Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu ảnh hưởng của gia nhiệt trong quá trình uốn thép tấm cho chi tiết tàu thủy

• Tác giả: Vương Gia Hải
• Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Hồng Minh
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Gia Nhiệt Trong Quá Trình Uốn Thép Tấm Để Chế Tạo Một Số Chi Tiết Tàu Thủy
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG DẺO, VẬT LIỆU VÀ MÔ HÌNH BIẾN CỨNG
• 1.1. Lý thuyết biến dạng dẻo
• 1.1.1. Khái quát về biến dạng dẻo
• 1.1.2. Quan hệ giữa ứng suất - biến dạng trong biến dạng dẻo
• 1.1.3. Biểu đồ kéo nén kim loại
• 1.1.4. Hiệu ứng Bauschinger
• 1.1.5. Hiện tượng đàn hồi lại sau quá trình biến dạng tạo hình
• 1.1.6. Những ảnh hưởng của hiện tượng đàn hồi lại đối với sản phẩm sau khi tạo hình
• 1.1.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng đàn hồi lại sau biến dạng tạo hình
• 1.2. Biến dạng dẻo trong tạo hình kim loại tấm
• 1.2.1. Biến cứng kết hợp (combined hardening)
• 1.2.2. Biến cứng đẳng hướng (isotropic hardening)
• 1.2.3. Biến cứng động (kinematic hardening)
• 1.2.4. Các mức nhiệt độ tạo hình
• 1.2.5. Các mô hình thuộc tính của vật liệu
• 1.2.5.1. Thực nghiệm thử kéo
• 1.2.5.2. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm thử kéo ở nhiệt độ cao
• 1.2.5.3. Máy thử kéo, hệ thống gia nhiệt và dụng cụ đo
• 1.2.5.4. Kết quả thử kéo
• 1.3. Xác định các thông số vật liệu
• 1.3.1. Ở điều kiện nhiệt độ phòng
• 1.3.1.1. Xác định các thông số mô hình Voce’s
• 1.3.1.2. Mô phỏng số quá trình kéo/nén bằng phần mềm ABAQUS/CAE
• 1.3.2. Ở điều kiện nhiệt độ 3000C
• 1.3.2.1. Xác định các thông số mô hình Voce’s
• 1.3.2.2. Mô phỏng số quá trình kéo/nén bằng phần mềm ABAQUS/CAE
• 1.3.3. Ở điều kiện nhiệt độ 6000C
• 1.3.3.1. Xác định các thông số mô hình Voce’s
• 1.3.3.2. Mô phỏng số quá trình kéo/nén bằng phần mềm ABAQUS/CAE
• 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG GIA CÔNG UỐN CHI TIẾT HÌNH CHỮ V
• 2.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm uốn chi tiết hình chữ V ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao
• 2.1.1. Sơ đồ hệ thống thực nghiệm
• 2.1.2. Thiết lập thực nghiệm
• 2.2. Thực nghiệm và mô phỏng xác định các tham số của mô hình vật liệu khi uốn thép tấm SS400 ở nhiệt độ phòng
• 2.2.1. Thực nghiệm uốn chi tiết hình chữ V ở nhiệt độ phòng
• 2.2.1.1. Kết quả góc uốn thực nghiệm
• 2.2.1.2. Kết quả lực tạo hình thực nghiệm
• 2.2.2. Mô phỏng quá trình uốn chi tiết hình chữ V ở nhiệt độ phòng
• 2.2.2.1. Mô hình mô phỏng và kết quả phân tích phần tử hữu hạn
• 2.2.2.2. Kết quả mô phỏng uốn chi tiết hình chữ V ở nhiệt độ phòng
• 2.2.2.3. Đề xuất và xác định các tham số của mô hình hóa bền kết hợp
• 2.3. Thực nghiệm và mô phỏng uốn kiểm chứng chi tiết hình chữ V ở nhiệt độ cao
• 2.3.1. Thực nghiệm uốn chi tiết hình chữ V ở nhiệt độ cao
• 2.3.1.1. Kết quả góc uốn các chi tiết thực nghiệm khi uốn có gia nhiệt
• 2.3.1.2. Kết quả lực tạo hình thực nghiệm uốn có gia nhiệt
• 2.3.2. Mô phỏng uốn chi tiết hình chữ V ở nhiệt 3000C và 6000C
• 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA
• 4.1. Thiết kế thực nghiệm
• 4.1.1. Phương pháp Taguchi
• 4.1.2. Lựa chọn các tham số đầu vào cho các thực nghiệm
• 4.1.3. Một số khái niệm
• 4.1.3.1. Tỷ số nhiễu S/N
• 4.1.3.2. Hệ số Fisher
• 4.1.3.3. Phân tích phương sai
• 4.1.3.4. Thiết kế thực nghiệm
• 4.1.3.5. Điều kiện thí nghiệm
• 4.2. Nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông số công nghệ đến lực tạo hình khi uốn thép tấm SS400 trong môi trường gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ
• 4.2.1. Kết quả thí nghiệm
• 4.2.2. Mức độ ảnh hưởng của các tham số công nghệ đến lực tạo hình và xây dựng bộ tham số tối ưu
• 4.3. Nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông số công nghệ đến biến dạng đàn hồi sau quá trình uốn tạo hình thép tấm SS400 trong môi trường gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ
• 4.3.1. Kết quả thí nghiệm. Mức độ ảnh hưởng của các tham số công nghệ đến biến dạng đàn hồi sau quá trình uốn tạo hình thép tấm SS400 và xây dựng bộ tham số tối ưu
• 4.4. Xây dựng mô hình biến dạng đàn hồi sau quá trình uốn tạo hình khi uốn thép tấm SS400 trong môi trường gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ
• 4.5. Nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông số công nghệ đến góc uốn tạo hình của chi tiết khi uốn thép tấm SS400 trong môi trường gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ
• 4.6. Nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông số công nghệ đến bán kính uốn của chi tiết khi uốn thép tấm SS400 trong môi trường gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ
• 4.7. Phân tích phần tử hữu hạn kiểm chứng uốn chi tiết trong tàu thủy
• 4.7.1. Xác định các tham số T, Rch và H cho gia công uốn chi tiết trong tàu thủy
• 4.7.2. Mô phỏng kiểm chứng quá trình uốn chi tiết trong tàu thủy
• 4.8. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về gia nhiệt trong uốn thép tấm

Nghiên cứu gia nhiệt trong uốn thép tấm là một lĩnh vực quan trọng trong chế tạo chi tiết tàu thủy. Gia nhiệt giúp cải thiện tính chất vật liệu, giảm lực cần thiết trong quá trình uốn thép tấm. Việc áp dụng công nghệ gia nhiệt trong sản xuất tàu thủy không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất. Các phương pháp gia nhiệt phổ biến bao gồm gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ, lò nung và gia nhiệt bằng laser. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu quả của quá trình uốn. Theo nghiên cứu, nhiệt độ gia nhiệt có thể làm thay đổi đáng kể tính chất cơ học của thép tấm, từ đó ảnh hưởng đến khả năng tạo hình và độ bền của sản phẩm cuối cùng.

1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình gia công

Nhiệt độ là yếu tố quyết định trong quá trình gia nhiệt. Khi nhiệt độ tăng, độ dẻo của thép tấm cũng tăng theo, giúp giảm ứng suất và lực cần thiết để uốn. Nghiên cứu cho thấy rằng việc gia nhiệt đến một mức độ nhất định có thể làm giảm hiện tượng đàn hồi lại sau khi uốn, từ đó cải thiện độ chính xác của chi tiết. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ quá cao, có thể dẫn đến hiện tượng biến dạng không mong muốn hoặc làm giảm độ bền của vật liệu. Do đó, việc xác định nhiệt độ tối ưu cho từng loại thép là rất quan trọng trong thiết kế và chế tạo chi tiết tàu thủy.

II. Quy trình uốn thép tấm có gia nhiệt

Quy trình uốn thép tấm có gia nhiệt bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, việc chuẩn bị vật liệu và thiết bị là rất cần thiết. Sau đó, gia nhiệt được thực hiện để đạt được nhiệt độ mong muốn trước khi tiến hành uốn. Quá trình này cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo rằng nhiệt độ không vượt quá giới hạn cho phép. Sau khi uốn, cần thực hiện các bước kiểm tra chất lượng để đảm bảo rằng chi tiết đạt yêu cầu kỹ thuật. Việc áp dụng các công nghệ hiện đại trong quy trình này giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu sai sót. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa quy trình uốn có thể giúp tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm.

2.1. Các phương pháp uốn thép tấm

Có nhiều phương pháp uốn thép tấm, bao gồm uốn ba điểm, uốn chữ V và uốn tự do. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Uốn ba điểm thường được sử dụng cho các chi tiết có hình dạng phức tạp, trong khi uốn chữ V thích hợp cho các chi tiết có góc uốn lớn. Việc lựa chọn phương pháp uốn phù hợp không chỉ phụ thuộc vào hình dạng của chi tiết mà còn vào loại thép và yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ gia nhiệt trong các phương pháp này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và chất lượng sản phẩm cuối cùng.

III. Ứng dụng gia nhiệt trong chế tạo chi tiết tàu thủy

Ứng dụng của gia nhiệt trong chế tạo chi tiết tàu thủy là rất đa dạng. Các chi tiết như vỏ tàu, khung tàu và các bộ phận kết cấu khác đều có thể được sản xuất bằng cách sử dụng uốn thép tấm có gia nhiệt. Việc này không chỉ giúp cải thiện độ bền mà còn giảm thiểu trọng lượng của tàu, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động. Nghiên cứu cho thấy rằng các chi tiết được sản xuất bằng phương pháp này có khả năng chống lại các tác động môi trường tốt hơn. Hơn nữa, việc áp dụng công nghệ gia nhiệt trong sản xuất tàu thủy còn giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp đóng tàu.

3.1. Lợi ích kinh tế và môi trường

Việc áp dụng gia nhiệt trong sản xuất tàu thủy không chỉ mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật mà còn có ý nghĩa kinh tế và môi trường. Giảm thiểu chi phí sản xuất thông qua việc tối ưu hóa quy trình uốn và nâng cao chất lượng sản phẩm là những lợi ích rõ ràng. Hơn nữa, việc sử dụng các phương pháp gia nhiệt hiện đại giúp giảm thiểu lượng năng lượng tiêu thụ và khí thải ra môi trường. Điều này không chỉ giúp các doanh nghiệp tiết kiệm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường, đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững trong ngành công nghiệp đóng tàu.