BM.01.03.SĐH-07b

Mục lục
Lời nói đầu .......................................................................................................................2
Những nhân tố ảnh hưởng đến sức bền mỏi của chi tiết máy ..................................3

I.

1. Vật liệu ..................................................................................................................3
2. Kết cấu của chi tiết máy ........................................................................................3
3. Kích thước của chi tiết máy...................................................................................4
4. Công nghệ gia công bề mặt chi tiết máy ...............................................................4
5. Trạng thái ứng suất ................................................................................................5
II. Trình bày lý thuyết phương pháp thử nghiệm mỏi bằng phương pháp biến dạng –
tuổi thọ .............................................................................................................................5
III.

Quy trình thử nghiệm mỏi tổng quát ...................................................................10

IV.

Quy trình thử nghiệm mỏi xoắn thuần túy trên máy thử mỏi .............................11

1. Khởi động máy .......................................................................................................11
2. Gá kẹp mẫu vật liệu................................................................................................ 12
3. Hiệu chỉnh ..............................................................................................................12
4. Thiết lập chế độ thử nghiệm...................................................................................12
5. Chạy máy ...............................................................................................................12
6. Dừng máy ...............................................................................................................13
V. Một số chức năng và giao diện chính của chương trình .........................................13
1. Tạo dữ liệu mới ......................................................................................................13

2. Hiển thị kết quả ......................................................................................................14
3. Đánh giá mức độ tương quan ................................................................................14
4. Mở tệp dữ liệu đã có ..............................................................................................15
5. Lựa chọn dạng đường cong mỏi ............................................................................16
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................20
1


BM.01.03.SĐH-07b

Lời nói đầu

Hiện nay, các nghiên cứu về mỏi đối với vật liệu kim loại khá đa dạng,
phong phú và được tiến hành trên các thiết bị chuyên dùng gồm: Thử nghiệm
mỏi uốn thuần túy quay tròn, chu kỳ đối xứng; Thử nghiệm mỏi uốn thuần túy
trong một mặt phẳng; Thử nghiệm mỏi mẫu cơng-son quay trịn (uốn ngang
phẳng); Thử nghiệm mỏi mẫu cơng-son với lực P quay trịn; Thử nghiệm mỏi
mẫu kéo và kéo - nén; Thử nghiệm mỏi mẫu chịu xoắn, v.v.
Ở Việt Nam, các nghiên cứu về mỏi đối với vật liệu kim loại cũng như các
thiết bị thử nghiệm mỏi còn khá hạn chế, các cơ sở thí nghiệm hầu như mới chỉ
được trang bị thiết bị thử nghiệm mỏi uốn thuần túy chu kỳ đối xứng. Các kết
quả nghiên trong các cơng trình ở trong nước, đều là kết quả thử nghiệm trên
thiết bị thử nghiệm mỏi uốn thuần túy, trong đó có các thiết bị PWC-6, Fatigue
Testing Machine. Việc thử mỏi kéo, kéo-nén và xoắn cho đến thời gian gần đây
hầu như vẫn chưa có điều kiện thực hiện vì khơng có thiết bị. Lần đầu tiên các
thử nghiệm mỏi kéo-nén vật liệu kim loại trên thiết bị này đã được thực hiện
năm 2016, trong khi đó việc thử nghiệm mỏi kéo thuần túy cho đến nay vẫn
chưa có điều kiện thực hiện.
Vì vậy, để tiếp tục khai thác tính năng này của thiết bị, cần tiếp tục xây
dựng quy trình và chương trình thử nghiệm mỏi kéo thuần túy đối với vật liệu

kim loại, làm cơ sở cho việc tiến hành các thử nghiệm cụ thể, từ đó xây dựng
các họ đường cong mỏi và các đặc trưng mỏi tương ứng, phục vụ quá trình đào
tạo, nghiên cứu khoa học và chuyển giao cơng nghệ. Tuy nhiên, do điều kiện
thiếu kinh phí để thử nghiệm mẫu vật liệu trên máy, nên đề tài chỉ giới hạn ở
mức "thiết lập quy trình và chương trình thử nghiệm...", và nó sẽ được áp dụng
để thử nghiệm khi điều kiện cho phép.

2


BM.01.03.SĐH-07b

I. Những nhân tố ảnh hưởng đến sức bền mỏi của chi tiết máy
1. Vật liệu
Vật liệu có ảnh hưởng lớn đến sức bền mỏi của chi tiết máy. Chi tiết máy
được chế tạo bằng vật liệu có cơ tính cao, sức bền mỏi của chi tiết sẽ cao. Vì vật
liệu có cơ tính cao, thì khả năng xuất hiện các vết nứt sẽ khó khăn hơn.
Nói chung:
Chi tiết máy chế tạo bằng vật liệu kim loại có độ bền mỏi cao hơn bằng
vật liệu phi kim loại.
Chi tiết máy được chế tạo bằng kim loại đen có độ bền mỏi cao hơn so với
bằng kim loại màu.
Chi tiết máy bằng thép có độ bền mỏi cao hơn bằng gang.
Chi tiết máy bằng thép hợp kim có độ bền mỏi cao hơn bằng thép các bon
thường.
Trong các loại thép thường, chi tiết máy bằng thép có hàm lượng các bon
càng cao, độ bền mỏi của chi tiết máy càng cao.
2. Kết cấu của chi tiết máy
Chi tiết máy có kết cấu phức tạp: có các bậc thay đổi kích thước đột ngột,
có các lỗ, các rãnh, như hình 1, sẽ làm giảm độ bền mỏi của chi tiết máy. Lí do:

tại những chỗ này có tập trung ứng suất, vết nứt sớm xuất hiện và phát triển khá
nhanh.

