Đồ án Thiết kế và chế tạo mô hình máy lốc đĩa

PHẦN I: TÌM HIỂU CHUNG VỀ MÁY LỐC ĐĨA 1.1.GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ CÔNG NGHỆ LỐC ĐĨA : 1.1.1.Quá trình hình thành và phát triển máy lốc đĩa : Cùng với sự phát triển lớn mạnh của khoa học và công nghệ, nhu cầu sản phẩm ngày càng nhiều, chất lượng càng cao trong cuộc sống. Từ đó nảy sinh ra nhiều loại máy móc góp phần sản xuất tạo ra sản phẩm đó. Trong nghành cơ khí chế tạo; ngoài những công cụ thông dụng như máy bào, máy phay gia công tạo biên dạng mặt phẳng, mặt bậc; máy tiện tạo biên dạng tròn xoay,…và còn vô số máy khác nhau với công dụng khác nhau. Máy lốc đĩa ra đời dựa trên nguyên tắc tạo ra biên dạng cong bất kỳ của một bề mặt nhờ thực hiện việc chuyển động quay tròn của khuôn lốc, đĩa lốc và chuyển động tịnh tiến của xy lanh tạo lực ép lớn lên bề mặt những tấm kim loại có bề dày nhất định. Khi tiến hành lốc tạo biên dạng pít-tông thực hiện việc tịnh tiến từ từ, việc gia công khó hay không khó tuỳ thuộc vào biên dạng cong cần tạo ra. 1.1.2.Chức năng, nhiệm vụ của máy lốc đĩa : Máy lốc đĩa là máy chiếm vị trí quan trọng trong nghành đóng tàu biển. Trong dây chuyền công nghệ nghành đóng tàu máy lốc đĩa có nhiệm vụ tạo ra những biên dạng cong khi chế tạo vỏ tàu, khung tàu,… 1.1.3.Sản phẩm máy lốc đĩa : a).Các loại mặt cong đơn giản : b).Các loại mặt cong phức tạp : Các loại sản phẩm lốc tạo ra mặt cong từ đơn giản đến phức tạp. Sản phẩm tạo ra có kích thước, trọng lượng phù hợp nằm trong giới hạn cho phép mà máy gia công được. Thông số kích thước được giới hạn như sau : Bề dày chi tiết lốc không được quá 16mm. Bề rộng không quá 1500mm. Ứng suất chảy không quá 4000kg/cm2. Góc lốc của chi tiết không quá 600. Kích thước sản phẩm lốc phải theo dưỡng thiết kế. Thực tế tại nhà máy máy lốc đĩa chỉ lốc thép vỏ tàu (Thép CT3) với bề dày từ 8 ÷ 12 mm. 1.1.4.Vật liệu gia công : Vỏ tàu sử dụng thép các bon thường, dạng tấm chủ yếu là thép CT3. Đặc tính của thép này là có giới hạn đàn hồi và giới hạn chảy thấp, nhưng lại có độ dẻo cao, dể hàn,… */ Bảng cơ tính quy định mác thép các bon chất lượng thường phân nhóm A. Mác thép  (b(MPa)  (0,2(MPa)  (5 %   CT31  ≥ 310  -  20   CT33  320 ÷ 420  -  31   CT34  340 ÷ 440  200  29   CT38  380 ÷ 490  210  23   CT42  420 ÷ 540  240  21   CT51  500 ÷ 640  260  17   CT61  ≥ 600  300  12   */ Bảng cơ tính quy định mác thép các bon chất lượng thường nhóm B. Mác thép  %C  %M  %Si  %S  %P      Sôi  Nửa lặng  Lặng  Không quá   BCT31  ≤ 0,23  -  -  -  -  0,06  0,06   BCT33  0,06÷0,12  0,25÷0,50  0,05  0,05÷0,07  0,12÷0,30  0,05  