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

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

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

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

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

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.

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


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



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.

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


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

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

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

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.

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