm lượng đồng, gọi hợp kim nhôm Roll-Royce dùng để rèn đúc động hàng khơng Nhóm hợp kim thứ thêm kẽm magie cho độ bền cao có thành phần tiêu biểu 2,5% đồng, 5% kẽm, 3% magie nhiều 1% nikel, với tính chất học ứng suất 510N/mm2, ứng suất kéo 585N/mm2 Trong công nghiệp đại, nikel loại bỏ thêm vào crom tăng lượng manga Các loại hợp kim sử dụng rộng rãi ngành hàng không, vỏ, phận chịu ứng suất khác, lựa chọn hợp kim nhôm dựa vào hệ số độ bền, độ dẻo, dễ sản xuất, chống ăn mòn, khả chịu mỏi, độ bền phá hủy, khả chống lan truyền vết nứt Dễ thấy loại máy bay khác có yêu cầu kết cấu khác Vật liệu hàng không Thật không may, để cải thiện tính chất phải bỏ tính chất khác Ví dụ, trường hợp độ bền tĩnh cao hợp kim nhôm kẽm magie kèm nhiều năm khuynh hướng nứt khơng có tải ứng suất bên trong, trình rèn tác dụng nhiệt Mặc dù hàm lượng thành phần phải giảm vấn đề đáng kể Những máy bay vận tải trước chiến tranh sớm thử nghiệm số lượng lớn phá hủy ăn mòn, rèn đúc Vấn đề trở nên căng thẳng vào năm 1953, dẫn đến định thay hết phận sử dụng hợp kim hợp kim Nhôm4% đồng Hợp kim nhôm L65 cấm sử dụng phương pháp rèn đới với hợp kim kẽm thiết kế Tuy nhiên, cải thiện ứng suất ăn mòn hợp kim nhơm kẽm magie có kết vào năm gần Anh, Mỹ, Đức tìm Cả Anh Mỹ đồng ý với ý kiến lợi ích từ 1% đồng không đồng ý với việc có thành phần crom magan, Đức thấy thêm bạc vào có lợi Cải thiện kỹ thuật đúc mang lại lợi ích xa hạn chế ứng suất ăn mòn Sự phát triển hợp kim nhôm kẽm magie đồng trỏ nên rộng rãi, với yêu cầu hợp kim nhôm ứng suất kéo lớn, phát triển vét nứt, chịu uốn Nhóm hợp kim có độ bền tĩnh thấp hợp kim nhôm – kẽm ưu tiên cho phần cấu trúc cân nhắc mỏi quan trọng hàng đầu, chẳng hạn mặt cánh, nơi tải trọng mỏi kéo chiếm ưu Thực nghiệm cho thấy điều kiện tự nhiên hợp kim có ưu điểm chịu nhiệt, độ bền mỏi khả phát triển vết nứt Xa hơn, thành phần tỷ lệ phần trăm magie tìm ra, Mỹ, để sản xuất, điều kiện tự nhiên, tính chất học hợp kim tự nhiên nhân tạo Hợp kim thiết kế 2024 (nhôm-đồng từ phiên 2000) có thành phần bình thường 4,5% đồng, 1,5% magie, 0,6% mangan, cịn lại nhơm Sự ý đến hợp kim nhôm magie silic gần phát triển, chúng dùng công nghiệp hàng không hàng thập kỷ qua Lý chúng rẻ hợp kim nhôm đồng giảm chi phí chế tạo Thêm vào đó, biến thể hợp kim nhôm ISO 6013, cải thiện tính Vật liệu hàng khơng chất có độ bền phá hủy cao khả phát triển vết nứt giống với phiên 2000 mẫu hợp kim nhôm đặc biệt phát triển cho máy bay đặc biệt Một ví dụ bật sử dụng Hiduminium RR58 vật liệu thành phần bản, thiết kế CM001, để sử dụng cho máy bay Concorde RR58 hợp kim phức tạp nhôm đồng magie nikel sắt phát triển năm chiến 1939-1945 đặc biệt cho chế tạo thành phần tuabin khí động hàng khơng Thành phần hóa học phiên dùng cho máy bay Concorde định nhiệt độ, mỏi, độ kiểm tra kéo chi tiết