Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ IX

Hà Nội, 8-9/12/2012
ISBN: .

Xác định các đặc tính bền mỏi và dự đoán tuổi thọ mỏi của
các chi tiết máy và kết cấu trong thời kỳ thiết kế trên cơ sở
phương pháp số và tổ hợp chương trình
Bùi Mạnh Cường

Bộ mộn Cơ Học Máy-Khoa Cơ Khí- Học viện KTQS, 100 Hoàng Quốc Việt- Hà Nội,
manhcuongkck@yahoo.com.

Tóm tắt

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu xây dựng phương pháp số, giải thuật và tổ hợp chương trình
trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích động lực học, xác định các đặc tính bền mỏi và dự
đoán tuổi thọ mỏi cho các chi tiết máy và kết cấu trong giai đoạn thiết kế. Giải thuật và tổ hợp chương
trình được trình bầy cho phép đơn giản hóa quá trình xác định các đặc tính bền mỏi, phân tích và dự đoán
tuổi thọ mỏi cho chi tiết máy và kết cấu ngay trong thời kỳ thiết kế. Các kết quả tính toán và thí nghiệm
số trên cơ sở sử dụng tổ hợp chương trình xây dựng bởi tác giả được so sánh với các kết quả thí nghiệm
trên các mẫu và đối tượng thực.
Từ khóa: Độ bền mỏi, dự đoán tuổi thọ mỏi, phương pháp số, phương pháp PTHH, tổ hợp chương trình,
chi tiết máy, kết cấu.

1. Dẫn nhập
Như đã biết thực tế phần lớn các chi tiết máy và kết cấu làm việc với ứng suất thay đổi theo
thời gian và vì vậy một trong những dạng hỏng hóc cơ bản của chúng trong quá trình khai thác
chính là phá huỷ mỏi. Phá hủy do mỏi không những làm tăng chi phí khai thác, vận hành mà
còn có thể dẫn đến những tai nạn bất ngờ và cướp đi mạng sống của con người. Do đó phân tích
và dự đoán tuổi thọ mỏi cho các chi tiết máy và kết cấu là bài toán không thể thiếu trong giai
đoạn thiết kế. Dự đoán tuổi thọ mỏi cho chi tiết máy và kết cấu trong thời kỳ thiết kế thường
dựa trên cơ sở các giả thiết tích lũy phá hủy mỏi và có thể thực hiện trong vùng thời gian hoặc
tần số “(Буй Мань Кыонг, 2009), (Репецкий, 2012)” qua một số bước cơ bản thể hiện như trên
hình 1. Ta thấy rằng xác định các đặc tính bền mỏi (giới hạn bền mỏi, đường cong mỏi..) và dự
báo tuổi thọ mỏi cho các chi tiết máy và kết cấu ngay trong thời kỳ thiết kế phải thực hiện qua
nhiều giai đoạn tính toán và là bài toán vô cùng phức tạp, sử dụng phương pháp giải tích khó có
thể thực hiện được do sự phức tạp về mặt toán học, còn nếu tiến hành thí nghiệm thì đòi hỏi chi
phí rất lớn mà lại không linh hoạt và mềm dẻo để có thể ứng dụng trong thực tế ở giai đoạn thiết
kế. Hiện nay để xác định các đặc tính bền mỏi của chi tiết máy và kết cấu phương pháp thường
được sử dụng là dựa trên cơ sở phương trình đồng dạng phá hủy mỏi hoặc các biến thể của nó
“(Болотин, 1984), (Когаев, 1977, 1985)”. Tuy nhiên các phương pháp này không linh hoạt và
mềm dẻo, chúng chỉ có độ chính xác trong giới hạn một số trường hợp nhất định bởi trong các
tính toán xây dựng phương trình ta đã bỏ qua ảnh hưởng của các thành phần ứng suất chính 2 và
3, chuyển từ tính tích phân theo thể tích thành tích phân mặt…”(Когаев, 1985)” ngoài ra để sử
dụng phương trình đồng dạng phá hủy mỏi đòi hỏi phải xác định được các chỉ tiêu đồng dạng
2 Bùi Mạnh Cường

phá hủy mỏi, đối với các chi tiết máy và kết cấu vừa phức tạp về hình dáng hình học lại phức
tạp về chế độ chịu tải thì đây là bài toán không đơn giản. Chính vì vậy nghiên cứu xây dựng và
ứng dụng phương pháp số, chương trình phần mềm là hướng nghiên cứu tất yếu để phân tích và
dự đoán tuổi thọ mỏi cho chi tiết máy và kết cấu.

Hình 1. Quá trình dự đoán tuổi thọ mỏi cho chi tiết máy và kết cấu trong thời kỳ thiết kế
Một số phần mềm thương mại hiện nay như: ANSYS, NASTRAN, MSC.Fatigue, Fastran,
nCode... có thể thực hiện các phân tích độ bền mỏi cho chi tiết máy và kết cấu tuy nhiên chúng
có nhiều hạn chế như: không có khả năng xác định các đặc tính bền mỏi (giới hạn bền mỏi,
đường cong mỏi..) cho các chi tiết máy và kết cấu. Để thực hiện phân tích độ bền mỏi cho các
chi tiết máy và kết cấu trong các phần mềm này, đòi hỏi người sử dụng phải xác định và đưa
vào các thông số đặc tính bền mỏi của chi tiết máy và kết cấu đang thiết kế. Như thế chúng chỉ
đóng vai trò như là công cụ hỗi trợ các phép tính toán trong quá trình phân tích mỏi; hai là
chúng sử dụng hạn chế các giả thuyết tích lũy phá hỏng mỏi, cụ thể sử dụng duy nhất giả thuyết
tích lũy phá hỏng mỏi của MINER, giả thuyết này chỉ cho kết quả tin cậy đối với các chi tiết
được chế tạo từ thép cacbon, đối với các chi tiết được chế tạo từ thép chống nóng, hợp kim titan,
nikel và các vật liệu khác để đảm bảo độ chính xác đòi hỏi phải sử dụng các giả thuyết khác như
Haibach, Corten–Dolan, Manson, Serensen-Kogayev, Liu-Zenner...“(Когаев, 1977), (Буй Мань
Кыонг, 2009), (Репецкий, 1999, 2012)” và ba là khi muốn xác định các ứng suất động để phân
tích tuổi thọ mỏi cho các chi tiết máy và kết cấu làm việc trong điều kiện tải trọng thay đổi phức
tạp, các phần mềm này đòi hỏi nhiều công sức chuẩn bị dữ liệu đầu vào, chi phí lớn về nguồn tài
nguyên máy tính và thời gian giải.
Như vậy, nghiên cứu xây dựng phương pháp số, giải thuật và tổ hợp chương trình cho phép
xác định các đặc tính bền mỏi và dự báo tuổi thọ mỏi cho chi tiết máy và kết cấu ngay trong giai
đoạn thiết kế là bài toán có ý nghĩa thực tiễn hiện nay.

2. Phương pháp số, giải thuật và chương trình xác định các đặc tính bền mỏi, dự
đoán tuổi thọ mỏi cho chi tiết máy và kết cấu
Để xây dựng giải thuật và chương trình xác định các đặc tính bền mỏi cho chi tiết máy và
kết cấu trong giai đoạn thiết kế ta sử dụng mô hình phá hủy mỏi “khâu yếu nhất” được đề xướng
và phát triển bởi các tác giả “(Болотин, 1984), (Когаев, 1977, 1985), (Андрей, 2004)” hình 2.
Xác suất phá hủy mỏi của chi tiết máy và kết cấu khi chịu ứng suất max có dạng “(Когаев,
1977)”:
Xác định các đặc tính bền mỏi và dự đoán tuổi thọ mỏi của các chi tiết máy và kết cấu … 3


  max f ( x, y, z )  u  dV 
P( max )  1  exp      (1)
 max f ( x, y,z )0  0  V0 

trong đó V0 - thể tích đơn vị, 0  f ( x, y, z )  1 - hàm tọa độ không thứ nguyên,  0 - thông số
phân bố đặc tính bền của phần tử kết cấu, u - giá trị nhỏ nhất của ứng suất có thể gây tổn thương
mỏi cho kết cấu, còn  - là thông số phân bố, nó có thể xác định theo công thức sau “(Когаев,
1985)”:
1 (2)
  0.64


với   là đặc tính các tính chất cơ học của vật liệu qui định độ nhạy của nó với tập trung ứng
suất và yếu tố tỷ lệ, có giá trị xác định phụ thuộc vào từng vật liệu cụ thể. Thông số này được
xây dựng thành cơ sở liệu trong phần mềm của tác giả tương ứng cho từng vật nhất định.

Hình 2. Sơ đồ dẫn tới công thức lý thuyết thống kê độ bền của khâu yếu nhất
Nếu chấp nhận rằng ứng suất nhỏ nhất có thể gây tổn thương mỏi bằng 0 ( u  0 ) thì
phương trình 1 sẽ có dạng:

  max f ( x, y, z )  dV 
P( max )  1  exp      (3)
 max f ( x, y ,z )0  0  V0 

Như vậy theo “(Болотин, 1984, 1990), (Репецкий, 2012)” thì kỳ vọng toán ứng suất phá
hủy (giới hạn bền mỏi) có dạng:
1/ 
V 
   0  0*  Г (1  1 / ) (4)
V 

trong đó V *  [ f ( x, y, z )] dV - là thể tích qui đổi, còn Г - hàm gama.

V

Từ phương trình (4) ta có thể thành lập tỷ số kỳ vọng toán ứng suất phá hủy đối với hai chi
tiết (hoặc mẫu) có kích thước, hình dáng hình học và trạng thái ứng suất khác nhau nhưng chế
tạo từ cùng một loại vật liệu như sau:
1/ 
1  V2* 
  (5)
 2  V1* 
4 Bùi Mạnh Cường

Ta có thể xem 1 là giá trị trung bình giới hạn bền mỏi của mẫu tiêu chuẩn  1 “(Андрей,
2004)”, còn  2 là giá trị trung bình giới hạn bền mỏi của chi tiết máy và kết cấu  1d , đồng thời
xét tới các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy và kết cấu như: ảnh hưởng của
công nghệ gia công bề mặt qua hệ số K F , ảnh hưởng của việc giảm tính chất cơ học của vật liệu
do sự tăng lên kích thước phôi khi chế tạo chi tiết máy và kết cấu so với mẫu thí nghiệm chuẩn
qua hệ số KV , từ phương trình (5) ta nhận được biểu thức xác định giới hạn bền mỏi của chi tiết
máy và kết cấu  1d có dạng như sau:
1/ 
V * 
1d  K F KV  o*   1 (6)
 Vd 

trong đó V0* ,Vd* - là thể tích qui đổi của mẫu thí nghiệm và chi tiết máy, kết сấu. Ở đây chúng
được xác định với sự trợ giúp của phương pháp phần tử hữu hạn như sau “(Репецкий, 2012)” :
N
V0*( d )  V 0( d )
ELm (7)
m 1

với N - là số lượng phần tử hữu hạn được sử dụng để mô hình hóa mẫu thí nghiệm và chi tiết
0(d )
máy, VELm - thể tích qui đổi của phần tử hữu hạn thứ m (chỉ số “ 0 ” là ký hiệu cho mẫu còn
“ d ” là ký hiệu cho chi tiết và kết cấu), chúng được xác định phụ thuộc vào dạng phần tử hữu
hạn theo các biểu thức sau “(Репецкий, 2012)”:
 Đối với các phần tử khối 3 chiều
1 1 1
0( d ) 0( d ) 
VELm    [ f
1 1 1
ELm ( x, y , z )] det J m (, , )ddd 

3 3 3
0( d ) 
 W W W [ f
i 1 j 1 k 1
i j k ELm ( x, y , z )] det J m (, , ) , (8)

ở đây Wi , W j ,Wk tương ứng là сác hệ số trọng số theo các trục ξ, η, ι hệ trục tọa độ địa phương
của phần tử hữu hạn, J m (, , ) - ma trận Jacobi.
 Đối với các phần tử hai chiều (phần tử 3 nút tấm, vỏ)
1 1 L n
0( d ) 0( d ) 0( d )
VELm   h[ f ELm ( x, y, z )] dL1dL2  W h[ fi ELm ( x, y, z )] , (9)
0 0 i 1

ở đây Wi - các hệ số trọng số, n - số lượng điểm tích phân, h - chiều dày trung bình của phần tử.
Hàm tọa độ không thứ nguyên đối với mỗi phần tử hữu hạn của mẫu và chi tiết, kết cấu
0( d )
f ELm ( x,
y, z ) được xác định theo công thức sau “(Андрей, 2004), (Репецкий, 2012)”

0( d )
n
o( d ) io( d )
f ELm ( x, y, z )  N
i 1
i (d )
omax
, (10)

trong đó N io ( d ) - là hàm dáng phần tử hữu hạn ứng với nút thứ i ,  oi( d ) - là giá trị ứng suất tại
(d )
nút thứ i của phần tử hữu hạn đối với mẫu và chi tiết, omax - ứng suất lớn nhất trong mẫu và
chi tiết, còn n - số lượng nút của phần tử hữu.
Xác định các đặc tính bền mỏi và dự đoán tuổi thọ mỏi của các chi tiết máy và kết cấu … 5

Bắt đầu

Đưa vào mô hình phần tử hữu hạn của mẫu thí nghiệm và chi tiết, kết
cấu thiết kế, các thông số của vật liệu: mô đun đàn hồi E , hệ số
poatxông  và các thông số khác từ cơ sở dữ liệu vật liệu 1,  .., các hệ
số K F , KV , điều kiện biên và tải trọng tác dụng lên chi tiết máy, kết cấu

Giải bài toán tĩnh cho mẫu thí Giải bài toán động lực học cho chi
nghiệm và chi tiết, kết cấu thiết kế tiết máy hoặc kết cấu thiết kế

Xác định phân bố ứng suất trên mẫu

và chi tiết, kết cấu
Mật độ phổ công
suất của ứng suất ?
Xác định hàm tọa độ không thứ
nguyên f ELm ( x, y, z ) và thể tích qui
đổi VELm đối với mỗi phần tử hữu Sai
hạn của mẫu và chi tiết, kết cấu
Thực hiện sơ đồ hóa tải trọng

Xác định thể tích qui đổi của mẫu

Vo* và chi tiết, kết cấu Vd*

Phân tích mỏi theo các giả

Xác định giới hạn bền mỏi của chi tiết, kết cấu
thuyết tích lũy phá hỏng mỏi:
V *  Palmren-Miner, Haibach,
 1d  K F KV  o*  1 Corten-Dolan ...
 Vd 

Quay lại chương trình chính In và ghi kết quả tính toán

Hình 3. Sơ đồ thuật toán xác định các đặc tính bền mỏi và dự đoán tuổi thọ mỏi của chi tiết máy
và kết cấu
Sau khi xác định được các đặc tính bền mỏi của chi tiết máy và kết cấu, giai đoạn tiếp theo
là dự đoán tuổi thọ mỏi của chúng. Trên cơ sở phân tích động lực học kết cấu ta sẽ thu được sự
thay đổi ứng suất theo thời gian hoặc mật độ phổ công suất của ứng suất tại điểm nguy hiểm
trên mô hình và tiến hành dự đoán tuổi thỏ mỏi (dự đoán tuổi thỏ mỏi được thực hiện trong
vùng thời gian “(Буй Мань Кыонг, 2009, 2010), (Репецкий, 2012)” - nếu thu được ứng suất
thay đổi theo thời gian từ bài toán phân tích động lực học hoặc trong vùng tần số “(Буй Мань
Кыонг, 2010)” - nếu thu được mật độ phổ công suất của ứng suất). Khi kết quả phân tích động
lực học kết cấu nhận được là sự thay đổi ứng suất theo thời gian tại điểm nguy hiểm trên mô
hình, thì trước khi sử dụng các giả thiết tích lũy tổn thương mỏi khác nhau để dự đoán tuổi thọ
mỏi của chúng, ta phải thực hiện quá trình sơ đồ hóa tải trọng (ứng suất) (hình.1). Các phương
pháp sơ đồ hóa tải trọng có thể tham khảo trong các tài liệu “(Когаев, 1977), (Репецкий,
6 Bùi Mạnh Cường

2012)” ở đây thực hiện sơ đồ hóa tải trọng nhờ thuật toán và phương pháp chu trình đầy đủ
“(Буй Мань Кыонг, 2011), (Репецкий, 2012)”. Tuổi thọ mỏi trung bình của chi tiết máy và kết
cấu được xác định trong vùng thời gian hoặc tần số theo các biểu thức (11) và (12) tương ứng
như sau “(Репецкий, 1999, 2009, 2012)”:
L

