6 Kết luận
4.24Chuyển vị (a) và ứng suất (b) tại hốc ngàm kẹp
Theo đó, tại hình 4.24(a) cho kết quả chuyển vị đã được xác định ở trên đạt 0,107mm và giá trị ứng suất lớn nhất tại vị trí này tương đối nhỏ đạt xấp xỉ 92Mpa 4.24(b) thì ta nhận xét chi tiết này đảm bảo bền và độ cứng vững khi thí nghiệm.
4.6 Hệ thống khung chịu lực 4.6.1 Trục vít me 3 2 8 Hình 4.25: Khung chịu lực
Hệ thống khung chịu lực của máy thí nghiệm (hình 4.25) bao gồm: mặt đế (8), hai thanh trục vít me (3), và tay đòn (2). Tuy nhiên ở phần này do có chi tiết là tay đòn có cùng cấu tạo và chức năng tương tự như tính toán ở phần trước nên khi xét hệ thống khung chịu lực ta chỉ xét các chi tiết còn lại của hệ thống bao gồm: mặt đế và hai thanh trục vít me.
Hình 4.26 mô tả cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thanh vit-me: theo đó với hai cột trụ vit me được liên kết chặt với mặt đế nhằm tăng độ cứng vững cho toàn bộ hệ thống. Ngoài ra trên hai thanh này ta lắp đặt thêm hệ thống truyền động xích qua đó nó có tác dụng tăng và giảm khoảng cách thí nghiẹm (hình 4.26(a)). Thanh trục vít me được thiết kế với chiều dài trục là 2000mm và đường kính trục 60mm, trục được làm bằng thép C45, với môđun đàn hồi E=2.1011 N/m2, hệ số Poisson v=0.3, khối lượng riêng: 7,850kG/m3 (hình 4.27).
Đai ốc Trục vít me (a) E E (b)
Hình 4.26: Nguyên lý hoạt động (a) và cấu tạo (b) trục vít me-đai ốc
C C
Hình 4.27: Trục vít me
Kết quả phân tích chuyển vị và ứng suất của trục vit me trong môi trường Ansys. Trong đó hình 4.28(a) mô tả biến dạng dài của thanh khi chịu kéo với giá trị chuyển vị lớn nhất tính được xấp xỉ bằng 0,27mm.
Hình 4.28(b) cho kết quả ứng suất phân bố của thanh, trong đó ứng suất phân bố tập trung ở phía dưới của thanh, nơi liên kết với mặt đế và giá trị lớn nhất đạt được tại đó khoảng 84Mpa. Xét tại mặt cắt ngang của thanh ta thấy khi chịu lực kéo ở cấp tải 150kN thì ứng suất tại chân ren đạt giá trị tại đó khoảng 40Mpa
D
D
(a) (b)
Hình 4.28: Chuyển vị (a) và ứng suất (b) của trục vít4.6.2 Mặt đế 4.6.2 Mặt đế
Là nơi chịu toàn bộ khối lượng của cả hệ thống, mặt đế cần có kết cấu vững chắc để đảm bảo độ cứng vững và độ ổn định cao nhằm nâng cao độ chính xác của máy kéo nén. Hình 4.29(a) cho mô hình chịu lực của mặt đế. Ta thấy trong quá trình thí nghiệm mặt đế còn chịu lực nén tác động đồng thời từ xy-lanh. Do đó để đảm bảo độ ổn định của hệ thống ta chọn vật liệu bằng thép C45, với môđun đàn hồi E=2.1011 N/m2, hệ số Poisson v= 0.3, khối lượng riêng: 7,850kG/m3
6
7
8
(a) (b)
Hình 4.29: Mô hình chịu lực của mặt đế
Hình 4.30 cho kết quả phân tích chuyển vị của mặt đế, do chịu lực nén từ xy-lanh và lực kéo từ hai thanh trục vít me gây ra, theo mô hình trong Ansys thì dây là chi tiết chịu uốn. Với giá trị biến dạng lớn nhất tập trung tại giữa bề mặt đạt xấp xỉ bằng 0,24mm
Hình 4.31: Ứng suất của mặt đế
Trong khi đó tại hình 4.31 mô tả ứng suất của chi tiết này. Theo đó ứng suất tập trung nhiều nhất và rõ nhất tại hai vị trí liên kết với trục vít-me và đạt giá trị tại đó là 250Mpa.