sau: Hình Hợp kim nhơm Các kỹ sư thiết kế muốn chế tạo máy bay hồn tồn Dura độ phổ biến, giá thành rẻ dễ chế tạo Nhiệt độ cao nhôm chịu khí máy bay hoạt động 127 độ C, nên giới hạn hoạt động máy bay M=2.02 Loại hợp kim nhơm tìm sử dụng công nghiệp hàng không aluminum-lithium Hợp kim Al-Li hợp kim nhôm với lithium thông thường bao gồm đồng ziriconi Khi lithium kim loại nguyên tố có tỷ trọng thấp, bổ sung vào nhơm cho hợp kim có tỷ trọng thấp nhơm ngun tố Nếu bổ sung vào hợp kim lượng 1% lithium làm cho hợp kim Al-Li nhẹ 3% tăng độ cứng lên 5% Hợp kim Al–Li thương mại chiếm 2,45% lithium theo khối lượng Hợp kim Al-Li quan trọng sử dụng rộng rãi công nghiệp vũ trụ, lợi trọng lượng riêng Hiện hợp kim sử dụng cho ngành hàng không dự án máy bay lên thẳng Vật liệu hàng khơng Hình Máy bay Concorde Phôi phế liệu vật liệu tái chế hợp kim Al-Li phải để riêng khơng để lẫn với nhón hợp kim nhơm khác, chúng gây cháy nổ nguy hiểm Tổng quan: nhơm có hợp kim chính: • Đu-ra: hợp kim Al-Cu • Al-Niken • Al-Zn • Al- lithium Vật liệu hàng không Ngồi cịn có Al-Si,… tùy vào lượng kim loại tạo thành hợp kim mà tính chất tên gọi hợp kim khác Ví dụ: hợp kim nhôm 7075 nhôm, kẽm hợp kim magie, hợp kim nhôm 6061 magie, crom hợp kim silicon Phân loại hợp kim nhôm: Hợp kim nhôm biến dạng: Được chia làm hai loại hợp kim nhơm biến dạng hố bền nhiệt luyện hợp kim nhơm biến dạng khơng hố bền nhiệt luyện Hợp kim nhôm đúc 1.1.3 Ứng dụng Nhôm hợp kim nhôm đứng thứ hai (sau thép) sản xuất ứng dụng Điều nhơm hợp kim nhơm có tính chất phù hợp với nhiều công dụng khác nhau, số trường hợp ứng dụng hợp kim nhôm thay công nghệ chế tạo máy bay thiết bị ngành hàng không khác Trong công nghiệp hàng không, hợp kim nhôm sử dụng để chế tạo vỏ, khung sườn, dầm, ngang máy bay tính chất nhẹ so với kim loại khác Tùy vào loại máy bay khác mà lượng nhôm hợp kim sử dụng cho máy bay khác Ví dụ, hợp kim nhơm sử dụng máy bay Boeing 767 chiếm khoảng 81% cấu trúc thể Máy bay quân yêu cầu hoạt động vận hành tương đối tốt để giảm lượng nhôm, ví dụ máy bay chiến đấu hạng nặng F-15 sử dụng hợp kim nhôm 35,5% Nhôm hợp kim nhơm cịn có vị trí quan trọng ngành chế tạo khí xây dựng Trong lĩnh vực xây dựng, hợp kim nhôm ứng dụng nhiều vào sản xuất sản phẩm cửa cổng nhôm đúc, hàng rào cầu thang nhôm đúc: hàng hải dầu khí, nước, phụ tùng xe đạp, vành tơ Vật liệu hàng không Tỷ lệ khối lượng vật liệu máy bay B787, sau vật liệu composite xuất tỷ trọng nhơm giảm Hình Vật liệu máy bay 1.2 THÉP Việc sử dụng thép để sản xuất xà dọc có thành mỏng, hình hộp năm 1930 thay hợp kim nhôm mô tả Phần 10.1 Rõ ràng trọng lượng riêng cao ngăn chặn việc sử dụng rộng rãi chế tạo máy bay, giữ lại làm vật liệu đúc cho thành phần nhỏ đòi hỏi độ bền kéo cao, độ cứng cao khả chống mòn cao Các thành phần bao gồm khung trụ trục bánh xe, tập tin đính kèm gốc cánh, ốc vít đường ray Mặc dù thép đạt độ bền kéo cao cực cao, người ta thấy tính chất khác bị khó để sản xuất hợp thành thành phẩm Để khắc phục khó khăn này, loại thép gọi thép tổng hợp phát triển vào năm 1961, từ carbon bị loại bỏ hồn tồn có phần Carbon: sản xuất, độ cứng cần thiết thép cường độ cao gây giòn biến dạng; khó sửa chữa, khó gia cơng khơng thể tạo hình nguội Chế tạo hàn gần tốn Đông cứng thép tổng hợp cách bổ sung nguyên tố khác niken, coban molypden Một loại thép kết cấu điển hình có yếu tố theo tỷ lệ: niken 17 đến 19%, coban đến 9%, molypden đến 3,5%, với titan 0,15 đến 0,25% Hàm lượng carbon tối đa 0,03%, với chút 10 Vật liệu hàng không Ứng suất gia tăng từ kết việc thép nhẹ đạt điểm suất cao C, sau sụt giảm nhanh chóng mức suất thấp điểm d Sự tồn điểm suất thấp thép đặc thù thử nghiệm độ bền kéo chuyển động đầu mẫu thử máy thử tạo không diễn nhanh biến dạng dẻo nó; tải giảm, ứng suất Từ phạm vi d đến f, Sự gia tăng ứng suất tiếp tục, kèm theo gia tăng lớn ứng suất vật liệu tiến tới g, ứng suất tới hạn, σult Tại thời điểm này, phần thử nghiệm bắt đầu, rõ ràng,như hình 12 Vật liệu mẫu thử khu vực “neck” gần hoàn toàn nhựa giai đoạn này, từ thời điểm trở đến bị gãy, có giảm ứng suất danh nghĩa Hình 12 Biến dạng dẻo Hình 13 Mũi vết đứt Đối với thép nhẹ, suất xảy mức ứng suất 300 N/mm2 Khi gãy xương, biến dạng (tức độ giãn dài) 30% Độ dốc phần tuyến tính đường cong biến dạng Stress-Strain cho giá trị cho mô đun Young vùng 200000 N/mm2 Kiểm tra đặc điểm phá hủy cần thiết Trong mẫu thử hình trụ, hai nửa mẫu thử bị gãy có đầu tạo thành cặp hình cup nón (Hình 13) Các mặt phẳng hỏng thực tế trường hợp nghiêng khoảng 45 so với trục tải trùng với mặt phẳng ứng suất cắt cực đại Tương tự, mẫu thử kéo 27 Vật liệu hàng không phẳng thép nhẹ đánh bóng sau nhấn mạnh, mơ hình nếp nhăn xuất bề mặt đánh bóng suất Những đường này, lần Lüder phát vào năm 1854, giao xấp xỉ góc phải nghiêng 45◦ so với trục mẫu vật, trùng với mặt phẳng ứng suất cắt cực đại Các dạng suất gãy cho thấy cấu trúc tinh thể thép tương đối yếu cắt, với suất có dạng trượt mặt phẳng tinh thể mặt phẳng khác thay xé hai mặt phẳng tinh thể Trạng thái thép nhẹ nén giống với trạng thái chịu kéo, đặc biệt phạm vi đàn hồi Trong phạm vi dẻo, khơng thể có tải trọng tới hạn phá hủy, nén, diện tích mặt cắt tăng tải tăng lên, tạo hiệu ứng nòng súng, hình 14 Sự gia tăng diện tích mặt cắt có xu hướng làm giảm ứng suất thực, làm tăng khả chịu tải Cuối cùng, đĩa phẳng sản xuất Đối với mục đích thiết kế, ứng suất cuối thép nhẹ ứng suất nén giả định Các loại thép cao có cường độ lớn thép nhẹ không dễ uốn Chúng sở hữu mô đun Young tương tự để ứng suất cao kèm với chủng cao 2.2.2 NHƠM Nhơm số hợp kim vật liệu dẻo, đường cong biến dạng ứng suất chúng