Hình 1: Những nơi có tập trung ứng suất
Trong tính tốn, ảnh hưởng của kết cấu đến sức bền mỏi của chi tiết máy
được kể đến bằng hệ số điều chỉnh kσ , kτ , gọi là hệ số tập trung ứng suất.
kσ = σr / σrt
kτ = τr / τrt
Trong đó σrt , τrt là giới hạn mỏi của mẫu có tập trung ứng suất, còn σ r , τr
là giới hạn mỏi của mẫu khơng có tập trung ứng suất.
3


BM.01.03.SĐH-07b

Giá trị của hệ số kσ và kτ có thể tra ở bảng số liệu trong Sổ tay thiết kế cơ
khí hoặc sách Bài tập chi tiết máy, theo hình dạng và kích thước cụ thể của
những chỗ có tập trung ứng suất, trên từng loại chi tiết máy khác nhau.
3. Kích thước của chi tiết máy
Qua thí nghiệm người ta thấy rằng: với vật liệu như nhau, khi tăng kích
thước tuyệt đối của chi tiết máy thì giới hạn bền mỏi của chi tiết máy giảm
xuống.
Lý do: kích thước của chi tiết máy càng lớn, vật liệu càng không đồng
đều, khả năng xuất hiện các khuyết tật trong lòng chi tiết máy càng nhiều.
Những vết nứt, rỗ xỉ, rỗ khí trong lịng chi tiết máy là những điểm có tập trung
ứng suất, là những điểm bắt đầu cho sự phá hỏng vì mỏi.
Để kể đến ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối, trong tính tốn người ta
đưa vào hệ số điều chỉnh εσ , ετ gọi là hệ số ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối.
Hệ số εσ , ετ được xác định bằng thực nghiệm, giá trị của nó có thể tra
trong các sổ tay Thiết kế cơ khí hoặc sách Bài tập Chi tiết máy, theo kích thước

và trạng thái chịu tải của chi tiết máy.
εσ = σrd / σr ,
ετ = τrd / τr .
Trong đó σrd , τrd là giới hạn mỏi của chi tiết máy, có kích thước khác với
kích thước của mẫu chuẩn. Mẫu chuẩn có đường kính d = 7 – 10 mm.
4. Công nghệ gia công bề mặt chi tiết máy
Công nghệ gia công bề mặt chi tiết máy quyết định trạng thái bề mặt của
chi tiết máy. Lớp bề mặt chi tiết máy thường là lớp chịu ứng suất lớn nhất, các
vết nứt đầu tiên cũng hay xảy ra ở đây. Ảnh hưởng của công nghệ gia công lớp
bề mặt đến sức bền mỏi của chi tiết máy có thể tóm tắt như sau:
- Những chi tiết máy qua nguyên cơng gia cơng tinh, có độ bóng bề mặt
cao sẽ có độ bền mỏi cao.
- Những chi tiết máy chỉ qua nguyên công gia công thô, bề mặt nhám, đáy
nhấp nhô là những chỗ tập trung ứng suất, dễ xuất hiện các vết nứt, độ bền mỏi
giảm.
- Các bề mặt được gia công tăng bền như phun bi, lăn ép sẽ san bằng các
nhấp nhô và làm chai cứng bề mặt, độ bền mỏi của chi tiết máy được nâng cao.
Ảnh hưởng của công nghệ gia công lớp bề mặt đến độ bền mỏi của chi tiết
máy, được kể đến bằng hệ số trạng thái bề mặt β. Giá trị của β có thể tra trong

4


BM.01.03.SĐH-07b

các Sổ tay thiết kế cơ khí hoặc sách Bài tập chi tiết máy. Có thể lấy gần đúng
như sau:
Khi bề mặt chi tiết được mài nhẵn lấy β = 1, khi bề mặt được gia công
tăng bền lấy β > 1, bề mặt được gia công bằng các phương pháp khác lấy β < 1.
5. Trạng thái ứng suất

Ảnh hưởng của trạng thái ứng suất đến sức bền mỏi của chi tiết máy có
thể tóm tắt như sau:
- Chi tiết máy chịu ứng suất đơn có độ bền mỏi cao hơn khi chịu ứng suất
phức tạp.
- Trong các trạng thái ứng suất đơn, nếu σmax < 0 (trạng thái ứng suất nén)
chi tiết máy có độ bền mỏi cao nhất, kế đến là trạng thái ứng suất kéo (có σ min >
0), trạng thái ứng suất vừa kéo vừa nén (r < 1) có độ bền mỏi thấp nhất.
II. Trình bày lý thuyết phương pháp thử nghiệm mỏi bằng phương pháp
biến dạng – tuổi thọ
Ngày nay có khá nhiều phương pháp để thử nghiệm mỏi kim loại nói
chung tuy nhiên mỗi phương pháp lại đánh giá tại một trường hợp cụ thể khác
nhau. Trong đó một trong những phương pháp đã và đang được khai thác nhằm
đánh giá khả năng chịu mỏi của vật liệu kim loại.
Hai phương pháp được đưa ra bằng cách xem xét loại ứng suất-biến dạng
trạng thái (SDS) dựa trên điều kiện giới hạn phương trình và phân tích kết quả
của các thử nghiệm trong phịng thí nghiệm của các mẫu đặc biệt để thử nghiệm
cơ học, tập trung vào việc phá hủy chúng theo cùng một quan điểm SDS là tiêu
điểm có thể phá hủy thành phần cấu trúc. Việc sử dụng hạn chế được coi là các
phương pháp này xét theo tiêu chí sức mạnh phù hợp thể chất loại
PisarenkoLebedev.
Quy trình thiết kế-thí nghiệm sửa đổi để xác định độ bền của vật liệu của
cấu trúc, kết hợp trong đó các yếu tố của hai phương pháp này, bao gồm xác
định các thông số cường độ của vật liệu xây dựng, nhập phương trình tiêu chí
Pisarenko-Lebedev, xem xét diện mạo thực tế của cấu trúc SDS theo khu vực
quan tâm. Việc thực hiện thủ tục được thực hiện trên cơ sở lựa chọn các mẫu vật
thí nghiệm trong phịng thí nghiệm tương ứng để kiểm tra cơ học, lập kế hoạch
SDS khi làm việc vùng trùng với cấu trúc SDS: có độ bền được đánh giá. Quá
trình sàng lọc phương trình trạng thái giới hạn được chứng minh trong việc xác
định các thông số cường độ thép, ở trong trạng thái kéo căng hai trục. Thiết kế được xác định theo kinh nghiệm bởi, thép đó cho một điện áp nhất định giá trị
5



BM.01.03.SĐH-07b

giới hạn gần như một phần tư giá trị của nó bị giảm so với độ bền kéo thơng
thường ứng suất.
Đánh giá độ bền kết cấu của các bộ phận của máy và cơ cấu trong một số
trường hợp phải được thực hiện có tính đến loại trạng thái biến dạng ứng suất
(SDS) trong một đám cháy có thể phá hủy [1-5]. Tài khoản như vậy rất quan
trọng, ví dụ, khi đánh giá độ bền tĩnh của các cụm cuộn cảm của bình chịu áp
lực, các yếu tố khung bên toa xe lửa, tồn bộ phân tích độ bền bánh xe lăn của
nhiều loại các bộ phận ở dạng tấm và vỏ, có thể uốn cong theo hai hướng khác
nhau do tác động của nhiệt độ sự khác biệt và trong các trường hợp khác. Một số
kỹ thuật để tính toán ứng suất [6-10] dựa vào kết quả của các thử nghiệm trong
phịng thí nghiệm đối với các mẫu vật, tập trung vào việc tiêu hủy chúng theo
quan điểm của SDS trong khu vực làm việc. Với mục đích này, thiết bị thử
nghiệm thường được sử dụng với một số thiết bị truyền động tạo tác động đa
hướng trên mẫu thử nghiệm.
Loại hình kế tốn SDS có thể được thực hiện theo hai cách. Đầu tiên trong
số này được đại diện bởi tiêu chí cường độ kết hợp được gọi là (sau đây gọi là
phương trình trạng thái giới hạn) của loại Pisarenko-Lebedev, YagnaBuzhinsky, Drucker-Prager, v.v. [3], và dựa trên xác định sơ bộ về đặc điểm sức
bền của vật liệu của thiết kế được đề cập, được xác định bởi lỗi gần tĩnh điện
mẫu phịng thí nghiệm trong các điều kiện của kiểu tải điển hình của vật liệu này
- đơn trục giãn, nén và cắt (lần lượt xác định các giá trị của σt, σc và τs). Những
tiêu chí là tiêu chí ứng suất tổng hợp, vì chúng kết hợp với các yếu tố trọng
lượng khác nhau hai thuật ngữ tương ứng với sự phá hủy bởi một vết cắt (số
hạng đầu tiên) và sự phân tách. Từ quan điểm này, yếu tố hạn chế độ chính xác
của phương pháp này là sự khác biệt giữa loại SDS thực của thiết kế và loại SDS
của các mẫu được thử nghiệm trước khi thất bại trong việc xác định các giá trị
σt, σc và τs. Trong ngoài ra, cần xác định sơ bộ các lượng này và nhiều loại

tương ứng kỹ thuật thử nghiệm trong phịng thí nghiệm làm phức tạp việc thực
hiện phương pháp này, nhưng không loại trừ nó.
Cách thứ hai để tính loại SDS dựa trên kết quả của các thử nghiệm đặc
biệt trong phịng thí nghiệm các mẫu có cùng loại SDS ở trung tâm tiêu hủy của
chúng như ở trung tâm có thể sự phá hủy của thành phần cấu trúc được đề cập.
Khi thực hiện phương pháp thứ hai, một Kỹ thuật kiểm tra với một số ổ điện
được sử dụng, tạo ra các hiệu ứng đa hướng trong bài kiểm tra mẫu, điều này
cũng gây khó khăn cho việc sử dụng phương pháp này theo thói quen và hạn chế
việc sử dụng nó. Trong tiểu luận, sẽ xem xét một tính tốn chính xác hơn và kỹ
6


BM.01.03.SĐH-07b

thuật tính tốn thử nghiệm kết hợp các yếu tố của hai phương pháp này, cho
phép sử dụng các máy kiểm tra một ổ tiêu chuẩn để đưa vào tính loại SDS thực
tế của phần tử kết cấu trong nguồn phá hủy. Đồng thời, Việc tinh chỉnh tính tốn
đạt được thông qua việc sử dụng dữ liệu thực nghiệm về việc phá hủy một mẫu
phịng thí nghiệm, có trạng thái ứng suất mô phỏng trong vùng làm việc trạng
thái ứng suất của thiết kế thực. Những hướng dẫn này, được viết theo phong
cách của một tờ trình gửi đến J.S.: Conf. Ser., Hiển thị bố cục tốt nhất cho bài
báo của bạn bằng Microsoft Word. Nếu bạn không muốn sử dụng mẫu Word
được cung cấp, vui lòng sử dụng các phép đo thiết lập trang sau.

Giải thuật
Xét phương trình của trạng thái giới hạn của loại Pisarenko-Lebedev [1,
3], được sử dụng để đánh giá độ bền tĩnh của kết cấu làm bằng vật liệu đẳng
hướng. Điều kiện tương ứng mà tại đó Sự phá hủy vật liệu gần như tĩnh điện xảy
ra, kèm theo sự xuất hiện của các vết nứt, có dạng
 ilim + (1 −  ) 1lim A1− P =  t


Trong đó v là cường độ của ứng suất tại điểm có thể xảy ra hỏng hóc
 1lim −

1
2

(

lim
1

−  2lim ) + ( 2lim −  3lim ) + ( 3lim −  1lim )
2

2

2

 ilim 1lim 2lim 3lim -các ứng suất chính phát sinh trong nguồn này; P là hệ số

Smirnov-Alyaev [4, 5], đặc trưng cho hình thức SDS tại điểm đang được xem
xét, được xác định bởi
P=

 1lim +  2lim +  3lim
 ilim

(Trong trường hợp kéo dài hai trục, giá trị của P đạt giá trị P = 2, trong
trường hợp đơn giản lực căng đơn trục P = 1, lực co đơn trục P = –1); α và A là

các hằng số thực nghiệm đặc trưng cho độ bền của vật liệu và không phụ thuộc
vào loại và mức SDS của vật liệu của thành phần ở trung tâm của sự phá hủy
của nó (sau đây gọi là các thơng số độ bền của vật liệu) và được tính bằng công
thức
=

t

 − 3
,A=
, = t
c
1−
s
7


BM.01.03.SĐH-07b

Như đã lưu ý trước đó, độ chính xác của phương trình của trạng thái giới
hạn (1) trong một số trường hợp không đủ cho thực hành kỹ thuật do sự khác
biệt về loại SDS thực trong khả năng nguồn phá hủy cấu trúc và loại SDS của
các mẫu được thử nghiệm trước khi hỏng hóc trong xác định các đại lượng σt,
σc, τs và đưa vào phương trình (1) bằng các hằng số α và A, không phụ thuộc
vào hệ số P và mức SDS của vật liệu trong nguồn sự phá hủy. Trong [11-12], giá
trị của đại lượng Π được xác định bởi đẳng thức (3) ảnh hưởng đáng kể đến vị
trí của nguồn phá hủy: với sự gia tăng P (theo Smirnov-Alyaev - với sự gia tăng
"độ cứng" của loại SDS), các giá trị giới hạn của cường độ ứng suất và giảm
điện áp chính đầu tiên. Để tinh chỉnh các phương trình trạng thái giới hạn của
vật liệu cấu trúc và theo đó, tăng độ tin cậy của tính tốn cường độ của nó, một

phương pháp tính tốn-thử nghiệm được đề xuất bao gồm xác định các thông số
sức bền của vật liệu của kết cấu đang nghiên cứu, đưa vào phương trình (1), có
tính đến loại SDS thực của khu vực được tải nhiều nhất của cấu trúc.
Trong phần này, một đánh giá ngắn gọn về các cơ chế biến dạng cơ bản
được cung cấp vì một khía cạnh quan trọng của thiệt hại do mỏi ở bất kỳ nhiệt
độ nào có liên quan đến cách biến dạng nào xảy ra. Superalloys cung cấp một
phương tiện tuyệt vời cho việc này thảo luận. Chúng chứa hầu hết các tính năng
được quan tâm và có lợi thế là đơn giản về mặt vi cấu trúc. Chúng đã được
nghiên cứu rộng rãi. Trong hầu hết các hợp kim kỹ thuật, chúng ta có thể thực
hiện các nhận xét sau:
- Biến dạng ở nhiệt độ thấp nói chung là do kết tủa bị cắt vì các kết tủa
xếp sát nhau và kết dính. Ở nhiệt độ cao hơn, q trình thơ do biến dạng có thể
xảy ra, dẫn đến trật vòng lặp và độ bền thấp hơn.
- Đối với chế độ biến dạng cắt, cường độ thường tăng lên với kích thước
kết tủa, trong khi đối với vịng lặp độ bền giảm. Điều này đã được quan sát bằng
thực nghiệm và dự đoán về mặt lý thuyết. Sức mạnh tối đa xảy ra ở chuyển tiếp
shearing-to-looping. Một siêu hợp kim bazơ Ni được sử dụng rộng rãi làm vật
liệu đĩa trong động cơ phản lực.
- Ở nhiệt độ cao và tốc độ biến dạng thấp, bước giới hạn tốc độ cho biến
dạng đơn điệu là một quá trình leo giống như leo. Nếu vật liệu là đa tinh thể,
trượt biên hạt là một dạng biến dạng bổ sung.
- Chế độ biến dạng cơ bản có thể thay đổi như một hàm của nhiệt độ. Ví
dụ: trượt chéo từ mặt phẳng hình bát diện sang mặt phẳng lập phương xảy ra với
sự gia tăng dễ dàng trong các kết tủa γ 'trong các hợp kim cơ bản Ni khi nhiệt độ
8


BM.01.03.SĐH-07b

được tăng lên. Tuy nhiên, khả năng di chuyển của trật khớp trên máy bay là rất

thấp (lực Peierls cao) và các đoạn trượt chéo đóng vai trị là rào cản đối với sự
trật khớp lướt trên mặt phẳng bát diện, do đó độ cứng của γ 'tăng dần khi tăng
nhiệt độ. Trong hợp kim γ / γ ', điều này dẫn đến một chế độ trong đó cường độ
chảy là tương đối nhạy cảm với nhiệt độ.
- Do dễ trượt ngang và cấu trúc γ 'cơ bản, nên quan sát được không đối
xứng trong ứng suất căng và nén, đặc biệt là trong các đơn tinh thể, có thể có
ảnh hưởng sâu sắc đến sự hình thành và lan truyền vết nứt, và do đó tuổi thọ của
các vật liệu đó.
Hợp kim cơ bản Ni-base và Fe-Ni được sử dụng trong đĩa động cơ phản
lực, trong đó cả hai sự lan truyền vết nứt mỏi và LCF là các thông số thiết kế
quan trọng, một số thảo luận về sự biến dạng tuần hoàn ở những nhiệt độ này là
thích hợp. Theo chu kỳ sự biến dạng của hợp kim bazơ Ni đã được xem xét rộng
rãi ở những nghiên cứu khác [ANT 89] và chỉ những điểm nổi bật sẽ được xem
xét ở đây.
Trong quá trình mỏi trong một thử nghiệm kiểm soát căng thẳng, căng
thẳng phản ứng theo mức biến dạng áp dụng và ảnh hưởng của cấu trúc vi mô.
Khi ủ mẫu vật trải qua mỏi kiểm soát căng thẳng, ứng suất thường tăng lên với
tăng tốc độ đạp xe trong một số chu kỳ nhất định. Tùy thuộc vào chế độ biến
dạng và trạng thái ứng suất bên trong của nó, ứng suất phản ứng sẽ ổn định hoặc
đạt đến căng thẳng tối đa tiếp theo là làm mềm. Ứng suất phản ứng cũng phụ
thuộc vào nhiệt độ thử nghiệm, tốc độ biến dạng và biên độ biến dạng dẻo được
áp dụng, vì chúng các biến ảnh hưởng mạnh đến cấu trúc biến dạng.
Về cơ bản lý thuyết này giải thích sự đơng cứng theo chu kỳ tương đối
thấp ở các biến dạng thấp trong thuật ngữ về sự cắt kết tủa trên các dải trượt đơn
vì tương đối ít dải hoạt động được u cầu phải mang căng thẳng áp đặt. Ở các
chủng cao hơn, sự đông cứng trở nên rõ ràng hơn nhiều, vì có nhiều dải trượt và
các mảnh vỡ trật khớp ở các nút giao trượt. Trong quá trình đạp xe, nhiều dải
trượt hơn phải hình thành do khoảng cách trượt bị hạn chế và cuối cùng mật độ
cân bằng của các dải trượt là đạt được. Về bản chất, khoảng cách giữa các giao
điểm dải trượt đóng vai trị như một loại lực cản gần giống với hạt trong vật liệu

một pha đa tinh thể.

9


BM.01.03.SĐH-07b

III.

Quy trình thử nghiệm mỏi tổng quát

Nhìn chung quy trình thử nghiệm mỏi phụ thuộc vào mục đích việc nghiên
cứu, hay nói khác là phụ thuộc vào mục đích của thử nghiệm. Nếu mục đích của
thử nghiệm là xây dựng đường cong mỏi hoàn chỉnh với sự phân bố của giới hạn
mỏi hữu hạn, thì quy trình tổng quát thử nghiệm mỏi có thể tiến hành như sau:
1. Xác định số mức ứng suất để gia tải trên máy. Thông thường định ra từ 3
tới 4 (hoặc 5) mức ứng suất trên giá trị trung bình của giới hạn mỏi dự đoán −1,
mỗi mức cách nhau một số gia −1 = 0,1.−1 ;
2. Trong lần thí nghiệm mẫu thử thứ nhất, người ta đặt tải trọng để ứng suất
cực đại 1 trên mẫu vào khoảng 70% giới hạn bền. Với giá trị này chỉ sau một
số chu trình N1 mẫu sẽ bị gãy. Với mẫu thí nghiệm thứ hai, người ta giảm tải
trọng để có ứng suất cực đai là 2 , tương ứng với nó, số chu trình làm gẫy mẫu
tăng lên thành N2 . Cứ như vậy tiếp tục thử nghiệm đối với các mức ứng suất
còn lại;
3. Mỗi mức ứng suất cơ thể tiến hành từ 5 đến 10 (hoặc từ 3 đến 8) thí
nghiệm cho một loại mẫu. Mỗi một mẫu thí nghiệm sẽ cho một số chu kỳ ứng
suất tương ứng Ni . Tìm giá trị trung bình Ntb,I, của các thí nghiệm ấy;
4. Tiến hành xác định giới hạn mỏi bằng việc tiếp tục thí nghiệm khơng ít
hơn 10 mẫu theo phương pháp chia đôi giá trị xung quanh giá trị ứng suất ứng
với chu kỳ cơ sở N0 . Nếu tiếp tục tiến hành thí nghiệm với nhiều mẫu thử ta có

thể dựng được đồ thị đường cong mỏi Voller ( − N). Như vậy, quy trình thí
nghiệm là giảm dần ứng suất thay đổi trong mẫu để xem xét sự ứng xử của vật
liệu như thế nào;
5. Tiến hành xây dựng đường cong xác suất phá hỏng và họ đường cong
mỏi ứng với các xác suất phá hỏng khác nhau.

10


BM.01.03.SĐH-07b

IV.

Quy trình thử nghiệm mỏi xoắn thuần túy trên máy thử mỏi

1. Khởi động máy
- Đóng cầu giao tổng (đưa về vị trí “ON”);
- Xoay cầu giao trên bộ nguồn thủy lực PAR-160 về vị trí “ON”;
- Xoay chìa khóa điện trên bộ điều khiển (lắp cạnh máy thử) để bật nguồn
cấp cho máy tính (đèn báo “ON” sáng);
- Khởi động máy tính. Sau khi máy tính đã khởi động xong, chạy phần
mềm DION PRO (được cài sẵn trong máy tính).
+ Nếu phần mềm u cầu nhập password thì khơng cần nhập mà bấm
chọn “OK” để sang bước tiếp theo.
+ Tiếp theo phần mềm sẽ hiển thị cửa sổ lựa chọn các thiết bị sẽ được
kết nối, để mặc định và bấm chọn “online” để máy tính có thể kết nối với máy
thử mỏi và bộ điều khiển cầm tay.
- Vào thanh trình đơn (menu) chọn “Cyclic program/New/Open” để mở
chương trình thử nghiệm đã được lập trình từ trước (chương trình được lập trình
tại mục 4). Cửa sổ giao diện của chương trình sẽ xuất hiện.

Để chắc chắn phần mềm đã kết nối được với máy thử mỏi, ta bấm chọn
“Set up” trên thanh công cụ của cửa sổ chương trình. Một cửa sổ hiển thị các giá
trị hiện tại (lực, hành trình piston, …) của máy thử sẽ xuất hiện (cửa sổ “Manual
mode Servo 1”) (hình 8). Kiểm tra các thơng số trên bộ điều khiển cầm tay xem
có thay đổi giống như trên cửa sổ vừa hiện thị trên phần mềm hay không. Nếu
các giá trị thay đổi giống nhau thì phần mềm đã kết nối được với máy thử.
- Khởi động các bơm nước và quạt gió của hệ thống làm mát bằng cách bật
các attomat tương ứng.

11


BM.01.03.SĐH-07b

- Khởi động động cơ bằng cách bấm chọn nút “EDC-M1 I/O” trên thanh
công cụ của phần mềm. Động cơ bắt đầu chạy thì nút “EDC-M1 I/O” sẽ chuyển
từ màu đỏ sang màu xanh.
2. Gá kẹp mẫu vật liệu
Sau khi động cơ đã được khởi động, đưa mẫu vào bộ kẹp thủy lực để kẹp
chặt. Tùy theo hình dạng của mẫu thử mà sử dụng các nêm kẹp khác nhau. Tuy
nhiên, bộ nêm kẹp kèm theo máy chủ yếu kẹp được các mẫu có dạng thanh trụ
trịn hoặc dẹt. Nếu mẫu có hình dạng đặc biệt khác thì phải làm thêm đồ gá
chuyên dùng. Quá trình kẹp mẫu trên bộ kẹp khá thuận tiện với việc sử dụng bộ
điều khiển lắp cạnh máy hoặc bộ điều khiển cầm tay.
3. Hiệu chỉnh
Để có thể ghi lại được độ biến dạng dài của mẫu, ta có thể gá lên mẫu thử
một thiết bị đo độ dãn dài kèm theo máy. - Trên cửa sổ “Manual mode Servo 1”
bấm chọn “Zero” trên thanh công cụ để lần lượt cài đặt lại đưa các thơng số hiện
tại (lực, hành trình piston, độ biến dạng) của máy về gốc 0.
4. Thiết lập chế độ thử nghiệm

Trên cửa sổ làm việc của chương trình thử nghiệm đã được lập trình
(chương trình được lập trình, để thiết lập lại chế độ tải trọng thử nghiệm ta thực
hiện như sau: Tại dịng “002” của chương trình, bấm chọn “Load1”. Xuất hiện
cửa sổ cho phép thay đổi các thông số về chế độ gia tải: tốc độ gia tải (“Ramp
abs Speed”), mức tải trọng lớn nhất (“Endposition”); Tại dòng “005” của
chương trình, bấm chọn “Load1”. Xuất hiện cửa sổ cho phép thay đổi các thông
số về chế độ tải trọng: tần số (“Frequency”), biên độ lực (“Amplitude”).
5. Chạy máy
Sau khi đã thiết lập xong chế độ thử nghiệm, bấm nút “Start” trên thanh
công cụ của phần mềm.

12


BM.01.03.SĐH-07b

6. Dừng máy
Khi cần dừng máy vì một lý do nào đó, bấm nút “Stop+Standby (F4)” trên
thanh cơng cụ của phần mềm. Khi đó, muốn xem các kết quả của quá trình thử
nghiệm, truy cập trình đơn “Result-File” trên cửa sổ của chương trình. Xuất hiện
tệp tin chứa tồn bộ các kết quả đã thử nghiệm được như: ngày, giờ, lực, hành
trình piston, biến dạng dài của mẫu, số chu trình tương ứng đã thực hiện được.
Để tắt máy hồn toàn, ta thực hiện ngược lại các bước khởi động máy.
V. Một số chức năng và giao diện chính của chương trình
Từ lưu đồ thuật tốn, bằng ngơn ngữ lập trình Matlab đã tiến hành xây dựng
chương trình xử lý số liệu thử nghiệm mỏi nhằm xác định các đường cong mỏi
và đặc trưng mỏi. Dưới đây đơn cử giới thiệu một số chức năng và giao diện
chính của chương trình.
1. Tạo dữ liệu mới


Sau khi nhập số liệu, chương trình sẽ xử lý và xây dựng được 19 dạng
đường cong mỏi kèm theo các thông số về mức độ tương quan giữa hàm
lý thuyết và số liệu thực nghiệm, cụ thể là hệ số tương quan
rNa (đối với hàm tuyến tính), sai số cơ bản 0 và tỷ lệ tương quan R đối
với 14 dạng hàm phi tuyến và 4 dạng hàm Weibull và Stussi.
Tiếp theo tiến hành lưu tập số liệu với tên gọi xác định nào đó.
13


BM.01.03.SĐH-07b

2. Hiển thị kết quả

Với một bộ số liệu đã nhập, chương trình cho phép hiển thị từng đồ thị
đường cong mỏi với việc thể hiện hoặc không thể hiện các đường biên tin cậy.
Ví dụ minh họa thể hiện trên các hình 2, 3.

3. Đánh giá mức độ tương quan
Giao diện đánh giá mức độ tương quan của các hàm Weibull và Stussi thể
hiện trên hình 4a và của các hàm phi tuyến thể hiện trên hình 4b.

14


BM.01.03.SĐH-07b

4. Mở tệp dữ liệu đã có
- Mở một tệp dữ liệu đã có để xem hoặc in đồ thị một đường cong mỏi;
- Mở nhiều tệp dữ liệu đã có và hiện thị nhiều đồ thị đường cong mỏi
đồng thời.

