Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: NGHIÊN CỨU CÁC BÀI THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ, KHAI THÁC THIẾT BỊ KÉO NÉN VẠN NĂNG THỦY LỰC BESTUTM 50 TẤN PHỤC VỤ ĐÀO TẠO

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
*****

BÁO CÁO ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG
Đề tài:
“NGHIÊN CỨU CÁC BÀI THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM, CHẾ TẠO
ĐỒ GÁ, KHAI THÁC THIẾT BỊ KÉO NÉN VẠN NĂNG THỦY LỰC
BESTUTM 50 TẤN PHỤC VỤ ĐÀO TẠO”
Những người thực hiện:
PGS.TS. Vũ Quý Đạc
ThS. Nguyễn Xuân Chung
TS. Phạm Thị Minh Huệ – Chủ nhiệm đề tài
TS. Nguyễn Văn Thịnh
ThS. Trần Thị Thu Thủy
ThS. Nguyễn Thị Thu Hường
ThS. Nguyễn Trí Dũng
ThS. Nguyễn Văn Luật
ThS. Khuất Đức Dương
ThS. Trần Nguyên Quyết
ThS. Lê Đăng Hà
Hà Nội, tháng 12 năm 2015
1


MỤC LỤC

2


DANH MỤC BẢNG BIỂU

3


DANH MỤC HÌNH VẼ

4


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
\

Ký

Trang

Giải thích

hiệu

ISO

Tiêu chuẩn Thế giới

7

ΓOCT
ASTM
DIN
GB
KS
CHLB
DSP
DGT
TCVN

Tiêu chuẩn Nga
Tiêu chuẩn Mỹ (ASTM Standard)
Tiêu chuẩn Đức (DeutscheNormen)
Tiêu chuẩn Trung Quốc (Guojia Biauzhun)
Tiêu chuẩn Hàn Quốc (Korean Standard)
Cộng hòa liên bang
Bộ vi điều khiển
Dầm giả tạo
Tiêu chuẩn nhà nước Việt Nam

7
7
7
7

7
16
32
35
40

5


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC
TT Ký hiệu

Đơn vị

Giải thích

1

σ

N/mm2

Ứng suất pháp

2

2

σtl

N/mm2

Ứng suất tỉ lệ của thép

2

3

E

N/mm2

Môdun đàn hồi vật liệu

13

4

Nz

kN

Lực dọc trục z

12

5
6
7
8

9

ε
F
Δl
l
μ

%
mm2
mm
mm

Biến dạng dọc tương đối
Diện tích mặt cắt
Biến dạng dọc tuyệt đối
Chiều dài chi tiết
Hệ số liên kết liên kết giữa hai

12
12
13
13
13

dầu thanh
Diện tích mặt cắt tại chỗ đứt của

15

mẫu thử sau phá huỷ
Diện tích mặt cắt nguyên ban

16

đầu của mẫu thử
Số lần thí nghiệm
Môđun đàn hồi trượt
Là tỉ số giữa lực kéo lớn nhất và

23
32
33
35
35
51
51
56
56

10
10
11
12
13

Fth
F0
m
G

tl

cm

2

mm

2

MN/mm

2

Trang

14
15
16

h
d
P

mm
mm
kN

diện tích mặt cắt ngang ban đầu
chiều cao mẫu thử

là đường kính mẫu
Lực

17
18
19

V
S
n

mm/ph
mm
Vòng

Vận tốc khi kéo
Bước ren
Số vòng

6


MỞ ĐẦU
1. Cơ sở lý luận và thực tiễn
Hiện nay,với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ
mang lại những lợi ích to lớn cho con người về tất cả các lĩnh vực kỹ thuật và
tinh thần. Để hòa nhập vào sự phát triển chung của các nước trong khu vực
cũng như các nước trên thế giới, Đảng và Nhà nước ta đã để ra mục tiêu trong
thời kỳ mới là thực hiện “Công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước”.
Muốn thực hiện “Công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước” một trong