Chương 5
Chế tạo và đánh giá kết quả 5.1 Chế tạo
Trên cơ sở kết quả mô phỏng quá trình chịu tải của hệ thống cơ khí, các chi tiết chịu lực chính của máy trong điều kiện làm việc ở cấp tải lớn nhất. Theo đó với các giá trị chuyển vị và ứng suất tương đối nhỏ so với giới hạn của vật liệu từ đó có thể kết luận hệ thống đảm bảo bền và ổn định khi hoạt động. Tiến hành chế tạo các chi tiết và lắp ghép hoàn chỉnh hệ thống máy.
Hình 5.1: Một số hình ảnh của máy sau khi lắp ráp
5.2 Thực hành đo
Sau khi chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh, tiến hành đo và đánh giá mức độ ảnh hưởng biến dạng của khung đến kết quả thí nghiệm, với các dụng cụ dùng cho thí nghiệm bao gồm: mẫu thử và cảm biến đo chuyển vị
5.2.1 Xác định chuyển vị tay đòn
(a) (b) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dụng cụ bao gồm hệ thống đầu dò (hình 5.2(a)) dùng để xác định chuyển vị, chúng được gá đặt tại vị trí tay đòn nhằm xác định độ biến dạng của chi tiết (hình 5.2(b))
Tiến hành gia tải cho kết quả thu được:
Bảng 5.1: Kết quả đo chuyển vị trên tay đòn
Tải trọng Chuyển vị Tải trọng Chuyển vị Tải trọng Chuyển vị
(kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) 61.76275 0.09821 145.52027 0.10333 257.60578 0.10805 75.25480 0.09923 174.02007 0.10447 278.52850 0.10896 93.28343 0.10053 183.70366 0.10491 290.23176 0.10949 113.35360 0.10162 202.17655 0.10575 302.64423 0.11004 131.39152 0.10198 221.42686 0.10655 304.39309 0.11024 135.34516 0.10249 240.62334 0.10727 .... .... Dựa vào bảng số liệu (5.1), ta thấy khi xy-lanh ở mức cấp tải 300kN thì giá trị chuyển vị đo được đạt xấp xỉ 0.11024mm. Theo đó kết quả này có giá trị tương đối gần đúng với kết quả mô phỏng được tại (hình 4.22) là 0.10761mm .
5.2.2 Xác định chuyển vị thanh trụ
(c) (d)
Dụng cụ bao gồm hệ thống đầu dò (hình 5.2(c)) kết hợp với cảm biến điện trở dây Strain-gauge, với cảm biến được dán cố định vào thanh trụ (hình 5.2(d)) nhằm xác định biến dạng dọc trục của thanh này
Tiến hành gia tải cho kết quả thu được:
Bảng 5.2: Kết quả đo chuyển vị trên thanh trụ
Tải trọng Chuyển vị Tải trọng Chuyển vị Tải trọng Chuyển vị
(kN) (mm) (kN) (mm) (kN) (mm) 54.68478 0.26455 150.39793 0.27666 221.23662 0.28264 73.20079 0.26737 167.38249 0.27791 251.42039 0.28526 80.12156 0.26839 178.81850 0.27895 287.23321 0.28828 90.79604 0.26994 183.24937 0.27941 293.29328 0.28880 118.39079 0.27324 192.46180 0.28033 305.11687 0.29013 145.04753 0.27602 205.10711 0.28131 .... .... Với kết quả trên bảng 5.2 đo được ở mức cấp tải 300kN (đạt 0.2809mm) và kết quả tính được bằng Ansys (0.29000) ta nhận thấy rằng hai kết quả này đều cho được giá trị xấp xỉ bằng nhau
5.2.3 Xác định chuyển vị hệ thống khung5.2.3.1 Chuẩn bị thiết bị đo 5.2.3.1 Chuẩn bị thiết bị đo
Mẫu thử
Chọn mẫu thử thí nghiệm kéo nén theo TCVN [6]
Cảm biến đo chuyển vị
(a) Thanh trượt (b) Trực tiếp
Hình 5.3: Một số cảm biến đo chuyển vị
Ở phương pháp đo này ta dùng hai cảm biến, với bộ phận cảm biến (hình 5.3(a)) được gắn trực tiếp trên mẫu (hình 5.4(a)). Theo đó cảm biến còn lại 5.3(b) được gắn cố định vào bàn gia tải (hình 5.4(b)).