0,04   BCT34  0,09÷0,15  0,25÷0,50  0,07  0,05÷0,17  0,12÷0,30  0,05  0,04   BCT38  0,14÷0,22  0,30÷0,65  0,07  0,05÷0,17  0,12÷0,30  0,05  0,04   BCT42  0,18÷0,27  0,40÷0,70  0,07  0,05÷0,17  0,12÷0,30  0,05  0,04   BCT51  0,28÷0,37  0,50÷0,80  0,07  0,05÷0,17  0,12÷0,30  0,05  0,04   BCT61  0,38÷0,49  0,50÷0,80  0,07  0,05÷0,17  0,12÷0,30  0,05  0,04   */ Ưu nhược điểm của thép các bon: - Ưu điểm : + Rẻ tiền, dể nấu luyện và không dùng nguyên tố hợp kim đắt tiền. + Có cơ tính nhất định, có tính công nghệ tốt như dể đúc, dể hàn, cán, rèn, dập, kéo sợi và gia công cắt gọt. - Nhược điểm : + Độ bền, giới hạn đàn hồi thấp (không quá 700MPa) khi đem thường hóa hoặc ủ. + Độ thấm tôi thấp, khó có thể tôi thấu 1 chi tiết có đường kính khoảng 15mm. + Độ bền và nhất là độ cứng ở nhiệt độ cao rất thấp. Đây là điểm yếu nhất của thép các bon thường. + Độ bền chống mài mòn thấp so với các thép hợp kim. + Độ bền chống ăn mòn thấp, dể bị gỉ trong không khí. 1.1.5.Nguyên lý hoạt động của máy lốc đĩa : 1.1.5.1.Sơ đồ nguyên lý : Trong đó : 1. Động cơ điện. 2.Trục truyền động. 3.Hộp giảm tốc. 4.Khuôn lốc. 5.Đĩa lốc. 6.Piston. 7.Xy lanh. 8.Phanh điện từ. 1.1.5.2.Nguyên lý hoạt động máy lốc đĩa : Động cơ điện (1) quay truyền động qua trục truyền (2) nhờ hộp giảm tốc (3) giảm tốc trục ra và truyền chuyển động quay cho khuôn lốc (4). Động cơ bơm dầu qua van và đẩy piston (6) chuyển động tịnh tiến lên xuống trong xy lanh (7). Khi tiến hành lốc tạo biên dạng cong, chi tiết được đặt trên khuôn lốc 4 (Khuôn lốc không quay được nhờ sự hãm của phanh điện từ 8). Ấn nút điều khiển để mở van, động cơ dầu bơm dầu qua van và đẩy piston 6 chuyển động tịnh tiến đi xuống ép vào chi tiết. Trên đầu của piston có gắn đĩa lốc 5, khi tiếp xúc với chi tiết ép biến dạng chi tiết. Quá trình ép vào chi tiết phải từ từ, có nghĩa cho piston 6 chuyển động tịnh tiến với quãng đường dịch chuyển ngắn. Sau khi điều chỉnh chiều dài ép của piston nhờ một thanh thước thẳng gắn trên xy lanh 7. Khoá van để cố định piston, tiến hành nhả phanh thắng 8, động cơ quay truyền chuyển động cho khuôn lốc. Khuôn lốc quay nhờ ma sát truyền chuyển động qua chi tiết làm chi tiết chuyển động tịnh tiến. Nhờ ma sát giữa chi tiết và đĩa lốc làm cho đĩa lốc quay tròn tại tâm của nó. Quá trình quay khuôn lốc, lực ép của piston lên chi tiết, chi tiết chuyển động tịnh tiến, đĩa lốc quay tròn đã làm chi tiết biến dạng thành những biên dạng cong. Sự điều chỉnh hướng tiến của chi tiết và chiều dài sau mỗi lần ép sẽ tạo ra những biên dạng cong bất kỳ cho sản phẩm lốc. Tiến hành lốc từ từ từng đường và điều chỉnh dần dần chiều dài ép cho phù hợp để đạt được mặt cong theo dưỡng thiết kế. 1.2. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC MÁY : 1.2.1. Các chuyển động cần thiết của máy : - Chuyển động quay tròn của khuôn lốc nhờ ma sát kéo chi tiết chuyển động tịnh tiến để uốn và lốc tạo biên dạng cong - Chuyển động tịnh tiến của đầu gắn đĩa lốc tạo lực ép vào chi tiết gây biến dạng chi tiết. - Chuyển động quay tròn của đĩa lốc nhờ ma sát giữa đĩa lốc và chi tiết. 1.2.2. Chọn cơ cấu chấp hành : +. Chuyển động thẳng : Dùng cơ cấu xy lanh – piston, thanh răng - bánh răng, cơ cấu cam – cần đẩy. +. Chuyển động quay : Dùng động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc hoặc hộp tốc độ, dùng xy lanh thuỷ lực truyền chuyển động quay. +Bộ điều khiển tốc độ : Hộp giảm tốc hoặc hộp tốc độ. 1.2.3. Chọn nguồn truyền động : +. Chuyển động thẳng : Dùng động cơ dầu, dùng động cơ khí nén, dùng động cơ điện và dùng cơ cấu truyền động khác để sinh ra chuyển động thẳng. +. Chuyển động quay : Dùng động cơ điện, dùng động cơ dầu, dùng khí nén, dùng cơ cấu thanh răng - bánh răng,… 1.2.4.Phương án bố trí sơ đồ kết cấu động học máy lốc đĩa : 1.2.4.1.Phương án 1 : Dùng xy lanh thuỷ lực và hộp giảm tốc : 1.2.4.2.Phương án 2 : Dùng xy lanh khí nén và hộp giảm tốc : 1.2.4.3.Phương án 3 : Dùng xy lanh thủy lực và hộp tốc độ : 1.2.4.4.Phương án 4 : Dùng thanh răng-bánh răng và hộp giảm tốc : 1.2.5.Phân tích phương án bố trí sơ đồ kết cấu động học máy lốc đĩa : */ Vấn đề sử dụng thuỷ lực hay khí nén : - Hệ thống điều khiển thuỷ lực dùng môi chất dầu để điều khiển. Dầu có độ nhớt cao, có khả năng đạt áp suất p lớn (p=150 kg/cm2). Trong khi đó hệ thống khí nén dùng không khí để truyền động, với độ nhớt thấp nên áp suất thấp. Áp suất nguồn p = 12÷15 kg/cm2 còn áp suất sử dụng chỉ đạt 6÷7 kg/cm2 . - Hệ thống thuỷ lực truyền động được công suất cao và lực lớn, dùng trong thiết kế các máy có trọng tải lớn. Hệ thống khí nén truyền tải thấp, tải trọng nhỏ do đó chỉ ứng dụng cho cụm thiết bị hoặc dây chuyền thiết bị. ( Lựa chọn phương án dùng thuỷ lực. */ Vấn đề sử dụng cơ cấu thanh răng - bánh răng hay xy lanh thuỷ lực để truyền chuyển động tịnh tiến : - Dùng xy lanh thuỷ lực có mức điều chỉnh nhỏ, vô cấp và tạo lực lớn.Trong khi đó cơ cấu thanh răng - bánh răng muốn tạo lực lớn phải tăng kết cấu và động cơ truyền động có công suất lớn, cơ cấu khó có thể truyền động vô cấp. - Hệ thống xy lanh thuỷ lực có kết cấu gọn nhẹ và đơn giản hơn so với khi sử dụng thanh răng - bánh răng. ( Lựa chọn phương án dùng xy lanh thuỷ lực. */Vấn đề sử dụng hộp giảm tốc hay hộp tốc độ : - Thiết kế hộp giảm tốc đơn giản hơn thiết kế hộp tốc độ. - Kết cấu hộp giảm tốc đơn giản hơn kết cấu hộp tốc độ. - Việc sử dụng hộp tốc độ để thay đổi số vòng quay ở trục ra (khuôn lốc) là không cần thiết và có thể làm cho bề mặt chi tiết gia công biến dạng không đều dể sinh ra ứng suất nguy hiểm. ( Lựa chọn phương án dùng hộp giảm tốc. */Nhận xét : Như vậy từ các phân tích trên ta lựa chọn phương án sơ đồ kết cấu động học tối ưu là sơ đồ 1. Kết cấu sử dụng hệ thống thuỷ lực, truyền chuyển động thẳng bằng xy lanh. Truyền chuyển động quay khuôn lốc nhờ động cơ điện thông qua hộp giảm tốc. 1.2.6.Kết luận : Sơ đồ kết cấu động học máy lốc đĩa. 1.3.LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN : 1.3.1.Lý thuyết về thủy lực : 1.3.1.1.Các thông số cơ bản của hệ thống thủy lực : a). Áp suất : Theo hệ đo lường tiêu chuẩn SI là Pascal (Pa). 1pa = 1N/m2 = 1kg/ms2. 1kg/cm2 = 0,1N/mm2 = 10N/cm2 = 105N/m2. Trị số chính xác : 1kg/cm2 = 9,81N/cm2 1bar = 105N/m2 = 1kg/cm2. 1at = 9,81.104N/m2 ( 105N/m2 = 1bar. b).Vận tốc : S (m/s; cm/s) c). Thể tích : V (m3; lít) d). Lưu lượng : Q (m3/phút; lít/phút; m3/vòng; lít/vòng). e). Lực : F (N) 1N = 1kg.m/s2. f). Công suất : N (W) 1W = 1Nm/s. g). Tổn thất : ( - Tổn thất thể tích ((t): Do dầu chảy qua các khe hở của các phần tử hệ thống thủy lực gây nên. Tồn tại nhiều nhất ở các cơ cấu biến đổi năng lượng như bơm dầu, động cơ dầu, xy lanh truyền lực,... Đối với bơm dầu : (tb = Q/Qo. (Q: Lưu lượng thực tế của bơm; Qo: Lưu lượng danh nghĩa của bơm) Đối với động cơ dầu : (tđ = Qođ/Qđ (Qođ: Lưu lượng danh nghĩa; Qđ: Lưu lượng thực tế) Nếu không kể đến lượng dầu rò ở các mối, các van khác thì tổn thất dầu ép có bơm dầu và động cơ dầu là: (t = (tb.(tđ - Tổn thất cơ khí ((c): Do ma sát giữa các chi tiết có chuyển động tương đối ở trong động cơ dầu, bơm dầu gây nên. Đối với bơm dầu : (cb = No/N (No: Công suất danh nghĩa, No=P.Q/60.104 (KW); N: Công suất thực tế được đo trên trục bơm). Đối với động cơ dầu : (cđ = Nđ/Ncđ (Nođ: Công suất danh nghĩa, Ncđ=P.Qđ/60.104; Nđ : Công suất cần thiết). Khi đó : (c = (cb.(cđ - Tổn thất áp suất: Là sự giảm áp suất do lực cản trên đường chuyển động của dầu từ bơm đến cơ cấu chấp hành. Tổn thất này phụ thuộc vào: chiều dài ống dẫn, độ nhẵn thành ống, độ lớn tiết diện ống dẫn, tốc độ chảy, sự thay đổi tiết diện, sự thay đổi hướng chuyển động, trọng lượng riêng, độ nhớt. Nếu po là áp suất của hệ thống, p1 là áp suất ra. Khi đó tổn thất được biểu thị bằng hiệu suất: (a = (po-p1)/po = (p/po Hiệu áp (p là trị số tổn thất áp suất-tổn thất do lực cản cục bộ gây nên.