những ngành cần quan tâm phát triển mạnh là Cơ khí chế tạo nhằm tạo ra các
sản phẩm có chất lượng cao, đảm bảo độ bền cứng và độ ổn định. Vì vậy,
công nghệ thử nghiệm xác định đặc trưng cơ học của vật liệu, lực tới hạn
trước khi đưa vào chế tạo các kết cấu cơ khí là việc làm rất cần thiết.
a. Tiếp cận tổng quan
Tìm hiểu các công trình nghiên cứu, các bài báo công bố trên các tạp chí
trong và ngoài nước, trên mạng internet, các mô hình thiết bị thí nghiệm của
các trường Đại học, Viện nghiên cứu. Tìm hiểu, trao đổi với những chuyên
gia có kinh nghiệm thông qua thư hoặc tổ chức các cuộc tọa đàm, hội thảo.
b.Tiếp cận từ thực tiễn đào tạo
Hiện nay các trường đại học kỹ thuật trên thế giới đều được trang bị các
máy thí nghiệm sức bền vật liệu để xác định các tính chất, đặc trưng cơ học của
vật liệu. Ngày nay, khi con người đang ngày càng tìm ra nhiều vật liệu mới có
nhiều ưu điểm so với các vật liệu truyền thống thì việc thực nghiệm đo đạc cơ
tính của các vật liệu đó là một việc rất cấp thiết. Để phục vụ cho công tác đào
tạo, ứng dụng trong công nghiệp, xây dựng, trên thế giới có các hãng chuyên
cung cấp các sản phẩm máy thí nghiệm cơ học như GUNT (CHLB Đức),
INSTRON (Hoa Kỳ), SSAUL BESTECH (Hàn Quốc), LIANGONG (Trung
Quốc)... Các máy thí nghiệm loại này ngày càng được hiện đại hóa, tích hợp
nhiều chức năng và có độ chính xác cao.

7


c.Tiếp cận từ thực trạng công nghệ và thiết bị
Xuất phát từ thực tế trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã có phòng thí
nghiệm sức bền vật liệu được trang bị máy kéo, nén vạn năng thủylực
BESTUTM 50 tấn. So với các máy kéo nén vạn năng của một số trường Đại
học như đại học Giao thông vận tải, đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên,...
sử dụng cơ cấu nâng hạ đầu kéo nén bằng trục vít, đai ốc thì máy thí nghiệm

BESTUTM 50 tấn có một số ưu điểm như:Hoàn toàn dẫn động thủy lực khả
năng truyền động êm, kích thước máy gọn nhẹ, cấu tạo đơn giản, dễ vận hành.
Có thể tạo ra lực kéo, nén khá lớn, làm việc tin cậy và tuổi thọ cao.
Nhưng thiết bị trên cũng còn một số nhược điểm sau:
Trên gối uốn sử dụng hai gối đỡ bản lề di động nên việc gá đặt và độ
chính xác khi đo chuyển vị bị hạn chế; chỉ thích hợp cho các bài toán uốn lốc
nhằm xác định góc uốn.
2.Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài
a. Tính cấp thiết
Để khai thác triệt để hiệu quả sử dụng của thiết bị đo có độ chính xác cao
trên vào chương trình đào tạo đại học, sau đại học, nghiên cứu khoa học,
chuyển giao công nghệ và ứng dụng vào quá trình sản xuấtvà nâng cao trình
độ chuyên môn của đội ngũ kỹ sư và cán bộ kỹ thuật cơ khí thì việc thiết kế
các đồ gá, xây dựng quy trình thí nghiệm uốn và kiểm tra ổn định, xác định
lực tới hạn của thanh chịu nén đúng tâm là việc làm rất cần thiết. Trên cơ sở
đó, chúng tôi thực hiện đề tài“Nghiên cứu các bài thực hành thí nghiệm, chế
tạo đồ gá, khai thác thiết bị kéo nén vạn năng thủy lực BESTUTM-50 tấn phục
vụ đào tạo”
Địa điểm: Phòng thí nghiệm Sức bền vật liệu - Trường Đại học Công
nghiệp Hà Nội vv,...

8


b.Mục tiêu nghiên cứu
* Mục tiêu chung:
Đáp ứng nhu cầu đào tạo và nghiên cứu khoa học hiện tại của các ngành
học kỹ thuật trong Nhà trường nói chung và của khoa Cơ khí và Công nghệ Ô tô
nói riêng;
Nâng cao trình độ của đội ngũ giảng viên và cán bộ nghiên cứu.

* Mục tiêu cụ thể:
Củng cố cơ sở lý luận cho sinh viên, học viên thông qua việc thí nghiệm,
từ đó giúp người học tự tìm hiểu và lý giải những sai số nhất định giữa lý
thuyết và thực nghiệm. Trang bị cho sinh viên những kỹ năng cơ bản và vận
hành các máy thí nghiệm, sử dụng các phần mềm thí nghiệm.
*Mục tiêu kinh tế - xã hội:
Nghiên cứu khai thác triệt để các công năng của các thiết bị thí nghiệm
đã được nhà trường trang bị. Giảm đáng kể chi phí đầu tư mua thiết bị mới,
góp phần tiết kiệm ngân sách cho giáo dục đào tạo.
- Nâng cao chất lượng bài giảng, phục vụ nhu cầu học tập thiết thực của
người học kiểm chứng lại cơ sở lý thuyết với kết quả thực tiễn tìm ra quy
trình vận hànhđơn giản, phù hợp nhất, giảm thời gian và chi phí cho quá trình
đào tạo:
- Góp phần ổn định và phát triển trang thiết bị trong phòng thí nghiệm
kết nối với các phòng thí nghiệm kỹ thuật trọng điểm khác của nhà trường.
*Mục tiêu khoa học công nghệ:
- Góp phần nâng cao năng lực nghiên cứu chuyên môn về lĩnh vực Cơ
học của cán bộ tham gia thực hiện đề tài.Đồng thời thúc đẩy hoạt động nghiên
cứu khoa học trong khoa và nhà trường.
- Góp phần đào tạo đội ngũ kỹ sư, thạc sỹ trong lĩnh vực Kỹ thuật Cơ khí
nói chung và bộ môn Cơ, Sức bền nói riêng.
-Bổ sung thêm nguồn tài liệu chuyên môn về quy trình thí nghiệm uốn
ba điểm xác định độ võng và góc xoay và kiểm tra ổn định và xác định lực tới
hạn của thanh chịu nén trong giáo trình, bài giảng, tài liệu chuyên khảo Sức
9