khơng có vùng ứng suất riêng biệt thép nhẹ Một đường cong Stress – Strain điển hình thể hình 15 Điểm a b lần đánh dấu giới hạn tỷ lệ giới hạn đàn hồi, khó xác định thực nghiệm Thay vào đó, ứng suất xác định ứng suất cần thiết để tạo biến dạng cố định cho việc loại bỏ tải Trong hình 15, đường vẽ song song với phần tuyến tính đường cong biến dạng ứng suất từ biến dạng 0,001 (tức biến dạng 0,1 phần trăm) giao với đường cong ứng suất biến dạng 28 Vật liệu hàng khơng Hình 14 Thép nhẹ bị biến dạng chịu nén Hình 15 Đường cong ứng suất biến dạng nhơm Hình 16 Mũi đứt nhôm đường cong mức 0,1 phần trăm Đối với thiết kế đàn hồi, ứng suất này, ứng suất 0,2%, coi ứng suất làm việc Vượt giới hạn tỷ lệ, vật liệu mở rộng cách dẻo, đạt đến mức ứng suất tới hạn, σ, d trước cuối bị gãy áp lực danh nghĩa giảm f Một đặc điểm việc phá hủy mẫu thử hợp kim nhôm hình thành “double cup”, hình 16, ngụ ý thất bại bắt đầu 29 Vật liệu hàng không phần trung tâm mẫu thử, bề mặt bên nguyên vẹn Một lần nữa, “necking” đáng kể xảy Trong thử nghiệm nén nhôm hợp kim dẻo nó, khó khăn tương tự gặp phải với với thép nhẹ Đường cong biến dạng stress – strain giống phạm vi đàn hồi thu thử nghiệm độ bền kéo, xác định cường độ nén tới hạn; thiết kế, giá trị coi trùng khớp với trạng thái căng thẳng Nhôm hợp kim chịu dạng ăn mịn đặc biệt bầu khơng khí đầy muối vùng ven biển Bề mặt trở nên rỗ bao phủ lớp lông màu trắng Điều ngăn chặn trình điện phân gọi anodizing, bao phủ bề mặt lớp phủ trơ Hợp kim nhôm ăn mòn chúng đặt tiếp xúc trực tiếp với kim loại khác, chẳng hạn thép Để ngăn chặn điều này, nhựa chèn vào khu vực tiếp xúc 2.2.3 Vật liệu giòn Chúng bao gồm gang, thép cường độ cao, bê tông, gỗ, gốm sứ, thủy tinh, v.v Phạm vi nhựa cho vật liệu giòn mở rộng đến giá trị nhỏ biến dạng Một đường cong biến dạng căng thẳng điển hình cho vật liệu giịn sức căng thể hình 17 Ít khơng có suất xảy ra, gãy xương diễn nhanh sau đạt đến giới hạn đàn hồi Phần gãy mẫu thử hình trụ có dạng mặt phẳng thất bại vng góc với hướng tải mà khơng có đường viền cổ nhìn thấy độ giãn dài từ đến 3% Trong nén, đường cong biến dạng căng thẳng cho vật liệu giòn giống với căng thẳng ngoại trừ cố xảy giá trị ứng suất cao nhiều; bê tông, tỷ lệ theo thứ tự 10: Điều cho diện vết 30 Vật liệu hàng không nứt siêu nhỏ vật liệu, làm tăng nồng độ ứng suất cao, có khả có tác dụng giảm độ bền kéo cao cường độ nén 2.2.4 Composites Vật liệu tổng hợp sợi có đặc tính ứng suất cho thấy chúng vật liệu dễ vỡ (Hình 18) Có khơng có độ dẻo, mơ đun đàn hồi nhỏ thép Hình 17 Đường cong ứng suất biến dạng vật liệu dẻo Hình 18 Đường cong ứng suất biến dạng sợi composite hợp kim nhôm Tuy nhiên, thân sợi có giá trị cường độ độ đàn hồi mod cao nhiều so với composite Ví dụ, sợi carbon có độ bền kéo theo thứ tự 2400 mô đun đàn hồi 400 000 31 