(a) (b)
5.2.3.2 Mô tả quá trình đo
Gá kẹp mẫu thử vào vùng thí nghiệm và tiến hành kéo. Dựa vào kết quả trên thước đo độ dãn dài của mẫu và so sánh với kết quả đo của cảm biến nhằm đánh giá mức sai số của hệ thống.
Bảng 5.3: Kết quả đo trên hệ thống khung
Kết quả Kết quả đo Sai số Sai số đo trên mẫu trên cảm biến đo tương đối
0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 2.95843 2.99525 0.03682 0.01244 2.94756 2.98502 0.03746 0.01271 2.94682 2.98431 0.03748 0.01272 2.94670 2.98418 0.03748 0.01271 2.94676 2.98429 0.03752 0.01273 3.00970 3.00924 -0.00046 -0.00015 3.01044 3.00947 -0.00097 -0.00032 3.07554 3.03884 -0.03669 -0.01193 3.50871 3.51604 0.00733 0.00209 3.51063 3.51664 0.00600 0.00171 3.68908 3.76498 0.07589 0.02057 3.68928 3.76503 0.07574 0.02053 3.68952 3.76515 0.07562 0.02049 3.68973 3.76524 0.07550 0.02046 4.02634 4.01882 -0.0075 -0.00187 4.02449 4.01600 -0.0084 -0.00211 4.02002 4.02850 0.00848 0.00210 4.11171 4.14460 0.03288 0.00799 4.11130 4.14921 0.03790 0.00921 4.10995 4.15861 0.04865 0.01183 .... .... .... ....
5.3 Đánh giá kết quả
Theo các kết quả đo được (bảng 5.1, 5.2, 5.3), cho sai số giữa kết quả đo thực tế so với khi tính toán mô phỏng tương đối nhỏ. Theo đó kết quả này phản ánh ảnh hưởng của biến dạng khung đến kết quả thí nghiệm tương đối thấp và thiết bị hoạt động ổn định ở mức cấp tải này.
Chương 6 Kết luận 6.1 Kết luận
Sau thời gian nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy TS. Lương Hồng Sâm - TS. Bùi Đức Vinh tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp đúng thời hạn với các nội dung chính như sau:
- Nghiên cứu tổng quan về tính chất cơ học của vật liệu và phương pháp xác định cơ tính vật liệu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Khảo sát các thiết bị thí nghiệm kéo nén vạn năng có mặt tại Việt Nam và ngoại nhập. Trên cơ sở các thiết bị được khảo sát, đề tài đưa ra kết cấu khung chịu lực phù hợp với khả năng công nghệ của Việt Nam.
- Ứng dụng máy tính và phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng quá trình chịu tải của hệ thống khung máy kéo nén trong quá trình làm việc và khi vượt tải. Kết quả mô phỏng đó làm cơ sở để tiến hành chế tạo chi tiết.
- Chế tạo toàn bộ hệ thống cơ khí gồm hệ thống khung chịu lực, khung gia tải với các chi tiết chịu lực chính. Theo đó tiến hành đánh giá ảnh hưởng biến dạng khung đến kết quả thí nghiệm bằng việc so sánh và xử lý kết quả đo thực tế. - Đánh giá về mặt kỹ thuật thì sản phẩm của đề tài hoàn toàn có thể thay thế được các loại máy chất lượng và tính năng trung bình đang được nhập khẩu.