Với: ( - Khối lượng riêng của dầu, (=914 kg/m3. g - Gia tốc trọng trường, g=9,81 m/s2. v - Vận tốc trung bình của dầu (m/s). d - Đường kính ống dẫn (m). ( - Hệ số tổn thất cục bộ. l - Chiều dài ống dẫn. 1.3.1.2.Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động thuỷ lực: a). Ưu điểm: + Hệ thống truyền động thuỷ lực truyền được công suất cao và lực lớn (nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao nhưng đòi hỏi ít về chăm sóc, bảo dưỡng). + Điều chỉnh được vận tốc làm việc tinh và vô cấp, do đó dể thực hiện tự động hóa theo điều kiện làm việc hay theo chương trình có sẵn. + Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc nhau. + Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao. + Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén của dầu nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh. + Dể biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành. + Dể phòng quá tải nhờ van an toàn. + Dể theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp nhiều mạch. + Tự động hoá đơn giản, phần tử được tiêu chuẩn hóa. b). Nhược điểm: + Mất mát trong đường ống dẫn và rò rỉ bên trong các phần tử, làm giảm hiệu suất và hạn chế phạm vi sử dụng. + Khó giữ được vận tốc không đổi khi phụ tải thay đổi do tính nén của chất lỏng và tính đàn hồi của đường ống dẫn. + Khi mới khởi động nhiệt độ của hệ thống chưa ổn định, vận tốc làm việc thay đổi do độ nhớt của chất lỏng thay đổi. 1.3.1.3.Yêu cầu đối với dầu thủy lực : Chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng chất lỏng làm việc là độ nhớt, khả năng chịu nhiệt, độ ổn định tính chất hoá học và tính chất vật lý, tính chống rỉ, tính ăn mòn, khả năng bôi trơn, tính sủi bọt, nhiệt độ bốc lửa, nhiệt độ đông đặc. Chất lỏng làm việc phải đảm bảo các yêu cầu: Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn nhiệt độ và áp suất. Độ nhớt ít phụ thuộc vào vật liệu. Có tính trung hoà (tính trơ) với các bề mặt kim loại, hạn chế được khả năng xâm nhập khí, dể dàng tách khí. Phải có độ nhớt thích ứng với điều kiện chắn khít và khe hở của các chi tiết di trượt, nhằm đảm bảo độ rò dầu bé nhất, cũng như tổn thất ma sát ít nhất. Dầu phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hoà tan trong nước và không khí, dẫn nhiệt tốt; có môđun đàn hồi, hệ số nở nhiệt và khối lượng riêng nhỏ. 1.3.1.4.Mô tơ thủy lực (bơm dầu, động cơ dầu): Bơm dầu và động cơ dầu là 2 thiết bị có chức năng khác nhau. Bơm là thiết bị tạo ra năng lượng, còn động cơ dầu là thiết bị tiêu thụ năng lượng. Tuy nhiên về kết cấu và phương pháp tính toán giống nhau. Bơm dầu là cơ cấu biến đổi năng lượng, biến cơ năng thành năng lượng của dầu. Động cơ dầu là thiết bị dùng để biến năng lượng của dòng chất lỏng thành động năng quay trên trục động cơ. 1.3.1.4.1.Các đại lượng đặc trưng : a).Thể tích dầu trải đi 1 vòng (hành trình) : V = A.h hay V=VZL.z.2 Với A - diện tích mặt cắt ngang. h - hành trình piston . VZL - thể tích khoảng hở giữa hai răng, Z - số răng của bánh răng. b). Áp suất làm việc :p c). Hiệu suất : ( 1.3.1.4.2.Công thức tính toán bơm và động cơ dầu : a). Lưu lượng Q: là tích số của số vòng quay n và thể tích dầu trong một lần quay V. Ta có: Qv = n.V + Lưu lựong bơm : Qv = n.V.(v.10-3 . + Động cơ dầu :
Với Qv-lưu lượng (lít/phút), n-số vòng quay (vòng/phút), v-thể tích dầu (cm/vòng), (v-hiệu suất (%). b). Áp suất, momen xoắn, thể tích dầu trong 1 vòng quay : Theo định luật passcal ta có:
Khi đó áp suất bơm:
và áp suất động cơ dầu là:
Với p (bar), Mx (N.m), V (cm/vòng), (nm (%). c). Công suất: N = p.Qv Công suất truyền động bơm:
Công suất động cơ dầu:
Với N (W),(kW); p (bar),(N/m2); Qv (lít/phút),(m3/s). 1.3.1.5.Xy lanh thủy lực: Xy lanh thủy lực là cơ cấu chấp hành dùng để biến đổi thế năng của dầu thành cơ năng thực hiện chuyển động thẳng. Xy lanh phân ra xy lanh thủy lực và xy lanh quay. */.Tính toán xy lanh truyền lực: a).Diện tích A, lực F và áp suất p: + Diện tích piston:
;
+ Lực : Ft = p.A + Áp suất :
Trong đó: A-diện tích piston (cm2); D-đường kính trong xy lanh (cm); d-đường kính cần piston (cm); p (bar); Ft (kN). - Nếu tính đến tổn thất thể tích ở xy lanh, để tính toán đơn giản ta chọn */ áp suất:
p(bar)  20  120  160   ((%)  85  90  95   */ diện tích piston:
*/ hiệu suất ( được lấy theo bảng: Như vậy piston bắt đầu chuyển động được khi lực: Ft > Fq + Fa + Fr Fq-trọng lực; Fa-lực gia tốc; Fr-lực ma sát b).Quan hệ giữa lưu lượng Q, vận tốc v và diện tích A. Lưu lượng chảy vào xy lanh : Q = A.V Tính toán đơn giản : Q = A.V.10-1 ;
Với D (mm); A (cm2); Q (lít/phút); V (cm/phút). 1.3.1.6.Bể dầu : */.Nhiệm vụ : - Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc cho chu trình khép kín. - Giải toả nhiệt sinh ra trong quá trình bơm dầu làm việc. - Lắng đọng các chất cặn bả trong quá trình làm việc. - Tách nước. */.Tính chọn : - Đối với bể dầu di chuyển : Thể tích V = 1,5.Qv . - Đối với bể dầu cố định : V = (3(÷5).Qv . Với V (lít), Q (lít/phút). 1.3.2.Lý thuyết về khí nén : 1.3.2.1.Các thông số cơ bản của hệ thống khí nén: Thông số kỹ thuật của hệ thống khí nén gần giống như hệ thống thủy lực. 1.3.3.2.Tính toán hệ thống khí nén : (Tương tự như hệ thống thủy lực) 1.3.2.3. Ưu nhược điểm của hệ thống khí nén : a). Ưu điểm : + Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ. + Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí nên có thể trích chứa khí nén rất thuận lợi. Vì vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí nén. + Không khí dùng để nén hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải ngược lại bầu khí quyển. Sử dụng hệ thống khí sạch sẽ và không gây ô nhiễm. + Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động khí nén, bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp đã có sẵn đường ống dẫn khí nén. + Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo nên tính nguy hiểm của quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp. + Các thành phần vận hành trong hệ thống (cơ cấu dẫn động, van,...) có cấu tạo đơn giản và giá thành không đắt. + Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận hành lôgíc, và do đó được sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp và các móc phức tạp. a). Nhược điểm : - Lực để truyền tải trọng đến cơ cấu chấp hành thấp. - Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi thì vận tốc cũng thay đổi theo, bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn. - Dòng khí thoát ra ở đường dẫn gây ra tiếng ồn. 1.4.LÝ THUYẾT VỀ BIẾN DẠNG DẺO VÀ UỐN KIM LOẠI : 