Vật liệu hàng khơng Vật liệu tổng hợp sợi có độ bền cao, khơng cần bảo trì sử dụng mơi trường hóa học khí thù địch; nhựa vinyl nhựa epoxy cung cấp sức đề kháng tốt Tất đường cong biến dạng căng thẳng mô tả thảo luận trước đường cong tạo thử nghiệm độ bền kéo nén biến dạng áp dụng với tốc độ không đáng kể Một ứng dụng biến dạng nhanh dẫn đến thay đổi đáng kể tính chất rõ ràng vật liệu, tạo biến thể có ứng suất lên tới 100 phần trăm 2.3 Biến dạng cứng Đường cong biến dạng ứng suất cho vật liệu bị ảnh hưởng lịch sử biến dạng, tải dỡ tải vật liệu, phạm vi dẻo Ví dụ, hình 19, mẫu thử ban đầu nhấn mạnh sức căng vượt mức ứng suất suất a giá trị b làm tăng ứng suất suất từ giá trị a đến giá trị d Sau đó, việc dỡ nhận tải lên tiếp tục tăng giá trị suất lên từ tải dỡ tải gọi căng cứng Có thể thấy hình 19 đường cong biến dạng căng thẳng trình dỡ tải chu kỳ tải tạo thành vịng lặp (các khu vực bóng mờ hình 19) Những điều lượng biến dạng bị chu kỳ, lượng bị tiêu tán dạng nhiệt sinh ma sát bên Sự lượng gọi độ trễ học vòng lặp vòng trễ Mặc dù ứng suất cuối tăng lên cách làm căng ứng suất, khơng bị ảnh hưởng đến mức độ với suất Sự gia tăng sức mạnh tạo trình làm cứng biến dạng kèm với giảm độ dẻo dai độ dẻo 32 Vật liệu hàng khơng Hình 19 Biến dạng cứng vật liệu Hình 20 Typical creep curve 2.4 Giãn nở nhiệt phục hồi Chúng ta thấy tải định tạo giá trị ứng suất tính tốn thành viên cấu trúc đó, giá trị biến dạng tương ứng sau toàn giá trị tải chuyển đến thành phần Tuy nhiên, sau ứng suất tức thời ban đầu trực tiếp giá trị biến dạng tương ứng đạt được, số lượng lớn vật liệu kết cấu tiếp tục biến dạng chậm tăng dần 33 Vật liệu hàng không theo tải khoảng thời gian Hành vi gọi creep Một đường cong creep điển hình hiển thị Hình 20 Một số vật liệu, chẳng hạn nhựa cao su, cho thấy Creep nhiệt độ phòng, hầu hết vật liệu cấu trúc đòi hỏi nhiệt độ cao tải thời gian dài nhiệt độ vừa phải Trong số kim loại mềm, loại kim loại, kẽm chì, Creep xuất khoảng thời gian tương đối ngắn, vật liệu bê tơng bị rão khoảng thời gian nhiều năm Creep xảy thép mức độ nhẹ nhiệt độ bình thường trở nên quan trọng nhiệt độ 316 độ C Liên quan chặt chẽ đến giãn nở nhiệt phục hồi vật liệu Trong creep liên quan đến gia tăng căng thẳng căng thẳng liên tục, thư giãn giảm căng thẳng trải qua khoảng thời gian vật liệu chịu biến dạng liên tục 2.5 Phá hủy Các thành phần cấu trúc chịu tác động tải dao động thời gian dài với mức độ ứng suất thấp ứng suất tới hạn chịu tải tĩnh bị phá hủy gọi phá hủy mỏi Các vết nứt mỏi thường bắt đầu thường xuyên phần cấu trúc kết cấu, nơi có thay đổi hình học, chẳng hạn lỗ, rãnh, thay đổi đột ngột phần, gây nồng độ căng thẳng Nhà thiết kế tìm cách loại bỏ khu vực cách đảm bảo thay đổi nhanh chóng phần trơn tru tốt Tại góc thiết kế với góc lượn Các yếu tố khác