Bao cao 01-2016

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


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


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


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


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


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



Thí nghiệm uốn V

Sự đàn hồi ngược Vùng yên ngựa

ả

8/19/2019 Bao cao 01-2016



* 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



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


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



* 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


8/19/2019 Bao cao 01-2016

22/47



* 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


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


8/19/2019 Bao cao 01-2016

24/47



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


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



* 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



* 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


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



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


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



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


8/19/2019 Bao cao 01-2016

33/47



* 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


Giá trị mô phỏng 7,5kN, giá trị trung bình trong thí nghiệm

7.14kN, sai lệch 5%.


8/19/2019 Bao cao 01-2016

34/47



* 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%


Giá trị mô phỏng 12,86mm,giá trị trung bình trong thínghiệm 11,6mm, sai lệch 10,86%.


8/19/2019 Bao cao 01-2016

35/47


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


(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



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)



8/19/2019 Bao cao 01-2016

37/47



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



8/19/2019 Bao cao 01-2016

38/47



* Ảnh hưởng của bề rộng phôi

Ảnh hưởng của bề rộng phôi đến lực tác dụng


L1: w=12mm

L4: w=16mm

L7: w=24mm


8/19/2019 Bao cao 01-2016

39/47




Ảnh hưởng của bề rộng phôi đến độ cao vùng yên ngựa


Chiều cao vùng yên ngựa (δ) giảm khi bề rộng phôi (W) tăng


8/19/2019 Bao cao 01-2016

40/47




Ảnh hưởng của bề rộng phôi đến bề dày vùng yên ngựa


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



* Ảnh hưởng của bề dày phôi Ảnh hưởng của bề dày phôi đến lực tác dụng


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


8/19/2019 Bao cao 01-2016

43/47



Ảnh hưởng của bề dày phôi đến bề dày vùng yên ngựa


T1, T2: t=2mm

T4, T5: t=4mm

T7, T8: t=6mm

Khi bề dày tăng thìsự chênh lệch bề dày tăng .


8/19/2019 Bao cao 01-2016

44/47


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



8/19/2019 Bao cao 01-2016

45/47


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.

Bao cao 01-2016

Documents

Transcript of Bao cao 01-2016