1.4.1.Lý thuyết về biến dạng dẻo kim loại : 1.4.1.1.Quá trình biến dạng dẻo kim loại : Xét một ví dụ khi kéo từ từ một mẫu kim loại tròn, dài. Khi đó quá trình biến dạng kim loại sẽ diễn ra, chổ bị biến dạng được kéo dài ra theo chiều dài và bị thu hẹp lại theo đường kính. Quá trình biến dạng được biểu thị qua biểu đồ tải trọng (P) và biến dạng ((l) như sau : Hình 1.4.1: Biểu đồ P - (l Căn cứ vào biểu đồ hình 1.4.1 ta chia quá trình chịu lực gồm 3 giai đoạn: */.Giai đoạn đàn hồi (biến dạng đàn hồi): Được biểu diễn bằng đoạn thẳng OA trên đồ thị. Sự liên hệ giữa lực kéo P và độ biến dạng dài tuyệt đối (l là bậc nhất. Vật liệu làm việc tuân theo định luật Huc, khi đó giới hạn biến dạng đàn hồi là :
Với Fo là diện tích mặt cắt ngang ban đầu */.Giai đoạn chảy (giai đoạn biến dạng chảy): Giai đoạn tương quan giữa (l và P là một đường nằm ngang. Đây là một đặc trưng cơ học rất quang trọng của vật liệu. Đặc điểm của giai đoạn này là lực kéo không tăng nhưng biến dạng thì vẫn tiếp tục tăng. Khi đó giới hạn chảy chảy được xác định :
*/.Giai đoạn củng cố: Sau giai đoạn chảy, vật liệu biến cứng. Do đó ở giai đoạn này lực có tăng thì biến dạng mới tăng, sự tương quan giữa P và (l là một đường cong. Ta gọi giai đoạn này là giai đoạn cũng cố. Lực cao nhất trong giai đoạn này là Pb, khi đó giới hạn bền được xác định :
Nếu tăng giá trị lực P lên trên lực Pb một khoảng nào đó thì tại một nơi trên chi tiết bị kéo co thắt lại, biến dạng ở vùng này tăng nhanh hơn ở những nơi khác và mẫu bị đứt ở nơi này. 1.4.1.2.Trạng thái ứng suất : Xét một phân tố ứng suất chính, trên các mặt của nó không có ứng suất tiếp mà chỉ có ứng suất pháp (Hình 1.4.2). Phân tố như vậy được gọi là phân tố chính. Ta gọi các mặt của phân tố chính là các mặt chính (mặt có ứng suất (=0). Các ứng suất pháp trên các mặt chính được gọi là các ứng suất chính. Phương pháp tuyến của các mặt chính được gọi là các phương chính.
Hình 1.4.2 : Phân tố ứng suất chính Những ứng suất chính được ký hiệu là (1 , (2 và (3; Theo quy ước ta có:(1 >(2 >(3 về trị đại số. Căn cứ các ứng suất chính trên một phân tố chính, ta phân loại trạng thái ứng suất như sau : - Trạng thái ứng suất đơn : Trên phân tố chính chỉ có hai ứng suất chính khác không và hai ứng suất chính còn lại bằng không. Đây còn được gọi là trạng thái ứng suất đường và (max = (1/2 (Hình 1.4.3). - Trạng thái ứng suất phẳng (mặt): Trên phân tố chính có hai ứng suất chính khác không và một ứng suất chính còn lại bằng không. Khi đó: (max = ((1-(2)/2 (Hình 1.4.4) . - Trạng thái ứng suất khối: Trên phân tố chính có cả ba ứng suất chính điều khác không (Hình 1.4.5) . Hình 1.4.3 Hình 1.4.4 Hình 1.4.5 Nếu (1 = (2 = (3 = 0 thì ( = 0, trạng thái không có biến dạng. */.Điều kiện xảy ra biến dạng dẻo : + Khi kim loại chịu ứng suất đơn (đường): ((1 (= (ch ( (max = (ch/2. + Khi kim loại chịu ứng suất phẳng (mặt): ((1 - (2 (= (ch . + Khi kim loại chịu ứng suất khối : ((max - (min (= (ch . */.Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu sau khi biến dạng đàn hồi. Thế năng biến dạng đàn hồi tích lũy trong một đơn vị thể tích gọi là thế năng biến dạng đàn hồi. Trong trạng thái ứng suất đơn, thế năng biến dạng đàn hồi là :