6.2 Kiến nghị
Trong khoảng thời gian thực hiện, đề tài đã hoàn thành tốt các nhiệm vụ đặt ra nhưng vẫn còn một số ý kiến sau giúp phát triển và hoàn thiện đề tài hơn nữa: - Tiếp tục nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm vật liệu, từ đó đưa các yếu tố này vào mô phỏng nhằm hoàn thiện và nâng cao hơn độ chính xác và độ tin cậy của kết quả thí nghiệm.
- Nghiên cứu, chế tạo hệ thống má kẹp chuyên dụng và các thiết bị gá đặt tích hợp, phục vụ cho các thí nghiệm khác như nén, uốn, chọc thủng... nhằm nâng cao khả năng của máy thí nghiệm kéo nén vạn năng cấp tải 300kN...
Tài liệu tham khảo
[1] Máy thí nghiệm vạn năng, model WAW-300/600/1000, UnitedTest, www.directindustry.com.2014.
[2] Admet, www.admet.com.
[3] Instron 3369 50 kN Dual Column Testing Systems, www.vecomtech.com. [4] Máy thí nghiệm kéo nén vạn năng, www.hoangvinh.vn.
[5] Ngô Như Khoa. Phương pháp phần tử hữu hạn. Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Thái Nguyên, 2011.
[6] TCXDVN 197 : 2002, Kim loại. Phương pháp thử kéo, www.ibst.vn. 2002.
[7] ASTM A370-10, Standard Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products, 2010, www.astm.org.
[8] Lê Hoàng Tuấn Trần Tấn Quốc Đỗ Kiến Quốc Nguyễn Thị Hiền Lương, Bùi Công Thành. Sức bền vật liệu. NXB Đại Học Quốc Gia Tp HCM, Nxb Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh, 2008.
[9] Nghiêm Hùng. Vật liệu học cơ sở. NXB Khoa học và kỹ thuật, 2010. [10] Lâm Hoàng Quý Bùi Đức Vinh, Nguyễn Hùng Thắng. Chế tạo máy thí
nghiệm kéo nén vạn năng cấp tải 100t. Hội nghị Khoa học và Công nghệ gắn với thực tiễn lần II, Viện Khoa học và Công nghệViệt Nam, 2006. [11] TS. Lương Hồng Sâm KS Trần Đức Trọng. Mô phỏng ứng suất và biến
[12] Viện Công nghệ Tổng cục Công nghiệp quốc phòng. Cải tiến máy kéo nén vật liệu zd40. Tạp Chí Khoa Học - Nghệ Thuật Quân Sự, 2012.
[13] Nguyễn Đức Luân. Nghiên cứu hệ thống tự động xử lý số liệu trên máy thí nghiệm kéo nén vật liệu. Master’s thesis, Đại Học Đà Nẵng, 2010.
[14] Lê Ngọc Anh Đỗ Thiều Quang. Tự động công tác thí nghiệm vật liệu trên máy thí nghiệm vạn năng p50. Tạp chí Khoa học công nghệ xây dựng,, 2001. [15] Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), www.wikipedia.org.
[16] ANSYS Workbench, www.ansys.com.
[17] Nguyễn Văn Hưng Lương Hồng Sâm. Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy thí nghiệm kéo nén vạn năng điều khiển servo tải trọng 300kn.
[18] Mai Đức Đãi Nguyễn Hoài Sơn, Lê Thanh Phong. Phương pháp phần tử hữu hạn trong tính toán kỹ thuật. Đại Học Quốc Gia Tp HCM, 2008. [19] Võ Như Cầu. Tính kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn. NXB Xây
Dựng, 2005.
[20] Richard von Mises. Von Mises Criterion ( Maximum Distortion Energy Criterion ) Strength ( Mechanics ) of Materials. Engineers Edge, 1999. [21] TCXDVN 356 : 2005, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn