LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐƯỜNG NHIỄU XẠ ĐỂ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC CẮT TRÊN MÁY PHAY ĐỨNG
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
LỜI CẢM ƠN
--&--
Sau hai năm theo học chương trình đào tạo sau đại học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, tác giả đã đúc kết được những kiến thức bổ ích cho chuyên môn của mình. Với đề tài nghiên cứu dưới hình thức luận văn thạc sĩ, tác giả đã vận dụng những kiến thức mà mình được trang bị để tiến hành giải quyết một bài toán thực tiễn. Vì đề tài nghiên cứu và giải quyết vấn đề khá mới mẻ dựa trên cơ sở tính toán lý thuyết về lĩnh vực vật liệu dùng kỹ thuật nhiễu xạ X–quang, nên lúc đầu tiếp cận đã gặp khá nhiều bỡ ngỡ và khó khăn. Nhưng với sự tận tình của giáo viên hướng dẫn TS. Lê Chí Cương, cùng với sự hỗ trợ từ phía gia đình, bạn bè đồng nghiệp, cho đến nay luận văn đã đạt được những kết quả như mong muốn.
Đến đây, cho phép tác giả gửi lời cám ơn chân thành đến:
- Ban Giám Hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
- Thầy TS. Lê Chí Cương – Khoa Cơ khí máy - trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
- Viện năng lượng nguyên tử Việt nam - Trung tâm hạt nhân Tp HCM. Số 217 Nguyễn Trãi, Q1, Tp HCM
- Quý thầy cô khoa Cơ khí máy - trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
- Phòng Đào tạo - Sau Đại học và các phòng khoa trong trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
- Gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và các bạn trong lớp cao học Công Nghệ Chế Tạo Máy,
Một lần nữa tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự hỗ trợ, động viên quý báu của tất cả mọi người. Xin trân trọng cảm ơn!
MỤC LỤC
Tiêu đề Trang
Trang tựa
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân ..................................................................................................................... i
Lời cam đoan ....................................................................................................................... ii
Lời cảm ơn .......................................................................................................................... iii
Tóm tắt ................................................................................................................................ iv
Mục lục ................................................................................................................................ v
Danh mục các chữ viết tắt ................................................................................................ vi
Danh mục hình.................................................................................................................. vii
Danh mục bảng ................................................................................................................ viii
Chương 1: TỔNG QUAN………………………………………………………………….... 1
1.1. Đặt vấn đề ……………………………………………………………………………..... 1
1.2. Bản chất của vấn đề …………………………………………………………………….. 2
1.3. Những giải pháp đã có trên thế giới ……………………………………………… ..... 2
1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước …………………………………………………...... 4
1.5. Mục tiêu của đề tài …………………………………………………………………........ 5
1.6. Những nội dung cần giải quyết và nét mới trong luận văn………………………................................. 6
1.7. Giới hạn phạm vi thực hiện của luận văn……………………………………………. 6
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT………………………………………………………....... 7
2.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình cắt gọt………………………………………………..... 7
2.1.1. Khái niệm…………………………………………………………………..................... 7
2.1.2. Quá trình hình thành bề mặt đã gia công trên chi tiết……………………........... 7
2.1.3. Ứng suất dư trên bề mặt gia công…………………………………………............. 10
2.1.4. Các nguyên nhân ảnh hưởng đến ứng suất dư bề mặt……………………......... 10
2.1.5. Phân loại ứng suất……………………………………………………………............ 11
2.1.6. Các phương pháp đo ứng suất………………………………………………........... 12
2.2. Cơ sở đo lường ứng suất bằng nhiễu xạ…………………………………………….. 12
2.2.1. Khái niệm nhiễu xạ X – quang……………………………………………….......... 12
2.2.2. Sự hấp thụ của tia X…………………………………………………………............. 14
2.2.3. Sự phát tán tia X………………………………………………………………............ 15
2.2.4. Nguyên lý nhiễu xạ - Công thức Bragg……………………………………........... 16
2.2.5. Nguyên lý cấu tạo thiết bị nhiễu xạ kế (diffractometer) …………………....... 18
2.2.6. Các phương pháp đo trên máy nhiễu xạ…………………………………............. 20
2.2.7. Hệ số hấp thu…………………………………………………………………............. 24
2.2.7. Chiều sâu thấm của tia X……………………………………………………............ 26
Chương 3: TÍNH ỨNG SUẤT…………………………………………………………..... 27
3.1. Phương trình cơ bản…………………………………………………………………..... 27
3.2. Quan hệ df,y – sin2y………………………………………………………………….... 32
3.3. Ứng suất phẳng – Phương pháp “ sin2ψ” …………………………………………... 34
3.4. Ứng suất khối………………………………………………………………………........ 35
3.5. Xác định khoảng cách mặt tinh thể không ứng suất (do) ………………………... 36
Chương 4: THỰC NGHIỆM VÀ TÍNH ỨNG SUẤT……………………………....... 37
4.1. Vật liệu thực nghiệm………………………………………………………………….... 37
4.2 Chuẩn bị và gia công mẫu…………………………………………………………….. 37
4.3. Đo mẫu trên hệ nhiễu xạ kế và tính toán ứng suất……………………………....... 39
4.3.1. Thiết bị ……………………………………………………………………….............. 39
4.3.2. Đo mẫu gốc P0(mẫu trước khi gia công phay)…………………………….......... 40
4.3.3. Tính ứng suất các mẫu thực nghiệm………………………………………............ 44
4.4. Kết quả thực nghiệm …………………………………………………………………... 47
4.5. Nguyên nhân của các sai số ………………………………………………………….. 48
Chương 5: KẾT LUẬN…………………………………………………………………...... 50
5.1. Tóm tắt và đánh giá kết quả đề tài ………………………………………………...... 50
5.2. Hướng phát triển của đề tài …………………………………………………………... 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………......... 52
PHỤ LỤC
Phụ lục 0 ………………………………………………………………………..................... 54
Phụ lục 1 ………………………………………………………………………..................... 60
Phụ lục 2 ………………………………………………………………………..................... 65
Phụ lục 3 ………………………………………………………………………..................... 70
Phụ lục 4 ………………………………………………………………………..................... 75
Phụ lục 5 ………………………………………………………………………..................... 80
Phụ lục 6 ………………………………………………………………………..................... 85
Phụ lục 7 ………………………………………………………………………..................... 90
--------------------- ---------------------------
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Nội dung Trang
Hình 2.1. Quá trình cắt kim loại……………………………………………………... 7
Hình 2.2. Trạng thái ứng suất vùng cắt…………………………………….…….. 8
Hình 2.3. Lý thuyết 5 vùng biến dạng khi cắt…………………………………….. 9
Hình 2.4. Phân loại ứng suất……………………………………………….……… 12
Hình 2.5. Sơ đồ giới thiệu các thành phần chính của ống phát tia X ………… 14
Hình 2.6. Söï coá dính phaùt taùn töø moät electron ñeán ñieåm P……………………. 15
Hình 2.7. Nhiễu xạ tia X, khi tia X va chạm vào tinh thể …………………….. 16
Hình 2.8. Cường độ nhiễu xạ……………………………………………………... 17
Hình 2.9. Sơ đồ cấu tạo của nhiễu xạ kế………………………………………… 19
Hình 2.10. Cường độ nhiễu xạ được đo bằng ống đếm………………………… 20
Hình 2.11. Phương pháp đo kiểu y ………………………………………… 21
Hình 2.12. Phương pháp đo kiểu y cố định y …………………………………. 21
Hình 2.13. Phương pháp đo kiểu y cố định yo…………………………………. 22
Hình 2.14. Phương pháp đo kiểu W ………………………………………… 23
Hình 2.15. Phương pháp đo kiểu W cố định h…………………………………. 23
Hình 2.16. Phương pháp đo kiểu W cố định ho…………………………………. 24
Hình 2.17. Cường độ nhiễu xạ trên mặt phẳng…………………………………. 24
Hình 3.1. Các hệ tọa độ sử dụng trong nhiễu xạ……………………………….. 27
Hình 3.
……………… 32
Hình 4.1. Máy phay Mazak ……………………………………………….... 38
Hình 4.2. Gá mẫu và gia công trên máy phay Mazak……………………… 38
Hình 4.3. Hệ nhiễu xạ tia X (X’Pert Pro – Panalytical, Hà lan)………… 39
Hình 4.4. Hệ thống gá mẫu, dùng nghiêng các góc y khác nhau………. 40
Hình 4.5. Biểu đồ biểu thị cường độ nhiễu xạ tại các góc 2q
trong khoảng từ 110o đến 120o, vùng có cường độ
nhiễu xạ lớn nhất. Với mẫu P0 và góc y = 0. …………………… 41
Hình 4.6. Đồ thị của hàm nội suy bậc 2, có được từ bảng 4.4 ……………… 41
Hình 4.7. Đồ thị quan hệ d – sin2y của mẫu P0……………………………… 42
Hình 4.8. Đồ thị quan hệ d – sin2y của 6 mẫu thực nghiệm………………… 46
Hình 4.9. Biểu đồ quan hệ tốc độ cắt và ứng suất bề mặt
của các mẫu thực nghiệm……………………………………………… 47
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Nội dung Trang
Bảng 1.1. Bảng hằng số hấp thu m phụ thuộc vào kim loại và đặc tính tia
X.[13]…………………… ………………………………………………… 25
Bảng 4.1.Thành phần hoá học của thép Các bon chất lượng C45……………… 37
Bảng 4.2. Cơ tính của thép Các bon chất lượng C45……………………………… 37
Bảng 4.3. Kí hiệu mẫu sau khi gia công phay……………………………………… 38
Bảng 4.4. Kết quả dữ liệu đo trong khoảng góc 2q từ 155.58o đến 156,78o
của mẫu P0 với góc y = 0 ……………………………………………… 40
Bảng 4.5.Bảng kết quả khoảng cách mặt tinh thể d tương ứng với các góc y
của mẫu P0 ……………………………………………………………… 42
Bảng 4.6. Kết quả giá trị ứng suất của các mẫu thực nghiệm………………… 47
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU SỬ DỤNG
Cường độ của chùm tia tới
m Khối lượng của electron
c Tốc độ ánh sáng;
e Điện tích electron
r Chiều dài của vec tơ EP: khoảng cách từ electron đến điểm P
Góc giữa EP và chùm tia tới
() Hệ số phân cực.
a Hệ số tính chất của vật liệu ( phụ thuộc loại vật liệu )
b Thể tích phần năng lượng tia tới trên một đơn vị thể tích ( phụ thuộc vào đặc tính của tia X như Cr-Ka, Cr-Kb, Cu-Kb, Co-Kb . . .)
m Hằng số hấp thụ (phụ thuộc vào đặc tính của tia X và loại vật liệu mẫu đo)
Góc phương vị và góc cực của hướng đo trong hệ tọa độ mẫu
Bước sóng chùm tia X
Khoảng cách giữa các mặt phẳng nguyên tử trước khi biến dạng
Khoảng cách giữa các mặt phẳng nguyên tử khi biến dạng
Biến dạng theo phương đo
Biến dạng trong hệ mẫu
Ứng suất loại I
Ứng suất loại II
Ứng suất loại III
Hằng số đàn hồi tia X của vật liệu
Chiều sâu thấm của tia X
Mođun đàn hồi, hệ số Poisson của vật liệu
h, k, l Chỉ số Miller
r Hệ số tương quan tuyến tính (phương pháp bình phương tối thiểu)
R Tỉ số tương quan
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ, công nghệ tự động hóa đã giúp xử lý công việc một cách nhanh, chính xác và tăng năng suất lao động. Từ yêu cầu thực tế về chức năng và điều kiện làm việc của máy móc mà thiết bị ngày càng đòi hỏi rất cao về chất lượng bề mặt của chi tiết máy. Tuy nhiên, có những lúc ta thấy hai chi tiết cùng loại vật liệu nhưng khi gia công và làm việc ở hai môi trường khác nhau thì tuổi thọ của chúng khác nhau. Có nhiều nguyên nhân, trong đó có nguyên nhân do ứng suất dư trên bề mặt vật liệu sinh ra sau quá trình gia công, xử lý nhiệt … đã để lại trên chi tiết và làm chúng thay đổi đặc tính bên trong, ứng suất dư là một trong những nguyên nhân gây hư hỏng, biến dạng vật liệu.
Quá trình cắt gọt kim loại là quá trình tác dụng của dụng cụ cắt lên bề mặt vật liệu được gia công, biến lớp lượng dư vật liệu thành phoi. Trong quá trình này, vật liệu chịu tác dụng của lực cắt bị biến dạng khốc liệt. Chất lượng của chi tiết máy không những phụ thuộc vào độ chính xác gia công mà còn phụ thuộc vào chất lượng lớp kim loại bề mặt ngoài của nó.
Chất lượng bề mặt của chi tiết máy là tập hợp nhiều tính chất quan trọng:
- Hình dáng lớp bề mặt ( độ sóng, độ nhám.. .).
- Trạng thái và tính chất cơ lý của lớp bề mặt (độ cứng, chiều sâu biến cứng, ứng suất dư.. .).
- Phản ứng của lớp bề mặt đối với môi trường làm việc (tính chống mòn, khả năng chống xâm thực hóa học, độ bền mỏi .. .).
Khả năng làm việc của chi tiết máy phụ thuộc vào phương pháp, điều kiện gia công cụ thể và chất lượng lớp bề mặt.
Chất lượng bề mặt là mục tiêu chủ yếu cần đạt ở bước gia công tinh các bề mặt chi tiết máy.
Việc xác định ứng suất dư là một trong những tiêu chí đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết sau gia công, nó có vai trò quan trọng trong quá trình xử lý và cải thiện điều kiện làm việc của các chi tiết máy. Hiện nay trên thế giới có rất nhiều phương pháp xác định ứng suất dư trên bề mặt chi tiết, trong đó có phương pháp nhiễu xạ, dùng tia X chiếu vào chi tiết mẫu để từ đó xác định ứng suất dư, hoặc dự đoán các vết nứt, tính ứng suất mỏi . . . mà không phá hủy chi tiết mẫu.
1.2. BẢN CHẤT CỦA VẤN ĐỀ
Kiểm tra, đánh giá, chất lượng bề mặt chi tiết sau gia gia công cơ là một phần không thể thiếu, đặc biệt là đối với những chi tiết trong các thiết bị quan trọng.
Ứng suất dư là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến độ bền, tuổi thọ của chi tiết máy. Việc xác định ứng suất dư có vai trò quan trọng trong quá trình xử lý và cải thiện điều kiện làm việc của các chi tiết máy.
Phương pháp nhiễu xạ, dùng tia X chiếu vào chi tiết mẫu để từ đó xác định ứng suất dư, hoặc dự đoán các vết nứt, tính ứng suất mỏi . . . mà không phá hủy chi tiết mẫu, là một trong những phương pháp đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt nam.
1.3. NHỮNG GIẢI PHÁP ĐÃ CÓ TRÊN THẾ GIỚI
Trên thế giới việc kiểm tra, đánh giá, chất lượng bề mặt chi tiết sau gia gia công cơ, đặc biệt là đối với những chi tiết trong các thiết bị quan trọng là việc làm đương nhiên không thể thiếu. Có hai phương pháp kiểm tra:
1.3.1. Phương pháp kiểm tra phá hủy
Trong lĩnh vực thử nghiệm phá huỷ, sau khi thử nghiệm, mẫu bị phá huỷ và không còn dùng theo mục đích dự định được nữa. Hơn nữa, trong phương pháp này kết quả thu được của một hay một vài mẫu đại diện sẽ được đem áp dụng cho toàn bộ các sản phẩm được chế tạo trên cùng một dây chuyền công nghệ, trong cùng giai đoạn sản xuất (các sản phẩm cùng lô). Điều này sẽ rất nguy hiểm nếu như mẫu chọn để thử nghiệm lại là mẫu duy nhất đạt yêu cầu hay kém chất lượng.
1.3.2. Phương pháp kiểm tra không phá hủy
Kiểm tra không phá hủy (Non-Destructive Testing - NDT), hay còn gọi là đánh giá không phá hủy (Non-Destructive Evaluation - NDE), kiểm định không phá hủy (Non-Destructive Testing - NDI) là việc sử dụng các phương pháp vật lý để kiểm tra phát hiện các khuyết tật bên trong hoặc ở bề mặt vật kiểm mà không làm tổn hại đến khả năng sử dụng của chúng.
Kiểm tra không phá huỷ có thể áp dụng cho mọi loại sản phẩm, có thể kiểm tra toàn bộ 100% sản phẩm và đảm bảo 100% sản phẩm xuất xưởng đạt chất lượng yêu cầu. Kiểm tra không phá huỷ gồm nhiều phương pháp khác nhau. Từ phương pháp đơn giản nhất như kiểm tra bằng mắt, đến các phương pháp phức tạp như chụp cắt lớp bằng phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân.
Kiểm tra không phá hủy gồm nhiều phương pháp khác nhau, và thường được chia thành hai nhóm chính theo khả năng phát hiện khuyết tật của chúng, đó là:
1.3.2.1. Các phương pháp có khả năng phát hiện các khuyết tật nằm sâu bên trong (và trên bề mặt) của đối tượng kiểm tra:
- Phương pháp chụp ảnh phóng xạ (Radiographic Testing - RT),
- Phương pháp kiểm tra siêu âm (Ultrasonic Testing - UT).
1.3.2.2. Các phương pháp có khả năng phát hiện các khuyết tật bề mặt (và gần bề mặt)
- Phương pháp kiểm tra thẩm thấu chất lỏng (Liquid Penetrant Testing - PT)
- Phương pháp kiểm tra bột từ (Magnetic Particle Testing - MT)
- Phương pháp kiểm tra dòng xoáy (Eddy Current Testing - ET)...
Nghiên cứu và xác định ứng xuất dư bề mặt chi tiết máy sau khi gia công cơ, trên thế giới đã thực hiện từ lâu và đã có rất nhiều công trình khoa học được thực hiện.
Phương pháp nhiễu xạ, dùng tia X chiếu vào chi tiết mẫu để từ đó xác định ứng suất dư, hoặc dự đoán các vết nứt, tính ứng suất mỏi . . . mà không phá hủy chi tiết mẫu, đã được một số tác giả nghiên cứu:
Nghiên cứu của Taizo Oguri, Kazuo Murata and Katsumi Mizutani về ứng dụng tia X để đo ứng suất trên bề mặt cong.
Nghiên cứu của Viktor Hauk về cấu trúc và phân tích ứng suất dư bằng phương pháp đo không phá hủy.
Nghiên cứu của I.C.Noyan, J.B. Cohen về ứng suất dư tự nhiên và đo lường ứng suất và đo ứng suất giãn ra.
Nghiên cứu của TS. Lê Chí Cương – trường ĐH Công Nghệ NAGAOKA –tính hàm hấp thu của tia X đối với vật liệu đẳng hướng, áp dụng cho phương pháp đo Iso và Side .
1.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC
Cùng với sự phát triển chung của nền kinh tế, ngành kiểm tra không phá hủy Việt nam đã đóng góp phần hữu ích vào công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.
Phân tích cấu trúc bằng tia Rơntgen đã trở thành một trong những phương pháp phổ cập ở nước ta để nghiên cứu cấu trúc kim loại, bán dẫn, các khoáng vật, vật liệu xây dựng và nhiều đối tương khác. Hiện nay trong cả nước đã có một số lượng khá lớn các thiết bị phân tích cấu trúc bằng tia Rơntgen nhập từ nhiều nước khác nhau. Nhiều trường học và cơ quan nghiên cứu đã xây dựng các phòng phân tích cấu trúc. Môn học “Phân tích cấu trúc bằng tia Rơntgen” đã được đưa vào chương trình đào tạo đại học của nhiều ngành.[1]
Hiện nay theo tìm hiểu của tác giả đã có một số nơi có trang bị thiết bị cho việc kiểm tra không phá hủy như:
Trường Đại học bách khoa Hà nội
Trường Đại học bách khoa Thành phố Hố Chí Minh
Viện nghiên cứu cơ học phía nam. Số 1, Mạc Đĩnh Chi, Quận 1, Tp HCM
Viện khoáng sản, thuộc Tổng công ty Dầu khí Việt nam. Thanh Đa, Quận Bình thạnh, Tp HCM
Viện năng lượng nguyên tử Việt nam. Trung tâm hạt nhân Tp HCM. Số 217 Nguyễn Trãi, Q1, Tp HCM
Trung tâm kiểm định KTAT KV2: cung cấp các dịch vụ kiểm tra không phá hủy (Non destructive test – NDT).
Công ty GIẢI PHÁP KIỂM ĐỊNH VIỆT NAM (VISCO): cung cấp các giải pháp NDT tổng thể tối ưu nhất cho các cơ sở công nghiệp thuộc lĩnh vực dầu khí, đóng tàu, cơ khí chế tạo, năng lượng, hàng không, xây dựng, giao thông, …
Trong lĩnh vực kiểm tra không phá hủy sử dụng phương pháp nhiễu xạ, dùng tia X chiếu vào chi tiết mẫu để từ đó xác định ứng suất dư, hoặc dự đoán các vết nứt, tính ứng suất mỏi … đã có một số đề tài quan tâm.
Tuy nhiên, do điều kiện trang bị thiết bị chưa đồng bộ, tại các cơ sở trên chưa đi sâu cũng như chưa có điều kiện nghiên cứu đầy đủ các phương pháp đo trên trên máy nhiễu xạ X – quang. Chủ yếu các thiết bị trên trang bị dùng để xác định thành phần, cấu trúc của vật liệu.
Qua tìm hiểu và tham khảo tài liệu trong và ngoài nước, tác giả nhận thấy trên máy nhiễu xạ X – quang có nhiều phương pháp xác định ứng suất dư trên bề mặt chi tiết, do đó hướng nghiên cứu của đề tài là xác định ứng suất dư trên bề mặt chi tiết sau khi gia công cơ, cụ thể ở đây là gia công trên máy phay.
1.5. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu lý thuyết về nhiễu xạ tia X, thiết bị của máy đo nhiễu xạ tia X.
Xác định ứng suất dư trên bề mặt mẫu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (đo trên máy nhiễu xạ kế).
Đánh giá kết quả thực nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết và kết quả đo trên máy nhiễu xạ kế, đưa ra kết luận của đề tài.
1.6. NHỮNG NỘI DUNG CẦN GIẢI QUYẾT VÀ NHỮNG NÉT MỚI TRONG LUẬN VĂN
1.6.1. Nội dung cần giải quyết
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình cắt gọt kim loại.
- Nghiên cứu cơ sở đo lường ứng suất dư bằng nhiễu xạ tia X.
- Nghiên cứu mối quan hệ ứng suất – biến dạng trong vật liệu.
- Thực hiện mẫu đo.
- Đo mẫu trên máy nhiễu xạ kế.
- Đánh giá kết quả đo, đưa ra kết luận.
1.6.2. Những nét mới trong luận văn
- Phân tích ảnh hưởng của tốc độ phay đến ứng suất dư trên bề mặt chi tiết bằng phương pháp nhiễu xạ tia X.
- Kết quả được đánh giá trên mẫu, đo bằng phương pháp nhiễu xạ tia X.
- Là cơ sở để xây dựng phòng thí nghiệm đo không phá hủy.
1.7. GIỚI HẠN PHẠM VI THỰC HIỆN CỦA LUẬN VĂN
Chỉ thực hiện phân tích ứng suất dư trên mặt phẳng sau khi gia công phay tinh với các tốc độ khác nhau bằng dao phay ngón trên máy phay.
Có nhiều phương pháp xác định ứng suất dư trên bề mặt chi tiết, trong giới hạn của luận văn sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X.
Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CẮT GỌT KIM LOẠI
2.1.1. Khái niệm:
Cắt kim loại là dùng dụng cụ cắt hớt bỏ đi lớp kim loại dư khỏi chi tiết (phoi) để nhận được bề mặt trên chi tiết theo những yêu cầu cho trước.
Thực chất quá trình tách phoi ra khỏi chi tiết là quá trình biến dạng của các phần tử kim loại dưới sức ép của đầu dao.
Nghiên cứu quá trình cắt kim loại, thường người ta để ý tới 3 trạng thái biến dạng: biến dạng dẻo, biến dạng đàn hồi và sự gãy vỡ. Những thí nghiệm đã chứng tỏ rằng: phoi cắt và lớp kim loại dưới mặt sau dao (bề mặt đã gia công) bao giờ cũng phát sinh biến dạng dẻo. Điều đó khẳng định rằng: dòn không phải là bản chất của vật liệu mà chỉ là trạng thái của chúng mà thôi. Từ quan điểm về cắt gọt, giữa những vật liệu dòn và vật liệu dẻo không thể xác định rõ giới hạn, bởi vì cùng một vật liệu có thể trở thành dòn hoặc dẻo tuỳ thuộc vào tải trọng tác dụng lên nó [3].
2.1.2. Quá trình hình thành bề mặt đã gia công trên chi tiết
Ta hãy khảo sát khả năng dịch chuyển của 3 phần tử kim loại O, O1 và O2 trong quá trình cắt được tả ở mô hình 2.1.
Ta có nhận xét:
1. Phương trượt của hạt kim loại tạo với áp lực pháp tuyến lên phần tử kim loại đó một góc y.
2. Tại O (phần tử kim loại O) có phương trượt c // .
3. Tại O1 (phần tử kim loại O1) có phương trượt hướng về phía phoi, do đó có khả năng trượt để thành phoi.
4. Tại O2 (phần tử kim loại O2) có phương trượt hướng về phía chi tiết gia công. Do đó sự trượt bị chặn lại - không thể thành phoi cắt.
Từ những nhận xét trên cho ta rút ra kết luận rất quan trọng như sau:
Khi cắt, những phần tử kim loại trên trên lớp cắt có chiều dày a nằm trên mặt OF sẽ bị trượt và tạo thành phoi; những phần tử kim loại nằm trước mặt OF sẽ bị đầu dao nén ép để tạo thành bề mặt đã gia công của chi tiết. Lớp kim loại bị nén ép đó có chiều dày Da. Lớp kim loại Da bị biến dạng dưới sức ép của đầu dao và mặt sau dao.
Sự biến dạng của lớp kim loại Da xảy ra cả biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi. Do biến dạng đàn hồi nên khi ra khỏi mặt sau dao một phần của lớp kim loại được phục hồi 1 lượng Dh < Da.
Phân tích trạng thái ứng lực của các phần tử kim loại trong khu vực bị chèn ép ta thấy: các phần tử kim loại nằm trong vùng từ O đến O3 vừa chịu ứng lực nén s do đầu dao ép, vừa chịu ứng suất kéo t do ma sát giữa mặt dao và các phần tửkim loại trên chi tiết sát đó. Cũng tương tự như vậy đối với các phần tử kim loại trong khu vực O2 A. Riêng trong vùng AB thì các phần kim loại trên chi tiết do sự giãn nở đột ngột từ vùng chèn ép ra trạng thái tự do bị các phần tử kim loại trước nó và sau nó kéo ra (hình 2.2). Do hiện tượng kéo giãn đột ngột đó nên bề mặt đã gia công dễ phát sinh các vết nứt tế vi.
Tải trọng lực và tải trọng nhiệt phức tạp như vậy đã làm cho bề mặt gia công có những hiện tượng cơ - lý hết sức phức tạp. Những hiện tượng đó là:
1. Ứng suất dư phát sinh ra trong lớp bề mặt sát bề mặt đã gia công;
2. Một lớp mỏng của lớp bề mặt đã gia công bị hoá bền (hay bị biến cứng);
3. Trên bề mặt đã gia công xuất hiện các vết nứt tế vi.
Tổng hợp những kết quả nghiên cứu quá trình thành phoi và quá hình thành bề mặt đã gia công, được đúc kết thành lý thuyết 5 vùng biến dạng khi cắt (hình 2.3).
Vùng I là vùng bắt đầu phát sinh biến dạng khi cắt. Hình thành biến dạng chủ yếu trong vùng này là biến dạng đàn hồi. Những phần tử kim loại càng gần mặt OA thì mức độ biến dạng càng tăng. OA là giới hạn chuyển biến từ biến dạng đàn hồi sang trạng thái biến dạng dẻo (trượt).
Vùng II là vùng biến dạng dẻo của vật liệu gia công. Các phần tử kim loại càng gần mặt OC được coi như dần hoàn thành biến dạng dẻo sắp sửa tách ra trở thành các phần tử phoi. Đây là vùng biến dạng mảnh liệt nhất.
Vùng III là vùng ma sát giữa mặt trước của dao với các phần tử kim loại phoi cắt sau khi ra khỏi vùng biến dạng dẻo II. Do ma sát nên bề mặt này của phoi sau khi ra khỏi mặt trước dao rất nhẵn bóng.
Vùng IV là vùng biến dạng và ma sát giữa mặt sau dao với các phần tử kim loại trên bề mặt đã gia công nằm sát mặt dao. Về biến dạng thì đây là vùng vừa có biến dạng đàn hồi, vừa có biến dạng dẻo.
Vùng V là vùng của các phần tử kim loại đã hoàn thành biến dạng và trở thành phoi cắt.[3]
2.1.3. Ứng suất dư trên bề mặt gia công
2.1.4. Các nguyên nhân ảnh hưởng đến ứng suất dư bề mặt
Khi cắt quá trình hình thành ứng suất dư trên lớp bề mặt quyết định bởi biến
dạng đàn hồi, biến dạng dẻo, biến đổi nhiệt và chuyển pha trong kim loại, quá trình này rất phức tạp.
Trong nhiều trường hợp khi thay đổi phương pháp gia công và chế độ cắt thường dẫn tới tăng ảnh hưởng của lực và biến dạng dẻo làm tăng ứng suất dư nén, giảm ứng suất dư kéo.
Thực chất có nhiều nguyên nhân ảnh hưởng đến ứng suất dư lớp bề mặt, tuy nhiên rất khó xác lập quan hệ cụ thể. Nếu đánh giá một cách định tính như sau:
-
Khi tăng tốc độ cắt cũng có thể tăng, cũng có thể giảm ứng suất tiếp. Khi vận tốc tăng từ 50
200 m/phút thường làm cho ứng suất tiếp giảm xuống. - Khi bước tiến s tăng lên sẽ làm tăng chiều sâu có ứng suất dư.
- Khi gia công bằng dao có lưỡi, nếu cắt vật liệu giòn sẽ gây ra ứng suất dư nén, còn khi cắt vật liệu dẻo sẽ gây ra ứng suất dư kéo.
- Mài bằng đá mài bề mặt gia công có ứng suất dư kéo lớn, còn mài bằng đai mài có ứng suất dư nén.
- Trong điều kiện gia công cụ thể có thể suất hiện những ứng suất tiếp tuyến và ứng suất hướng trục trái dấu nhau.
2.1.5. Phân loại ứng suất
Ứng suất được phân thành 3 loại (hình 2.4):
Ứng suất vĩ mô (còn gọi là ứng suất thô đại, ứng suất vùng hoặc ứng suất loại I)
: Là ứng suất trung bình lấy trên toàn bộ thể tích của mẫu hoặc chi tiết.
(2.1)
Ứng suất vi mô (còn gọi là ứng suất tế vi) gồm 2 loại:
Ứng suất loại II – : Là ứng suất trung bình trong một thể tích nhỏ cùng cỡ với kích thước của hạt tinh thể, được xác định bằng trung bình chệnh lệch ứng suất tại một điểm trong tinh thể so với ứng suất vĩ mô.
Ứng suất loại III – : Là ứng suất tại một điểm trong hạt tinh thể, giá trị ứng suất này không đáng kể. (2.3)
2.1.6. Các phương pháp đo ứng suất
Có rất nhiều phương pháp khác nhau để xác định ứng suất như:
- Các phương pháp phá hủy: như phương pháp khoan lỗ, phương pháp cắt lớp, phương pháp cắt tiết diện;
- Phương pháp điện và từ;
- Phương pháp siêu âm;
- Phương pháp nhiệt đàn hồi;
- Phương pháp chụp ảnh;
- Các phương pháp nhiễu xạ: nhiễu xạ Neutron, nhiễu xạ tia X.
- CƠ SỞ ĐO LƯỜNG ỨNG SUẤT BẰNG NHIỄU XẠ
2.2.1. Khái niệm nhiễu xạ X – quang
Tia X là bức xạ điện từ năng lượng cao (từ 20eV đến 1MeV), phát sinh khi các điện tử hoặc các hạt mang điện khác bị hãm bởi một vật chắn và xuất hiện trong quá trình tương tác giữa bức xạ 
với vật chất.
Nhiễu xạ là sự giao thoa tăng cường của nhiều hơn một sóng tán xạ.
Người ta dùng hiện tượng nhiễu xạ X – quang để xác định ứng suất trong vật liệu, phân tích cấu trúc tinh thể, xác định thành phần pha trong vật liệu nhiều pha.
2.2.1.1. Lịch sử phát hiện tia X
Tia X hay còn gọi là tia Rơntgen do nhà khoa học Đức Wilhelm Conrad Roentgen phát hiện ra vào năm 1895, tại phòng thí nghiệm Viện Vật lý thuộc trường Đại học Tổng hợp Wurtzbourg. Rơntgen cho dòng điện đi qua ống tia âm cực (là ống thuỷ tinh chân không có hai điện cực ở hai đầu) và đặt màn chắn giữa ống và tia âm cực với bản thuỷ tinh (trong đó có tráng một lớp hỗn hợp phát quang) thì xuất hiện ánh sáng xanh nhè nhẹ khác lạ so với tia lửa điện.
Lần lượt ông đưa giấy, bìa cứng cho ánh sáng qua và ông nhận ra thấy các ống xương tay và chiếc nhẫn đeo tay có màu đậm in trên giấy cứng sau khi rửa ảnh.Tiếp tục ông thay giấy cứng bằng quyển sách dày cũng tương tự, rồi ông để trực tiếp cho ánh sáng xanh trên chiếu qua tay ông và ông thấy rõ mồn một từng khớp ngón tay và gân máu của ông đang dịch chuyển khi tay ông chuyển động.
Từ đó tia X được ứng dụng vào y học đầu tiên, giúp con người thấy được cơ quan nội tạng bên trong cơ thể.
2.2.1.2. Lịch sử phát triển tia X
Năm 1912 Von Laue đã chứng minh rằng tia X có thể bị nhiễu xạ bởi tinh thể.
Năm 1935 lần đầu tiên Le Galley chế tạo máy phát tia X đo tinh thể ở cấu trúc dạng bột.
Năm 1947 ông Phillip lần đầu tiên giới thiệu rộng rãi và bán máy nhiễu xạ đo tinh thể có cấu trúc dạng bột.
Vào đầu những thập niên 50 máy đo nhiễu xạ dạng bột dùng rộng rãi để nghiên cứu những vật liệu có cấu trúc chưa hoàn chỉnh.
Năm 1969 Rietveld đã phát triển phương pháp phân tích dãy dữ liệu nhiễu xạ có cấu trúc dạng bột.
Năm 1977 Cox, Young, Thomas và các tác giả khác lần đầu tiên ứng dụng phương pháp Rietveld về bức xạ tia X.
2.2.1.3. Ứng dụng tia X
Tia X được ứng dụng trong nhiều ngành: y học, địa chất, hoá học, vật liệu
học, môi trường … như: nghiên cứu môi trường khoáng sản, dự báo và phân tích địa tầng học, nghiên cứu sự hình thành các quặng, chụp X quang trong y học, xác định cấu trúc tinh thể, tìm thông số mạng tinh thể, tìm ứng suất dư để lại trên bề mặt chi tiết sau gia công, tìm ứng suất mỏi . . .
2.2.1.4. Tạo tia X
Tia X được tạo ra trong ống phát Rơntgen gồm hai cực điện trong buồng chân không như được chỉ ra trong hình 2.5. Các điện tử được sinh ra do nung nóng catot. Catot có điện áp âm cao và các điện tử được tăng tốc về phía anot thường nối đất. Các điện tử với vận tốc lớn tới đập vào anot được làm nguội bằng nước. Sự tổn hao năng lượng của điện tử do va chạm với anot kim loại được chuyển thành tia X. Thông thường chỉ khoảng một phần trăm năng lượng (< 1%) của tia điện tử chuyển thành tia X, phần lớn bị tiêu tán dưới dạng nhiệt tại anot kim loại được làm lạnh.
2.2.2. Sự hấp thụ của tia X
Tia X bị giảm khi xuyên qua vật chất, do đó chùm tia sau khi truyền bị yếu hơn lúc chùm tia tới. Có nhiều nguyên nhân gây ra sự giảm sút của nó.
Đó là các quá trình tán xạ, nhiệt độ của môi trường hay kích thích của quang điện… Tổng cường độ bị mất đi đó gọi là sự hấp thụ của tia X.
.2.3. Sự phát tán tia X
Khi chùm tia X chiếu tới mẫu, số lượng các phôton va chạm với các electron và phát tán ra các phương khác nhau. Có 2 loại va chạm:
Loại thứ I là đàn hồi: khi tia X va chạm với các electron ở tầng cao nhất (bao quanh hạt nhân), ở đó không có sự chuyển đổi động lượng giữa photon và các electron, có nghĩa là đã phát tán photon có cùng năng lượng và bước sóng sau va chạm (hình 2.6).
Loại thứ II là không đàn hồi: trường hợp có sự chuyển đổi động lượng từ photon đến các electron. Do sự chuyển đổi động lượng này mà photon mất năng lượng và có bước sóng dài hơn.
Khi một chùm tia X bị phân cực đụng vào một electron thì tổng cường độ phát tán tại một điểm P cho bởi công thức sau: (2.4)
Trong đó: cường độ của chùm tia tới;
m khối lượng của electron
c tốc độ ánh sáng;
e điện tích electron
r chiều dài của vec tơ EP: khoảng cách từ electron đến điểm P
góc giữa EP và chùm tia tới
() hệ số phân cực.
..............................................
Kết quả thực nghiệm cho thấy:
Với giá trị ứng suất bề mặt ban đầu (mẫu P0), khi phay ở tốc độ 19 m/ph tương ứng 500 v/ph (mẫu P1) giá trị ứng suất tăng do tác động của dao phay lên bề mặt mẫu. Khi tăng tốc độ cắt lên 38 m/ph tương ứng 1.000 v/ph (mẫu P2) ứng suất tăng lên tương ứng, và khi phay ở tốc độ 114 m/ph tương ứng 3.000 v/ph (mẫu P3) ứng suất giảm so với mẫu P2. Khi tiếp tục tăng tốc độ cắt của dao lên 190 m/ph (5.000 v/ph) đến 380 m/ph (10.000 v/ph) ứng suất giảm dần tương ứng.
4.5. Nguyên nhân của các sai số
Trong phương pháp nhiễu xạ kế, cường độ tia Rơntgen được đánh giá theo tốc độ đếm xung của ống đếm (hay còn gọi là mật độ xung):
Trong đó: N là số lượng xung đếm được trong thời gian t.
Dựa vào đặc điểm của phương pháp, có thể nêu những nguyên nhân chính gây sai số khi đo cường độ như sau:
Sai số thống kê trong quá trình đếm. Bản thân các quá trình tạo ra đếm xung mang tính chất thống kê, do đó dù cho cường độ tia Rơntgen là cố định lý tưởng, các lần đếm khác nhau sẽ cho những kết quả khác nhau [1].
Sai số đo cường độ có tính đến hiệu ứng phông. Cường độ đo được tại mỗi điểm của biểu đồ nhiễu xạ luôn luôn gồm hai phần: cường độ nhiễu xạ cần xác định và cường độ phông. Hiệu ứng phông xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau:
- Do phông của bản thân ống đếm
- Do phần phổ không đặc trưng của ống phát
- Do sự tán xạ tia đặc trưng bởi các chất vô định hình trên mẫu hoặc giá đặt mẫu
- Do bức xạ huỳnh quang của mẫu
- Do sự tán xạ của tia tới phản xạ trong không khí
Sai số đo cường độ do dao động số hạt tham gia nhiễu xạ trong mẫu đa tinh thể
Sai số của góc nhiễu xạ có thể phân thành hai loại chính: sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên. Sai số hệ thống là sai số do những đặc điểm hình học của sơ đồ thực nghiệm (kích thước mẫu, kích thước và hình dáng màn chắn, độ lệch vị trí của mẫu,…) hoặc do các nguyên nhân vật lý (sự co dãn phim, sự hấp thu tia trong mẫu,…)gây nên. Sai số hệ thống có thể hạn chế bằng cách cải tiến kỹ thuật và thay đổi chế độ thực nghiệm. Sai số ngẫu nhiên là những sai số xuất hiện một cách ngẫu nhiên khi xác định vị trí góc của vạch, có liên quan đến bản thân người thực hiện và các dụng cụ được sử dụng. Sai số ngẫu nhiên có thể hạn chế bằng cách hoàn chỉnh thiết bị và dụng cụ, tăng cường kỹ năng và tăng số lần thực nghiệm. Từ công thức 2.9: nhận thấy rằng độ chính xác của biến dạng không những phụ thuộc vào mà còn vào bản thân trị số góc . Mối quan hệ này rất mạnh vì có thể thay đổi từ 0 đến ¥. Góc nhiễu xạ càng lớn thì càng chính xác, thường được gọi là phạm vi góc lớn để xác định chính xác biến dạng. Tuy nhiên, góc nhiễu xạ tối đa thường cũng chỉ nằm trong phạm vi 80o – 82o. Chúng ta có thể chọn loại bức xạ phù hợp để nhận được đường có góc nhiễu xạ lớn nhất.
Ngoài các yếu tố trên, một số yếu tố có thể góp phần vào việc xuất hiện các sai số trong các phép đo. Các yếu tố này có thể được tóm tắt như sau:
• Thời gian đo
• Số góc đo cho phương pháp “sin2ψ”
• Phương pháp xác định vị trí đỉnh nhiễu xạ
• Chất lượng bề mặt của mẫu
• Kích thước vùng đo
Có thể khắc phục các sai số trên bằng một số biện pháp sau:
• Số lượng các điểm dữ liệu (góc y) có thể được tăng lên, để có được kết quả chính xác hơn.