Kế thừa các bộ số liệu thử nghiệm đã tiến hành trước đây đối với các loại
vật liệu thép SC42, thép 12Mn, thép 55, thép C22, thép C35 và thép C55 [5],
Chương trình đã xây dựng được 19 dạng đường cong mỏi. Khi sử dụng chức
năng mở đồng thời nhiều tập số liệu và hiển thị nhiều đồ thị, ta nhận được kết
quả thể hiện trên các hình 5,6.

15


BM.01.03.SĐH-07b

5. Lựa chọn dạng đường cong mỏi
Như trên đã nói, sau khi nhập số liệu thử nghiệm mỏi đối với một loại vật
liệu cụ thể nào đó, chương trình sẽ xử lý và xây dựng được 19 dạng đường cong
mỏi. Bước tiếp theo cần lựa chọn các đường cong mỏi phù hợp để sử dụng cho
các tính tốn sau này.
Tiêu chí lựa chọn như sau:
1. Xét về mặt tốn học thuần túy, đường cong mỏi lý thuyết phải có dạng
phù hợp với số liệu thực nghiệm. Điều này được đánh giá thông qua hệ số tương
quan rNa (đối với hàm tuyến tính), sai số cơ bản 0 và tỷ lệ tương quan R đối
với các hàm phi tuyến, các hàm Weibull và Stussi. Cần lựa chọn các hàm có hệ
số tương quan hoặc tỷ lệ tương quan càng lớn càng tốt.
2. Xét về bản chất vật lý, biên độ ứng suất và số chu trình phá hủy mỏi
phải có tương quan nghịch biến và đường cong mỏi phải có dạng đơn điệu
khơng tăng, hay nói khác nó phải là một hàm tương quan đơn trị.
3. Khi số chu trình ứng ứng suất càng tăng thì biên độ ứng suất phải có xu
hướng tiệm cận với một giá trị biên độ ứng suất tới hạn nào đó.
Với một bộ số liệu có tính chất minh họa đã nêu, thấy rằng trong số 19
đường cong mỏi đã xây dựng, có một số dạng đường cong mỏi phi tuyến, chẳng
hạn:

Đường cong mỏi dạng a = aN2 + bN + c là a = 20,4659 N2 - 98,7734 N
+ 279,7083 với tỷ lệ tương quan R = 0,91521 (hình 7), và đường cong mỏi dạng
a = a exp(bN + cN2) là a = 282,428 exp (- 0,42379 N + 0,085636 N2) với tỷ lệ
tương quan R = 0,92925 (hình 8)
Các đường cong mỏi dạng này đều đạt yêu cầu về sai số cơ bản 0 theo
tiêu chuẩn của Puzankov [4,9] và có tỷ lệ tương quan rất cao ( R > 0,90). Tuy
nhiên, đây chỉ có ý nghĩa về mặt tốn học, mà khơng có ý nghĩa về mặt bản chất
vật lý, vì rằng biên độ ứng suất không thể tăng lên khi chu trình phá hủy mỏi
tăng lên, hay nói khác, các đường cong mỏi này không đơn trị, không thỏa mãn
các tiêu chí nêu trên, do đó khơng thể sử dụng các đường cong mỏi này được.

16


BM.01.03.SĐH-07b

Từ các phân tích trên đây, với bộ số liệu đã cho đối với vật liệu thép
SC42, trong số 19 dạng đường cong mỏi đã xây dựng, có thể lựa chọn được 8
dạng phương trình, trong đó có 4 dạng đường cong mỏi phi tuyến (bảng 2a) và
có 4 dạng đường cong mỏi Weibull và Stussi (bảng 2b). Các dạng đường cong
mỏi này sẽ được sử dụng trong các tính tốn về mỏi tùy theo mục đích và u
cầu của bài toán đặt ra.

17


BM.01.03.SĐH-07b

18



BM.01.03.SĐH-07b

19


BM.01.03.SĐH-07b

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Phan Văn Khôi, Tuổi thọ mỏi của kết cấu thép ngoài biển, NXB Khoa học
và Kỹ thuật, Hà Nội 1997.
[2]. Phan Văn Khôi, Cơ sở đánh giá độ tin cậy, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà
Nội 2001.
[3]. Ngô Văn Quyết, Cơ sở lý thuyết mỏi, NXB Giáo dục, Hà Nội 1999.
[4]. Đỗ Đức Tuấn, Độ tin cậy và tuổi bền máy, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội
2013.
[5]. Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy – Tập 1, NXB Giáo dục
[6]. Nguyễn Đức Toàn, Đỗ Đức Tuấn, Xây dựng chương trình xử lý số liệu thử
nghiệm xác định đường cong mỏi của vật liệu kim loại, Tạp chí khoa học Giao
thơng vận tải,2020
[7]. Nguyễn Đức Tồn, Đỗ Đức Tuấn, Thiết lập quy trình và chương trình thử
nghiệm mỏi kéo thuần túy vật liệu kim loại trên máy thưt nhiệm mỏi LFV 500 –
HH, Tạp chí khoa học Giao thông vận tải 2020

20