Luận án nghiên cứu ảnh hưởng gia nhiệt uốn thép tấm chế tạo chi tiết tàu thủy - Hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Minh, PGS.TS Nguyễn Đức Toàn

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Minh và PGS.TS Nguyễn Đức Toàn. Kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Hà Nội, ngày 06 tháng 10 năm 2020 TẬP THỂ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC NGHIÊN CỨU SINH PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Minh PGS.TS Nguyễn Đức Toàn Vƣơng Gia Hải i luan an LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Minh và PGS.TS Nguyễn Đức Toàn, ngƣời Cô và ngƣời Thầy đã tận tình hƣớng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng đào tạo (Trƣớc là Viện Sau đại học), Viện Cơ khí, Bộ môn Gia công vật liệu và Dụng cụ công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Tôi xin cảm ơn Ban lãnh đạo Trƣờng, Khoa Điện – Cơ, Bộ môn Cơ khí trƣờng đại học Hải Phòng đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi về thời gian và tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận án. Tôi xin cảm ơn Xƣởng thực hành Cơ khí trƣờng đại học Hải Phòng, Công ty TNHH Kỹ thuật Phúc Nghi, Xƣởng cơ khí An Dƣơng đã giúp đỡ, hỗ trợ tôi hoàn thành thực nghiệm của luận án này. Cuối cùng tôi xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, gia đình và ngƣời thân đã luôn ở bên động viên, khích lệ, ủng hộ và mong muốn tôi hoàn thành luận án này. Hà Nội, ngày 06 tháng 10 năm 2020 Nghiên cứu sinh Vƣơng Gia Hải ii luan an MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.

vii DANH MỤC CÁC BẢNG. ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ. xii MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN KẾT CẤU TÀU VỎ THÉP VÀ GIA CÔNG TẠO HÌNH CÓ GIA NHIỆT .1 Tổng quan về tàu vỏ thép .1 Các kiểu tàu thông dụng .2 Kết cấu tàu vỏ thép .2 Uốn tạo hình .3 Ảnh hƣởng của nhiệt độ khi gia công .1 Ảnh hƣởng của nhiệt độ .2 Một số phƣơng pháp gia nhiệt phổ biến .3 Ƣu và nhƣợc điểm của các phƣơng pháp gia nhiệt .4 Gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ .2 Nguyên lý gia nhiệt .3 Cuộn dây cảm ứng .5 Một số nghiên cứu về gia công tạo hình có gia nhiệt .1 Nghiên cứu trong nƣớc .2 Nghiên cứu ngoài nƣớc.

23 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1. LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG DẺO, VẬT LIỆU VÀ MÔ HÌNH BIẾN CỨNG .1 Lý thuyết biến dạng dẻo .1 Khái quát về biến dạng dẻo. Quan hệ giữa ứng suất - biến dạng trong biến dạng dẻo .1 Biểu đồ kéo nén kim loại .2 Hiệu ứng Bauschinger .2 Hiện tƣợng đàn hồi lại sau quá trình biến dạng tạo hình. 41 iii luan an 2.2 Những ảnh hƣởng của hiện tƣợng đàn hồi lại đối với sản phẩm sau khi tạo hình .3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiện tƣợng đàn hồi lại sau biến dạng tạo hình .3 Biến dạng dẻo trong tạo hình kim loại tấm .1 Biến cứng kết hợp (combined hardening).2 Biến cứng đẳng hƣớng (isotropic hardening) .3 Biến cứng động (kinematic hardening).4 Các mức nhiệt độ tạo hình .5 Các mô hình thuộc tính của vật liệu .1 Thực nghiệm thử kéo .1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm thử kéo ở nhiệt độ cao .2 Máy thử kéo, hệ thống gia nhiệt và dụng cụ đo.2 Kết quả thử kéo .7 Xác định các thông số vật liệu.1 Ở điều kiện nhiệt độ phòng .1 Xác định các thông số mô hình Voce’s .2 Mô phỏng số quá trình kéo/nén bằng phần mềm ABAQUS/CAE .2 Ở điều kiện nhiệt độ 3000C .1 Xác định các thông số mô hình Voce’s .2 Mô phỏng số quá trình kéo/nén bằng phần mềm ABAQUS/CAE .3 Ở điều kiện nhiệt độ 6000C .1 Xác định các thông số mô hình Voce’s .2 Mô phỏng số quá trình kéo/nén bằng phần mềm ABAQUS/CAE.

62 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG GIA CÔNG UỐN CHI TIẾT HÌNH CHỮ V .1 Xây dựng mô hình thực nghiệm uốn chi tiết hình chữ V ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao .1 Sơ đồ hệ thống thực nghiệm .2 Thiết lập thực nghiệm .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. 71 iv luan an 3.1 Thực nghiệm uốn chi tiết hình chữ V ở nhiệt độ phòng .1 Kết quả góc uốn thực nghiệm .2 Kết quả lực tạo hình thực nghiệm .2 Mô phỏng quá trình uốn chi tiết hình chữ V ở nhiệt độ phòng .1 Mô hình mô phỏng và kết quả phân tích phần tử hữu hạn .2 Kết quả mô phỏng uốn chi tiết hình chữ V ở nhiệt độ phòng .3 Đề xuất và xác định các tham số của mô hình hóa bền kết hợp .3 Thực nghiệm và mô phỏng uốn kiểm chứng chi tiết hình chữ V ở nhiệt độ cao .1 Thực nghiệm uốn chi tiết hình chữ V ở nhiệt độ cao .1 Kết quả góc uốn các chi tiết thực nghiệm khi uốn có gia nhiệt .2 Kết quả lực tạo hình thực nghiệm uốn có gia nhiệt .2 Mô phỏng uốn chi tiết hình chữ V ở nhiệt 3000C và 6000C. 98 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3.

