Ảnh hưởng của các phương pháp xử lý bề mặt kết cấu đến ứng suất tập trung ứng suất dư trong liên kết hàn góc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
—–o∆o—–

VÕ TRẦN MINH NHỰT

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP
XỬ LÝ BỀ MẶT KẾT CẤU
ĐẾN ỨNG SUẤT TẬP TRUNG & ỨNG SUẤT DƯ
TRONG LIÊN KẾT HÀN GÓC

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Cơng Trình DD & CN
Mã số ngành: 60 58 02 08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp.Hồ Chí Minh, Tháng 1-2015


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học:
Cán bộ hướng dẫn 1: TS. LÊ VĂN PHƯỚC NHÂN

Cán bộ hướng dẫn 2: TS. BÙI ĐỨC VINH

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. ĐINH THẾ HƯNG

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. PHÙNG MẠNH TIẾN

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh,

ngày 22 tháng 12 năm 2014.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS NGUYỄN VĂN HIỆP – Chủ tịch Hội đồng
2. TS. NGUYỄN MINH LONG – Thư ký Hội đồng
3. TS. ĐINH THẾ HƯNG – Phản biện 1
4. TS. PHÙNG MẠNH TIẾN – Phản biện 2
5. TS. TRẦN VĂN PHÚC – Thành viên Hội đồng

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KTXD

PGS.TS Nguyễn Văn Hiệp

TS Nguyễn Minh Tâm


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
—o0o—

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
—o0o—

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: VÕ TRẦN MINH NHỰT

Phái: Nam

Ngày sinh: 22 – 02 – 1990
Chuyên ngành: Xây Dựng Dân Dụng – Công Nghiệp
Khóa: 2013

Nơi sinh: TP.HỒ CHÍ MINH
MSHV: 13210150

I. TÊN ĐỀ TÀI:
“Ảnh hưởng của các phương pháp xử lý bề mặt kết cấu đến ứng suất tập trung
& ứng suất dư trong liên kết hàn góc”

I. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
• Tìm hiểu một số phương pháp xử lý bề mặt kết cấu thép cũng như đường

hàn đang được áp dụng tại Việt Nam, chú trọng đến việc xử lý bề mặt
bằng phương pháp phun bi.
• Xác định ứng suất dư và ứng suất tập trung trong liên kết hàn góc khi có

và khơng có xử lý bề mặt.
• Đánh giá ảnh hưởng của các phương pháp xử lý bề mặt đến ứng suất dư

và ứng suất tập trung trong liên kết hàn góc.
• Xây dựng mơ hình 3D phân tích ứng xử của liên kết hàn, xác định ứng

suất dư và ứng suất tập trung bằng PTHH.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07 – 07 – 2014
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 22 – 12 – 2014

V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
- TS. LÊ VĂN PHƯỚC NHÂN
- TS. BÙI ĐỨC VINH


Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chun Ngành thơng
qua.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 7 tháng 7 năm 2014
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ TỊCH
HỘI ĐỒNG NGÀNH

TRƯỞNG KHOA


Lời cảm ơn
Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Phước Nhân và thầy Bùi
Đức Vinh đã tận tình giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực hiện luận văn. Thầy
đã cung cấp những tài liệu rất quý giá cho luận văn và đưa ra những gợi ý hợp
lý vào những thời điểm khó khăn trong quá trình nghiên cứu. Tơi đã học được ở
thầy phương pháp làm nghiên cứu khoa học, các kiến thức mà một người nghiên
cứu cần phải có, đây chính là mục tiêu chính của luận văn tốt nghiệp thạc sĩ.
Xin dành tặng luận văn này đến gia đình của tơi. Xin gửi lời cảm ơn chân thành
nhất đến ba, mẹ của tôi. Cảm ơn ba, mẹ đã động viên con và tạo mọi điều kiện
thuận lợi nhất để con yên tâm hoàn thành tốt nhiệm vụ học tập của mình. Có
thể nói, nếu khơng có gia đình của mình bên cạnh, tơi sẽ khơng thể hồn thành
được luận văn này.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến các anh học chung cao
học, các bạn bè thân thiết, những người đã luôn sát cánh hỗ trợ tôi trong suốt

thời gian làm luận văn. Xin được cảm ơn sâu sắc đến Giám đốc và các Anh Chị
trong Ban QLDA-ADB-TCT Cấp Nước SG đã tạo mọi điều kiện và giúp đỡ tơi
trong q trình thực hiện luận văn này.
Với những tình cảm đó, tơi tự hứa sẽ ln cố gắng phấn đấu để xứng đáng với
tình cảm của mọi người dành cho mình.

