MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, công nghệ hàn và đ c có thể tạo ra nhiều loại sản phẩm phục vụ các nhu cầu của xã hội, nhƣ các kết cấu giàn thép khai thác dầu kh trên biển, các máy móc thiết b trong khai thác khoáng sản, bộ phận máy và kết cấu trong các nhà xƣởng, trong công nghiệp, nông nghiệp, thủy lợi, xây dựng đến các phƣơng tiện giao thông nhƣ máy bay, ô tô… Đặc điểm chung của các hệ thống này là làm việc dƣới tác dụng của tải trọng thay đổi, do vậy khi làm việc lâu dài, các chi tiết trong hệ thống sẽ b phá h ng vì m i. Hiện tƣợng m i gây nên sự phá hủy chi tiết một cách đột ngột làm h ng hệ thống, thiệt hại kinh tế và ảnh hƣởng tới t nh mạng ngƣời sử dụng. Trên thế giới và trong nƣớc, đến nay đã có nhiều tác giả nghiên cứu về hiện tƣơng m i của vật liệu và đánh giá về các đặc trƣng bền m i của ch ng, trên cơ sở đó sẽ đƣa ra dự đoán thời gian làm việc cho tới khi xảy ra h ng hóc của hệ thống tuổi thọ. Các công trình nghiên cứu cho thấy vết nứt m i thƣờng xảy ra tại v tr có tập trung ứng suất, đặc biệt là tại các mối hàn.
Đối với loại kết cấu này, v tr đƣợc quan tâm nhiều nhất là v tr ở xung quanh chân mối hàn, do ở đây tồn tại ứng suất dƣ ƢSD và sự tập trung ứng suất lớn. Muốn tăng tuổi thọ m i của ch ng điều cần thiết là phải làm giảm ƢSD và giảm ứng suất tập trung. Giảm ƢSD cho kết cấu hàn có thể thực hiện nhờ một số phƣơng pháp nhƣ: ủ khử, già hóa tự nhiên, rung động,… Trong số đó, rung khử ứng suất dƣ Vibratory Stress Relief - VSR) cho kết cấu nói chung và mối hàn nói riêng có những ƣu điểm nổi trội mà các phƣơng pháp xử lý nhiệt truyền thống không thể có đƣợc. Trên thế giới, phƣơng pháp này đã đƣợc áp dụng từ vài chục năm gần đây và ngày càng đƣợc phát triển.
Tại Việt Nam, phƣơng pháp VSR còn t đƣợc quan tâm, trong khi nhu cầu sử dụng các 2 kết cấu hàn lại khá nhiều. Gần đây, các máy VSR đã đƣợc nghiên cứu chế tạo thành công tại Việt Nam, điển hình nhƣ tại Học viện K thuật Quân sự, điều này đã mở ra nhiều cơ hội cho các ứng dụng và nghiên cứu. Trên thế giới, các công trình nghiên cứu cho đến nay ch mới tập trung làm rõ mối quan hệ giữa chế độ VSR nhƣ tần số, biên độ, thời gian và mức độ suy giảm ƢSD trong mối hàn, mà chƣa có công trình nào nghiên cứu một cách chuyên sâu, toàn diện vấn đề ảnh hƣởng của các tham số công nghệ VSR tới độ bền m i và tuổi thọ m i của chi tiết, kết cấu. Vì vậy đề tài “ ghi n ứu nh hưởng ủa rung hử ứng suất dư đ n đ ền i ủa hi ti t” đƣợc đề xuất thực hiện nh m góp phần làm rõ mức độ ảnh hƣởng tổng hợp của các tham số mô tả quá trình VSR tới độ bền m i chi tiết, qua đó xây dựng cách đánh giá đ ng đắn độ bền m i của chi tiết sau rung, đề xuất chế độ VSR hợp lý để đạt đƣợc hiệu quả cao, và dự đoán ch nh xác tuổi thọ m i, tăng độ tin cậy, an toàn trong quá trình sử dụng.
Đối tƣợng nghiên cứu Các chi tiết mẫu có ƢSD do quá trình gia nhiệt và các tham số trong chế độ rung khử ƢSD. Mục tiêu nghiên cứu Làm rõ mối quan hệ giữa các tham số trong chế độ VSR đến ƢSD và các đặc trƣng bền m i của chi tiết. Từ đó đề xuất một số chế độ VSR hợp lý cho chi tiết. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hƣởng của biên độ và thời gian VSR tới khả năng cải thiện ƢSD và các đặc trƣng bền m i của chi tiết.
Phƣơng pháp nghiên cứu Luận án sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô 3 ph ng số và thực nghiệm. Nghiên cứu lý thuyết để xây dựng các phƣơng trình dao động và thành lập các công thức, hệ thức t nh. Sử dụng mô ph ng và chƣơng trình t nh toán số để giải các bài toán đặt ra. Th nghiệm với các chi tiết thực trên thiết b tạo rung để kiểm tra t nh đ ng đắn của các chƣơng trình t nh.
Ý nghĩa của luận án - Về nghĩa h a họ : Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần làm sáng t mối quan hệ của các tham số VSR với các đặc trƣng bền m i của kết cấu có ƢSD, qua đó xác đ nh bộ tham số công nghệ phù hợp với một số trƣờng hợp cụ thể. - Về nghĩa th tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần hoàn thiện qui trình công nghệ, nâng cao năng suất, chất lƣợng và hiệu quả sản xuất của quá trình khử ứng suất dƣ b ng rung động. Bố cục luận án Luận án đƣợc trình bày trong 4 chƣơng ch nh: Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ rung khử ứng suất dƣ, chƣơng này trình bày các vấn đề cơ bản về ƢSD, các phƣơng pháp đo và khử ƢSD, trong đó trình bày chi tiết các nội dung liên quan tới công nghệ VSR. Thông qua việc tìm hiểu và phân t ch các kết quả nghiên cứu đạt đƣợc của các tác giả trong và ngoài nƣớc, luận án sẽ xác đ nh những vấn đề cần phải quan tâm.
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết rung khử ứng suất dƣ và xác đ nh đặc trƣng bền m i của chi tiết có ứng suất dƣ. Nội dung chƣơng 2 đề cập đến việc thành lập các công thức để mô tả sự hình thành ƢSD, quá trình VSR và đánh giá khả năng cải thiện các đặc trƣng bền m i của công nghệ VSR. Từ các công 4 thức đã thành lập đƣợc, luận án đề xuất sơ đồ t nh toán làm cơ sở xây dựng các chƣơng trình t nh toán, mô ph ng tổng quát. Chƣơng 3: Mô ph ng rung khử ứng suất dƣ và t nh toán mức độ thay đổi các đặc trƣng m i của chi tiết sau rung.
Chƣơng này sẽ thực hiện mô ph ng, t nh toán số cho chi tiết mẫu cụ thể với các giả thiết, ràng buộc tƣơng đƣơng với điều kiện th nghiệm. Kết quả mô ph ng và t nh toán thu đƣợc, cho phép phân t ch làm rõ ảnh hƣởng của các tham số trong chế độ rung khử tới các đặc trƣng m i của chi tiết mẫu. Chƣơng 4: Thực nghiệm xác đ nh các đặc trƣng bền m i của chi tiết sau rung khử ứng suất dƣ. Chƣơng này sẽ xây dựng phƣơng pháp thực nghiệm m i gia tốc phù hợp với trang thiết b hiện có, tiến hành VSR và thực nghiệm để xác đ nh các đặc trƣng m i của chi tiết mẫu trƣớc và sau khi rung khử.
Kết quả thực nghiệm cho phép đánh giá độ tin cậy của các chƣơng trình mô ph ng và t nh toán. Ngoài 4 chƣơng ch nh nêu trên, luận án còn bao gồm phần giới thiệu chung, phần kết luận chung trình bày khái quát những kết quả nghiên cứu đạt đƣợc của luận án, danh mục các công trình khoa học của NCS công bố có liên quan đến luận án, phần phụ lục thể hiện các trang thiết b đo đạc th nghiệm và chƣơng trình t nh. 5 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ C NG NGHỆ RUNG KH ỨNG SUẤT DƢ 1. Tổng quan về ứng suất dƣ và ảnh hƣởng của ứng suất dƣ.
Tổng quan về ứng suất dư. ƢSD là ứng suất tồn tại trong chi tiết hoặc kết cấu sau quá trình gia công vật liệu, và chƣa ch u tác dụng của ngoại lực hay gradient nhiệt độ nào. Do không ch u tác dụng của ngoại lực hoặc gradient nhiệt độ nào nên mặc dù tồn tại ƢSD nhƣng lực tổng hợp và mômen tổng hợp đƣợc sinh ra bởi ƢSD trên toàn bộ chi tiết b ng không. Theo phạm vi tác dụng, ƢSD đƣợc phân thành hai loại: - ƢSD thô đại: Là ƢSD tồn tại trong phạm vi từng phần của chi tiết và cân b ng trong phạm vi toàn bộ chi tiết.
Nguyên nhân của ƢSD thô đại thƣờng là do sự biến dạng không đều giữa các phần của chi tiết, việc xuất hiện ứng suất để duy trì sự toàn vẹn của vật thể. - ƢSD tế vi: Là ƢSD tồn tại và đƣợc cân b ng trong phạm vi từng phần nh của hạt hay từng hạt. Nguyên nhân của ƢSD tế vi là do biến dạng d o xảy ra không đồng nhất trong các hạt, do sự uốn cong của các mặt trƣợt khi quay, do trƣờng ứng suất của các lệch và tập hợp lệch. Trong thực tế k thuật, ngƣời ta thƣờng ch quan tâm đánh giá ƢSD thô đại và nghiên cứu các đặc trƣng của loại ƢSD này gây bởi các phƣơng pháp gia công khác nhau.
Lý do là vì ƢSD thô đại có ảnh hƣởng mạnh đến khả năng ch u tải, tính ch u ăn mòn và trong nhiều trƣờng hợp là nguyên nhân gây nứt vỡ, cong vênh dẫn đến loại b chi tiết. phương ph p x định ứng suất dư. Các phƣơng pháp xác đ nh ƢSD có thể đƣợc chia thành hai nhóm: a) Nhóm các phƣơng pháp cơ học các phƣơng pháp phá hủy và bán phá hủy) dựa trên sự đo biến dạng t ch thoát khi bóc đi một phần vật liệu trên chi tiết. Nhóm này bao gồm các phƣơng pháp [29, 49]: + Khoan lỗ: Sau khi dán tem đo biến dạng tại v tr đo ƢSD, tạo một lỗ nh b ng cách khoan, sự thoát biến dạng dƣ vào lỗ đó đƣợc đo và đánh giá, do vậy ƢSD đƣợc xác đ nh.
Ƣu điểm: nhanh, đơn giản, phổ biến rộng rãi, thiết b linh hoạt, áp dụng cho nhiều loại vật liệu. Nhƣợc điểm: phôi b phá hoại, xử lý số liệu phức tạp, hạn chế bởi độ nhạy và ch nh xác của cảm biến đo. + Đo độ võng do uốn: Phƣơng pháp này dựa vào hiện tƣợng cong vênh uốn chi tiết khi trong nó tồn tại ƢSD. Phƣơng pháp này tƣơng đối đơn giản, áp dụng cho nhiều loại vật liệu, có thể kết hợp với các phƣơng pháp khác để cho ra biên dạng ứng suất.
Nhƣợc điểm: ch phù hợp cho những chi tiết hình dạng đơn giản, yêu cầu thiết b th nghiệm chuẩn, độ ch nh xác cao.