ảnh hưởng đến hỏng hóc vật liệu tải lặp lặp lại loại tải (phá hủy mỏi chủ yếu vấn đề với ứng suất kéo lặp lặp lại do, có lẽ, vết nứt siêu nhỏ lan truyền dễ dàng sức căng), nhiệt độ, vật 34 Vật liệu hàng khơng liệu, bề mặt hồn thiện (dấu máy chất dẫn truyền vết nứt tiềm năng), ăn mòn ứng suất dư tạo mối hàn Thông thường, thành phần cấu trúc, tần số ứng suất, σ alt, đặt chồng lên ứng suất tĩnh trung bình, σ trung bình, minh họa hình 22 Giá trị σ yếu tố quan trọng việc xác định số chu kỳ tải tạo phá hủy Ứng suất chịu số chu kỳ xác định gọi cường độ mỏi vật liệu Một số vật liệu, chẳng hạn thép nhẹ, có mức độ ứng suất chịu với số lượng chu kỳ không xác định Ứng suất gọi giới hạn độ bền vật liệu; khơng có giới hạn tìm thấy cho nhơm hợp kim Dữ liệu độ mỏi thường trình bày dạng đường cong S-n đường cong độ bền ứng suất, hình 23 Hình 21 Vùng tập trung cường độ ứng suất Hình 22 Biên độ ứng suất 35 Vật liệu hàng khơng Hình 23 Đường cong độ bền ứng suất Trong nhiều tình thực tế, biên độ ứng suất xen kẽ khác thường ngẫu nhiên tự nhiên Do đó, đường cong S-n không áp dụng trực tiếp phương tiện dự đoán thất bại khác bắt buộc Lý thuyết Miner’s cummulative damage cho thấy thất bại xảy Trong n1, n2, …, nr số ứng suất tác dụng với ứng suất σ alt, σtrung bình N1, N2, …, Nr số chu kỳ tác động để phá hủy với ứng suất σalt, σtrung bình Bài tốn Cho kim loại đường kính 25 mm có chiều dài 250 mm Kết thí nghiệm kéo: Tải (kN) 10.4 Biến dạng dài 0.036 Thí nghiệm xoắn 31.2 0.089 52.0 0.14 72.8 0.191 Mô-men xoắn 0.051 0.152 0.253 0.354 (kN.m) Góc xoắn (độ) 0.24 0.71 1.175 1.642 Tìm: Mơ-đun đàn hồi (Young’s modulus) E, Mơ-dun độ cứng G, hệ số possion ν, Mô-đun đàn hồi khối K 36 Vật liệu hàng khơng Giải Có Trong đó: E: Mô-dun đàn hồi Young σ: Ứng suất ε: biến dạng dài F: lực A: Diện tích bề mặt tác động lực L0: Chiều dài ΔL: chiều dài tăng tác động lực Từ kết thí nghiệm kéo, lập bảng tính Từ vẽ độ thị ứng suất biến dạng cách nối tuyến tính điểm 37 Vật liệu hàng khơng Mơ-dun hồi Young độ dốc độ thị Dùng excel tính độ dốc 205279 Vậy mơ-dun hồi E = 205 279 N/mm2 Mô-dun độ cứng G tính theo cơng thức Trong đó: G: mơ-đun độ cứng T: Mô-men xoắn L: Chiều dài J: Mơ-men qn tính độc cực bậc nhất, Hình trịn: θ: Góc xoắn Nhập giá trị vào bảng tính 38 Vật liệu hàng khơng Từ tính T.L J.θ vẽ độ thị biểu mối quan hệ cách nối tọa độ điểm Môdun độ cứng G độ dốc đồ thị 80763 Vậy G = 80763 N/mm2 Hệ số Poisson tính theo cơng thức Vậy số Poisson ν = 0,27 Mơdun đàn hồi khối K tính theo công thức 39 Vật liệu hàng không Vậy K = 148752,899 N/mm2 Từ tra vật liệu AISI 1010 Steel Thông số vật liệu Khối lượng riêng Độ cứng, Brinell Môdun đàn hồi Môdun độ cứng Carbon, C Sắt, Fe Manganese, Mn Phosphorous, P Sulfur, S 7.87 g/cc 105 HB 205 GPa 80.0 GPa 0.080 - 0.13 % 99.18 - 99.62 % 0.30 - 0.60 %