Võ Trần Minh Nhựt

i


TÓM TẮT
Ứng suất tập trung và ứng suất dư trong liên kết hàn góc là hai nhân tố
chủ yếu gây nên phá hoại mỏi cho kết cấu chịu tải trọng động. Việc làm giảm
hai loại ứng suất này đóng vai trò quan trọng trong việc tăng độ bền mỏi cho
kết cấu. Ngày nay, trong q trình gia cơng chế tạo kết cấu thép, trước khi sơn
phủ bảo vệ cấu kiện, người ta thường tiến hành xử lý bề mặt bằng phương pháp
phun bi nhằm mục đích làm sạch, loại bỏ các bụi bẩn, tăng độ bám dính cho
cấu kiện được sơn. Tuy nhiên, ảnh hưởng của quá trình này lên hai loại ứng suất
trên trong liên kết hàn góc vẫn chưa được xem xét trong các tiêu chuẩn về thiết
kế mỏi. Trong luận văn này, thí nghiệm đo đạc và khảo sát ảnh hưởng của hai
loại ứng suất trên sẽ được thực hiện với bốn loại mẫu, mẫu không xử lý, mẫu xử
lý mài ngay tại chân đường hàn và hai mẫu phun bi với đường kính khác nhau.
Kết quả thực nghiệm cho thấy ứng suất tập trung sẽ giảm gần 45% đối với mẫu
mài và giảm 12% với hai mẫu phun bi. Với ứng suất dư, kết quả cho thấy mẫu
phun bi với đường kính lớn hơn giảm gần 50% và mẫu phun bi đường kính nhỏ
giảm gần 30%. Như vậy, có thể thấy rõ ràng ảnh hưởng của quá trình xử lý trước
sơn phủ đến hai loại ứng suất, từ đó làm tăng tuổi thọ mỏi của kết cấu.
Từ khóa: Ứng suất tập trung; Ứng suất dư; Xử lý bề mặt; Tuổi thọ
mỏi; Liên kết hàn góc; Nhiễu xạ tia X; Phương pháp phần tử hữu hạn

ii


ABSTRACT
Concentration and Residual stresses in fillet welded joints are two main factors causing fatigue damage for cyclic loading steel structure. The reduction of
these stresses has a significant role in improving fatigue strength. Nowadays, in
fabrication process, before coating to protect the structure, it is often to carry
out a surface treatment by blasting to clean, removing dust, increasing adhesive property of applied components. However the effect of surface treatment on
these stresses of fillet welded joints is not considered in Fatigue Design Codes.
In this thesis, experimental measurement and investigation of two stresses above
were carried out on four types of fillet welded joints: as-welded specimens, burrgrinding specimens at the weld toe and two types of blasting specimens with
different diameters. The experimental results show that the concentration stress
decreases approximate 45% for burr-grinding specimen, 12% for two types of
blasting specimens in comparision with that of as welded specimens. With residual stress, the results show that the larger diameter blasting specimens decreased
about 50% while the smaller one decreased approximate 30% in comparision with
that of as welded specimens. Thus, it can be included that surface treatment by
blasting influences on two types of stresses which increase the fatigue life of
structures.
Keywords: Stress concentration; Residual stress; Surface treatment;
Fatigue life; Fillet weld; X-ray diffraction; Finite element method

iii


Lời cam đoan
Tôi tác giả của luận văn này cam đoan rằng.

Luận văn này là cơng trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện
dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Văn Phước Nhân và TS. Bùi Đức Vinh.

Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận văn này là trung thực và
chưa từng được công bố dưới bất kỳ hình thức nào.
Các giá trị tham khảo là chính xác, khơng có chỉnh sửa.
Tơi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Tp.Hồ Chí Minh, ngày 7 tháng 12 năm 2014
Học viên

Võ Trần Minh Nhựt

iv


Mục lục
Trang
Danh sách hình vẽ

viii

Danh sách bảng biểu

xi

1 Giới thiệu
1.1 Giới thiệu chung về hiện tượng mỏi trong liên kết hàn . . . . . . . .
1.2 Các nguyên nhân gây phá hoại mỏi . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.1 Cơ chế phá hoại mỏi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu mỏi của kết cấu
dụng liên kết hàn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2.1 Ứng suất . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2.2 Các yếu tố khác . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3 Sơ lược về xử lý bề mặt kết cấu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4 Động lực nghiên cứu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5 Mục tiêu và giới hạn của đề tài . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5.1 Mục tiêu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5.2 Giới hạn đề tài . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6 Phương pháp nghiên cứu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6.1 Khảo sát bằng thực nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6.2 Khảo sát bằng mơ hình PTHH . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7 Ý nghĩa của đề tài . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7.1 Ý nghĩa thực tiễn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7.2 Ý nghĩa khoa học . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.8 Cấu trúc luận văn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1
1
4
4

. .
. .
. .
sử
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .

. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .

4
4
5
7
8
9
9
9
10
10
10
11
11
11
11

.
.
.
.

.

.
.
.

12
12
12
12
13

2.1.1.3

Ứng suất kết cấu (Hotspot stress) . . . . . . . . . . . .

15

2.1.1.4

Ứng suất do ảnh hưởng của khấc (Notch stress) . . . .

16

2 Tổng quan nghiên cứu
2.1 Ứng suất tại vị trí đường hàn . . . . . . . . . . . . . .
2.1.1 Ứng suất tập trung . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.1.1 Thành phần ứng suất trong đường hàn
2.1.1.2 Ứng suất danh định (nominal stress) .

v

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.


2.2

2.3

2.4

2.1.2 Ứng suất dư . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Phương pháp xác định ứng suất tập trung . . . . . . .
2.2.1 Hiện tượng tập trung ứng suất tại đường hàn .
2.2.2 Hệ số tập trung ứng suất tại đường hàn . . . .
2.2.3 Phương pháp xác định ứng suất tập trung và hệ
Phương pháp xác định ứng suất dư . . . . . . . . . . .
2.3.1 Khái niệm nhiễu xạ tia X . . . . . . . . . . . .
2.3.2 Nguyên lý nhiễu xạ - Công thức Bragg . . . . .
2.3.3 Phương pháp tính ứng suất thơng qua nhiễu xạ
Phương pháp xử lý bề mặt . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.1 Phương pháp đầu mài (Burr grinding) . . . . .
2.4.2 Phương pháp phun bi . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
số Kpeak

. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .

3 Khảo sát thực nghiệm
3.1 Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Kích thước mẫu thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Đặc trưng vật liệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4 Chế tạo mẫu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5 Nguyên lý khảo sát thực nhiệm . . . . . . . . . . . . . .
3.5.1 Ứng suất tập trung . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.2 Ứng suất dư . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6 Quy trình thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.1 Ứng suất tập trung . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.1.1 Thiết bị thí nghiệm . . . . . . . . . . . .
3.6.1.2 Đo đạc kích thước chân đường hàn . . .
3.6.1.3 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm . . . . . . . .
3.6.1.4 Thực hiện thí nghiệm . . . . . . . . . .
3.6.2 Ứng suất dư . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.2.1 Thiết bị thí nghiệm . . . . . . . . . . . .
3.6.2.2 Thông số cài đặt vào máy . . . . . . . .
3.6.2.3 Thực hiện thí nghiệm . . . . . . . . . .
3.7 Kết quả thí nghiệm và nhận xét . . . . . . . . . . . . . .
3.7.1 Ứng suất tập trung . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7.1.1 Quan hệ ứng suất biến dạng của 4 nhóm
3.7.1.2 Ảnh hưởng của biện pháp xử lý đến ứng

(mục 2.1.1.3) . . . . . . . . . . . . . . .

3.8

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .

. . . . . . . .
. . . . . . . .
mẫu . . . . .
suất Hotspot
. . . . . . . .
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.

.
.
.
.

.
.
.
.
.

30
30
30
32
33
38
38
40
42
42
43
43
44
44
44
45
45
46
46

46
46
50
59
61
61
64
66

3.7.2.4 Ảnh hưởng của xử lý phun bi lên ứng suất dư . . . . .
Kết luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

68
68

vi

.
.
.
.
.

16
17
17
18
20
21
22

22
24
27
27
27

.
.
.
.
.

3.7.2

3.7.1.3 Ảnh hưởng của đặc trưng hình học . . .
Ứng suất dư . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7.2.1 Mẫu không xử lý (KXL) . . . . . . . . .
3.7.2.2 Mẫu xử lý phun bi đường kính D1 (D1)
3.7.2.3 Mẫu xử lý phun bi đường kính D2 (D2)

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.


4 Mô phỏng phần tử hữu hạn
4.1 Giới thiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Mơ hình vật liệu thép . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1 Ứng suất tập trung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2 Ứng suất dư . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 Mơ hình PTHH cho mẫu thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1 Ứng suất tập trung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1.1 Mơ hình hóa hình học . . . . . . . . . . . . .
4.3.1.2 Chia lưới phần tử . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1.3 Nguyên lý mô phỏng . . . . . . . . . . . . . .
4.3.2 Ứng suất dư . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.2.1 Mơ hình hóa hình học . . . . . . . . . . . . .
4.3.2.2 Chia lưới phần tử . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.2.3 Nguyên lý mô phỏng . . . . . . . . . . . . . .
4.4 Kết quả mô phỏng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.1 Ứng suất tập trung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.1.1 Đường cong quan hệ ứng suất biến dạng . . .
4.4.1.2 So sánh giữa thực nghiệm & mô phỏng . . . .
4.4.1.3 So sánh ứng suất hotspot giữa thực nghiệm &
4.4.2 Ứng suất dư . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.2.1 Kết quả quá trình truyền nhiệt . . . . . . . .
4.4.2.2 Kết quả q trình phân tích ứng suất . . . .
4.5 Kết luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

70
. . . . . 70

. . . . . 71
. . . . . 71
. . . . . 72
. . . . . 74
. . . . . 74
. . . . . 74
. . . . . 75
. . . . . 76
. . . . . 77
. . . . . 77
. . . . . 77
. . . . . 78
. . . . . 79
. . . . . 79
. . . . . 79
. . . . . 82
mô phỏng 90
. . . . . 92
. . . . . 92
. . . . . 93
. . . . . 95

5 Kết luận
5.1 Kết luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2 Hướng phát triển đề tài . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

96
96
97

Tài liệu tham khảo

99

Lý lịch trích ngang

102

vii


Danh sách hình vẽ
1.1
1.2
1.3
1.4

Ảnh hưởng của cường độ thép lên sức bền mỏi [1] . . . . . . . .
Vết nứt trên dầm cầu có liên kết hàn [2] . . . . . . . . . . . . .
Vết nứt tại sườn gia cường của cầu Marquam , Portland, Oregon
Các mode phá hoại do mỏi [4] . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.
.
.
.

2
3
3

4

1.5

Ảnh hưởng của biên độ ứng suất [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.6

Ảnh hưởng của kích thước hình học [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

1.7

Ảnh hưởng của môi trường [5] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

2.1

Các thành phần ứng suất [6], [7] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

2.2
2.3
2.4
2.5

2.6
2.7

Ứng suất danh định trong cấu kiện dầm [6] . . . . . .
Minh họa về ảnh hưởng của dạnh hình học [6] . . . .
Minh họa về ảnh hưởng của lực tập trung [6] . . . . .
Minh họa về ảnh hưởng của sự không thẳng hàng [6]
Định nghĩa về ứng suất kết cấu (hotspot stres) [6] . .
Phân loại ứng suất Hotspot [6] . . . . . . . . . . . . .