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA .1 Thiết kế thực nghiệm .1 Phƣơng pháp Taguchi .2 Lựa chọn các tham số đầu vào cho các thực nghiệm .3 Một số khái niệm [21] .1 Tỷ số nhiễu S/N .2 Hệ số Fisher .3 Phân tích phƣơng sai .4 Thiết kế thực nghiệm .5 Điều kiện thí nghiệm .2 Nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông số công nghệ đến lực tạo hình khi uốn thép tấm SS400 trong môi trƣờng gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ .1 Kết quả thí nghiệm .2 Mức độ ảnh hƣởng của các tham số công nghệ đến lực tạo hình và xây dựng bộ tham số tối ƣu .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 trƣờng gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ .1 Kết quả thí nghiệm. Mức độ ảnh hƣởng 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 ƣu .3 Xây dựng mô hình biến dạng đàn hồi sau quá trình uốn tạo hình khi uốn thép tấm SS400 trong môi trƣờng gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ .4 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 trƣờng gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ .5 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 trƣờng gia nhiệt bằng cảm ứng điện từ.6 Phân tích phần tử hữu hạn kiểm chứng uốn chi tiết trong tàu thủy .1 Xác định các tham số T, Rch và H cho gia công uốn chi tiết trong tàu thủy .2 Mô phỏng kiểm chứng quá trình uốn chi tiết trong tàu thủy. 129 KẾT LUẬN CHƢƠNG 4. 129 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

131 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 139 vi luan an DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải Đơn vị LAM Laser – Assisted Machining – Gia công gia nhiệt bằng laser PEM Plasma Enhanced Machining – Gia công gia nhiệt bằng plasma EAM Electricity – Assisted Machining – Gia công gia nhiệt bằng dòng điện FAM Furnace heating – Assisted Machining – FAM – Gia công gia nhiệt bằng lò nung IAM Induction heating - Assisted Machining – Gia công gia nhiệt bằng cảm ứng từ FEM Finite Element Method – Phƣơng pháp phần tử hữu hạn J–C Johnson – Cook SS Structural steel NCS Nghiên cứu sinh δ Chiều sâu thâm nhập của trƣờng điện từ mm ρ Điện trở suất của dòng điện Ωm µ Độ thẩm từ của môi trƣờng phụ thuộc bản chất kim loại H/m f Tần số dòng điện Hz Bán kính chi tiết khi có tải mm Bán kính chi tiết khi dỡ tải mm R Bán kính uốn mm t Chiều dầy chi tiết mm DTF Hàm truyền biến dạng FDM Mô tả lực tác dụng Góc biến dạng đàn hồi Độ Bán kính chi tiết sau biến dạng đàn hồi mm  Ứng suất MPa F Lực kéo N A0 Diện tích mặt cắt ngang mm2  Biến dạng % l1 Độ dài mẫu thử kéo sau khi kéo mm l0 Độ dài mẫu thử kéo ban đầu mm l Biến dạng dài sau khi thử kéo mm E Hệ số modul đàn hồi của vật liệu N/mm2 U Điện áp V I Cƣờng độ dòng điện A Giới hạn chảy của vật liệu MPa M Mô men uốn Nmm w Chiều rộng của dầm mm h Chiều cao dầm mm  iso Ứng suất chảy tƣơng đƣơng đơn trục MPa ξ Sự khác biệt ứng suất đo từ tâm của mặt dẻo MPa Sj Phần lệch của những ứng suất hiện tại MPa ζj Giá trị hiện tại của ứng suất MPa vii luan an ζm Giá trị hiện tại của ứng suất trung bình MPa  Ứng suất ngƣợc MPa 0  Góc uốn chi tiết C Tham số hóa bền của mô hình biến cứng động học MPa  Tham số hóa bền của mô hình biến cứng động học A Tham số vật liệu của mô hình đẳng hƣớng thể hiện sự thay MPa đổi kích thƣớc lớn nhất miền biến dạng dẻo B Tham số vật liệu của mô hình đẳng hƣớng đánh giá tốc độ phát triển của miền biến dạng dẻo 0 T Nhiệt độ nung phôi C H Chiều sâu dịch chuyển của chày mm PTN Lực tạo hình thực nghiệm N Pmp Lực tạo hình mô phỏng N P Sai lệch lực tạo hình giữa thực nghiệm và mô phỏng % Rch Bán kính chày uốn mm S/N Tỷ số nhiễu MSD Đặc tính chất lƣợng sản phẩm PTC Lực tạo hình tính toán theo công thức N SPC Góc đàn hồi tính toán Độ c Góc chi tiết tính toán theo công thức Độ RUC Bán kính chi tiết sau tạo hình tính toán theo công thức mm viii luan an DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các ƣu và nhƣợc điểm của các phƣơng pháp gia nhiệt [21] .2 Hiệu quả nung nhiệt của các phƣơng pháp thiết kế cuộn dây cảm ứng (%) [23].3 Cơ tính của thép tấm AMS5604 ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau [12] .1 Thành phần hóa học thép SS400 .2 Thông số kỹ thuật máy cắt dây CNC GS-4050B .3 Thông số kỹ thuật của máy kéo/nén HUNGTA H-200A .