• Bề mặt của mẫu có thể được làm sạch bằng cách sử dụng hóa chất thích hợp để loại bỏ bất kỳ lỗi có thể do bề mặt.
• Mẫu có thể đo nhiều lần.
Chương 5
KẾT LUẬN
5.1. Tóm tắt và đánh giá kết quả đề tài
Nhiễu xạ X –quang (XRD) là kỹ thuật không phá huỷ và là một trong những phương pháp tốt nhất để xác định ứng suất dư. Kỹ thuật XRD sử dụng biến dạng khoảng cách giữa mặt tinh thể (khoảng cách - d) khi vật liệu có ứng suất.
Sự xuất hiện của ứng suất dư khi gia công cơ phụ thuộc vào tốc độ cắt, chuyển động cắt, loại công cụ và các thông số khác, do đó tối ưu hóa quá trình gia công là một trong những phần quan trọng. Để đánh giá ứng suất dư sau khi phay với các tốc độ khác nhau (các yếu tố khác không thay đổi), tác giả đã sử dụng phương pháp nhiễu xạ X – quang (XRD).
Kết quả thực nghiệm:
Với giá trị ứng suất bề mặt ban đầu (mẫu P0), khi phay ở tốc độ 19 m/ph tương ứng 500 v/ph (mẫu P1) giá trị ứng suất tăng do tác động của dao phay lên bề mặt mẫu. Khi tăng tốc độ cắt lên 38 m/ph tương ứng 1.000 v/ph (mẫu P2) ứng suất tăng lên tương ứng, và khi phay ở tốc độ 114 m/ph tương ứng 3.000 v/ph (mẫu P3) ứng suất giảm so với mẫu P2. Khi tiếp tục tăng tốc độ cắt của dao lên 190 m/ph (5.000 v/ph) đến 380 m/ph (10.000 v/ph) ứng suất giảm dần tương ứng.
Kết quả thực nghiệm cho thấy khi tốc độ cắt cao từ 3.000 v/ph (các yếu tố khác không thay đổi), ứng suất dư bề mặt giảm dần. Hiệu quả của gia công với tốc độ cắt cao đã được xác nhận trong trường hợp này, từ đó cho ta khả năng xác định điều kiện tối ưu hóa quá trình phay, nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguyên công.
Phương pháp này có giá trị cho vật liệu đẳng hướng và gần đẳng hướng. Tuy nhiên nó là cần thiết để có thể xác định sự thay đổi ứng suất trong bề mặt vật liệu khi thay đổi tốc độ cắt, trong trường hợp nghiên cứu của đề tài.
Việc sử dụng kỹ thuật nhiễu xạ X-quang quan trọng nhất là xác định vị trí của đỉnh nhiễu xạ. Trong điều kiện hệ nhiễu xạ của Trung tâm hạt nhân Tp HCM chỉ đạt được tối đa góc 2q = 120o, do vậy kết quả của thực nghiệm thu được là chưa cao. Theo lý thuyết để đạt được cường độ nhiễu xạ tốt nhất là ở góc 2q > 130o (tốt nhất 150o ¸ 160o).
2. Hướng phát triển của đề tài
Trong điều kiện trang thiết bị của máy nhiễu xạ X – quang ở các nơi tại Tp HCM còn thiếu và chưa đồng bộ, kết quả thực nghiệm của đề tài đã mở ra hướng nghiên cứu cho các học viên cao học. Đó là hợp tác với trung tâm hạt nhân tại Tp HCM nghiên cứu đo ứng suất vật liệu trên hệ nhiễu xạ tia X. Một số hướng nghiên cứu tiếp theo là:
• Tính toán tỷ lệ của ứng suất vĩ mô và vi mô;
• Xác định ứng suất dư bằng nhiễu xạ X-quang cho mẫu textured;
• Một chương trình phù hợp hơn có thể được sử dụng để có được giá trị các đỉnh nhiễu xạ tốt nhất, do đó sai số xuất hiện trong tính toán có thể được giảm;
• Thu hẹp dải tốc độ, và thực nghiệm nhiều tốc độ hơn để có thể biết chính xác khoảng tốc độ nào thì ứng suất tăng và khoảng tốc độ nào ứng suất giảm.
• Kết hợp đo độ nhám bề mặt, độ biến cứng bề mặt với ứng suất để xác định tốc độ cắt tối ưu cho từng loại vật liệu, hoặc cho chi tiết máy cụ thể.
Trong tương lai cần trang bị phòng thí nghiệm về vật liệu, trong đó có hệ nhiễu xạ với đầy đủ các thiết bị kèm theo để phục vụ cho công tác nghiên cứu chuyên ngành và giảng dạy.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lê Công Dưỡng Kỹ thuật phân tích cấu trúc bằng tia Rơntgen
NXB Khoa học và kỹ thuật. Năm 1984
[2] Phạm Ngọc Nguyên Giáo trình Kỹ thuật Phân tích Vật lý
NXB Khoa học và Kỹ thuật Năm 2006
[3] TS. Hoàng Văn Điện. ThS. Nguyễn Xuân Chung. ThS. Phùng Xuân Sơn
Nguyên lý cắt
NXB Giáo dục Việt nam Năm 2009
[4] Nguyễn Xuân Lựu Lý thuyết đàn hồi
NXB Giao thông vận tải Năm 2007
[5] PGS.TS.Nguyễn Trường Thanh Giáo trình Lý thuyết biến dạng
NXB Đại học Quốc gia Tp HCM Năm 2000
[6] TS Nguyễn Hoài Sơn Phương pháp tính
ứng dụng trong tính toán kỹ thuật
NXB Đại học quốc gia Tp. Hồ Chí Minh Năm 2008
[7] Luận văn thạc sĩ của KS. Phan Hoàng Mau.
“Tính toán và mô phỏng ứng suất vật liệu tinh thể phi đẳng hướng có GRADIENTS ứng suất”
Khóa 2005 – 2007. Trường ĐH SPKT
[8] Luận văn thạc sĩ của KS. Châu Thị Ánh Tuyết.
“Tính toán ứng suất pha trong vật liệu tinh thể nhiều pha bằng nhiễu xạ X quang”
Khóa 2006–2008. Trường ĐH SPKT
[9] James M.; Lu J.; Roy G.; Handbook of Measurement of Residual Stress: Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall; 1996.
[10] Noyan IC.; Cohen JB.; Residual Stress Measurement by Diffraction and Interpretation, New York: Springer-Verlag; 1987.
[11] B. D. Cullity, Elements of X–ray Diffraction, Prentice Hall Upper Saddle River, NJ 07458
[12] Le Chi Cuong, Development of Automated X–ray Stress Analyzer and its Applications in Stress Measurement of Textured Materials, Thesis, 2004
[13] Le Chi Cuong and Masanori Kurita , Absorption Factor and Influence of LPA on Stress and Diffraction Line Width in X- Ray Stress Measurement, Graduate student of Nagaoka University of Technology, 2003.