Trong trạng thái ứng suất khối, thế năng biến dạng đàn hồi bằng tổng thế năng do từng ứng suất chính gây ra riêng lẽ:
Theo định luật Húc tổng quát ta có:
Như vậy trạng thái ứng suất được xác định lại là:
Với E: môđun đàn hồi của vật liệu, (: hệ số poát-xông. Ta biết rằng, trong quá trình biến dạng vật thể bị biến đổi thể tích và thay đổi hình dạng. Do đó thế năng biến dạng riêng đàn hồi bao gồm: thế năng riêng biến dạng thể tích (Utt) và thế năng riêng biến đổi hình dạng (Uhd). Khi đó : U = Utt + Uhd . */.Thế năng biến dạng thể tích (Utt) được tính như sau: Xét phân tố chính A ((1 ( (2 ( (3) và phân tố B ((1 = (2 = (3 = (* ) biểu diển trên hình 1.4.6. Độ biến dạng tỉ đối ( được tính cho phân tố A và B là :


Hình 1.4.6 : Ứng suất trên hai phân tố A và B Xác định (* sao cho độ biến dạng thể tích tỉ đối của hai phân tố này bằng nhau: Nghĩa là
. Khi đó :

Ta đã biết độ biến dạng thể tích tỉ đối của hai phân tố bằng nhau thì thế năng biến dạng thể tích của chúng cũng bằng nhau. Nên:
. Nhưng phân tố B chịu ứng suất đều cả ba phương nên sau khi biến dạng phân tố này chỉ bị thay đổi thể tích. Do đó:
. Như vậy trạng thái ứng suất của phân tố B là :
Suy ra:
. Khi đó thế năng biến dạng hình dạng của phân tố A được xác định:

Hay
. 1.4.1.3.Các thuyết bền : Thuyết bền là những giả thiết về nguyên nhân cơ bản gây ra trạng thái ứng suất giới hạn của vật liệu, từ đó cho phép ta đánh giá độ bền của vật liệu ở bất kì một trạng thái ứng suất phức tạp nào, nếu biết độ bền của vật liệu đó từ thí nghiệm kéo nén đúng tâm. Sau đây là những thuyết bền cơ bản và phổ biến nhất. 1.Thuyết bền ứng suất pháp lớn nhất (thuyết bền thứ nhất): Thuyết bền thứ nhất do Galilê đề ra năm 1638. Thuyết này cho rằng nguyên nhân gây ra trạng thái ứng suất giới hạn của vật liệu là ứng suất pháp lớn nhất. Xét hai phân tố A và B ở hình bên. Hai phân tố sẽ có độ bền tương đương nếu ứng suất pháp lớn nhất của phân tố A bằng ứng suất lớn nhất của phân tố B. Hay: (tđ = (1. Hoặc nếu (3 có trị số tuyệt đối lớn nhất thì: (tđ = ((3 (. Đối với vật liệu dẻo, ứng suất cho phép khi kéo và khi nén bằng nhau thì điều kiện bền có dạng: (tđ = (1 ( [(] hay (tđ = [(3] ( [(]. Ta sẽ dùng điều kiện thứ nhất nếu: ((1 (> ((3 (và sẽ dùng điều kiện thứ hai nếu: ((1 (< ((3 (. Đối với vật liệu giòn, ứng suất cho phép khi kéo [(]k và khi nén [(]n khác nhau thì điều kiện bền là : (tđ = (1 ( [(]k (tđ = ((3 (( [(]n . Thiếu sót của thuyết bền thứ nhất là không kể đến ảnh hưởng của hai ứng suất chính còn lại. Thực tế cho thấy các ứng suất chính đó có ảnh hưởng nhiều đến độ bền của vật liệu. Ngoài ra qua kết quả thí nghiệm chứng tỏ thuyết này không thích hợp đối với vật liệu dẻo. Do đó thuyết này không còn được áp dụng tính toán (trừ trường hợp trạng thái ứng suất đơn) mà chỉ có giá trị lịch sử. 2.Thuyết bền biến dạng dài tỉ đối lớn nhất (thuyết bền thứ hai): Thuyết bền thứ hai do Mariốt đưa ra năm 1682. Thuyết này cho rằng nguyên nhân gây ra trạng thái ứng suất giới hạn của vật liệu là biến dạng dài tỉ đối lớn nhất. Nói cách khác, hai phân tố A và B được xét ở phần trước có độ bền tương đương nếu biến dạng tỉ đối lớn nhất của phân tố A bằng biến dạng dài tỉ đối của phân tố B. Đối với phân tố A:
Đối với phân tố B:
. Vậy :
Rút ra:
. */.Điều kiện bền của phân tố A theo thuyết bền thứ hai là: