Do tính đối xứng bài toán được mô hình bởi mối ghép. 20cm 10cm 20cm 1cm 1c m 20cm 10cm 20cm 1cm 1c m F = 200kN 15 cm F=200KN
Hình 4.2 Chia miền trong kết cấu mối hàn chồng
Hình 4.4 Trường chuyển vị của phần tử
Hình 4.6 Trường ứng suất của phần tử Kết quả chuyển vị nút, ứng suất trên phần tử:
Được ghi ở trong file :Displament_Geometry _Hanchong; vonmises Hanchong
Kiểm tra bền của kết cấu mối hàn chồng:
Kiểm tra theo cách tính của phương pháp phần tử hữu hạn: Ứng suất hiệu dụng vonminses của cả kết cấu
VONMISES =9.1954KN/cm2 .
Kiểm tra mối hàn theo cách tính sức bền vật liệu : Ứng suất tính toán: 2 52 . 9 ) 15 1 7 . 0 ( 2 200 ) 7 . 0 ( 2 cm KN kl F = × × = = τ
Ứng suất kéo cho phép của mối hàn : [ ]σ 'k =0.9[ ]σ k= 0.9 16 14.4 2 cm KN = × Do đó mối hàn thỏa bền
4.2Mối hàn giáp mối:
4.2.1 . Phân tích trạng thái ứng suất của liên kết hàn giáp mối có bề dày hàn 0.5cm( nhỏ hơn 0.8cm) :
Cho một kết cấu các tấm thép liên kết hàn giáp mối, chịu kéo như hình 4.7 .
Mỗi phần chi tiết hàn có chiều dài là 5cm,diện tích mặt cắt ngang 0.5×10cm,đặc trưng vật liệu thép có modun đàn hồi E=20×103 2
/cm
KN , hệ số Possion ν =0.3 . Modun đàn hồi của vật liệu hàn E=17×103 2
/cm
KN , hệ số possion ν = 0.3 Lực kéo :F = 200KN.Xác định ứng suất phát sinh trong mối hàn.
Hình 4.7 Mối hàn giáp mối có bề dày 0.5cm Do tính đối xứng bài toán được mô hình bởi mối ghép.
Hình 4.8 Chia miền trong kết cấu mối hàn giáp mối có bề dày 0.5cm
0.2 5cm 0.5cm 5cm F = 200kN 10 cm
Hình 4.9 Chia phần tử trong kết cấu
Hình 4.10 Bảng màu trường chuyển vị của phần tử
Kết quả chuyển vị nút, ứng suất trên phần tử:
Được ghi ở trong file :Displament_Geometry_HanGM1 ; vonmises Han GM1
Kiểm tra bền của kết cấu mối hàn giáp mối:
Kiểm tra theo cách tính của phương pháp phần tử hữu hạn: Ứng suất hiệu dụng vonminses của cả kết cấu
VONMISES = 38.7304 KN/cm2.
Kiểm tra mối hàn theo cách tính sức bền vật liệu : Ứng suất tính toán: 2 / 40 10 5 . 0 200 .l KN cm F k = × = = δ σ
Ứng suất kéo cho phép của mối hàn : [ ]σ k' =0.9[ ]kσ = 0.9 16 14.4 2
cm KN
= × Do đó mối hàn không thỏa bền .
4.2.2. Phân tích trạng thái ứng suất của liên kết hàn giáp mối có bề dày 1cm hàn(nhỏ hơn 1.6cm):
Cho một kết cấu các tấm thép liên kết hàn giáp mối, chịu kéo như hình 4.12.
Mỗi phần chi tiết hàn có chiều dài là 5cm,diện tích mặt cắt ngang 1×10cm,đặc trưng vật liệu thép có modun đàn hồi E=20×103 2
/cm
KN , hệ số Possion ν =0.3 . Modun đàn hồi của vật liệu hàn E=17×103 2
/cm
KN , hệ số possion ν = 0.3 Lực kéo :F = 200KN. Xác định ứng suất phát sinh trong mối hàn
Hình 4.12 Mối hàn giáp mối có bề dày 1cm Do tính đối xứng bài toán được mô hình bởi mối ghép.
10 cm 0.5 5cm 1cm 5cm F = 200kN
Hình 4.13 Chia miền trong kết cấu mối hàn giàp mối có bề dày 1cm.
Hình 4.15 Trường chuyển vị của phần tử
Hình 4.17 Trường ứng suất của phần tử Kết quả chuyển vị nút, ứng suất trên phần tử:
Được ghi ở trong file :Displament_Geometry_HanGM2 ; vonmises Han GM2
Kiểm tra bền của kết cấu mối giáp mối:
Kiểm tra theo cách tính của phương pháp phần tử hữu hạn: Ứng suất hiệu dụng vonminses của cả kết cấu
VONMISES = 38.5034KN/cm2.