[14] Viktor Hauk, Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods, Elsevier, 1997
[15] V. Hauk, H. Hougardy, E. Macherauch, Residual Stresses Measurement, Calculation, Evaluation, Informations Gesellschart
Tham khảo từ các công ty hàng đầu trong lĩnh vực kiểm tra không phá hủy (NDT) qua website:
http://www.apave.com.vn/Home/Default.aspx
Or http://www.alpha-ndt.com/index.asp
Phụ lục 0
TÍNH HỆ SỐ THEO LUẬT BẬC HAI
Code Matlab:
clear all
clc
format long
x=xlsread('p5-7,5K.xls','phay7.5K-25','B92:B132');% ('tenfile','ten sheet','cot')
y=xlsread('p5-7,5K.xls','phay7.5K-25','C92:C132');
plot (x,y,'ro')
hold on
s1=0;s2=0;s3=0;s4=0;s5=0;s6=0;s7=0;
q=size(x,1);
for i=1:q
s1=s1+x(i);
s2=s2+(x(i))^2;
s3=s3+(x(i))^3;
s4=s4+(x(i))^4;
s5=s5+(y(i));
s6=s6+x(i)*y(i);
s7=s7+x(i)^2*y(i);
end
a=zeros(q,q);
b=zeros(q,1);
a(1,1)=q;
a(1,2)=s1;
a(1,3)=s2;
a(2,1)=s1;
a(2,2)=s2;
a(2,3)=s3;
a(3,1)=s2;
a(3,2)=s3;
a(3,3)=s4;
b(1,1)=s5;
b(1,2)=s6;
b(1,3)=s7;
%phuong phap LU
a=[q s1 s2;s1 s2 s3;s2 s3 s4];
b=[s5 s6 s7]';
[L,U]=lu_factor(a);
z=LU_solve(L,U,b);
z;
% phuong trinh can tim va do thi
format long
syms x;
y=z(1)+z(2)*x+z(3)*x^2
y1=diff(y);
theta=solve(y1)
ymax=z(1)+z(2)*theta+z(3)*theta^2
fplot ('dothihambac2',[115.5,117.5 20,230])
title('Noi suy bac hai')
xlabel('2 theta')
ylabel('count')
grid on
function y=dothihambac2(x)
y = –97.5x2 + 22682x – 1373323
function [L,U]=lu_factor(a)
[n,m]=size(a);
L=eye(n);
U=a;
for j=1:n
for i=j+1:n
if U(j,j)~=0
L(i,j)=U(i,j)/U(j,j);
else
L(i,j)=0;
end
U(i,:)=U(i,:)-L(i,j)*U(j,:);
end
end
function x=LU_solve(L,U,b)
[n,m]=size(U);
z=zeros(n,1);
x=zeros(n,1);
%--------------------------------------------
z(1)=b(1);
for i=2:n
z(i)=b(i)-L(i,1:i-1)*z(1:i-1);
end
%---------------------------------------------
x(n)=z(n)/U(n,n);
for i=n-1:-1:1
if U(i,i)~=0
x(i)=(z(i)-U(i,i+1:n)*x(i+1:n))/U(i,i);
else
x(i)=0;
end
end
PHƯƠNG PHÁP TÍNH HỆ SỐ THEO LUẬT TUYẾN TÍNH
1. Phương pháp tính bằng tay [6]
Tính:
= 0,05100144
= 0,4
= 0,363144
= 5,44196
=> = (0.4)2 – 6. 0,05100144 = – 0,14575
Vậy:
= 0,002309
= 0,906839
Vậy phương trình cần tìm là: y = 0,002309.x + 0,906839
2. Code Matlab
clc
clear all
%close all
sin2sy(1)=0;
sin2sy(2)=0.0075;
sin2sy(3)=0.0301;
sin2sy(4)=0.0669;
sin2sy(5)=0.1169;
sin2sy(6)=0.1786;
d(1)=0.90640;
d(2)=0.90646;
d(3)=0.9064;
d(4)=0.9065;
d(5)=0.9066;
d(6)=0.90675;
Sxx=0;
for i=1:length(sin2sy)
Sxx=sin2sy(i)*sin2sy(i)+ Sxx
end
Sx=0;
for i=1:length(sin2sy)
Sx=sin2sy(i)+ Sx
end
Sxy=0;
for i=1:length(sin2sy)
Sxy=sin2sy(i)*d(i)+ Sxy
end
Sy=0;
for i=1:length(sin2sy)
Sy=d(i)+ Sy
end
D=Sx*Sx - length(sin2sy)*Sxx
a=(1/D)*(Sx*Sy-length(sin2sy)*Sxy)
b=(1/D)*(Sx*Sxy - Sxx*Sy)
x=0:0.01:0.2;
for i=1:length(x)
y(i)=a*x(i)+b;
end
plot(x,y,'LineWidth',1);
legend('y=0.0019x+0.9064');%
ylabel('d');
grid on
hold on
plot(sin2sy,d,'hr','LineWidth',2)
Chỉ tiêu đánh giá đường nội suy
Để đánh giá mức độ chặt chẽ của mối liên hệ tương quan giữa hai chỉ tiêu đánh giá, người ta đưa ra các hệ số:
a. Hệ số tương quan tuyến tính giữa hai chỉ tiêu (ký hiệu là r)
Công thức tính hệ số tương quan:
Hệ số tương quan lấy giá trị trong khoảng từ -1 đến 1 ():
Khi r càng gần 0 thì quan hệ càng lỏng lẻo, ngược lại khi r càng gần 1 hoặc -1 thì quan hệ càng chặt chẽ (r > 0 có quan hệ thuận và r < 0 có quan hệ nghịch). Trường hợp r = 0 thì giữa x và y không có quan hệ.
b. Tỉ số tương quan
Đối với liên hệ tương quan phi tuyến tính giữa 2 chỉ tiêu sẽ dùng tỉ số tương quan (ký hiệu R) để đánh giá mức độ chặt chẽ của mối liên hệ. Công thức tính tỉ số tương quan như sau:
Trong đó: : Phương sai đo độ biến thiên của chỉ tiêu y do
ảnh hưởng riêng của chỉ tiêu x; với là giá trị lý thuyết của đường hồi quy phi tuyến tính giữa y và x được xác định;
: Phương sai đo độ biến thiên của chỉ tiêu y do ảnh hưởng của tất cả các chỉ tiêu nguyên nhân.
Tỉ số tương quan có một số tính chất sau:
(1) Tỉ số tương quan lấy giá trị trong khoảng [0;1], tức là 0 £ R £ 1.
- Nếu R = 0 thì giữa x và y không có liên hệ tương quan;
- Nếu R =1 thì giữa x và y có liên hệ hàm số;
- Nếu R càng gần 1 thì giữa x và y liên hệ tương quan càng chặt chẽ, và càng gần 0 thì liên hệ tương quan càng lỏng lẻo.
(2) Tỉ số tương quan lớn hơn hoặc bằng giá trị tuyệt đối của hệ số tương quan, tức là R ³ êr ê. Nếu R= êr ê thì giữa x và y có mối liên hệ tương quan tuyến tính.
