Ng 3.2 Các kích th c ca liên kt hàn chT trong ph ng án thi tk sb

Một phần của tài liệu nghiên cứu công nghệ hàn liên kết nhômthép bằng quá trình hàn tig (Trang 65)

Thông s Ký hi u, đ n v Giá tr Ghi chú

T i tr ng phân b trên đ n v chi u dài q [N/mm] 2.5 Gi đ nh

Chi u dài d m L [mm] 800 Không thay đ i Chi u dày t m vách dv [mm] 5 Theo nhà s n xu t Chi u dày t m biên db [mm] 5 Theo nhà s n xu t

Chi u r ng biên d m Rong [mm] 200 Bi n thi t k Chi u cao t i đ u ngàm Cao1 [mm] 50 Bi n thi t k Chi u cao t i đ u t do Cao2 [mm] 50 Bi n thi t k

C nh m i hàn Kmh [mm] 10 Bi n thi t k

T s đ tính toán trên hình 3.2 cùng v i các kích th c đã ch n s b trong b ng 3.2, k t h p v i ph n m m ANSYS 14.0 (chuyên d ng đ tính toán thi t k k t c u b ng ph ng pháp PTHH - Finite Element Method - FEM), tác gi ti n hành xây d ng mô hình tính toán k t c u b ng ph ng pháp PTHH nh th hi n trên hình 3.3. Do ph ng pháp PTHH là m t ph ng pháp tính x p x , nên đ cho quá trình tính toán đ t đ chính xác cao, tác gi ti n hành chia l i m t m c đ đ mau c n thi t [10], các ph n t đ c ch n là lo i ph n t 4 m t (t di n). Trong mô hình FEM trên hình 3.3, t i g c t a đ (phía bên

L q dv db rong cao kmh

50

ph i) đ c gi đ nh là k t c u b ngàm ch t, t i tr ng phân b đ c đ t trên su t toàn b chi u dài c a mô hình và th hi n b ng các m i tên h ng xu ng (ng c chi u v i tr c Y).

Hình 3.3Mô hình PTHH c a liên k t hàn hybrid nhôm – thép d ng ch T ph ng án s b

Theo kinh nghi m và lý thuy t v s c b n v t li u c ng nh c h c k t c u, chúng ta th y r ng ph ng án thi t k s b này là không phù h p v m t k t c u, b i l d m ngàm ch u t i tr ng phân b đ u nh v y s d n đ n mô men u n ch t p trung phía ngàm và đ t giá tr l n nh t t i v trí ngàm, còn t i đ u t do mô men u n b ng 0, do đó mà vi c thi t k chi u cao vách d m t i đ u t do b ng v i đ u ngàm là không h p lý. M t khác, chi u r ng t m biên l n h n nhi u so v i chi u cao vách d m c ng không phù h p vì s gây t n v t li u trong khi mô men ch ng u n l i nh .

Ngay c trong tr ng h p, b ng kinh nghi m ng i thi t k l a ch n ph ng án thi t k có chi u cao t i ngàm l n h n chi u cao t i đ u t do và chi u cao vách l n h n chi u r ng c a biên d m, thì câu h i “giá tr chính xác c a các kích th c đó là bao nhiêu đ k t c u v a đ đ b n làm vi c, không thi u hay th a b n?” v n gây ra r t nhi u v t v trong vi c tính toán c a các nhà thi t k !

Ch ng trình máy tính tính toán t i u k t c u hàn mà tác gi xây d ng có nhi u nét đ c đáo, nó s tr l i câu h i nêu trên m t cách nhanh chóng và chính xác. B t ch p vi c l a ch n ph ng án thi t k s b nh th nào (th a hay thi u b n), ch sau kho ng 15 phút tính toán (v i máy tính cá nhân t c đ 2GHz, đ i v i bài toán mô t trên hình 3.3), máy tính s t đ ng đ a ra ph ng án thi t k h p lý nh t, theo ngh a kh i l ng hay th

tích v t li u s d ng m c ít nh t có th trong khi v n đ m b o đ c các đi u ki n làm vi c( ng su t c c đ i t n t i trong k t c u nh h n ng su t cho phép đ i v i v t li u s d ng và đ võng l n nh t trong k t c u nh h n đ võng cho phép đ i v i kh u đ c th c a k t c u). Vi c làm này đem l i l i ích r t l n, đ c bi t h u hi u đ i v i các bài toán m i, các bài toán phi tiêu chu n vì nó gi m thi u đ c r t nhi u th i gian tính toán. Chi ti t tính toán và k t qu t i u thi t k đ c mô t trong m c 3.3.2 d i đây.