Kiểm tra mối hàn theo cách tính sức bền vật liệu : Ứng suất tính toán: 2 / 40 10 5 . 0 200 .l KN cm F k = × = = δ σ
Ứng suất kéo cho phép của mối hàn : [ ]σ 'k =0.9[ ]σ k= 0.9 16 14.4 2
cm KN
= × Do đó mối hàn không thỏa bền .
4.2.3. Phân tích trạng thái ứng suất của liên kết hàn giáp mối có bề dày hàn 2cm( nhỏ hơn 4cm ):
Cho một kết cấu các tấm thép liên kết hàn giáp mối, chịu kéo như hình 4.18 .
Mỗi phần chi tiết hàn có chiều dài là 5cm,diện tích mặt cắt ngang 2×5cm,đặc trưng vật liệu thép có modun đàn hồi E=20×103 2
/cm
KN , hệ số Possion ν =0.3 . Modun đàn hồi của vật liệu hàn E=17×103 2
/cm
KN , hệ số possion ν = 0.3 Lực kéo :F = 200KN. Xác định ứng suất phát sinh trong mối hàn
Hình 4.18 Mối hàn giáp mối có bề dày 2cm Do tính đối xứng ,bài toán được mô hình bởi ½ mối ghép .
Hình 4.19 Chia miền trong kết cấu mối hàn giàp mối có bề dày 2cm.
5cm 5cm
0,6
2cm
Hình 4.20 Chia phần tử trong kết cấu
Hình 4.22 Bảng màu trường chuyển vị của phần tử
Hình 4.23 Trường ứng suất của phần tử Kết quả chuyển vị nút, ứng suất trên phần tử:
Kiểm tra bền của kết cấu mối hàn giáp mối:
Kiểm tra theo cách tính của phương pháp phần tử hữu hạn: Ứng suất hiệu dụng vonminses của cả kết cấu
VONMISES = 38.6761KN/cm2.
Kiểm tra mối hàn theo cách tính sức bền vật liệu : Ứng suất tính toán: 2 / 40 10 5 . 0 200 .l KN cm F k = × = = δ σ
Ứng suất kéo cho phép của mối hàn : [ ]σ 'k =0.9[ ]σ k= 0.9 16 14.4 2
cm KN
= × Do đó mối hàn không thỏa bền .
4.3 Mối hàn góc:
4.3.1. Phân tích trạng thái ứng suất của liên kết hàn góc dạng hàn hai
bên:
Cho một kết cấu các tấm thép liên kết hàn góc dạng chữ K, chịu kéo như hình 4.24. Phần chi tiết hàn có chiều dài là 5cm,diện tích mặt cắt ngang 1×10cm,đặc trưng vật liệu thép có modun đàn hồi E=20×103 2
/cm
KN , hệ số Possion ν =0.3 . Modun đàn hồi của vật liệu hàn E=17×103 2
/cm
KN , hệ số possion ν = 0.3 Lực kéo :F = 100KN. Xác định ứng suất phát sinh trong mối hàn
Hình 4.24 Mối hàn giáp góc kiểu hàn hai bên
10 cm 5cm 1cm 0.5cm 0.5cm F=100KN
Hình 4.25 Chia miền trong kết cấu mối hàn góc hai bên.
Hình 4.27 Trường chuyển vị của phần tử
Hình 4.29 Trường ứng suất của phần tử Kết quả chuyển vị nút, ứng suất trên phần tử:
Được ghi ở trong file :Displament_Geometry_Hangoc2ben ; vonmises Hangoc 2ben
Kiểm tra bền của kết cấu mối hàn góc 2 bên:
Kiểm tra theo cách tính của phương pháp phần tử hữu hạn: Ứng suất hiệu dụng vonminses của cả kết cấu
VONMISES = 14.505KN/cm2
Kiểm tra mối hàn theo cách tính sức bền vật liệu : Ứng suất tính toán: ( ) 14.28 2 10 5 . 0 7 . 0 2 100 7 . 0 . 2 ' cm KN kl F = × × × = = τ
Ứng suất kéo cho phép của mối hàn : [ ]σ k' =0.9[ ]kσ = 0.9 16 14.4 2 cm KN = × Do đó mối hàn thỏa bền .
