Thí nghiệm mô phỏng thanh chịu xoắn bằng CAE_TRẦN MAI VĂN

Báo cáo CAE – Thầy Trần Mai Văn

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẬM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỀ TÀI : Thí nghiệm mô phỏng thanh
chịu xoắn.
GVHD: TRẦN MAI VĂN

TP HCM 12/2016

Võ minh phụng - 13144097

Page 1


Báo cáo CAE – Thầy Trần Mai Văn



I.

Sản phẫm : Thanh trang trí ở hành lang - lang cang, cầu thang, …
Chọn vật liệu: Thép AISI-1015[20-2000F(20-1100)]

LỜI MỞ ĐẦU :
o Hiện nay đất nước có xu hướng xây dựng những công trình có quy mô lớn
và khang trang hơn. Một trong những yếu tố quan trọng giúp cho công trình
đó hay dự án đó thêm thành công là còn nhờ phần trang trí nội thất bên trong
lẫn bên ngoài. Đối với xu hướng hiện nay thì đòi hỏi sản phẫm đó phải bắt
mắt, nhưng giá thành lại thấp, bền, đem lại vẽ mỹ quan cho ngôi nhà hay

công trình đó. Ưu điểm của thanh xoắn này là rất dể chế tạo, chi phí gia công
và thời gian thấp. sản phẫm bắt mắt, đảm bảo độ cứng vững, bền, giá thành
thấp,…

II.

QUY TRÌNH CHẾ TẠO :
o

Quy trình chế tạo thanh xoắn định hình trang trí gồm có:
o

Bước 1: Chọn vật liệu thép AISI-1015[20-2000F(20-1100)], với kích
thước phôi 500x20x2 mm.

Hình dạng của phôi

Võ minh phụng - 13144097

Page 2


Báo cáo CAE – Thầy Trần Mai Văn

o

Bước 2: kẹp phôi với 2 đầu kẹp
- Độ sâu kẹp : 40 mm

o

Bước 3 : Kẹp phôi và chọn phần mềm mô phỏng
- Xoắn 2 đầu kẹp ngược chiều nhau với tốc độ và một lực để chi tiết
tạo hình đúng với thiết kế. Chúng ta có thể nhờ sự hổ trợ của phần
mềm Deform – 3D để xem độ biến dạng của chi tiết và ứng suất
tác động lên nó. Dựa vào những kết quả thu được ta sẽ chọn được
tốc độ xoắn, lực xoắn, xoắn nguội hay nóng,…để chúng ta có được



chi tiết đúng như yêu cầu.
Hình ảnh đúng yêu cầu

Võ minh phụng - 13144097

Page 3


Báo cáo CAE – Thầy Trần Mai Văn

o

Bước 4 : Đánh giá kết quả và đưa ra kết luận

CÁC VẤN ĐỀ ĐẶC RA :

III.

Vật liệu:
Để đảm bảo độ cứng vững và hợp giá thành ta chọn vật liệu thép AISI1.

-

-

1015[20-2000F(20-1100)].
Chọn độ Mesh (chia lưới cho chi tiết) :
 Ta phải chọn giá trị Mesh từ 30000 trở lên để chi tiết chúng ta khảo sát
không bị khuyết tật.

Võ minh phụng - 13144097

Page 4


Báo cáo CAE – Thầy Trần Mai Văn


Giả sử ta mô phỏng chi tiết với độ Mesh là 30000, tốc độ xoắn hai đầu
kẹp là 60 vòng/phút, xoắn nguội ở nhiệt độ thường 200 ta thu được kết
quả.