3.3.2. Xác đ nh kích th c c a liên k t hàn hybrid nhôm – thép ch T

3.3.2.1. K t qu ki m tra b n liên k t hàn hybrid nhôm – thép ch T ph ng án thi t k s b :

51

Ti n hành gi i h ph ng trình ma tr n (3.35) trong không gian các PTHH v i các đi u ki n biên và đi u ki n t i tr ng nh mô t trên hình 3.3 trên n n c a ph n m m ANSYS 14.0, ta thu đ c các k t qu d i đây. chính xác c a ph ng pháp PTHH so v i cách tính toán c đi n theo s c b n v t li u đã đ c ki m ch ng trong tài li u [52].

ki m tra đ b n c a k t c u ta s d ng thông s ng su t t ng đ ng c c đ i (σemax) trong k t c u d i tác d ng c a t i tr ng c th đ so sánh v i ng su t cho phép [σ] c a v t li u ch t o k t c u đó. i u ki n b n ch đ t đ c khi σemax < [σ].

Theo tài li u [52], ng su t t ng đ ng σeđ c tính theo các ng su t chính σ1, σ2 và σ3ho c theo 6 thành ph n ng su t nh các công th c d i đây:

(3.67)

ho c: (3.68)

Hình 3.4 ng su t t ng đ ng σe trong liên k t hàn hybrid nhôm – thép ch T ph ng án s b

Trong ANSYS, ng i ta ký hi u ng su t t ng đ ng σe là Seqv (Equivalent Stress). K t qu tính toán liên k t hàn hybrid nhôm – thép d ng ch T v i mô hình và các thông s l a ch n ban đ u nh mô t trên đ c th hi n trên hình 3.4. Chúng ta th y r ng ng su t t ng đ ng l n nh t xu t hi n t i m t trên c a t m vách, t i v trí ngàm v i giá tr Seqvmax = 0,202E+09 [Pa] = 202 [MPa] > [σ]1 (xem b ng 3.1). Ngh a là ph ng án s b v i các kích th c và đi u ki n làm vi c trên là không đ b n!. C n ph i thi t k l i cho phù h p.

Trên hình 3.4 c ng ch ra r ng ng su t l n nh t đ t đ c t i đ u ngàm, còn t i đ u t do thì ng su t là nh nh t, đi u này c ng phù h p v i các lý thuy t v s c b n v t li u và c h c k t c u.D a vào d i ph màu c a phân b ng su t, chúng ta c ng th y r ng k t c u trên có nhi u vùng ng su t r t th p (các vùng biên d m và vách d m đ u t do) ngh a là có nhi u vùng v t li u h u nh không ch u t i gây ra s lãng phí l n v v t li u.

52

Hình 3.5 võng Uyc a liên k t hybrid nhôm – thép ch T ph ng án s b

Trong ANSYS, ng i ta ký hi u đ võng theo ph ng Y (ph ng đ t t i trên hình 3.3) là Uy. K t qu tính toán đ võng c a k t c uđ c th hi n trên hình 3.5 cho th y r ng đ võng l n nh t c a mô hình đ t đ c t i đ u t do, v i tr s Uymax = 0,003803 [m] = 3,803 [mm] < [∆l] (xem b ng 3.1). Ngh a là k t c u không b quá võng. D u tr (-) đ ng tr c giá tr c a đ võng th hi n r ng chi u b võng ng c v i chi u c a tr c Y. Trên hình 3.5 c ng th hi n v trí ban đ u khi ch a ch u t i (đ ng nét đ t phía trên) và kho ng di chuy n võng xu ng c a liên k t khi ch u t i. võng gi m d n t đ u t do tr v phía đ u ngàm.

Nh n xét: Qua các k t qu tính toán ki m tra b n cho ph ng án thi t k s b trên ta th y r ng ph ng án này vi ph m ch tiêu v đ b n c a k t c u, do v y nó là m t ph ng

án không kh thi. Ngh a là ph ng án s b này không đ t yêu c u, c n ph i thi t k l i.

3.3.2.2. K t qu tính toán t i u kích th c c a liên k t hàn hybrid nhôm - thép d ng ch T:

V i liên k t hàn hybrid nhôm – thép d ng ch T đ c ngàm m t đ u nh mô t trên hình 3.3, trong khi l i s d ng d m có ti t di n và chi u cao b ng nhau nh v y là không h plý v m t k t c u nh đã phân tích trong m c 3.3.1.2. M t khác, theo nh tính toán m c 3.3.2.1 thì k t c u không đ đ b n vì v y c n ph i thi t k l i.

D i đây s trình bày cách tính toán t đ ng các kích th c c a k t c u b ng vi c áp d ng các thu t toán t i u m c 3.3.1.1 và l u đ thu t toán trên hình 3.1. Ch ng trình tính toán mô ph ng t i u ch y trên ph n m m ANSYS 14.0 đ c tác gi xây d ng s đi u khi n máy tính t đ ng đ a ra đ c ph ng án k t c u t i u (theo ngh a: có hình dáng h p lý, ti t ki m đ c nhi u v t li u nh t mà v n đ m b o đ c các đi u ki n làm vi c). rút ng n th i gian ch y ch ng trình, tác gi chia quá trình tính toán t i u làm 2 giai đo n. Giai đo n 1 s tính t i u cho các kích th c chính c a liên k t hàn, giai đo n 2 s tính t i u thi t k kích th c c a m i hàn trong liên k t.