4.2.2. Phân tích trạng thái ứng suất của liên kết hàn góc dạng chữ K:
Cho một kết cấu các tấm thép liên kết hàn góc dạng chữ K, chịu kéo như hình 4.30 Phần chi tiết hàn có chiều dài là 10cm,diện tích mặt cắt ngang 1×10cm,đặc trưng vật liệu thép có modun đàn hồi E=20×103 2
/cm
KN , hệ số Possion ν =0.3 . Modun đàn hồi của vật liệu hàn E=17×103 2
/cm
Lực kéo :F = 100KN. Xác định ứng suất phát sinh trong mối hàn
Hình 4.30 Mối hàn góc chữ K
Hình 4.31 Chia miền trong kết cấu mối hàn góc chữ K
10 cm 5cm F = 100kN 1cm 0.5cm 0.5cm
Hình 4.32 Chia phần tử trong kết cấu
Hình 4.34 Bảng màu trường chuyển vị của phần tử
Hình 4.35 Trường ứng suất của phần tử Kết quả chuyển vị nút, ứng suất trên phần tử:
vonmises Hangocchuk
Kiểm tra bền của kết cấu mối hàn góc chữ K:
Kiểm tra theo cách tính của phương pháp phần tử hữu hạn: Ứng suất hiệu dụng vonminses của cả kết cấu
VONMISES = 10.3343KN/cm2
Kiểm tra mối hàn theo cách tính sức bền vật liệu : Ứng suất tính toán: 10 10 1 100 . = × = = l F δ σ KN/cm2
Ứng suất kéo cho phép của mối hàn : [ ]σ 'k =0.9[ ]σ k= 0.9 16 14.4 2 cm KN = × Do đó mối hàn thỏa bền .
4.4. Phân tích trạng thái ứng suất của liên kết hàn phức tạp:
Cho một kết cấu các tấm thép liên kết hàn , chịu kéo như hình 4.36.
Mỗi phần chi tiết hàn có chiều dài là 15 cm,diện tích mặt cắt ngang 1à 1×10cm,đặc trưng vật liệu thép có modun đàn hồi E=20×103 2
/cm
KN , hệ số Possion ν =0.3 . Modun đàn hồi của vật liệu hàn E=17×103 2
/cm
KN , hệ số possion ν = 0.3 Kích thước bản ốp 0.5×16cm
Lực kéo :F = 200KN. Xác định ứng suất phát sinh trong mối hàn
Hình 4.36 Mối hàn phức tạp Do tính đối xứng ,bài toán được mô hình bởi ½ mối ghép .
15cm 5c m F = 100kN 0.5 0.5 1cm 8cm F
Hình 4.37 Chia miền trong kết cấu mối hàn phức tạp
Hình 4.39 Trường chuyển vị của phần tử
Hình 4.41 Trường ứng suất của phần tử
4.5 Kết luận:
-Tuy các dạng hàn khác nhau,nhưng các bước tuần tự lập trình matlab hoàn toàn giống nhau
-Kết quả thu được bằng phần tử hữu hạn phù hợp với kết quả thu được theo cách tính dựa vào tài liệu chi tiết máy
Chương 5: KẾT LUẬN VAØ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TAØI 5.1 Kết luận về kết quả đạt được:
Đề tài được thực hiện nhằm giải quyết một vấn đề mang tính thực tiễn và cấp thiết cao. Dù hiện nay nước ta có nhiều cơ sơ ûlàm việc với ngành hàn, tuy nhiên rất ít cơ sở quan tâm đầu tư nghiên cứu tính toán ở lĩnh vực này.Nhưng rõ ràng đây là một vấn đề rất quan trọng, có tác động đến sự phát triển của ngành công nghệ hàn.Với đề tài này cũng đã góp phần giải quyết một mảng vấn đề bài toán thực tiễn này.Sau thời gian nghiên cứu đề tài “TÍNH TOÁN MỐI HAØN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN” đã hoàn thành và đạt được các mục tiêu đã đề ra:
• Tìm hiểu việc ứng dụng liên kết hàn trong ngành công nghiệp cơ khí ,xây dựng…,khảo sát tình hình nghiên cứu tính toán về liên kết hàn trong nước và trên thế giới.
• Xây dựng bài toán với nhiều dạng liên kết khác nhau bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
• Quản lý cấu trúc dữ liệu chương trình;trên cơ sở đó lập trình,tính toán bài toán liên kết hàn bằng phần mềm Matlab.
• Đánh giá các kết quả thu được từ việc tính toán,mô phỏng cho các kiểu biên dạng hàn khác nhau.
• Bài toán được giải quyết bằng phương pháp phần tử hữu hạn với điều kiện H- tương thích nhằm làm giảm sai số miền hình học và nội suy ,nghĩa là chia lưới phần tử hữu hạn của miền bài toán thực mịn ở những vùng cần quan tâm và ở những vùng khác thì chia lưới thưa hơn để giảm bớt khối lượng tính toán.
• Việc tính toán và mô phỏng cho bài toán được lập trình bằng ngôn ngữ Matlab ;trên đó có thể sử dụng một số mã chương trình có sẳn và tự tạo ra các chương rình khác phù hợp với bái toán của mình.
