CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU

Trang 1

NHÓM 5

CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU

Trang 3

1 Biến dạng và ứng suất

3 Mối liên hệ giữa biến dạng,

ứng suất và nhiệt độ

Tổng quan

Trang 4

Ứng suất và biến dạng

Trang 5

Trang 6

m m m

Trang 7

Đồ thị về mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trên thực tế và theo kỹ thuật như hình sau:

Trang 8

Trang 9

Giới hạn chảy dẻo

Được xác định bằng cách dựng đường đi qua điểm trên trục hoành có ε = 0.2% song song với đường OA cho cắt đồ thị ( σ – ε ) Tung độ của giao điểm thu được cho ta giới hạn chảy dẻo

Trang 10

Quan hệ giữa nhiệt độ và

độ biến dạng

Trang 12

Tổng quan

NỘI DUNG CHÍNH

Phương pháp kéo

Phương pháp nén Phương pháp xoắn

Các phương pháp khác

Trang 13

II PHƯƠNG PHÁP KÉO

Phương pháp kéo là một trong những phương pháp cơ bản nhất trong xác định cơ tính của vật liệu trong gia công kĩ thuật

Nhìn chung khi nhắc đến lí thuyết về kéo, ta có thể chia làm 2 nhóm lí thuyết chính: kéo khối và kéo tấm

Trang 14

1.Lí thuyết về kéo khối

Phương pháp tiến hành thí nghiệm là điều khiển chuyển vị (load controlled)

Mẫu thí nghiệm kéo

Nguồn:

http://bainite.wordpress.com/2 007/05/29/blue-steel/

Trang 15

Kết quả đo đạc trong thí nghiệm sẽ cho ta đường

cong kĩ thuật

Đường ứng suất-biến dạng kĩ thuật

Nguồn: [3]

Trang 16

Đường cong trên được xây dựng từ 2 công thức cơ bản:

Ứng suất :σz = P/A0 (Lực / diện tích ban đầu) Biến dạng dài tương đối: e = ∆L/L0 ( biến dạng dài/ chiều dài ban đầu)

Trang 17

*Ứng suất chịu kéo tối đa

(Ultimate tensile stress):

thường được sử dụng để đánh

giá khả năng chịu lực kéo của

vật liệu

max 0

b

P A

Giới hạn chảy dẻo (ứng suất chảy dẻo), thường

được lấy ở mức ngoại lực P sao cho biến dạng dẻo tương đương ở mức 0.10.2%, từ đó ta có

( 0.001 0.002 ) ys

Trang 18

*Đường cong Ứng suất-Biến dạng thực

Biến dạng của vật liệu khi chịu kéo nhằm thoả điều kiện về bảo toàn vật chất Nguồn:http://www1.us.elsevierhealth.com/books.elsevier/companionsites/Jenk insKhanna/mmd/axial-tension/axial_tension_2a.html

Trang 19

σ ε

0

(1 )

P A

σ = + ε

Trang 20

Sự khác biệt giữa đường cong kĩ thuật và đường cong thực

Nguồn:http://oregonstate.edu/instruct/engr322/Homework/AllHomework/S07/ ENGR322HW2.html

Trang 21

*Đường cong Ứng suất-Biến dạng hiệu chỉnh

Kết quả thí nghiệm ứng với 2 loại vật liệu khác nhau

Nguồn:http://www.hsc.csu.edu.au/engineering_studies/application/lift/3210

Mô phỏng sự hình thành nút thắt ở thí nghiệm kéo

Nguồn:http://www.schenectady.k12.ny.us/users/pattersont/IBDT

%20Website/year1.html

Trang 22

Khi thực hiện tính toán về ứng suất nếu có sự hình thành về nút thắt, Bridgman đã đưa đến các công thức sau :

Trang 23

3 đường cong mà ta xây dựng và sự khác biệt giữa chúng

Nguồn:

http://www.studyblue.com/notes/note/n/chapter-7-mechanical-properties/deck/3929258