Chi u dài hay kh u đ (L) c a d m là m t thông s đ c ch n tr c theo yêu c u đ t ra c a k t c u, trong khi chi u dày c a các t m vách (dv) và t m biên (db) đ c l a ch n theo d i s n ph mc a nhà ch t o v t li u và do tiêu chu n quy đ nh, nên giai đo n 1 này s

53

ch ti n hành tính toán t i u các kích th c chi u r ng biên d m, chi u cao t i ngàm và t i đ u t do. Ngh a là các “bi n thi t k ” đâyg m: x = {Cao1, Cao2, Rong}. Trong tr ng h p tính toán cho k t c u v tàu thì chi u r ng biên d m s là thông s c đ nh ch không ph i là bi n thi t k !.

Do k t c u tính toán đây có t i 3 lo i v t li u v i các ng su t cho phép khác nhau kèm v i 1 đi u ki n yêu c u v đ võng khi làm vi c (b ng 3.1), nên các hàm ràng bu c dùng đ ki m tra đi u ki n b n khi tính toán t i u m c 3.3.1.1 đ c hi n th c hoá c th trong tr ng h p này nh sau (ch có lo i hàm gi i h n trên: Gi(x) ≤ g博i v i i = 1 ÷ 4 nh công th c (3.38)):

Trong t m vách: Smax1 ≤ [σ]1 (3.69) Trong t m biên: Smax2 ≤ [σ]2 (3.70) Trong m i hàn: Smax3 ≤ [σ]3 (3.71) Trên k t c u: Umax ≤ [∆l] (3.72) Ph ng án kh thi là ph ng án tho mãn đ ng th i các đi u ki n trong các bi u th c (3.69), (3.70), (3.71) và (3.72). Th c hi n ch ng trình tính toán t đ ng nh đã gi i thi u, máy tính li t kê t t c các ph ng án thi tk khi tính toán t i u (hình 3.6). Chúng ta th y r ng, trong s các ph ng án kh thi 2, 3, 4, 5, 6, 8 và 10 thì ph ng án thi t k s 10 có th tích v t li u nh nh t trong s các ph ng án kh thi đó và đây chính là ph ng án thi t k “t i u“.

Hình 3.6Các ph ng án thi t k và xác đ nh ph ng án t i u

So sánh ph ng án s b ban đ u (ph ng án 1, SET 1) v i ph ng án t i u s 10 ta th y r ng: ph ng án 1 không kh thi ( ng su t trong t m vách và t m biên l n h n giá tr cho phép) trong khi s d ng h t 0,00108 m3v t li u (bi n Vtot), còn ph ng án s 10 ch c n s d ng 0,00065348 m3 v t li u mà v n đ m b o đ b n. Ngh a là ch c n s d ng 60,51% l ng v t li u so v i ph ng án 1 (trong tr ng h p này đã ti t ki m đ c 39,49% th tích v t li u) mà đ b n và đ võng v n b o đ m nh h n giá tr cho phép (hình 3.6). i v i các k t c u l n, ph c t p và v t li u đ t ti n thì ph ng pháp tính toán thi t k t i u này có ý ngh a đ c bi t l n v các m t k thu t và kinh t .

54

a) Ph ng án thi t k s b b) Ph ng án thi t k s 10 (t i u)

Hình 3.7So sánh ph ng án s b ban đ u a) và ph ng án t i u b)

Hình 3.7 đ a ra s so sánh v m t hình thái c a k t c u gi a ph ng án s b (ph ng án 1) và ph ng án t i u (ph ng án 10). Chúng ta th y r ng chi u r ng c a t m biên và đ c bi t là chi u cao c a t m vách t i đ u t do trong ph ng án thi t k s 10 nh đi nh t nhi u so v i ph ng án 1 ban đ u, đ ng th i chi u cao t m vách t i đ u ngàm đã đ c máy tính khuy n cáo t ng lên khá nhi u. i u này c ng phù h p v i các lý thuy t c đi n đã đ c ch ng minh trong S c b n v t li u và C h c k t c u. Các kích th c c th c a ph ng án thi t k s 10 đ c li t kê trong b ng 3.3.

B ng 3.3 So sánh các kích th c c a k t c u gi a ph ng án s b và ph ng án t i uThông s Ph ng án 1 Ph ng án 10

Một phần của tài liệu nghiên cứu công nghệ hàn liên kết nhômthép bằng quá trình hàn tig (Trang 65)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(126 trang)