• Khi sử dụng lưới phần tử tương đối thô kết quả thu được không thể hiện rõ sự tập trung ứng suất bên trong mối hàn, tuy nhiên kết quả thu được như trên là hợp lý. Để nhận được một kết quả tốt hơn chúng ta có thể sử dụng lưới mịn hoặc tăng bậc đa thức xấp xỉ trên phần tử.
• Phần tử được tạo ra trên mô hình của bài toán là phần tử tam giác.Với loại phần tử tam giác, kích thước của bài toán sẽ ngắn hơn,thời gian tính nhanh hơn và làm giảm được độ phức tạp của bài toán.
• Kết quả tính toán,mô phỏng được thể hiện bằng đồ họa trực quan và chương trình có thể xuất ra bất kỳ thông số nào mà chúng ta cần.
• Việc đánh giá độ chính xác của bài toán được tiến hành dựa trên cơ sở so sánh lời giải của phương pháp phần tử hữu hạn với lời giải chính xác.Ơû đây độ sai lệch giữa hai cách tính dưới 5% (tài liệu [10]).
• Toàn bộ chương trình là một nguồn mở và có thể sử dụng chúng để tính toán, mô phỏng cho các bài toán khác liên quan đến liên kết hàn.
• Bên cạnh việc tạo ra sản phẩm là một software dùng để tính toán mô phỏng bài toán; còn có một mô hình mô phỏng tỷ lệ. Mô hình này nhằn trực quan hóa các kết quả của bài toán cho một loại liên kết hàn xác định.
• Với những kết quả thu được , đề tài có thể ứng dụng vào thực tiễn trong ngành cơ khí chế tạo máy mà có liên quan đến lĩnh vực hàn; cung cấp một software giúp cho các kỹ sư trong việc thết kế,phân tích,tính toán và mô phỏng cho các kiểu liên kết hàn trước khi đưa vào công đoạn chế tạo, sản xuất các chi tiết , thiết bị máy móc liên quan đến lĩnh vực hàn;đề tài này làm cơ sở cho những ai muốn mở rộng và phát triển vấn đề sâu hơn.Ngoài ý nghĩa đó, nó còn dùng làm giảng dạy trong các trường Đại học ở ngành Thiết kế máy, và ngành có liên quan đến lĩnh vực hàn.
5.2 Hướng phát triển của đề tài:
• Trên cơ sở vấn đề mà chúng tôi đã thực hiện trong đề tài, có thể xây dựng và phát triển cho bài toán 3 chiều.
• Có thể mở rộng để tính toán mối ghép bằng hàn cho 2 tấm vật liệu cơ bản khác nhau, đồng thời nghiên cứu lĩnh vực về mặt vật liệu của sự phân bố cấu trúc hạt ở vùng hàn và xung quanh chúng.
• Tạo ra một software lớn hơn có thể khảo sát cho nhiều biên dạng hàn khác nhau và phân tích tiêu chuẩn phá hủy các mối hàn.
Qua những hướng phát triển vừa nêu, nếu đề tài này được thực hiện trong điều kiện và môi trường tốt hơn thì chắc hẳn nó có một vị trí ở tầm cao hơn.Vậy tác giả rất mong, không riêng gì tác gia ûmà những người kế thừa sau này hãy tiếp tục phát triển đề tài để một ngày hoàn thiệt hơn.
TAØI LIỆU THAM KHẢO [1]. Phương pháp phần tử hữu hạn với Matlab.
Chủ biên. Nguyễn Hoài Sơn – NXB ĐHQGTP.HCM – 2001
[2]. Ứng dụng Matlab trong tính toán kỹ thuật.
Chủ biên. Nguyễn Hoài Sơn – NXB ĐHQGTP.HCM – 2002
[3]. Phương pháp tính ứng dụng trong tính toán kỹ thuật.
Chủ biên. Nguyễn Hoài Sơn – NXB ĐHQGTP.HCM – 2004
[4]. Phương pháp phần tử hữu hạn.
Chu Quốc Thắng – NXB KHKT – 1997
[5]. Phương pháp phần tử hữu hạn lý thuyết và lập trình.
Nguyễn Quốc Bảo
Trần Nhất Dũng – NXB KHKT Hà Nội – 2003
[6]. Bài tập phương pháp phần tử hữu hạn.
TS. Phan Đình Huấn – NXB TP.HCM
[7]. Phương pháp số trong cơ học kết cấu.
GS.TS Nguyễn Mạnh Yên – NXB KHKT Hà Nội – 2000
[8]. Phương pháp phần tử hữu hạn trong tính toán kết cấu.
Phan Anh Vũ – NXB Trẻ – 1994
[9]. Finite element analysis Theory and Practice MJ FAGAN
University of Hull – 1992