bền vật liệuphục vụ giảng dạy và đào tạo ngành công nghệ cơ khí và công
nghệ ô tô.
3. Đối tượng,phạm vi và nội dung nghiên cứu

a.Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu,thiết kế, chế tạo hệ thống đồ gá và quy trình vận hành thí
nghiệm uốn ba điểm xác định độ võng và góc xoay của dầm thép CT3 và
kiểm tra ổn định và xác định lực tới hạn của thanh chịu nén của thép đàn hồi
65Γtrên máy BESTUTM 50 tấn.
- Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng vận tốc kéo, tải trọng đến độ
võng và góc xoay của dầm thép CT3 chịu uốn ba điểm. Trên cơ sở đó, thiết kế
quy trình thao tác vận hành trên máy nhằm nâng cao độ chính xác của các
phép đo và giúp người học hiểu rõ sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm.
- Quan sát hiện tượng mất ổn định của thanh chịu nén. Xác định lực tới
hạn, ứng suất tới hạn của thanh bị nén theo Euler.
b. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan tình hình sản xuất và nghiên cứu các máy thí nghiệm uốn và
tính toán ổn định thanh thẳng trên thế giới và ở Việt Nam.Nghiên cứu và khai
thác tính năng công nghệ mới của máy kéo, nén vạn năng thủylực BESTUTM
50 tấn.
-Nghiên cứu lựa chọn và thiết kế tổng thể đồ gá uốn, thiết bị kiểm tra ổn
định của thanh chịu nén trên máy BESTUTM50 tấn. Phân tích lựa chọn
phương án đo đạc các thông số thí nghiệm uốn cách xác định độ võng và góc
xoay và kiểm tra ổn định, tính lực tới hạn của thanh chịu nén.
- Phân tích lựa chọn sơ đồ nguyên lý thiết kế đồ gá uốn, thiết bị kiểm tra
ổn định. Chế tạo, lắp ráp, điều chỉnh và vận hành đồ gá uốn và thiết bị kiểm
tra ổn định.
-Xây dựngtài liệu hướng dẫn quy trình vận hành, biên soạn các bài thực
hành thí nghiệm uốn, kiểm tra ổn định của thanh chịu nén trên máy
BESTUTM50 tấn.
10


4. Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện đề tài trên, chúng tôi áp dụng một số phương pháp sau:
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm: Khảo sát hệ thống các mô
hình, thiết bị sẵn có, nghiên cứu, thiết kế và chế tạo đồ gá, khai thác tính năng
công nghệ mới của thiết bị. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, xây dựng các bài thí
nghiệm theo mục tiêu đào tạo của Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội. Thiết
kế và chế tạo các thiết bị thí nghiệm đáp ứng yêu cầu của các bài thực hành.
- Phương pháp đồ họa kết hợp với các phần mềm (Inventer, cad,...) được
sử dụng để thiết kế đồ gá, thiết bị kiểm tra ổn định nhằm giảm thời gian và kinh
phí cho quá trình nghiên cứu.
- Sử dụng các thiết bị đo đạc và điều khiển điện tử hiện số để theo dõi và
kiểm tra các thông số công nghệ trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm
(thiết bị đo: độ võng, góc xoay,...), vẽ các đồ thị xác định đặc trưng cơ học
của vật liệu.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được sử dụng để xác định ảnh
hưởng của một số thông số: tải trọng, vận tốc đến độ võng và góc xoay của
dầm khi uốn ba điểm. Kiểm tra ổn định, xác định lực tới hạn... làm cơ sở cho
việc hoàn thiện thiết kế và chế tạo thiết bị uốn và kiểm tra ổn định và cơ sở so
sánh kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm.
5. Kết quả đạt được của đề tài
- Bộ đồ gá thí nghiệm uốn ba điểm.
- Bộ đồ gá thí nghiệm kiểm tra ổn định của thanh chịu kéo nén.
- Bài thí nghiệm đo độ võng và góc xoay của dầm chịu uốn ngang phẳng
- Bài thí nghiệm kiểm tra ổn định của thanh thẳng chịu nén.
- Xác định quy trình mất ổn định của thanh bị nén dọc trục và xác định
bằng thực nghiệm độ lớn của lực tới hạn.
- Kỹ năng cơ bản phân tích số liệu thí nghiệm và đo chuyển vị, vận hành
thiết bị thí nghiệm