Tương tự ta mô phỏng cho những giá trị Mesh từ 40000-60000 ta thu
được bảng số liệu và biểu đồ sau:

Mesh
Stress(MPA)
o

30000
83

40000
80

50000
79

60000
78

Biểu đồ thể hiện giá trị chia lưới và ứng suất tác dụng lên chi tiết



Theo như biểu đồ cho thấy thì khi ta tăng giá trị mesh từ 30000 – 60000



thì ứng suất giảm xuống.
Điều này chứng tỏ mật độ chia lưới cho chi tiết càng cao thì ứng suất tác
động lên tại vùng chia càng giảm xuống. Nhưng lực xoắn cho chi tiết đó

2.

với lượng Mesh tương ứng thì như thế nào?
Lực xoắn cho chi tiết:

Võ minh phụng - 13144097

Page 5


Báo cáo CAE – Thầy Trần Mai Văn


Chúng ta chọn công suất máy đủ để tạo hình cho chi tiết đạt như yêu cầu
thiết kế.
o Ta có bảng số liệu như sau:



Mesh

30000

40000

50000

60000

Tons-SI

0.021

0.015

0.0119

0.0138

Với giá trị mesh là 30000 thì lực xoắn là 0.021 tons-SI nhưng khi ta tăng giá
trị Mesh lên 40000 – 50000 thì lực xoắn lại giảm, nhưng khi ta tiếp tục tăng
lên 60000 thì lực xoắn lại tăng. Dưới đây là biểu đồ thể hiện sự chia lưới cho
vật liệu và lực xoắn cho chi tiết:



Như vậy ứng với giá trị Mesh là 40000 - 50000 là giá trị tối ưu cho
phương pháp xoắn thanh thẳng với kích thước 500x20x2 mm. vì khi ta
tăng mật độ chia lưới lên 40000 – 50000 thì lực xoắn tại vùng biến dạng
giảm xuống giúp cho quá trình gia công dể dàng hơn và đặc biệt là giúp
cho máy hoạt động hiệu quả trong thời gian dài. Lực xoắn lớn nhất 0.015
tons-SI với độ Mesh ta chọn là 40000. Lực xoắn hai đầu thanh thay đổi



ổn định theo vòng xoắn.
3. Nhiệt độ, ứng suất và tốc độ vòng quay trục xoắn:
Bảng số liệu ứng suất của vật liệu so với ứng suất bền của vật liệu theo nhiệt
độ với tốc độ 30 vòng/phút :

20
600
1000

Ứng suất mô phỏng (MPA)

80
83
85

Võ minh phụng - 13144097

Page 6

Ứng suất vật liệu (MPA)
87,02264
79,77057
47,862


Báo cáo CAE – Thầy Trần Mai Văn


Ứng với tốc độ xoắn thanh là 30 vòng/phút thì ứng suất trên thanh tăng dần
theo nhiệt độ và ứng suất lớn nhất ở 10000C là 85 MPA lớn hơn rất nhiều so
với ứng suất bền của vật liệu nên không thể nào chế tạo được. Như ta thấy
thì chi tiết chỉ cần xoắn nguội ở 200C thì chi tiết đạt được hình dáng đẹp, chi



tiết không biến dạng, dị tật mà vẫn đảm bảo ứng suất bền của vật liệu.
Hình ảnh của mô phỏng:



Bảng số liệu ứng suất của vật liệu so với ứng suất bền của vật liệu theo nhiệt

độ với tốc độ 60 vòng/phút :
Nhiệt độ 0C
20
600
1000



Ứng suất mô phỏng (MPA)
80
82
58

Ứng suất vật liệu (MPA)
87,02264
79,77057
47,862

Ứng với tốc độ xoắn thanh là 60 vòng/phút thì ứng suất trên thanh tăng dần
theo nhiệt độ từ 20 – 600 và ứng suất lớn nhất ở 6000C là 82 MPA lớn hơn

Võ minh phụng - 13144097

Page 7


Báo cáo CAE – Thầy Trần Mai Văn
so với ứng suất bền của vật liệu nên có thể chế tạo được. Như ta thấy thì chi
tiết chỉ cần xoắn nguôi ở 200C thì chi tiết đạt được hình dáng đẹp, chi tiết
không biến dạng, dị tật mà vẫn đảm bảo ứng suất bền của vật liệu.



Bảng số liệu ứng suất của vật liệu so với ứng suất bền của vật liệu theo nhiệt
độ với tốc độ 120 vòng/phút :
Nhiệt độ 0C
20
600
1000



Ứng suất mô phỏng (MPA)
75
76
56

Ứng suất vật liệu (MPA)
87,02264
79,77057
47,862

Khi ta tăng tốc độ vòng quay trục xoắn lên thì ứng suất tác dụng lên chi tiết
giảm xuống, từ nhiệt độ 20 – 6000C ứng suất xoắn chi tiết so với ứng suất
bền vật liệu vẫn đảm bảo cho chi tiết nằm trong vùng chế tạo được, tuy
nhiên khi ta xoắn nóng 10000C thì ứng suất bền của vật liệu đã bị phá vở và
chi tiết không chế tạo được.

Võ minh phụng - 13144097

Page 8


Báo cáo CAE – Thầy Trần Mai Văn


Như ta thấy thì chi tiết chỉ cần xoắn nguôi ở 200C thì chi tiết đạt được hình
dáng đẹp, chi tiết không biến dạng, dị tật mà vẫn đảm bảo ứng suất bền của
vật liệu.



Ta có thêm bảng số liệu và biểu đồ mối quan hệ ứng suất với tốc độ và
nhiệt độ tương ứng

Nhiệt độ 0C
stress( 30v/ph) MPA
stress (60v/ph) MPA
stress (120v/ph) MPA
ứng suất của vật liệu MPA




20
80
80
75
87,02264

600
83
82
76
79,77057

1000
85
58
56
47,862

Với bảng số liệu và thông qua biểu đồ cho thấy
Khi ở cùng nhiệt độ thường 200C, nếu ta tăng tốc độ xoắn của vật liệu thi
ứng suất trên thanh giảm xuống, không cần nung vật liệu, mà chi tiết vẩn
đảm bảo tính bền và đạt được hình dáng đúng như yêu cầu. Nhưng nếu ta

Võ minh phụng - 13144097

Page 9


Báo cáo CAE – Thầy Trần Mai Văn
nung chi tiết lên ở vùng xoắn ấm 6000C hoặc vùng xoắn nóng 10000C thì
ứng suất tác dụng lên chi tiết tăng theo và có thể vượt qua khỏi phạm vi
ứng suất cho phép của vật liệu.


Nguyên nhân ứng suất giảm khi ta tăng nhiệt độ gia công: Đó là lúc vật liệu
bắt đầu bị chảy loãng nên chi tiết rất dể bị biến dạng và đồng thời ứng suất



trên chi tiết được giảm xuống.
Nguyên nhân ứng suất tăng khi ta giảm tốc độ trục xoắn đi hai lần: vì khi ta
giảm tốc độ thi thời gian chúng ta xoắn sẽ dài hơn chi tiết được biến dạng từ
từ và có thể bị biến cứng, nên khi đó ứng suất tác động lên chi tiết được tăng
theo.

4.

Chi tiết bị phá hủy :



Nguyên nhân: khi chi tiết đạt được giá trị ứng suất lớn nhất tại vùng tập
trung ứng suất và khi vượt quá số vòng quay của trục xoắn, nếu đối với

Võ minh phụng - 13144097

Page 10


Báo cáo CAE – Thầy Trần Mai Văn
tốc độ trục xoắn là 60v/ph như hình trên thì chi tiết sẽ bắt đầu bị phá hủy
khi trục xoắn quay được 19 vòng.
IV.

KẾT LUẬN CHO QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG THANH XOẮN :


Như vậy ta dựa vào công suất của máy để chọn ra giá trị Mesh tương thích




cho quá trình mô phỏng là 40000 – 50000.
Vì lúc này ứng suất được giảm đi trong quá trình gia công.
Chúng ta chỉ cần xoắn nguội ở nhiệt độ 200C mà không cần phải nung chi



tiết lên để đảm bảo được ứng suất bền của vật liệu.
Lực xoắn của máy chỉ từ 0,015 – 0,0138 tons-SI và tốc độ trục quay là 120
vòng / phút ta chỉ cần cho trục máy quay 6 vòng là đủ để tạo hình chi tiết
đúng như yêu cầu.

Võ minh phụng - 13144097

Page 11