Trang 24

2.Lí thuyết về kéo tấm

Một mẫu thí nghiệm dạng tấm dùng trong thí nghiệm kéo

Các thông số được lưu ý sẽ là Δw=w-w0 và Δl=l-l0

Trang 25

Một ví dụ về đường Lực-Biến dạng của vật liệu dạng tấm

*Độ giãn dài tối đa ETot (Total Elongation): được tính bằng công thức sau

l

−

Trang 26

Trang 27

• n là hệ số góc của đoạn biến dạng dẻo

• log K là hàng số ban đầu của đường thẳng

n

K

σ = ε log( )σ = log( )K + nlog( )ε

Trong đường cong thực, khi P đủ lớn, ta có một giai đoạn

mà ứng suất và biến dạng cỏ thể được biểu diễn bằng hàm

hay

Trang 28

*Tính bất đẳng hướng của dạng tấm phẳng

Mô phỏng quá trình cán và sự bất đẳng hướng của vật liệu ở dạng tấm

Chính quá trình tạo hình đã làm cho sản phẩm dạng

tấm có tính bất đẳng hướng

Trang 29

Các vị trí khác nhau của mẫu thử trong kéo vật liệu tấm và

sự khác biệt của chúng

Giá trị R (R-value) dành cho vật liệu bất

đẳng hướng

0

0 0

ln ln

w w R

w l wl

=

Trang 30

Giá trị R trung bình, còn gọi là tỉ số bất đẳng hướng

cũng được tính theo công thức

0 90 2 45

4

R và ∆ R dùng để đánh giá ứng xử của vật liệu ở

dạng tấm trước ngoại lực đa hướng

Trang 31

3 Các phương pháp thí nghiệm kéo

* Phương pháp thông thường

Mục đích:

Thực hiện thí nghiệm kéo nhằm thu được biểu đồ ứng suất – biến dạng, xác định các thuộc tính kéo và nhờ vậy thu được thông tin về các ứng xử cơ học của vật liệu

Hệ thống thí nghiệm:

Một thiết bị thử nghiệm kéo

Trang 32

*Có xét tới ảnh hưởng của nhiệt :

Thiết bị kéo có nghiên cứu tác động của nhiệt độ

•Hệ thống kiểm tra Gleeble:

Trang 33

Mục tiêu

Vật liệu ứng xử khác nhau ở nhiệt độ khác nhau Đối với một số vật liệu giòn, tạo hình được bằng phương pháp kéo là một việc khó khăn ở nhiệt độ thường Do đó,

phương pháp thí nghiệm này cho ta một giá trị nhiệt độ của các vật liệu mà tại đó ta có thể tạo hình chúng theo mong muốn tuy nhiên sẽ không hoàn toàn làm mất đi cơ tính của vật liệu sau khi đã làm nguội

Trang 34

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình kéo của 1 vật liệu

Trang 35

Ảnh hưởng của gia nhiệt đến sự thay đổi nhiệt tích mặt cắt ngang

Trang 38

Các lĩnh vực ứng dụng :

Trang 39

2 Ứng xử của vật liệu và các công thức tính toán

Trang 40

E A

= ∫

Trang 41

Thiết bị thí nghiệm

3.Phương pháp thí nghiệm và thiết bị thí nghiệm

Trang 42

Phương pháp Ring Compression Test

Các phương pháp nén nóng (Hot-Compression Test)

Kết quả thí nghiệm

Trang 43

Plain-Strain Compression Test

Khi mà độ ma sát bề mặt khá cao, phương pháp

này thích hợp đối đối mẫu

dạng tấm hoặc đĩa mỏng

Bề rộng nên gấp 6-10 lần bề

ngang

Trang 45

IV PHƯƠNG PHÁP XOẮN

Có 2 loại thí nghiệm vật liệu bằng phương pháp xoắn: phương pháp xoắn thông thường và phương pháp xoắn nóng

Trang 46

1.Cơ sở lí thuyết của phương pháp xoắn

a.Phương pháp xoắn thông thường

• Có 2 loại phá hủy:

+ Phá hủy phân bố (Fracture-controlled failures):

biến dạng phân bố tương đối đồng đều trước khi xảy ra hư hỏng

+ Phá hủy tập trung (Flow-localization-controlled

failures) : biến dạng tập trung trong một khu vực

cụ thể của mẫu vật bằng kim loại hoặc phôi trước khi quá trình nứt gãy xảy ra

Trang 47

• Kim loại mới thường được chế tạo trong môi

trường có nhiệt độ cao

• Việc lựa chọn nhiệt độ bao nhiêu có thể làm cho cấu trúc vi mô và tính chất vật liệu không đạt được khả năng cao nhất của vật liệu

• Phương pháp xoắn nhiệt là một phương pháp thử nghiệm vật liệu dưới một môi trường có nhiệt độ cao nhưng kiểm soát được

1.Cơ sở lí thuyết của phương pháp xoắn

b.Phương pháp xoắn nóng

Trang 48

2.Các thông số có thể xác định được

• Điều kiện để hình thành nên sự phá hủy tập trung

Trang 49

• Điều kiện để hình thành nên sự phá hủy tập trung

Trang 50

• Thiết bị thí nghiệm

3.Phương pháp và thiết bị thí nghiệm

Trang 51

b.Phương pháp xoắn nóng

Trang 52

b.Phương pháp xoắn nhiệt

Trang 54

• Có 5 phương pháp:

1 Phương pháp Cupping Test

2 Phương pháp LDH Test

3 Phương pháp Hydraulic Bulge Test

4 Phương pháp thực nghiệm đo hệ số ma sát

5 Phương pháp Cơ nhiệt

V.Một số phương pháp thí nghiệm vật liệu khác

Trang 55

1.Phương pháp Cupping Test

• Dùng để xác định giới hạn kéo (giãn) của một vật

liệu

• Kết quả thí nghiệm có hình dạng như một chiếc

tách nên có tên gọi như trên

• Thực tế, phương pháp này cũng được chia thành

nhiều phương pháp thí nghiệm khác nhau, cụ thể là Erichsen ở châu Âu, Olsen ở Mĩ, sau này còn có

phương pháp Fukui

Trang 56

1.Phương pháp Cupping Test

http://thelibraryofmanufacturing.com/sheetmetal_basics.html

Trang 57

Thiết bị thực hiện các dạng Cupping Test

http://tecmec.ing.unibs.it/en_pages/laboratori.htm

Trang 58

MaximumBlankDiameter LDR

PunchDiameter

=

http://www.unitedtest.com/cp/html/?215.html

Trang 59

Sự khác biệt giữa 3 phương pháp [3]

Trang 60

Phương pháp Cupping Test với một kết quả tương đối chính xác

Source:

http://www.thefabricator.com/article/stamping/key-design-princ iples-for-successful-deep-drawing

Trang 61

Kết quả của thí nghiệm Erichsen dissimilar-metal-joining-of-zinc-coated-steel-and-aluminum-

alloy-by-laser-roll-welding

Trang 62

2.LDH Test

• Để khắc phục sự thiếu chính xác khi xác định bán kính cong, người ta đề ra thêm một thông số khác cũng liên quan đến thí nghiệm này là giới hạn

chiều cao đỉnh nón LDH (Limit Dome Height)

• Ta sẽ đo chiều cao lớn nhất của hình nón ta tạo thành, qua đó tìm ra giá trị độ dài tăng thêm của mẫu vật

Trang 63

So sánh kết quả tìm được bẳng LDH Test với các lí

thuyết khác [3]

(Phần mũi tên là giá trị LDH đo được của các loại vật

liệu)

Trang 64

So sánh kết quả tìm được bẳng LDH Test với các lí

thuyết khác [3]

(Phần mũi tên là giá trị LDH đo được của các loại vật liệu)

Trang 65

3.Hydraulic Bulge Test

Kiểm tra mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng, có xét đến sự thay đổi bề dày của mẫu vật dạng tấm phẳng, không có hệ số ma sát giữa vật nặng và mẫu, qua đó cho kết quả chính xác hơn các phương pháp thông thường khác

Trang 66

Thiết bị được sử dụng trong Hydraulic Bulge Test [6]

Trang 67

Kết quả của Hydraulic Bulge Test [6]

Trang 68

Mẫu vật thí nghiệm [6]

a) Mô phỏng vật liệu và lực đẳng hướng b)Bất đẳng hướng

Trang 69

4.Phương pháp thực nghiệm đo

hệ số ma sát

( ) ( )

exp

2 ln

exp

n

A A

ε

ε µ

=     ÷     ÷ ÷   

Trang 70

5.Phương pháp Cơ nhiệt (THERMOMECANICHAL PROPERTIES TEST)

Các phương pháp cơ nhiệt dùng

để đo lường, ước lượng các giá trị đặc trưng của vật liệu có ảnh hưởng trong quá trình gia công và tạo hình: nhiệt

dung riêng , hệ số giãn nở vì nhiệt , hệ

số khuếch tán nhiệt độ , khối lượng

riêng

Trang 71

a.Nhiệt dung riêng

Enthalpy (H): tổng nhiệt lượng ( hay năng lượng)

khi đẳng áp Từ đó cho ta khái niệm về nhiệt dung riêng đẳng áp Cp là sự thay đổi của Enthalpy theo

dT

−

=

Trang 72

DSC cho ta kết quả chính xác hơn, tuy nhiên quy trình thí nghiệm và thiết bị lại phức tạp hơn.

Phương pháp DSC Phương pháp DTA

Trang 73

b.Khối lượng riêng và hệ số nhiệt giãn nở

Hệ số nhiệt giãn nở (CTE) cho ta khả năng giãn

nở dài của vật liệu với mỗi đơn vị nhiệt độ thay đổi 3 phương pháp chính để xác định CTE là sử dụng

Quartz Dilatometer, Vitreous Silica Dilatometer và Interferometer

Trang 74

1 sơ đồ thiết bị đo Hệ số nhiệt giãn nở sử dụng

Quartz Dilatometer

Trang 75

c.Hệ số truyền nhiệt – Hệ số ứng xử nhiệt

Với K là hệ số ứng xử nhiệt, D là hệ số truyền nhiệt, Cp là nhiệt dung riêng đẳng áp và ρ là khối lượng riêng của vật liệu, ta có

5.Phương pháp Cơ nhiệt (THERMOMECANICHAL

PROPERTIES TEST)

p

Trang 76

Có 2 phương pháp thường được sử dụng để

xác định các hệ số này là phương pháp đo dòng

nhiệt với các đĩa (Heat Flow Meter and Guarded

Plate Method) và phương pháp laser (Laser Flash

Technique)

5.Phương pháp Cơ nhiệt (THERMOMECANICHAL PROPERTIES

TEST)

Trang 77

Phương pháp đo bẳng các đĩa

Trang 78

Phương pháp Laser

Nguồn: [4]

Trang 79

• Với hệ số truyền nhiệt, phương pháp đơn giản và hiệu quả nhất được sử dụng là đo đạc sự khác

biệt về nhiệt độ của mẫu vật tại những vị trí khác nhau theo từng khoản thời gian khác nhau Từ đó xây dựng mô hình truyền nhiệt và tính ra thông

số ta cần

• Ngoài ra, khi đã có đầy đủ các yếu tố trên, việc

tính toán hệ số truyền nhiệt là đều hoàn toàn có

thể thực hiện được

Trang 80

Thanks for your attention

Trang 81

*Các tài liệu tham khảo chính

[1] Improvement of the characterisation method of the johnson-cook model-

MAXIME JUTRAS

[2] Mechanics of Sheet Metal Forming-Z Marciniak , J.L Duncan,

S.J Hu

[3] _2011 Metal_Forming Mechanics_and_Metallurgy- William

F.Hosford, Robert M.Caddell

[4] Handbook of Workability and Process Design- George E.Dieter,

Howard A.Kuhn, S.Lee Semiatin

[5] Cơ học phá huỷ -Trương Tích Thiện

[6] DETERMINATION OF FLOW STRESS BY THE

HYDRAULIC BULGE TEST - J SLOTA, E SPISÁK

Định dạng
Số trang	81
Dung lượng	4,5 MB