Upload
jhon-don
View
215
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/19/2019 Bao cao 01-2016
1/47
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG TP.HCMKHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬT
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG GIA CÔNGCỦA HỢP KIM MAGIE DẠNG TẤM
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HVTH: HUỲNH THANH CƯỜNG GVHD: PGS. TS. TRƯƠNG TÍCH THIỆN
01/2016
8/19/2019 Bao cao 01-2016
2/47
NỘI DUNG
Cơ sở lý thuyết
Giới thiệu
So sánh kết quả mô phỏng và thí nghiệm
Mô hình hóa PTHH
Kết luận và kiến nghị
Mô tả thí nghiệm
8/19/2019 Bao cao 01-2016
3/47
Giới thiệu
8/19/2019 Bao cao 01-2016
4/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 4
1. Giới thiệu
Công nghiệp ô tôThiết bị điện tử
Công nghiệp hàng không
Dụng cụ thể thao
Hợp kim Magie
8/19/2019 Bao cao 01-2016
5/47
8/19/2019 Bao cao 01-2016
6/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 6
1. Giới thiệu
Ảnh hưởng của nhiệt độ trên đường cong ứng suất của Mg
Hợp kim Magie
Jager và cộng sự [15] nghiên cứu tính chất kéo của hợp kim Mg AZ31tại những nhiệt độ khác nhau.
8/19/2019 Bao cao 01-2016
7/47Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 7
1. Giới thiệu
Khả nănggia công
Tính chất cơ học
Thông số
quá trìnhgia công
Giới hạnbiến dạng
Chế độ luyện kim
Thành phần hóa học
Suất biến dạng
Nhiệt độ gia công
Bố trí dụng cụ
Chế độ bôi trơn
Xé rách
Biến dạng cục bộ
Nhăn
Độ nhám
Trạng thái ứng suất
Mức độ đàn hồi ngược
Tính chất
vật liệu
“ Khả năng gia công của một vật liệu là mức độ (lượng biến dạng ) mà vật liệu đó có thể
chịu đựng khi thay đổi hìnhdạng trước khi bị phá hủy ”
8/19/2019 Bao cao 01-2016
8/47
8/19/2019 Bao cao 01-2016
9/47Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 9
1. Giới thiệu Phạm vi luận văn
• Thí nghiệm uốn V (Sự hình thành vùng yênngựa và sự đàn hồi ngược)
Sự đàn hồi ngược Vùng yên ngựa
• Dập chỏm cầu.
• Thí nghiệm Erichsen (xác định chỉ số Erichsen)
8/19/2019 Bao cao 01-2016
10/47
Cơ sở lý thuyết
8/19/2019 Bao cao 01-2016
11/47Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 11
2. Cơ sở lý thuyết Tính bất đẳng hướng,bất đối xứng và biến cứng
Lý thuyết uốn tấm
Tiêu chuẩn nứt dẻo
Ứng xử cơ học
Định luật vật liệu
Sự dỡ tải và sự giãn ngược sau khi uốn
Sự hình thành vùng yên ngựa trong uốn V
Hợp kimMagiê
Lý thuyết dập vuốt
Phương pháp PTHH
Lý thuyết biến dạng dẻo
8/19/2019 Bao cao 01-2016
12/47Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 12
2. Cơ sở lý thuyết
Các tiêu chuẩn nứt dẻo được cho ở dạng tổng quát như sau:
1 2
0
( , ,...) f
F p p d CDV
Các nghiên cứu của Takuda về tiêu chuẩn nứt dẻo
L i m i t i n g D r a w i n g R a t i o
0
f h
a d b
Tiêu chuẩn Oyane
8/19/2019 Bao cao 01-2016
13/47Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 13
2. Cơ sở lý thuyết
PHƯƠNG PHÁP PTHHCHO BÀI TOÁN GIA CÔNG KIM LOẠI TẤM
• Chương trình ANSYS/LSDYNA và giải thuật Implicit, Explicit• Lý thuyết biến dạng lớn• Lý thuyết tiếp xúc va chạm • Ma sát trong bài toán tiếp xúc-va chạm • Phần tử Shell163 • Mô hình vật liệu
22 22 2 2 2 22 2 2 ( )
3 y z z x y x yz xx xy
F G H L M N F G H
8/19/2019 Bao cao 01-2016
14/47
Mô tả thí nghiệm
8/19/2019 Bao cao 01-2016
15/47Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công áp lực của hợp kim Magie dạng tấm p. 15
3. Mô tả thí nghiệm
Thí nghiệm Erichsen (xác định chỉ số Erichsen)
8/19/2019 Bao cao 01-2016
16/47Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công áp lực của hợp kim Magie dạng tấm p. 16
3. Mô tả thí nghiệm
Thí nghiệm uốn V
Sự đàn hồi ngược Vùng yên ngựa
ả
8/19/2019 Bao cao 01-2016
17/47Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công áp lực của hợp kim Magie dạng tấm p. 17
3. Mô tả thí nghiệm
* XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬT LIỆU CỦA HỢP KIM AZ31
Các thí nghiệm kéo đơn trục
Tính toán các hằng số vật liệu cho tiêu chuẩn giới hạn dẻo
0
f h a d b
Đường cong ứng suất-biến dạng tại 1000C
ả
8/19/2019 Bao cao 01-2016
18/47Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công áp lực của hợp kim Magie dạng tấm p. 18
3. Mô tả thí nghiệm
Thí nghiệm biến dạng phẳng Thí nghiệm kéo đơn trục
Bảng hằng số vật liệu tại 1000C
8/19/2019 Bao cao 01-2016
19/47
Mô hình hóa PTHH
ô hì h hó
8/19/2019 Bao cao 01-2016
20/47Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 20
4. Mô hình hóa PTHH
* Mô hình hình học thí nghiệm Erichsen
Mô hình hình học thí nghiệm Erichsen.
Sơ đồ bố trí thí nghiệm Erichsen
Mô hình hình học
4 Mô hì h hó PTHH
8/19/2019 Bao cao 01-2016
21/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 21
4. Mô hình hóa PTHH
* Mô hình hình học thí nghiệm dập chỏm cầu
Mô hình hình học thínghiệm dập chỏm cầu
Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm dập chỏm cầu
4 Mô hì h hó PTHH
8/19/2019 Bao cao 01-2016
22/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 22
4. Mô hình hóa PTHH
* Mô hình hình học thí nghiệm uốn VMô hình học thí nghiệm uốn VSơ đồ uốn V (Huang và Chen)
Mẫu thử Bề dày
(t, mm)
Bề rộng
(W, mm)
Chiều dài
(L, mm)
L1
2
12
60
L4 16
L7 24
T1 2 16T2 48
T44
16
T5 48
T76
16
T8 48
Kích thước phôi trongthí nghiệm uốn V
4 Mô hì h hó PTHH Mô hình phần tử hữu hạn
8/19/2019 Bao cao 01-2016
23/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 23
4. Mô hình hóa PTHH Mô hình phần tử hữu hạn
Mô hình chia lưới thí nghiệm Erichsen
Mô hình chia lưới thí nghiệm dập chỏm cầu
Mô hình chia lưới thínghiệm uốn V
4 Mô hì h hó PTHH
8/19/2019 Bao cao 01-2016
24/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 24
4. Mô hình hóa PTHH
Mô hình tiếp xúc.Giải thuật ASTS (automatic surface to surface) được dùng để định
nghĩa tiếp xúc giữa tấm phôi và các dụng cụ trong thí nghiệm.
Quan hệ ứng suất biến dạng
vật liệu tấm phôi AZ31.
Mô hình vật liệu.