11

Chương 1: TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT,
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
1.1.Lịch sử phát triển của các thí nghiệm uốn và kiểm tra ổn định vật liệu
Uốn và kiểm tra ổn định vật liệu là một phần thực nghiệm trong môn học
Sức bền vật liệu được xây dựng trên một số kết quả và giả thiết thí nghiệm
tương ứng với các bài toán cụ thể, sự lập luận trên cơ sở thực tế vừa mang
tính khoa học và giúp thiết lập các công thức tính toán ít phức tạp hơn về mặt
toán học.
Vào thế kỷ thứ 16, Leonardo da Vinci (1452-1519) là người đầu tiên minh
họa độ võng trong một số bản vẽ. Tuy nhiên, ông chưa được ghi nhận với bất
kỳ sự phát hiện công thức toán học nào. Người đầu tiên áp dụng toán học để
tính độ võng là Galiles (1564- 1642), bằng việc xét một dầm công - xôn làm cơ
sở cho thiết kế đóng tàu hàng hải như hình 1.1 [9]. Sau đó ông đã nghiên cứu
mở rộng với những dầm tựa đơn giản và đã rút ra được một số kết luận đột phá
như: “Một dầm đặt theo chiều dày thì chống uốn tốt hơn là đặt theo bề rộng”, “
Tải trọng tĩnh đặt vào một dầm công- xôn là tỷ lệ thuận với chiều dài bình
phương”, hay “một dầm rỗng khỏe hơn dầm đặc với cùng khối lượng, vật liệu”
[12].

Hình 1.1. Mô hình uốn dầm công – xôn của Galiles

Sau đó năm 1768, Robert Hooke (1635-1703) cũng đã có nhiều khám
phá quan trọng. Các nghiên cứu của ông về tính đàn hồi với mối quan hệ
tuyến tính giữa ứng suất và biến dạng. Ông đã áp dụng lý thuyết để chứng
12


minh rằng một dầm bị uốn thì một mặt bị căng, còn mặt kia bị nén, và các
biến dạng uốn sinh ra do ảnh hưởng trực tiếp của ứng suất pháp và ứng suất

tiếp. Các bài toán Sức bền vật liệu nghiên cứu ngày nay chủ yếu tuân theo
định luật Hooke [9], [12].
Trong thế kỷ 20, nhiều nhà khoa học khác cũng đã nghiên cứu về lý
thuyết biến dạng dẻo, đàn hồi nhớt, đàn hồi dẻo, lý thuyết từ biến,… giúp
chúng ta nghiên cứu sâu hơn và toàn diện hơn về độ bền, độ cứng vững và độ
ổn định của các bài toán thực tế theo sự phát triển của khoa học kỹ thuật.
Những khám phá của họ chính là cơ sở cho những thí nghiệm của ngày nay.
1.2. Tình hình sản xuất và nghiên cứu các máy thí nghiệm uốn, tính toán
ổn định trên thế giới và ở Việt Nam
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và yêu cầu từ thực tế nhiều
thiết bị thử nghiệm sức bền đã phát triển rất mạnh từ các thiết bị giản
đơnnhững năm 1780khi cuộc cách mạng công nghiệp diễn ra ở các nước
Châu Âu. Vào cuối những năm 1850, David Kirkaldy đã chế tạo thành công
máy thử nghiệm sức bền có hỗ trợ của thủy lực [1], [10]. Các máy thử nghiệm
sức bền cho phép xác định các đặc trưng cơ học của vật liệu như kéo, nén,
uốn, cắt, bóc, xé rách vật liệu của các nước như Anh, Đức, Nhật Bản, Hàn
Quốc,vv… được phát triển mạnh mẽ. Mỗi nước sản xuất máy có cấu tạo khác
nhau nhưng nguyên lýđể kiểm tra độ bền, độ cứng và độ ổn định của vật liệu
thì phụ thuộc vào đặc trưng cơ học và tính chất hóa lý của từng vật liệu và kết
quả cần đạt được của sản phẩm thử nghiệm tuân theo tiêu chuẩn thế giớiISO
các nước trên thế giới như ASTM, DIN,ΓOCT, GB và KS.
1.2.1.Tình hình trang bị và sử dụng thiết bị thí nghiệm uốn ở Việt Nam

Thiết bị uốn có rất nhiều loại và được dùng phổ biến nhất ở rất nhiều
nước trên thế giới trong đó có cả Việt Nam chúng ta như máy uốn thủy lực,
máy uốn cơ điện, …
13


14

1.2.1.1.Máy thí nghiệm uốn xiên
Ở Việt Nam hiện nay, bên cạnh
một số trường được trang bị máy thí
nghiệm hiện đại thì về cơ bản hệ
thống các máy thí nghiệm sức bền vật
liệu phục vụ đào vẫn đang sử dụng
các máy đã cũ, kích thước cồng kềnh,
tích hợp ít chức năng, đo đạc thủ
công, độ chính xác không cao như
máy thí nghiệm uốn xiên tại phòng
thí nghiệm sức bền vật liệu - Trường
đại học Giao thông Vận tải Hà Nội

Hình 1.2. Hình ảnh máy thí nghiệm
uốn xiên

[3].
Máy thí nghiệm uốn xiên hình 1.3 cho phép kiểm tra bền và xác định
chuyển vị cho dầm tại vị trí mặt cắt nguy hiểm nhất của dầm.
1.2.1.2. Máy kéo, nén, uốn vạn năng WE-1000B của hãng JINGYUAN
(Trung Quốc) ở trường Đại học Giao thông vận tải
Năm 2005, trường Đại học Giao thông vận tải có trang bị máy kéo nén
vạn năng WE-1000Bcủa Trung Quốc như hình 1.3 [3].

Hình 1.3.Hình ảnh máy kéo, uốn vạn năng thủy lực của hãng JINGYUAN

1-mỏ kẹp phần kéo; 2-trục vitme; 3-phần uốn; 4- đồng hồ đo giá trị mẫu;
5-quả pulô; 6-nút điều chỉnh máy.

15


*Cấu tạo máy:Khoang giữa và phần uốn 3 có tác dụng tạo ra lực để thử
mẫu. Phần điều chỉnh máy 6 để điều chỉnh tốc độ uốn và lực tác dụng lên
mẫu.Phần ghi kết quả thử nghiệm được đồng hồ 4 và quả pulô 5 vẽ lên giấy.
*Nguyên lý hoạt động:Cặp mẫu thử vào cơ cấu kẹp số 1, sau đó điều
chỉnh nút điều chỉnh 6 để điều chỉnh tốc độ cơ cấu chấp hành để bắt đầu kéo
(nén) thử mẫu. Trong quá trình uốn thì đồng hồ đo lực 4 và đồng hồ đo độ
dãn dài làm việc, sau đó cơ cấu vẽ cơ học (pulô) số 5 sẽ vẽ biểu đồ trên giấy.
Quá trình thử nghiệm uốn song ta gạt cần gạt đảo chiều để cơ cấu kẹp về vị trí
ban đầu, tháo mẫu kiểm ra và đo kiểm kích thước của phôi mẫu.
*Ưu điểm:Có thể dùng để xác định đặc trưng cơ học nhiều loại vật liệu
khác nhau như thép, composite,vv…
* Nhược điểm: Chỉ uốn được lực tải trọng dưới 100 (tấn). Quá trình uốn
thì cơ cấu vẽ cơ học (pulô) vẽ biểu đồ và chuyển đổi dữ liệu ra máy tính sẽ có
sai lệch của giá trị khá lớn.
1.2.1.3.Máy kéo, nén, uốn vạn năng cơ điện - BESTUTM 50MD
Năm 2013, phòng thí
nghiệm Sức bền vật liệu
của trường Đại học Công
nghiệp Hà Nội được trang
bị máy kéo, nén cơ điện
BESTUTM 50MDcủa hãnh
Saubestech – Hàn Quốccó
thể dùng để kiểm định chất
lượng sản phẩm, độ bền, độ
cứng cho các sản phẩm kim
loại, nhựa, cao su, giấyvà
các ngành khác với tải

trọng tối đa 50 kN như trên
hình 1.4[13].

Hình 1.4.Hình ảnh máy kéo, uốn vạn
năng cơ điện kiểu trục cơ BESTUTM
50MD

16


1- đế máy; 2- đồ gá uốn; 3-thiết bị đo biến dạng; 4- chày gia tải; 5- hộp
thân máy; 6- ụ động; 7- cảm biến lực; 8- bộ điều khiển bằng tay; 9- máy tính
*Cấu tạo: Với kết khung gia tải kiểu hai cột với 3 cụm chính: Cụm thân
máy, cụm truyền động và cụm điều khiển.
*Nguyên lý hoạt động: Sau khi gá kẹp mẫu trên gối uốn sử dụng phần
mềm máy tính điều khiển máy thực hiện thí nghiệm kéo hoặc uốn mẫu.
Chuyển động chính là chuyển động của ụ động 5, được truyền động từ động
cơ điện, qua bộ truyền xích đến hai trục vít me – đai ốc bi. Lực kéo (uốn)
được đo bằng cảm biến lực 6 lắp ngay trên ụ động 5. Độ biến dạng của mẫu
uốn được đo bằng hành trình dịch chuyển của ụ động 5 trên hộp thân máy 4.
Sau khi thực hiện thí nghiệm, phần mềm máy tính 10 sẽ hiển thị các thông số
của thí nghiệm như thông số mẫu, ứng suất, biến dạng,… và biểu đồ quan hệ
của lực uốn – chuyển vị của mẫu thí nghiệm.
*Ưu điểm:Đây là thiết bị dễ sử dụng, phần mềm đi kèm theo máy dễ cài
đặt và thao tác.Tự động nhận dạng và hiệu chuẩn cảm biến lực.Khung thiết kế
gọn và vững chắc tăng khả năng an toàn và thuận tiện.
* Nhược điểm:Không thử nghiệm được với các mẫu thí nghiệm có kích
thước lớn.Chưa tự động hóa được khâu gá kẹp phôi mẫu.
1.2.2.Các thí nghiệm uốn đã được nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam
Để xác định các đặc trưng cơ học của vật liệu, đã có nhiều công trình

nghiên cứu thí nghiệm uốn trong phòng thí nghiệm và thực tiễn sản xuất làm
cơ sở so sánh kết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm. Điển hình là một số công
trình nghiên cứu sau:
Năm 2007, tác giả Eric R. Johnson and William J. Devenpor [16] đã
tiến hành nghiên cứu thí nghiệm uốn dầm công- xôn để xác định đặc trưng
tĩnh của dầm, mô- đun đàn hồi Young của vật liệu trong điều kiện có kiểm
soát nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí.
Các thiết bị được sử dụng trong thí nghiệm này bao gồm một dầm đơn,
khung (cơ cấu) được thiết kế bởi Durelli và các đồng nghiệp (1965) để đỡ
17


dầm, dụng cụ đo biến dạng của dầm, một kẹp tải – cho phép đặt tải trọng (các
quả cân) lên dầm với mục đích xác định các modun đàn hồi Young của vật
liệu như trên hình 1.5

Hình 1.5. Hình ảnh thí nghiệm uốn dầm công xôn với mẫu không bị phá hủy

Cũng trong nghiên cứu này các tác giả đã hướng dẫn cách tiến hành thí
nghiệm uốn dầm có hai mút thừa trong miền đàn hồinhư hình 1.6 được kết
nối với thiết bị đo để xác định độ võng góc xoay cũng như trường ứng suất
của dầm chịu uốn như trên hình 1.6.

Hình 1.6. Hình ảnh thí nghiệm uốn bốn điểm với mẫu không bị phá hủy

Hình 1.7. Thiết bị đo biến độ võng của dầm uốn bốn điểm với mẫu không bị
phá hủy

18

Năm 2004, tại phòng thí nghiệmVishay Measurements Group[17], đã
dùng sơ đồ thí nghiệm và cách chất tải giống như thí nghiệm uốn xiên. Mục
đích của thí nghiệm là giúp người học hiểu được tầm quan trọng của sự tập
trung ứng suất, xác định được hệ số tập trung ứng suất Kttrên mẫu thí nghiệm
có khoét lỗ.Tải trọng P được tăng dần nhờ thêm vào các quả cân ở đầu tự do
của dầm như trên hình 1.8.

Hình 1.8. Sơ đồ thí nghiệm xác định ứng suất tập trung

Hệ số tập trung ứng suất:

Kt =

σ B − MAX
σ B − NOM

(1.1)

Trong đó:σB-MAX-ứng suất lớn nhất xuất hiện tại vị trí sát lỗ khoét, MPa;
σB-NOM-ứng suất danh nghĩa, MPa.
Trong thời gian qua, ở nước ta cũng có rất nhiều phòng thí nghiệm và
các công trình nghiên cứu uốn các loại vật liệu khác nhau. Tại trường Đại học
giao thông vận tải đã cho sinh viên làm rất nhiều thí nghiệm như quan sát quỹ
đạo ứng suất chính (trường ứng suất) trong dầm uốn phẳng như hình 1.9 [3].

19


Hình 1.9.Hình ảnh thí nghiệm uốn ba điểm quan sát quỹ đạo trường ứng suất

Dầm có mặt cắt ngang chữ nhật làm bằng mica, mẫu được quét lớp
mỏng vật liệu dòn hai mặt bên của chiều cao dầm. Với ứng suất pháp trong
dầm uốn ngang là:
Mx
.y
σ z = Jx

(1.2)

Ứng suất tiếp được tính theo công thức Jugiapki:
Qy .S xFcat
τ yz =
τ zy
J x .b
=

(1.3)

Ứng suất theo hai phương chính:

σz
2 +
σ1=

σz
σ3= 2 -

 σ z  2


2
  + τ zy 
 2 


(1.4)

 σ z  2

2
  + τ zy 
 2 


(1.5)

Phương của hai phương chính:
τ yz

tg α 1 = - σ 1

(1.6)

τ yz

tg α 2 = - σ 2

(1.7)

Thí nghiệm quan sát được hình ảnh rất sinh động của quỹ đạo ứng suất

chính trong một dầm giản đơn chịu lực tập trung tại mặt cắt giữa dầm.
Từ năm 2008 đến nay tại phòng thí nghiệm Sức bền vật liệu của trường
Đại học Giao thông vận tải đã tiến hành thí nghiệm “đo ứng suất dầm uốn
thuần tuý”, dùng thiết bị đo biến dạng giai đoạn dầm làm việc trong giới hạn
đàn hồi để xác định giá trị ứng suất trong dầm. So sánh kết qủa đo được với
giá trị tính thông qua nội lực M x và mô mem chống uốn Wxnhằm kiểm tra tính
đúng đắn của lý thuyết. Tính ứng suất dầm uốn thuần túy thông qua thiết bị
đo ứng suất – biến dạng như sơ đồ và thiết bị trên hình 1.10.
20


Vt

Vd

Hình1.10. Sơ đồ thí nghiệm uốn bốn điểm xác định ứng suất của dầmchịu uốn

Dầm thép được đặt trên hai gối của giá thí nghiệm, hai quang treo trên
dầm được điều chỉnh sao cho khoảng cách từ chúng đến hai gối bằng nhau để
khi đặt quả nặng lên hai quang treo với cùng một giá trị thì đoạn ở giữa hai
quang treo là uốn thuần tuý. Ở đoạn dầm này có dán điện trở đo biến dạng ở
mặt trên và mặt dưới. Hai điện trở này được nối với máy đo biến dạng. Sau khi
quá trình tăng tải kết thúc ta bỏ dần quả nặng trên quang treo ra và đọc số liệu
trên máy đo với quá trình giảm tải về 0 kg. Khi tăng tải từ 0kg đến 9kg, ta có
sự thay đổi điện thế của ten xơ mét điện phía trên là 0,05 vôn, ten xơ mét phía
dưới là 0,065 vôn. Ứng sất lớn nhất là 21,6 daN/cm2, Ứng suất nhỏ nhất 19,66
daN/cm2. Từ số liệu trên cho thấy sự khác biệt giữa lý thuyết và thí nghiệm là
không đáng kể, các giả thiết để thành lập công thức tính là đáng tin cậy.
Năm 2014 tác giả Nguyễn Thành Vũ, Bùi Công Thành và các cộng sự tại
trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [15] đã

tiến hành thí nghiệm và tính toán các đặc trưng nứt cơ bản của một số loại bê
tông cường độ cao như trên hình 1.11.

21


Hình 1.11. Hình ảnh thí nghiệm phá hủy bê tông

Kết quả thí nghiệm uốn trên 3 điểm các mẫu dầm có đường nứt mồi đã
xác định được hệ số cường độ ứng suất giới hạn, độ bền nứt giới hạn, năng
lượng nứt và chiều dài đặc trưng của vùng phá huỷ bê tông của 2 loại bê tông
có cường độ chịu nén từ 60 MPa đến 80 MPa.
1.3.Tình hình sản xuất và nghiên cứu các máy thí nghiệm tính toán ổn
định trên thế giới và ở Việt Nam
1.3.1.Tình hình trang bị và sử dụng thiết bị thí nghiệm tính toán ổn định
trên thế giới và ở Việt Nam
Năm 2008, trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã xây dựng
phòng thí nghiệm cơ học trang bị máy
thí nghiệm WP 121 của hãng GUNT
Hamburg – Cộng hòa liên bang Đức
[2] để xác định lực tới hạn theo công
thức Euler như hình 1.12.

Hình 1.12. Máy thí nghiệm WP 121

1- khung chính; 2- thanh cong; 3- tường phía sau; 4-giá đỡ gắn phía
dưới; 5- giá gắn phía trên; 6- bộ phận giữ để tạo lực nén; 7-tải trọng làm
cong thanh
* Nguyên lý hoạt động: Lắp mẫu thí nghiệm vào giá gắn phía dưới 4 và

giá gắn phía trên 5. Chỉnh giá đỡ phía trên để thanh cong không bị hỏng khi bị
quá tải. Gia tăng tải trọng từ từ, khi gần được giá trị tải trọng tính toán làm
thanh cong thì chỉ tăng gia trọng từng cấp 1N để nhìn thấy rõ nét sự mất ổn
định của thanh như điểm cong. Máy thí nghiệm chỉ có thể gia tải từ 2- 32 N.
Do đó, có thể kiểm tra được các mẫu thí nghiệm kim loại có kích cỡ rất nhỏ,
hoặc các loại vật liệu composite.
Cũng trong thời gian này tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật Hưng Yên còn được trang bị thiết bị thí nghiệm kiểm tra ổn
định WP 120của hãng GUNT Hamburg- Cộng hòa liên bang Đức [2] như
22


hình 1.13.

23


Hình 1.13.Hình ảnh máy thí nghiệm độ ổn định WP 120

1-trụ gia tải;2- thanh ngang; 3-đồng hồ đo độ võng; 4- cảm biến đo lực;
5- khung đế; 6- đồng hồ đo lực; 7- thiết bị gia tải theo phương ngang; 8 mẫu
* Nguyên lý hoạt động:Cài mẫu có rãnh chữ V vào ổ đỡ và làm chặt
bằng ốc vít.Đặt thiết bị kiểm tra độ võng 3 theo phương thẳng đứng. Thanh
ngang 2 gia tải phải được kẹp chặt trên cột mà vẫn giữ khoảng cách 5mm để
dịch chuyển.Đầu tiên ta làm căng mẫu với lực nhỏ và tăng tải từ từ cho đến
khi lực không thay đổi.

1

* Nhược điểm:Chỉ kiểm tra ổn định

cho các mẫu thí thí nghiệm có lực tới hạn
nhỏ2000N. Kết quả thí nghiệm chưa
được kết nối với phần mềm vẽ đồ thị,
phải tính toán thủ công nên kết quả thí

2
3
4

nghiệm có nhiều sai lệch.
Năm 2007, bộ môn Sức bền Vật liệu
trường Đại học Giao thông Vận tải đã có

5
6

một máy thí nghiệm xác định lực tới hạn
của một thanh chịu lực ở đầu [3]. Máy thí
nghiệm này chế tạo dựa theo mẫu đã
được dùng ở cácphòng thí nghiệm của

24


Trung Quốc, Ấn Độ,...

như trên hình

1.14.
Các tác giả dùng thiết bị trên để xác định lực tới hạn của một thanh thép.

Hình 1.14. Thiết bị thí nghiệm xác

Nhưng trong thực tế, việc xác định lực tớihạn bằng thiết bị này thường không
định lực tới hạn

đạt được độ chính xác mong muốn và khóquan sát được thời điểm thanh bắt

1 - tải trọng; 2- đồng hồ đo chuyển vị;

đầu cong và chưa vẽ được biểu đồ thể hiện3-mối
quan tải
hệtrọng
giữavàlực
biến
tấm truyền
liênvà
khớp
trên;4- mẫu
thí nghiệm;5-khung đỡ; 6 - liên kết khớp dưới,
dạng.
Từ năm 2005, bên cạch các thiết bị cũ, cồng kềnh, đo đạc có nhiều sai
số, trường Đại học Giao thông Vận tải đã đầu tư thiết bị kéo, nén, uốn vạn
năng HFM – 50 tấncủa Mỹ. Nhằm khai thác công năng của các thiết bị thí
nghiệm, các nhà khoa học tại các phòng thí nghiệm Sức bền vật liệu đã
nghiên cứu cải tiến, khai thác thêm các tính năng công nghệ và xây dựng các
bài thí nghiệm mới. Năm 2012, tác giả Vũ Đình Lai và các cộng sự đã nghiên
cứu xây dựng bài thí nghiệm ổn định thanh bị nén trên máy kéo nén vạn năng
HFM50 tấn [9] như trên hình 1.15.

Hình 1.15. Sơ

mẫu thí nghiệm ổn
thẳng chịu nén

đồ bộ đồ gá và
định
thanh

1- tấm truyền tải

trọng và tạo

liên kết khớp trên;

2-

mẫu thử; 3- vít

điều chỉnh độ

lệch tâm và cố

định mẫu; 4-

mẫu thí nghiệm;

5- tấm chắn; 6-

tấm

trọng và tạo

truyền

tải

liên kết khớp dưới;
Với hệ thống

đầu kẹp

7- vít an toàn.
gá đặt hiện có

của máy HFM-50 tấn nhóm thực hiện đề tài đã thiết kế và đặt chế tạo thêm bộ
đồ gá chuyên dụng để có thể thực hiện thí nghiệm. Thiết bị thí nghiệm hoàn
toàn có thể tự động trong việc đo, ghi lực và chuyển vị cùng với sự trợ giúp của
25