3.3.Tổ ề
í t li u
Cơ t nh l một trong những thuộc t nh quan trọng của vật liệu. N được dùng để đ nh gi khả năng sử dụng v chất lượng của vật liệu. Cơ t nh của vật liệu thể hiện khi c tải trọng cơ học t c dụng, l m thay đ i k ch thước v hình d ng vật liệu - đ ch nh l sự bi n d ng. Ngược l i, sự bi n d ng c ng l m thay đ i cơ t nh. Vì
1055 1625
vậy, nghiên cứu qu trình bi n d ng c ngh a l thuy t v thực h nh công nghệ to lớn trong gia công vật liệu.
Cơ t nh thể hiện qua nhiều chỉ tiêu như độ bền, độ d o, độ cứng ... trong đ , độ bền v độ d o l hai đặc trưng quan trọng nhất của vật liệu.
Ngo i ra, trong ch t o cơ kh , c c công nghệ t o hình chi ti t kim lo i bằng bi n d ng d o như c n, r n, dập (bi n d ng khối), tiện, phay b o (bi n d ng cục bộ) ... l rất ph bi n. Trong qu trình bi n d ng d o đ , c c t nh chất của vật liệu thay đ i rất nhiều, chúng liên quan mật thi t đ n sự bi n d ng m ng tinh thể v sự thay đ i t chức bên trong của vật liệu.
Việc n m vững bản chất qu trình bi n d ng d o v sự thay đ i t nh chất k m theo, c ngh a quan trọng trong công nghệ gia công cơ kh . Từ đ , đề ra c c phương ph p nâng cao cơ t nh của vật liệu c ng như kh c phục c c d ng h ng, ph phẩm do chúng t o ra.
Cơ t nh của vật liệu được x c định bằng c c phương ph p thử kh c nhau, tùy thuộc v o bản chất tải (độ lớn, tốc độ ...) v môi trường đặt tải (nhiệt độ, thời gian...). Thực t khi ho t động, chi ti t chịu tải trọng phức t p với ứng suất ba chiều. Tuy nhiên, phương ph p thử đơn giản v thông dụng l i phản nh được c c đặc trưng cơ t nh của vật liệu l thử k o. Trong đ , mẫu thử được k o một chiều, đúng tâm với tải trọng tăng dần cho tới khi bị đứt.
ể thử, người ta t c động lên mẫu thử c ti t diện F0, chiều d i lo một lực k o p, sau đ lập quan hệ giữa lực k o p v độ dãn d i (Δ1 = 1 – 10). Ta được biểu đ k o c d ng hình vẽ, chúng g m ba giai đo n nối ti p nhau như sau:
an đầu, khi tải trọng tăng, độ dãn d i tăng theo quy luật đường thẳng và chậm (đo n A). hi b tải trọng, k ch thước mẫu l i trở về vị tr ban đầu. Giai đo n n y gọi l bi n d ng đ n h i.
hi tải trọng vượt qu gi trị nhất định (điểm A), bi n d ng tăng nhanh, n u b tải trọng, k ch thước mẫu d i hơn trị số ban đầu 0. Giai đo n n y gọi l bi n d ng d o di k m bi n d ng đ n h i (ví ụ: điểm к trên biểu đ ).
hi tải trọng đ t gi trị lớn nhất (điểm C), trên vùng n o đ của mẫu xuất hiện bi n d ng tập trung, ti t diện mẫu giảm nhanh (hình th nh c th t) t i đ v t nứt xuất hiện, k ch thước v t nứt tăng nhanh v cuối cùng, gây ph hủy mẫu. l giai đo n ph hủy
ình 17. Bi u đ k o vật li u
3 2 2 C ọ 1 V :
Vì t nh đặc thù của c p địa vật l c c c dây điện bên trong, giữa c c dây điện với nhau v với v c p c một gi trị điện dung nhất định. ặt kh c gi trị th tự nhiên S (Spontaneous potential) l một thông số kh quan trọng được đo trực ti p từ môi trường gi ng khoan. N u như tang c p bị nhi m từ sẽ t o ra dòng điện cảm ứng trên c c l i dây l i khi tang tời quay. iều n y gây ra ảnh hưởng đ n gi trị đo S . ng thời n c thể t ch điện trên c c l i c p (do đặc t nh điện dung của c p gây ra) gây k ch n k p, mất an to n cho người v thi t. Vì những l do nêu trên, khi chọn vật liệu ch t o l i tang tời ngo i điều kiện bền l i phải th a mãn điều kiện l vật liệu không nhi m từ.
Chọn vật liệu AST SA 4 , m c 4 L: L lo i th p c h m lượng Carbon thấp (Chữ L k hiệu cho chữ Low, được dùng để tr nh sự ăn mòn ở những mối h n quan trọng t n t i ở d ng tấm v ống, T nh chống ăn mòn: Thể hiện được khả năng d o dai, chống ăn mòn tốt khi được ti p xúc với nhiều lo i h a chất kh c nhau; c khả năng chống gỉ. Cơ t nh v t nh chất vật l : Giống như c c lo i th p trong dòng
Austenitic, thì từ t nh của SA 4 - 4 L l rất y u v hầu như l không c . hả năng t o hình rất tốt, n c thể d t m ng m không cần gia nhiệt. Thể hiện khả năng h n tốt, lo i n y phù hợp với tất cả c c kỹ thuật h n (trừ kỹ thuật h n gi đ ). hả năng c t gọt k m hơn so với c c lo i th p Carbon, khi gia công vật liệu n y trên c c m y công cụ, thì phải yêu cầu tốc độ quay thấp, qu n t nh lớn, dụng cụ c t phải cứng, b n v không quên dùng nước l m m t.
Vật liệu AST SA 4 , m c 4 L c cơ t nh như sau:
Bảng 02: C tính của th p ASTM SA 240 304 L ộ d y Yield strength,min (N/mm2) Tensile strength,min (N/mm2) Elongation, min (%) Impact ≤ mm 390 620 22 / 2 V ườ :
Vật liệu ch t o th nh tang, gân tăng cứng v mặt b ch: Th p carbon d ng tấm, được ch t o bằng phương ph p c n n ng, m c th p AST A 4 - grade A, class c cơ t nh như sau:
Bảng 01: C tính của thép ASTM A 841-grade A, class 2
ộ d y Yield strength,min (N/mm2) Tensile strength,min (N/mm2) Elongation, min (%) Impact ≤ mm 415 550 22 20 J at -40oC 3. V ụ
Vật liệu ch t o trục tang l m từ th p trục đặc dùng trong ch t o m y. Chọn vật liệu AST A , c cơ t nh như sau:
Bảng 02: C tính của th p ASTM ASTM A 108
ộ d y đường kính(mm) Yield strength,min (N/mm2) Tensile strength,min (N/mm2) Elongation, min (%) Impact ≤ mm 400 620 22 /
4 C ọ :
Theo tiêu chuẩn của hiệp hội hoa kỳ AWS ta chọn lo i que h n cho c c mối h n như sau :
ối h n giữa th nh tang, mặt b ch với ống tang : E 309- c giới h n chảy là: ch > 4500 (kG/cm2 ), b>5500 kg/cm2.
ối h n giữa th nh tang, mặt b ch, tấm gia cường, b nh phanh : E7018 – G c giới h n chảy l : ch = 4690 (kG/cm2 )
3 2 3 ề
1 X ự ụ :
Lực t c dụng lên tang g m th nh phần ch nh : lực căng trong sợi c p v khối lượng bản thân của c p v tang. o khối lượng của c p v tang l rất nh so với th nh phần lực k o nên trong t nh to n n y b qua ảnh hưởng của trọng lượng cáp trên tang.
Theo qui trình thử tải ta bi t được lực k o trong sợi c p (F) t i c c lớp c p như sau: Lớp : F1 = 1000 (kG) Lớp : F2 = 1800 (kG) Lớp : F3 = 2600 (kG) Lớp 4, .. : F4 = F5=..= F22= 3400 (kG) Lớp , : Fn - 125 (kG) = Fn+1
- ưới t c dụng của lực căng c p hình th nh p lực hướng k nh t c dụng lên ống tang v lực xô ngang t c dụng lên hai bên th nh tang. Chúng ta sẽ x c định p lực t c dụng lên ống tang để kiểm tra bền ống tang v lực xô ngang t c dụng lên th nh tang để t nh kiểm tra bền th nh tang c ng như mối h n giữa th nh tang v ống tang.
2- X c định th nh phần lực hướng k nh t c dụng lên ống tang
Trong tính toán này ta coi các vòng c p trong một lớp c p sẽ t o nên một th nh ống trong l thuy t bền ống m ng. Lực căng c p (F) sẽ sinh ra ứng suất k o
(σ) , t o nên p lực (p) phân bố đều theo hướng k nh lên ống tang chỗ c p cuốn qua (hình 1). F = σ.b.t (CT1)
(t: l chiều d y th nh ống tương đương, t.b = Π.b2/4 t= Π.b/4)
Hình 18 S đ l c tác ụng lên ng tang
iều đ c ng tương tự như trường hợp chịu lực của một th nh ống m ng chịu p lực trong, sơ đ thay th tương đương như sau (hình ).
Hình 19: thay thế lớp cáp ằng thành ng c chi u ày (t).
Theo l thuy t về ống trụ m ng chịu p lực trong ta c :
σ = thay v o công thức (CT1) ta có : F = σ.b.t F = .b.t =
Trong đ :
- σ : Ứng suất kéo trong lớp cáp (kg/cm2
)
- rm:b n k nh tương đương của lớp cáp (cm), rmi = D/2+ d/2+ i. d.cos300
- : đường kính trống tang, D = 51,5cm
- b: chiều rộng của ống cáp t i mỗi vòng cuốn c p, b = đường kính cáp (d,cm)
- t: chiều dày của thành ống trụ có diện tích ti t diện tương đương với 1 vòng cáp(cm).
- F: Lực căng trong sợi cáp (kg).
Từ phân t ch v công thức trên ta t nh được p lực phân bố t c dụng hướng k nh do c c lớp c p sinh ra theo bảng sau:
Lớp cáp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Lực căng cáp(F,kg) 1000 1800 2600 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 Bán kính lớp (rm, cm) 26,4 27,4 28,4 29,5 30,5 31,5 32,6 33,6 34,7 35,7 36,7 37,8 38,8 39,9 40,9 41,9 AL do lớp cáp thứ i(p, kg/cm2) 31,6 54,8 76,2 96,2 92,9 89,8 87,0 84,3 81,7 79,4 77,1 75,0 73,0 71,1 69,3 67,6 Lớp cáp 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Lực căng cáp(F,kg) 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3275 3150 3025 2900 2775 2650 2525 2400 2275 Bán kính lớp (rm, cm) 43,0 44,0 45,1 46,1 47,1 48,2 49,2 50,3 51,3 52,3 53,4 54,4 55,4 56,5 57,5 AL do lớp cáp thứ i(p, kg/cm2) 65,9 64,4 62,9 61,5 60,1 58,8 55,5 52,2 49,1 46,2 43,3 40,6 37,9 35,4 33,0
Trên thực t , mỗi lớp c p cuốn quanh tang đều t o nên p lực hướng k nh t c dụng lên bề mặt ống tang, tuy nhiên p lực từ c c lớp ngo i
sẽ t o nên lực p lên c c sợi c p lớp trong v c xu hướng l m giảm đường k nh c p ph a trong do đ giảm lực căng bên trong sợi c p, giảm p lực t c dụng lên lớp c p bên dưới c ng như lên bề mặt ống tang.
Căn cứ mục . . - t i liệu “ Cơ sở thi t k m y xây dựng”,trong tang cuốn nhiều lớp c p chỉ t nh ảnh hưởng p lực hướng k nh của lớp c p, từ lớp c p thứ trở lên ảnh hưởng của p lực hướng k nh lên th nh tang coi như không còn. Vì vậy trong t nh to n n y, th nh phần p lực t c dụng lên bề mặt ống tang chỉ t nh cho lớp c p đầu tiên, Áp lực t ng phân bố đều lên ống tang l :
Th nh phần p lực t c dụng lên bề mặt trống tang do khối lượng c p c = 3500 kg gây ra là:
Pc max = Qc/L.D = 3500/ (105,5 x 51,5) = 0,64 kg/cm2
không đ ng kể so với th nh phần do lực k o gây ra, do đ trong t nh to n n y ta b qua. 2- Ki m tra bề ường: 1 R = R +d.cos30°2 1 R = R +d.cos30°3 2 R = D +d/2 x y Fx2 Fx3 Fx4 Fx4 Fx5 Fx1 Fr1 Fr3 Fr5 Fx3 Fx5 Fn1 Fn3 Fn5 Fy3 Fy5 Fx2 Fr1 Fr1 Fr1 Fr1 Fr2 Fr2 Fr4 R = R +d.cos30°4 3 R = R +d.cos30°5 4
Hình 20: S đ phân tích l c tác ụng của cáp lên tang
ua hình vẽ trên ta nhận thấy, do c c lớp c p x p ch ng lên nhau nên th nh phần p lực hướng k nh do lực căng c p sinh ra sẽ t o ra th nh phần lực xô ngang t c dụng lên th nh tang.
- Gọi Fri là áp lực theo hướng kính của cáp do lực căng c p sinh ra, Fni là lực nén của cáp tác dụng lên th nh tang. đây i = 1 ÷ n (n: số lớp c p được quấn trên tang)
- Lực tác dụng theo hướng kính của cáp do lực căng cáp sinh ra ở lớp cuốn thứ i Fri = Fi /(Ri) kg/cm chu vi (1) Trong đ : + Fi – Lực căng c p t i lớp quấn cáp thứ i + Ri – Bán kính lớp quấn cáp thứ i . Thay số vào ta có : Lớp cáp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Lực căng cáp(F,kg) 1000 1800 2600 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 Bán kính lớp (rm, cm) 26.4 27.4 28.4 29.5 30.5 31.5 32.6 33.6 34.7 35.7 36.7 37.8 38.8 39.9 40.9 41.9 Lực Fri(kg/cm chu vi) 38.0 65.7 91.5 115.4 111.5 107.8 104.3 101.1 98.1 95.2 92.5 90.0 87.6 85.3 83.1 81.1
Lớp cáp 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
Lực căng cáp(F,kg) 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3275 3150 3025 2900 2775 2650 2525 2400 2275 Bán kính lớp (rm, cm) 43.0 44.0 45.1 46.1 47.1 48.2 49.2 50.3 51.3 52.3 53.4 54.4 55.4 56.5 57.5 Lực Fri(kg/cm chu vi) 79.1 77.2 75.5 73.8 72.1 70.6 66.5 62.7 59.0 55.4 52.0 48.7 45.5 42.5 39.5
Áp lực Fr của cáp phía trên tác dụng lên lớp c p dưới sẽ t o nên lực p xiên hướng tâm cáp Fx tác dụng lên lớp c p ph a dưới, từ sơ đ phân tích lực ta có lực xiên do lớp cáp i tác dụng lên lớp c p ph a dưới (i-1) là:
2.Fxi. cos300 = Fri Fxi = Fri / .