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.

.
.
.
.
.

14
14
14
15
15
16

2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18

Ứng suất dư phân bố trong đường hàn [1] . . . . . . . . .
Thơng số hình học mối hàn góc [8] . . . . . . . . . . . . .
Định nghĩa các loại ứng suất tập trung [8] . . . . . . . . .
Vị trí dán strain gage cho loai “a” ứng suất Hotspot.[6] . .
Chi tiết liên kết hàn góc [8] . . . . . . . . . . . . . . . . .

Nguyên lý nhiễu xạ khi tia X chạm vào mạng tinh thể [9] .
Hệ tọa độ trực giao để tính tốn ứng suất và biến dạng [9]
Hệ tọa độ chuyển đổi ứng với các góc xoay của mẫu [9] . .
Các phương pháp xử lý bề mặt . . . . . . . . . . . . . . .
Thiết bị mài bằng hơi [10] . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Cơ cấu tác động của kỹ thuật phun bi [11] . . . . . . . . .

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

17
18
18
20
21
23
25
25
28
29
29

3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8

Chi tiết dầm và vị trí trích mẫu thí nghiệm
Chi tiết kích thước mẫu thí nghiệm . . . . .
Mẫu thí nghiệm kéo thép . . . . . . . . . . .
Đồ thị quan hệ ứng suất biến dạng . . . . .
Quá trình hàn mẫu . . . . . . . . . . . . . .
Dụng cụ mài & đầu mài . . . . . . . . . . .
Chỉ dẫn mài theo IIW [10] . . . . . . . . . .
Đường kính bi 1.4mm . . . . . . . . . . . . .

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.

31
31
32
33
35
36
36
37

viii

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.

.

.
.
.
.
.
.
.
.

. .
. .
[3]
. .

.
.
.
.


3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16

3.17
3.18
3.19
3.20
3.21
3.22
3.23
3.24
3.25
3.26
3.27
3.28
3.29
3.30
3.31
3.32
3.33
3.34
3.35
3.36
3.37
3.38
3.39

Đường kính bi 2mm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Quá trình đưa mẫu vào máy để xử lý phun bi . . . . . . . . . . .
4 loại mẫu thí nghiệm : KXL, M, D1, D2 . . . . . . . . . . . . . .
Sơ đồ dầm đơn giản chịu uốn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sơ đồ bố trí Strain gage trên mẫu thí nghiệm . . . . . . . . . . .
Cấu tạo máy đo nhiễu xạ X’pert Pro . . . . . . . . . . . . . . . .

Phương pháp đo ψ trong đó cố định góc ψ . . . . . . . . . . . . .
Dạng biểu đồ nhiễu xạ được ghi nhận từ máy đo [12] . . . . . . .
Máy kéo thép . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Thiết bị ghi nhận số liệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Qui trình lấy mẫu và đo đạc đường hàn . . . . . . . . . . . . . . .
Mẫu thí nghiệm đã được dán Strain gage . . . . . . . . . . . . . .
Mẫu thí nghiệm đã được đưa vào máy kéo . . . . . . . . . . . . .
Hệ nhiễu xạ tia X (X’Pert Pro - Ha Lan) . . . . . . . . . . . . . .
Quan hệ ứng suất biến dạng mẫu KXL (mẫu không xử lý) . . . .
Quan hệ ứng suất biến dạng mẫu M (mẫu mài) . . . . . . . . . .
Quan hệ ứng suất biến dạng mẫu D1 (phun bi với đường kính D1)
Quan hệ ứng suất biến dạng mẫu D2 (phun bi với đường kính D2)
Quan hệ ứng suất biến dạng 4 nhóm mẫu tại vị trí S1 . . . . . . .
Quan hệ ứng suất biến dạng 4 nhóm mẫu tại vị trí S2 . . . . . . .
Quan hệ ứng suất biến dạng 4 nhóm mẫu tại vị trí S3 . . . . . . .
Biểu đồ ứng suất theo vị trí ở cấp ứng suất 50MPa . . . . . . . .
Biểu đồ ứng suất theo vị trí ở cấp ứng suất 100MPa . . . . . . . .
Biểu đồ ứng suất theo vị trí ở cấp ứng suất 150MPa . . . . . . . .
Biểu đồ ứng suất theo vị trí ở cấp ứng suất 200MPa . . . . . . . .
Đồ thị nhiễu xạ và đường nội suy ứng với góc ψ của mẫu KXL . .
Quan hệ d − sin2 ψ của mẫu KXL. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Đồ thị nhiễu xạ và đường nội suy ứng với góc ψ của mẫu D1 . . .
Quan hệ d − sin2 ψ của mẫu D1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Đồ thị nhiễu xạ và đường nội suy ứng với góc ψ của mẫu D2 . . .
Quan hệ d − sin2 ψ của mẫu D2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1
4.2
4.3
4.4

4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12

Đồ thị quan hệ US-BD của thép trong PTHH . . . . . . . . . . . . . .
Đặc trưng mơ hình vật liệu có ảnh hưởng của nhiệt độ . . . . . . . . .
Mơ hình mẫu thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mơ hình phần tử C3D20/DC3D20 trong ABAQUS . . . . . . . . . . .
Khuyến nghị chia lưới theo IIW [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Lưới phần tử mẫu chia theo khuyến nghị của IIW . . . . . . . . . . . .
Điều kiện biên và tải trọng tác dụng trong mơ hình ứng suất tập trung
Lưới phần tử mẫu cho mô phỏng ứng suất dư . . . . . . . . . . . . . .
Quan hệ ứng suất biến dạng mẫu không xử lý trong mô phỏng . . . . .
Quan hệ ứng suất biến dạng mẫu mài trong mô phỏng . . . . . . . . .
Quan hệ ứng suất biến dạng mẫu phun bi đường kính D1 trong mơ phỏng
Quan hệ ứng suất biến dạng mẫu phun bi đường kính D2 trong mơ phỏng
ix

.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

37

37
38
39
40
41
42
42
43
43
44
45
45
46
47
48
49
49
50
51
52
56
56
57
57
62
63
64
65
66
67

71
72
74
75
75
76
76
78
80
81
81
82


4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18
4.19
4.20
4.21
4.22
4.23
4.24
4.25
4.26

So sánh kết quả giữa thực nghiệm

So sánh kết quả giữa thực nghiệm
So sánh kết quả giữa thực nghiệm
So sánh kết quả giữa thực nghiệm
So sánh kết quả giữa thực nghiệm
So sánh kết quả giữa thực nghiệm
So sánh kết quả giữa thực nghiệm
So sánh kết quả giữa thực nghiệm
So sánh kết quả giữa thực nghiệm
So sánh kết quả giữa thực nghiệm
So sánh kết quả giữa thực nghiệm
So sánh kết quả giữa thực nghiệm
Q trình phân tích truyền nhiệt
Phân bố ứng suất dư . . . . . . .

và mô phỏng tại vị
và mô phỏng tại vị
và mô phỏng tại vị
và mô phỏng tại vị
và mô phỏng tại vị
và mô phỏng tại vị
và mô phỏng tại vị
và mô phỏng tại vị
và mô phỏng tại vị
và mô phỏng tại vị
và mô phỏng tại vị
và mô phỏng tại vị
. . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .

x

trí S1 mẫu KXL
trí S2 mẫu KXL
trí S3 mẫu KXL
trí S1 mẫu M . .
trí S2 mẫu M . .
trí S3 mẫu M . .
trí S1 mẫu D1 .
trí S2 mẫu D1 .
trí S3 mẫu D1 .
trí S1 mẫu D2 .
trí S2 mẫu D2 .
trí S3 mẫu D2 .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .

83
83
84
85
85
86
87
87
88
88
89
89
93
94

Danh sách bảng
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8

31
33
33
34
34
35
37

3.18
3.19
3.20
3.21

Chi tiết các nhóm mẫu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Thành phần hóa học của thép A572 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kết quả kéo thép . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Thông số dây hàn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Thông số máy hàn tự động FKR500 (DC) . . . . . . . . . . . . . . . .

Thông số đường hàn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Thông số máy phun bi HGP0816 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bảng tổng hợp giá trị biến dạng ứng với 4 cấp ứng suất của 4 nhóm mẫu
tại vị trí S1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bảng tổng hợp giá trị biến dạng ứng với 4 cấp ứng suất của 4 nhóm mẫu
tại vị trí S2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bảng tổng hợp giá trị biến dạng ứng với 4 cấp ứng suất của 4 nhóm mẫu
tại vị trí S3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bảng giá trị ứng suất hotspot của mẫu KXL ứng với các cấp ứng suất .
Bảng giá trị ứng suất hotspot của mẫu M ứng với các cấp ứng suất . .
Bảng giá trị ứng suất hotspot của mẫu D1 ứng với các cấp ứng suất . .
Bảng giá trị ứng suất hotspot của mẫu D2 ứng với các cấp ứng suất . .
Giá trị trung bình và độ lệch chuẩn đặc trưng hình học đường hàn . . .
So sánh mức độ ảnh hưởng của các phương pháp xử lý lên ứng suất
Hotspot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
So sánh mức độ ảnh hưởng của các phương pháp xử lý lên ứng suất tập
trung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bảng kết quả d − sin2 ψ của mẫu KXL ứng với các góc ψ . . . . . . . .
Bảng kết quả d − sin2 ψ của mẫu D1 ứng với các góc ψ . . . . . . . . .
Bảng kết quả d − sin2 ψ của mẫu D2 ứng với các góc ψ . . . . . . . . .
Kết quả ứng suất dư các loại mẫu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1
4.2
4.3
4.4

So
So
So

So

90
91
91
92

3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17

sánh
sánh
sánh
sánh

ứng
ứng
ứng
ứng

suất
suất
suất

suất

hotspot
hotspot
hotspot
hotspot

giữa
giữa
giữa
giữa

thực
thực
thực
thực

xi

nghiệm
nghiệm
nghiệm
nghiệm

và
và
và
và

mô

mô
mô
mô

phỏng
phỏng
phỏng
phỏng

của
của
của
của

mẫu
mẫu
mẫu
mẫu

KXL
M .
D1 .
D2 .

51
52
53
53
54
54

55
59
59
60
61
65
67
68


Chương 1
Giới thiệu
Trong kết cấu thép sử dụng liên kết hàn chịu tải trọng lập, phá hoại mỏi thường
xảy ra sớm hơn trước khi thép đạt đến giới hạn bền. Nguyên nhân này được cho
là do có sự tồn tại của ứng suất dư và ứng suất tập trung trong liên kết hàn. Vì
thế một số phương pháp xử lý bề mặt đường hàn được đưa ra để làm giảm hoặc
hạn chế sự ảnh hưởng của ứng suất tập trung và ứng suất dư lên tuổi thọ mỏi
của kết cấu. Trong luận văn này sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp xử
lý bề mặt bằng cách phun bi sắt đến ứng suất tập trung và ứng suất dư trong
liên kết hàn góc của kết cấu thép.

1.1

Giới thiệu chung về hiện tượng mỏi trong liên
kết hàn

Hàn là phương pháp liên kết phổ biến nhất đối với các kết cấu kim loại ngày
nay. Ứng dụng trong cơng nghiệp của nó là vơ cùng quan trọng và rất nhiều các
cơng trình lớn được thiết kế và lắp dựng trong những thập kỷ qua sẽ khơng thể
thực hiện được nếu khơng có cơng nghệ hàn. Ví dụ điển hình như cầu thép, kết

cấu tàu thuyền, kết cấu lớn ngoài khơi để khai thác dầu (giàn khoan trên biển).
Phân tích cường độ của kết cấu sử dụng liên kết hàn cũng được quan tâm như
các loại liên kết khác. Các cơ chế phá hoại khác nhau có thể tránh được thơng
1


qua thiết kế phù hợp, việc lựa chọn vật liệu và kích thước tiết diện. Các tiêu
chuẩn thiết kế về chảy dẻo, mất ổn định, từ biến, ăn mòn, và mỏi phải được
kiểm tra cẩn thận trong từng điều kiện tải và môi trường cụ thể. Tuy nhiên,
một thực tế là mối nối hàn đặc biệt dễ bị phá hoại mỏi khi chịu tải trọng lặp
(tải trọng động). Vết nứt do mỏi sẽ hình thành và phát triển trong vùng lân cận
của các mối hàn trong quá trình sử dụng hàng ngày ngay cả khi ứng suất động
là nhỏ và thấp hơn giới hạn dẻo [8].
Vấn đề trở nên rất rõ ràng nếu kết cấu được tối ưu hóa bằng cách lựa chọn thép
cường độ cao. Lý do cho sự lựa chọn này là để có ứng suất cao hơn và kích thước
tiết diện giảm xuống, tận dụng lợi ích của vật liệu có độ bền cao với giới hạn
chảy cao. Tuy nhiên, cường độ mỏi của liên kết hàn không phải bị chi phối chủ
yếu bởi cường độ của vật liệu cấu thành liên kết, mà chủ yếu bị chi phối bởi
kích thước hình học tổng thể và cục bộ của mối nối. Do đó, dù giới hạn chảy
tăng cao nhưng cường độ mỏi không cải thiện đáng kể. Hình 1.1 mơ tả so sánh
sức bền mỏi của mẫu thép tấm trơn, mẫu đục lỗ và mẫu có đường hàn góc theo
cường độ, nhận thấy rằng với cường độ càng tăng, thì sức bền mỏi càng tăng
ứng với mẫu thép trơn và mẫu đục lỗ, tuy nhiên với mẫu hàn thì sức bền mỏi
hầu như khơng tăng nhiều. Điều này đã nói rõ lên vấn đề phá hoại do mỏi mới
là vấn đề chính cần được qua tâm. Bỏ qua vấn đề này có thể dẫn đến phá hoại
do mỏi và kéo theo những hậu quả nghiêm trọng [8].

Hình 1.1: Ảnh hưởng của cường độ thép lên sức bền mỏi [1]

2

Một số hình ảnh phá hoại do mỏi trong dầm cầu thép chịu tải trọng lập được
minh họa trong hình 1.2 & 1.3.

Hình 1.2: Vết nứt trên dầm cầu có liên kết hàn [2]

Hình 1.3: Vết nứt tại sườn gia cường của cầu Marquam , Portland, Oregon [3]

3


1.2

Các nguyên nhân gây phá hoại mỏi

1.2.1

Cơ chế phá hoại mỏi

Phá hoại do mỏi là một hiện tượng tự nhiên của vật liệu kim loại khi chịu tải
trọng và ứng suất lặp đi lặp lại, do có sự tách lớp, trượt hoặc xoắn giữa các thớ
vật liệu với nhau, dẫn đến những vết nứt nhỏ trong vùng có ứng suất hay biến
dạng lớn, dần dần các vết nứt nhỏ này hình thành nên vết nứt lớn hơn rồi dẫn
đến phá hoại như hình 1.4. Một phá hoại do mỏi sẽ bao gồm 3 giai đoạn sau :
hình thành vết nứt, phát triển vết nứt và phá hoại cục bộ tiết diện [13].

Hình 1.4: Các mode phá hoại do mỏi [4]

1.2.2

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu mỏi của kết
cấu sử dụng liên kết hàn

1.2.2.1

Ứng suất

• Ứng suất tập trung

Xuất hiện khi có sự thay đổi đột ngột về đặc trưng hình học của cấu kiện
như tại các vị trí khe rãnh, khấc, lỗ... Ứng suất tập trung có ảnh hưởng
lớn đến sự phân bố ứng suất trong cấu kiện. Khi chịu tải trong lặp, vùng
ứng suất tập trung này sẽ gây nên những biến dạng dẻo cục bộ, từ đó sẽ
dẫn đến việc xuất hiện vết nứt gây phá hoại mỏi cho kết cấu.
4


• Ứng suất dư

Ứng suất dư sinh ra do quá trình nguội khơng đồng đều của kết cấu kim
loại trong quá trình hàn. Ứng suất dư gây nén nhìn chung sẽ làm tăng khả
năng chịu mỏi, ngược lại, ứng suất dư gây kéo sẽ làm tăng ứng suất trung
bình, dẫn đến khả năng chịu mỏi giảm và phá hoại sớm.

1.2.2.2

Các yếu tố khác

• Biên độ ứng suất ∆σ

Là độ chênh lệch giữa ứng suất cực đại với ứng suất cực tiểu của tải trọng
lặp (Hình 1.5). Biên độ ứng suất có ảnh hưởng quan trọng tới sự phát triển
vết nứt tại khu vực lân cận vết nứt [14].

Hình 1.5: Ảnh hưởng của biên độ ứng suất [1]

• Tần số của tải trọng

Các nghiên cứu trước cho thấy tần số của tải trọng không gây ảnh hưởng
đáng kể đến cường độ mỏi một cách đáng kể khi biên độ ứng suất ∆σ là
nhỏ và có tần số dưới 50Hz , nhưng khi biên độ ứng suất là lớn, sự tăng
tầng số có thể gây ra những thay đổi đối với cường độ mỏi [14].
• Đặc trưng hình học

Kích thước cấu kiện có ảnh hưởng lên sức bề mỏi của kết cấu theo qui luật
tỉ lệ nghịch, sức bền mỏi sẽ giảm khi kích thước tăng. Ảnh hưởng của kích
thước cũng tăng với cấu kiện chịu uốn mỏng, nó có thể làm tăng sức kháng
mỏi bởi việc tăng độ dốc biến dạng (strain gradient) so với cấu kiện lớ [1].
5


Hình 1.6: Ảnh hưởng của kích thước hình học [1]

• Vật liệu

Một cách tổng quát thì sức kháng mỏi phụ thuộc vào đặc trưng vật, nghiên
cứu thực nghiệm chỉ ra rằng, trong những điều kiện lý tưởng thì giới hạn
mỏi xấp xỉ 50% giới hạn biền của vật liệu, tuy nhiên, sẽ có rất nhiều nhân
tố làm ảnh hưởng đến kết quả trên. Chi tiết được minh họa trong hình 1.1

[8].
• Ảnh hưởng của mơi trường

Các yếu tố tác động của môi trường cũng là điều quan trọng đối với sức
kháng mỏi của kết cấu ví dụ như trong mơi trường nước biển, có sự ăn
mịn xảy ra, sẽ tác động làm để nhanh tiến trình mỏi từ đó dẫn đến sự phá
hoại. Hình 1.7 thể hiện sự ảnh hưởng của yếu tố môi trường lên sức bền
mỏi [8].

Trong luận văn này, vấn đề về ứng suất tập trung, ứng suất dư và ảnh
hưởng của nó sẽ được quan tâm nghiên cứu.

6


Hình 1.7: Ảnh hưởng của mơi trường [5]

1.3

Sơ lược về xử lý bề mặt kết cấu

Việc xử lý bề mặt kết cấu thép bao gồm 2 mục đích:
• Thứ nhất là xử lý cục bộ đường hàn ở những vị trí nguy hiểm
• Thứ hai là xử lý bề mặt toàn bộ kết cấu để phục vụ cho việc sơn bảo vệ

kết cấu khỏi bị ăn mòn
Việc xử lý cục bộ đường hàn tại vị trí nguy hiểm bằng các phương pháp như đĩa
mài, búa rèn, TIG. . . có tác dụng cải thiện dạng hình học tại chân đường hàn,
làm giảm ứng suất tập trung tại vị trí chân đường hàn, đồng thời giảm ứng suất
dư gây kéo hoặc tạo ứng suất dư gây nén nhằm tăng khả năng chịu mỏi của kết

cấu.
Việc xử lý tổng thể nhằm mục đích làm sạch bề mặt kết cấu cũng như tạo độ
nhám của bề mặt để tăng độ bám dính của sơn vào kết cấu. Tuy nhiên, việc xử
lý tổng thể này có thể tác động hiệu quả đến việc làm giảm ứng suất tập trung
và ứng suất dư trong đường hàn, góp phần tăng tuổi thọ mỏi cho cơng trình.

7


1.4

Động lực nghiên cứu

Trong tiêu chuẩn Eurocode 3 [15], có trình bày cơ bản về việc thiết kế kháng
mỏi cho kết cấu áp dụng phương pháp phân loại nhóm và tra biểu đồ được lập
từ những số liệu có được từ thực nghiệm. Còn đối với tiêu chuẩn của Việt Nam
TCVN [16] thì cũng có đề cập đến trong thiết kế cầu thép. Tuy nhiên trong
ngành dân dụng, việc xét đến vấn đề mỏi dường như không được quan tâm đến
trong khi dầm cầu chạy trong nhà công nghiệp cũng được xem như là kết cấu
chịu tải trong động hay kết cấu có đặt máy cơng nghiệp. Bên cạnh đó, việc tra
bảng phân loại nhóm và biểu đồ này khơng mang tính cụ thể, chỉ áp dụng cho
kiểu liên kết khi cần đánh giá tuổi thọ mỏi, nó khơng kể đến kích thước đường
hàn và hình dáng bề mặt của liên kết cũng như ứng suất dư tồn tại trong đó [8].
Nghiên cứu các vấn đề liên quan đến hiện tượng phá hoại mỏi của liên kết hàn
nói chung hay ảnh hưởng của ứng suất tập trung và ứng suất dư tại đường hàn
là một đề tài rất hay, đã được nhiều tác giả nổi tiếng nghiên cứu từ nhiều thập
niên trước, và được xem như các chuyên gia đầu ngành về hiện tượng mỏi trong
kết cấu, cụ thể như Maddox [1], Neuber H. [17], Walter D. [18]... Tuy nhiên ở
Việt Nam, những nghiên cứu về lĩnh vực này hầu như chưa có dẫn đến việc tìm
hiểu ảnh hưởng của ứng suất tập trung và ứng suất dư tại vị trí đường hàn đến

tuổi thọ mỏi của liên kết là điều cần thiết. Hơn nữa, ảnh hưởng của việc xử lý
bề mặt lên hai giá trị ứng suất này như thế nào trong quá trình chuẩn bị cho
việc sơn phủ bảo vệ kết cấu cũng chưa được quan tâm. Liệu việc xử lý này có
đóng góp cho việc tăng cường tuổi thọ mỏi của liên kết hay không, sẽ được làm
rõ trong nghiên cứu này.
Đối với các dầm có chiều cao lớn, hay tại những vị trí lực tập trung, nơi có giá
trị ứng suất nguy hiểm, người ta thường hàn thêm sườn gia cường để đảm bảo
sự ổn định của kết cấu trong quá trình làm việc. Tuy nhiên đường hàn tại đây
là nơi có nguy cơ dễ bị phá hoại mỏi. Trong nghiên cứu này mối nối tại vị trí
liên kết sườn gia cường với bản cánh trong dầm sẽ được nghiên cứu cụ thể, từ

8


đó sẽ có được cơ sở trong việc tìm cách để hạn chế ứng suất tập trung và ứng
suất dư nhằm tăng cường khả năng kháng mỏi cho kết cấu.

1.5

Mục tiêu và giới hạn của đề tài

1.5.1

Mục tiêu

Trên cơ sở thừa kế những nghiên cứu đi trước và vận dụng phù hợp với điều
kiện thực tế tại Việt Nam, trong nghiên cứu này sẽ lần lượt trình bày các vấn
đề sau:
• Xác định ứng suất tập trung tại đường hàn theo các công thức số học đưa

ra bởi các nghiên cứu trước;
• Xác định ứng suất dư bằng thực nghiệm.
• Ảnh hưởng của các phương pháp xử lý cục bộ tại vị trí đường hàn như

phương pháp phun bi, đầu mài đến ứng suất tập trung và ứng suất dư.
• Sự thay đổi đường kính vật liệu trong q trì xử lý bề mặt cho sơn phủ có

ảnh hưởng như thế nào đến ứng suất dư và ứng suất tập trung.
• Mơ phỏng xác định ứng suất tập trung tại đường hàn và ứng suất dư bằng

phương pháp PTHH;
• So sánh giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng;

1.5.2

Giới hạn đề tài

Giới hạn của đề tài là nghiên cứu xác định ứng suất tập trung và ứng suất dư
tại vị đường hàn liên kết sườn gia cường với bản cánh của dầm thép. Mô phỏng
phần tử hữu hạn cho kết cấu tuân thủ theo các qui định của IIW [6]. Mơ hình
thực nghiệm tương đương để đo đạc các giá trị ứng suất tập trung và ứng suất
9


dư tại đường hàn. Chỉ thực hiện khảo sát với liên kết chịu tải vng góc với
đường hàn, khơng đưa ra đáng giá tuổi thọ mỏi của toàn bộ kết cấu nếu có nhiều
loại liên kết khác nhau. Các phương pháp xử lý bề mặt được đề xuất ứng với
môi trường thực tế tại Việt Nam.

1.6

Phương pháp nghiên cứu

1.6.1

Khảo sát bằng thực nghiệm

Khảo sát bằng thực nghiệm là phần chính nhất trong đề tài này, nhằm đưa ra
được kết quả thực tế về vấn đề nghiên cứu. Trên cơ sở đo đạc trực tiếp ứng suất
tập trung và ứng suất dư, đánh giá xem việc xác định ứng suất tập trung giữa
thực nghiệm và mơ phỏng có đáng tin cậy hay khơng, bên cạnh đó, xem xét mức
độ ảnh hưởng của ứng suất dư đến sức bền mỏi.
So sánh kết quả thí nghiệm của mẫu nguyên và mẫu được xử lý bề mặt, để đánh
giá mức độ tác động đến mẫu. Qua đó, có thể khuyến nghị phương pháp làm
gia tăng độ bền của kết cấu.

1.6.2

Khảo sát bằng mơ hình PTHH

Mơ phỏng số được xem như thí nghiệm số, vì số mẫu thực nghiệm là có giới hạn
do đó mơ phỏng số sẽ được thay thế cho những thí nghiệm chưa áp dụng được.
Từ đó đánh giá xem việc dự đoán ứng suất tập trung và ứng suất dư bằng mơ
phỏng có đáng tin cậy để đánh giá cho những chi tiết phức tạp mà khó có thể
đo đạc được từ thực nghiệm.
Trong phạm vi khảo sát của đề tài này kết cấu sẽ được mô phỏng bằng phần
mềm ABAQUS, với phân tích phi tuyến được áp dụng trong trường hợp này,
mục tiêu làm thế nào để mô phỏng càng phù hợp với kết cấu thực càng tốt.

10