Vật liệu AZ31 1000C
Khối lượng riêng (Kg/m3) 1660
Hệ số Poisson 0.27
Mô đun đàn hồi (GPa) 34.3
Ứng suất chảy (MPa) 66
Mô đun cát tuyến (MPa) 1885
Hệ số anisotropy 2.21
C3 -1.55
C4 0.0831
Thông số vật liệu tấm phôi AZ31
4 Mô hì h hó PTHH Điề kiệ biê
8/19/2019 Bao cao 01-2016
25/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 25
4. Mô hình hóa PTHH Điều kiện biên
Điều kiện biên tấm phôi thínghiệm Erichsen và thínghiệm dập chỏm cầu
Điều kiện biên tấm phôi thínghiệm uốn V
4 Mô hì h hó PTHH Tải t tá d
8/19/2019 Bao cao 01-2016
26/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 26
4. Mô hình hóa PTHH
* Thí nghiệm Erichsen
Lực chặn phôi Vận tốc đầu chày
(s)
(N)
(s)
(mm/s)
Tải trọng tác dụng
Tấm chặn phôi được áp tải là 17kN, đầu chày được gán vận tốc
theo phương z, thời gian mô phỏng là 0.4s.
4 Mô hình hóa PTHH Tải t tá d
8/19/2019 Bao cao 01-2016
27/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 27
4. Mô hình hóa PTHH
* Thí nghiệm dập chỏm cầu
* Thí nghiệm uốn V
(s)
(N)
(s)
(mm)
(s)
(mm)
Tải trọng tác dụng
Tấm chặn phôi được áp tải là 20,4kN, đầu chày được gán vận tốc
theo phương
z,thời
gian mô phỏng
là 1,4s.
Đầu chày được gán chuyển vị đi xuống , thời gian mô phỏng là 10s.
8/19/2019 Bao cao 01-2016
28/47
So sánh kết quả mô phỏng và thí nghiệm
5 So sánh kết quả
8/19/2019 Bao cao 01-2016
29/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 29
5. So sánh kết quả
Tính toán giá trị tích phân Oyane Để thuận tiện cho việc đánh giá trạng thái pháhoại của phôi, tích phân Oyane được viết lại
như sau: 304
1 f h I C d C
/POST26
Đọc kết quả tại setthứ i+1
i=0, CHK=0
Tính giá trị I chocác phần tử phôi
CHK#0?hay i là
bước cuối?
Kết thúc
Đ
S
j=0
Ghi nhận phần tử j; Ghi nhận set i;;
CHK=1Ij≥1?
i là phầntử cuối ?
j=j+1
Đ
Đ
S
S
Lưu đồ kiểm tra pháhủy theo tích phân I.
5 So sánh kết quả
8/19/2019 Bao cao 01-2016
30/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 30
5. So sánh kết quả
Lưu đồ tính toán tích phân I
(Tính tích phân I)
INT1,,,,,
(Tính các đại lượng trung g ian)
(Lưu giá trị các ứng suất ch ính, ứng suất
tương đương, biến dạng dẻo)
ESOL,,,i,
1 2 3, , , ,
eqv p
1 2 3
3
h
3
h
eqv C
34
1 h
p
eqv I C d
C
i=1÷N
i=next(i)
Lưu giá trị i, I
5 So sánh kết quả Thí nghiệm Erichsen
8/19/2019 Bao cao 01-2016
31/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 31
5. So sánh kết quả Vị trí và thời điểm xuât hiện vết nứt đầu tiên được liệt kê trongbảng sau:
Độ sâu đầu chày
(Chỉ số Erichsen)
6mm
Vị trí vết nứt
(tính từ tâm phôi)
2,8mm
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0.3 3.4 6.5 9.6 12.6 15.8 18.9 22.1 25.2
I
r (mm)
Thí nghiệm Erichsen
5 So sánh kết quả Thí nghiệm dập chỏm cầu
8/19/2019 Bao cao 01-2016
32/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 32
5. So sánh kết quả
Mẫu Độ sâu phá hủy
(mm)Lực tác dụng (kN)
Vị trí theo bán kính
phôi (mm)
1 10.8 6.49 6.2
2 12.8 8.48 4.6
3 10.9 6.6 4.83
4 11.34 6.88 4.7
5 10.6 6.18 6.85
6 11 6.5 5.85
7 12.1 7.65 6.55
8 12.5 7.47 6.65
9 12.4 8.06 7.6
Giá trị trung bình 11.60 7.14 5.98
Kết quả thí nghiệm các mẫu tại 1000Ccủa David Hunt được tóm tắt trong bảng
Các mẫu phá hủy tiêu biểu
* Kết quả thí nghiệm của David Hunt
Thí nghiệm dập chỏm cầu
5 So sánh kết quả Thí nghiệm dập chỏm cầu
8/19/2019 Bao cao 01-2016
33/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 33
5. So sánh kết quả
* Tải trọng phá hủy
So sánh giữa kết quả mô phỏng thí nghiệm của lực phá hủy.
0
1
2
3
4
5
6
78
9
10
11
0 2 4 6 8 10 12 14 16
L
ụ c t á c d ụ n g ( k N )
Chuyển vị đầu chày (mm)
FEM
Điểm phá hủy
Khoảng lực phá hủy tronghí nghiệm
Thí nghiệm dập chỏm cầu
Giá trị mô phỏng 7,5kN, giá trị trung bình trong thí nghiệm
7.14kN, sai lệch 5%.
5 So sánh kết quả Thí nghiệm dập chỏm cầu
8/19/2019 Bao cao 01-2016
34/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 34
5. So sánh kết quả
* Độ sâu phá hủy
So sánh độ sâu phá hủy mô phỏng và thí nghiệm
Chuyển vị tại thời điểm xuất hiện phá hủy
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14
L ự c t á c d ụ
n g ( k N )
Độ sâu phá hủy (mm)
Thí nghiệm
Linear (Thí nghiệm)
Exp. Avg
FEM
10,86%
Thí nghiệm dập chỏm cầu
Giá trị mô phỏng 12,86mm,giá trị trung bình trong thínghiệm 11,6mm, sai lệch 10,86%.
5 So sánh kết quả Thí nghiệm dập chỏm cầu
8/19/2019 Bao cao 01-2016
35/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 35
5. So sánh kết quả * Vị trí phá hủy Vị trí phần tử phá hủy theo bán kính phôi
Phân bố các phần tử xuất hiện phá hủy
0.8
1
1.2
0 1 2 3 4 5 6 7
G i á t r ị t í c h p h â n I
Vị trí phần tử theo bán kính phôi (mm)
So sánh kết quả môphỏng và thí nghiệm về
vị trí xuất hiện vết nứt
5
6
7
8
9
4 5 6 7 8
L ự c t á c d ụ
n g ( k N )
Bán kính phá hủy (mm)
Thí nghiệm
FEMExp. Avg
Thí nghiệm dập chỏm cầu
(5,94)
Giá trị trung bình trongthí nghiệm là 5,98mm,sai số là 0,55%
5 So sánh kết quả Thí nghiệm uốn V
8/19/2019 Bao cao 01-2016
36/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 36
5. So sánh kết quả
Quan hệ giữa lực tác dụng và chuyển vị của đầu chày trong uốn-V
* Kiểm chứng mô hình PTHH
Giai đoạn (B)Giai đoạn (A) Giai đoạn (C)
Thí nghiệm uốn V
5 So sánh kết quả Thí nghiệm uốn V
8/19/2019 Bao cao 01-2016
37/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 37
5. So sánh kết quả
Sự thay đổi hình dạng của phôi trong quá trình uốn: trong quá trìnhbiến dạng, tại đường uốn xảy ra hiện tượng tạo thành vùng yên ngựa
Thí nghiệm uốn V
5 So sánh kết quả Thí nghiệm uốn V
8/19/2019 Bao cao 01-2016
38/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 38
5. So sánh kết quả
* Ảnh hưởng của bề rộng phôi
Ảnh hưởng của bề rộng phôi đến lực tác dụng
Thí nghiệm uốn V
L1: w=12mm
L4: w=16mm
L7: w=24mm
5 So sánh kết quả Thí nghiệm uốn V
8/19/2019 Bao cao 01-2016
39/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 39
5. So sánh kết quả
* Ảnh hưởng của bề rộng phôi
Ảnh hưởng của bề rộng phôi đến độ cao vùng yên ngựa
Thí nghiệm uốn V
Chiều cao vùng yên ngựa (δ) giảm khi bề rộng phôi (W) tăng
5 So sánh kết quả Thí nghiệm uốn V
8/19/2019 Bao cao 01-2016
40/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 40
5. So sánh kết quả
* Ảnh hưởng của bề rộng phôi
Ảnh hưởng của bề rộng phôi đến bề dày vùng yên ngựa
Thí nghiệm uốn V
Khi bề rộng tăng thì sự chênh lệch bề dày giảm.
L1: w=12mm
L4: w=16mm
L7: w=24mm
5. So sánh kết quả Thí nghiệm uốn V
8/19/2019 Bao cao 01-2016
41/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 41
5. So sánh kết quả
* Ảnh hưởng của bề dày phôi Ảnh hưởng của bề dày phôi đến lực tác dụng
Thí nghiệm uốn V
T1, T2: t=2mm
T4, T5: t=4mm
T7, T8: t=6mm
Phôi có bề dày càng lớn thì lực tác dụng càng lớn
8/19/2019 Bao cao 01-2016
42/47
5. So sánh kết quả Thí nghiệm uốn V
8/19/2019 Bao cao 01-2016
43/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 43
5. So sánh kết quả
Ảnh hưởng của bề dày phôi đến bề dày vùng yên ngựa
Thí nghiệm uốn V
T1, T2: t=2mm
T4, T5: t=4mm
T7, T8: t=6mm
Khi bề dày tăng thìsự chênh lệch bề dày tăng .
5. So sánh kết quả Thí nghiệm uốn V
8/19/2019 Bao cao 01-2016
44/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 44
5. So sánh kết quả * Khảo sát sự biến dạng của phôi sau khi dỡ tải (springback)
Biến dạng của phôi sau khi dỡ tải
Thí nghiệm uốn V
5. So sánh kết quả Thí nghiệm uốn V
8/19/2019 Bao cao 01-2016
45/47
Huỳnh Thanh Cường Nghiên cứu khả năng gia công của hợp kim Magie dạng tấm p. 45
5. So sánh kết quả * Khảo sát sự biến dạng của phôi sau khi dỡ tải (springback)
Kết quả khảo sát góc đàn hồi
nghiệm uốn
Nhìn chung, khi bề rộng tấm tăng thì góc đàn hồi tăng , tuy nhiêncó ngoại lệ đối với mẫu T8 (rộng 48mm, dày 6mm)
Khảo sát cho thấy góc đàn hồi khi dỡ tải có sự thay đổi phức tạp tùy theo thông số hình học của tấm phôi. Hiện tượng đàn hồi cần được khảo sát chi tiết hơn.
8/19/2019 Bao cao 01-2016
46/47
Kết luận và kiến nghị
6. Kết luận
8/19/2019 Bao cao 01-2016
47/47
6 ậ
* Kiến nghị
• Việc áp dụng tiêu chuẩn Oyane vào PP PTHH có thể được dùng để dự đoán độ sâu gia công cũng như vị trí xuất hiện phá hủy trong bàitoán gia công kim loại tấm.
• Các hiện tượng phức tạp như sự đàn hồi ngược, sự hình thànhvùng yên ngựa trong nguyên công uốn tấm có thể được khảo sát.Sự ảnh hưởng của các thông số trong quá trình gia công như hìnhhọc của tấm phôi, ma sát, … đến kết quả gia công có thể dự đoán được thông qua mô hình hóa PTHH.
* Kết luận Từ các kết quả mô phỏng đã thực hiện trên ta nhận thấy có thể sử dụng PP PTHH thông qua phần mềm ANSYS/LS-DYNA để nghiên
cứu khả năng gia công của kim loại Magie dạng tấm.
• Tiếp tục mở rộng nghiên cứu cho các yếu tố khác ảnh hưởng đếnquá trình gia công kim loại: tính chất vật liệu, ma sát giữa các bộphận, ...
• Thực hiện thí nghiệm để kiểm chứng kết quả mô phỏng.