Từ phân tích t i mục 1, khi tính toán lực ép lên một lớp cáp ta chỉ tính ảnh hưởng của 5 lớp c p ph a trên n , do đ th nh phần lực xiên Fx tác dụng lên sợi cáp lớp thứ i sẽ là : Fxi = Fx(i+1) + Fx(i+2)+ Fx(i+3)+ Fx(i+4)+ Fx(i+5)
Như vậy t i lớp cáp thứ i sẽ có hai thành phần lực tác dụng lên dây c p đ l p lực Fri và lực xiên Fxi, hợp lực của hai lực này sẽ sinh ra thành phần lực xô ngang tác dụng lên thành tang.
Ta tính thành phần lực xô ngang Fn tác dụng lên thành tang t i lớp cáp thứ i ti p xúc với thành tang , ( Lớp l 1,3,5,7 ). Sơ đ đặt lực như sau :
Với lớp cáp thứ 1 :
= + Suy ra : Fn1 = Fx1 . sin 300 = Fx1. Với lớp cáp từ thứ 3 trở đi :
Từ sơ đ đặt lực, chi u các lực lần lượt lên trục x, y ta có hệ phương trình : Fni = Fxi . sin 300 + Fyi . sin 300 (Chi u lên trục x)
Fyi . sin 600 + Fri = Fxi . sin 600 (Chi u lên trục y) Giải hệ phương trình trên ta được :
Fni = Fxi . sin 300 + (Fxi . sin 600 - Fri). = Fxi /2+ (Fxi . - Fri) /
Thay số vào công thức trên ta t nh được thành phần lực xô ngang theo bảng sau :
Lớp cá p 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Lực că ng cá p(F,kg) 1000 1800 2600 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3400 Bá n kính l ớp (ri , cm) 26.4 27.4 28.4 29.5 30.5 31.5 32.6 33.6 34.7 35.7 36.7 37.8 38.8 39.9 40.9 41.9 Lực Fri ( kg/cm chu vi ) 38.0 65.7 91.5 115.4 111.5 107.8 104.3 101.1 98.1 95.2 92.5 90.0 87.6 85.3 83.1 81.1 Lực xi ên Fxi (kg/cm chu vi ) 0.0 37.9 52.8 66.6 64.3 62.2 60.2 58.4 56.6 55.0 53.4 52.0 50.6 49.2 48.0 46.8 Tổng l ực xi ên Fxi(kg/cm c.vi )283.9 344.2 364.6 368.4 356.8 345.9 335.6 325.9 316.8 308.2 300.0 292.2 284.9 277.9 271.2 264.9 Tổng l ực xô Fni (kg/cm chu vi ) 246 312 292 275 260 247 234 223 Lớp cá p 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Lực că ng cá p(F,kg) 3400 3400 3400 3400 3400 3400 3275 3150 3025 2900 2775 2650 2525 2400 2275 2150 Bá n kính l ớp (ri , cm) 43.0 44.0 45.1 46.1 47.1 48.2 49.2 50.3 51.3 52.3 53.4 54.4 55.4 56.5 57.5 58.6 Lực Fri (p, kg/cm chu vi ) 79.1 77.2 75.5 73.8 72.1 70.6 66.5 62.7 59.0 55.4 52.0 48.7 45.5 42.5 39.5 36.7 Lực xi ên Fxi (kg/cm chu vi ) 45.7 44.6 43.6 42.6 41.6 40.7 38.4 36.2 34.1 32.0 30.0 28.1 26.3 24.5 22.8 21.2 Tổng l ực xi ên Fxi(kg/cm c.vi )258.8 251.6 243.2 233.6 223.1 211.4 198.8 186.7 175.0 163.8 153.0 123.0 94.8 68.6 44.0 21.2
Tổng l ực xô Fni (kg/cm chu vi )232.5 218.0 199.0 176.6 155.3 135.7 79.7 30.8
ể x c định nội lực trong thành tang ta c t th nh tang theo hướng kính thành các phân tố