__ n
i 1
i
 N  ap L
 (11)
ni
i 1 Ni

C
t ap (12)
E[ P ]  m p()d

trong đó, N - số chu trình làm việc đến hỏng của kết cấu, N i - số chu trình tới phá hỏng theo
đường cong mỏi khi biên độ ứng suất  ai , ni - số chu trình lặp lại của biên độ ứng suất  ai
trong blốc tải, L - số biên độ ứng suất khác nhau trong blốc tải, a p - tổng tổn thương mỏi hiệu
chỉnh khi chịu tác dụng của tất cả các biên độ ứng suất thay đổi có thể gây ra tổn thương mỏi
cho kết cấu, C- hệ số đường cong mỏi, p() - mật độ phổ công suất của ứng suất, m- số mũ
đường cong mỏi, E[P ] - số đỉnh ứng suất trong 1 giây “(Репецкий, 2012), (Когаев, 1977) ”, t -
thời gian làm việc của kết cấu đến khi hỏng.
Với phương thức đã được trình bày ta có thể xây dựng sơ đồ thuật toán xác định các đặc
tính bền mỏi và dự đoán tuổi thỏ mỏi cho chi tiết máy và kết cấu thể hiện trên hình 3. Phương
pháp và thuật toán nêu trên đã được tác giả phát triển và thực hiện thành mô đun trong tổ hợp
chương trình DAFLAPS “(Репецкий, 2012), (Буй Мань Кыонг, 2011)“ đây là tổ hợp chương
trình được nhóm tác giả xây dựng tại phòng thí nghiệm cơ điện tử trường đại học kỹ thuật tổng
hợp quốc gia Irkutsk Liên Bang nga và đã được cấp bằng sở hữu trí tuệ của Liên Bang nga.

3. Kết quả thực nghiệm và thảo luận

Để kiểm tra mức độ chính xác của thuật toán và chương trình ta tiến hành so sánh các kết
quả tính toán nhờ tổ hợp chương trình DAFLAPS do nhóm tác giả tự lập với các kết quả tính
toán và thí nghiệm theo các phương án khác nhau.
Trước tiên xem xét bài toán xác định đặc tính bền mỏi cho chi tiết máy có hình dạng và
kích thước thể hiện như trên hình 4, chi tiết được chế tạo từ thép 45 và chịu uấn đối xứng.

Hình 4. Hình dáng mô hình tiết máy cần xác định đặc tính bền mỏi và mô hình phần tử hữu hạn
của nó trong tổ hợp chương trình DAFLAPS
Xác định các đặc tính bền mỏi và dự đoán tuổi thọ mỏi của các chi tiết máy và kết cấu … 7

Để xác định đặc tính bền mỏi cho chi tiết máy trên ta chọn mẫu thí nghiệm chuẩn từ cơ sở
dự liệu của phần mềm DAFLAPS, mẫu thí nghiệm chuẩn có đường kính d 0  7,5 thép 45 với
các tính chất cơ học và thống kê vật liệu  B  660MPa,  1  307MPa ,    0,10... được thể
hiện trên hình 5. Kết quả tính toán giới hạn bền mỏi nhờ tổ hợp chương trình DAFLAPS được
so sánh với các kết quả thí nghiệm và tính toán theo phương trình đồng dạng phá hủy mỏi trong
công trình “(Когаев, 1977)” cho trong bảng 1

Hình 5. Mô hình mẫu chuẩn và các tính chất vật liệu từ cơ sở dữ liệu của tổ hợp chương trình
DAFLAPS
Bảng 1. Các kết quả tính toán và thí nghiệm giới hạn bền mỏi chi tiết máy 1d (MPa )
Kết quả Kết quả tính toán theo Sai số Kết quả tính toán từ tổ hợp Sai số
thí nghiệm phương trình đồng dạng phá % chương trình DAFLAPS %
hủy mỏi
220 229 4,09 226,32 2,87
Từ kết quả tính toán và thí nghiệm ta thấy rằng, giới hạn bền mỏi của chi tiết máy nhận
được với sự trợ giúp của phương pháp số, thuật toán và tổ hợp chương trình DAFLAPS đã đề
xuất, trùng hợp với kết quả tính toán theo phương trình đồng dạng phá hủy mỏi cũng như kết
quả thí nghiệm nhận được trong công trình “(Когаев, 1977)” với sai số không quá 5%.
Vấn đề tiếp theo ta xem xét bài toán dự báo tuổi thọ mỏi cho chi tiết máy và kết cấu với sự
trợ giúp của giải thuật và tổ hợp chương trình DAFLAPS đã xây dựng thông qua bài toán dự
báo tuổi thọ mỏi của cánh thực máy khí nén động cơ tua bin khí trong giai đoạn khởi động động
cơ. Cánh thực máy khí nén động cơ tua bin vừa phức tạp về hình dáng hình học vừa phức tạp về
chế độ chịu tải khi làm việc. Các thông số cơ bản của cánh là “(Хайманю, 2010), (Репецкий,
1999), (Борискин,1989)” : chiều dài 0.2058 m; rộng 0.066 m, góc kẹp cánh trên đĩa   46,5 ;
vật liệu làm cánh là hợp kim tital có Mô đul đàn hồi E= 1,16 105MPa; mật độ
  4,45kg / m 3 ;  B  610 MPa;  1  480 MPa với số chu trình N 0  3.10 7 . Các thông số khác
của cánh có thể tham khảo trong các tài liệu “(Репецкий, 1999), (Борискин,1989)”. Mô hình
phần tử hữu hạn của cánh được xây dựng trên cơ sở các phần tử vỏ 3 nút với 6 bậc tự do tại mỗi nút .
8 Bùi Mạnh Cường

Trong chế độ khởi động động cơ, lực nâng và lực cản tác dụng dọc theo cánh có qui luật
tương ứng như sau “(Репецкий, 1999, 2012), (Борискин,1989)”:
FL  L(1  0,05 cos   0,025 cos 2) (13)

FD  L(0,1  0,005 cos   0,0025 cos 2) (14)

t
ở đây L - áp suất tĩnh tác dụng lên cánh, còn   z dt với z – số vòi phun;  - vận tốc góc

0

quay của rôto máy tua bin    0  t với 0 – vận tốc góc quay ban đầu của rôto,  – gia
tốc góc rôto, t – thời gian.
Ta có thể gải bài toán động lực học của cánh trong tổ hợp chương trình DAFLAPS theo các
phương pháp số khác nhau “(Буй Мань Кыонг, 2010), (Репецкий, 2010, 2011, 2012)”, ở đây
ta sử dụng phương pháp chồng chất mode kết hợp với tích phân trực tiếp ”(Bùi Mạnh Cường,
2012)” . Bốn dạng dao động riêng đầu tiên của cánh được thể hiện trên hình 6 còn trong bảng 2
là kết quả tần số dao động riêng tương ứng được so sánh với kết quả thí nghiệm “(Репецкий,
1999), (Борискин,1989)”. Ta thấy sai số giữa kết quả tính toán và thí nghiệm không quá 7%.
Bảng 2. Các kết quả tính toán và thí nghiệm tần số dao động riêng của cánh (Hz)
Dạng dao Kết quả thí nghiệm Kết quả tính toán từ tổ hợp Sai số
động riêng chương trình DAFLAPS %
1 2620 2546,0 2,82
2 7300 7648,2 4,76
3 11300 11920,4 5,49
4 17500 18603,3 6,30

Hình 6. Mô hình phần tử hữu hạn và bốn dạng dao động riêng đầu tiên của cánh
Trên cơ sở ứng suất động (hình 7) nhận được tại điểm nguy hiểm (tâm phần tử chân cánh)
ta thực hiện phân tích tuổi thọ mỏi cho cánh máy khí nén động cơ tua bin. Bảng 3 trình bầy kết
quả phân tích tuổi thọ mỏi của cánh (được cho trong dạng số blốc tải đến khi phá hỏng) theo các
giả thuyết tích lũy phá hủy mỏi khác nhau nhờ tổ hợp chương trình DAFLAPS do nhóm tác giả
tự lập và kết quả phân tích tuổi thọ mỏi trong phần mềm ANSYS Workbench của Mỹ. Khi tiến
hành phân tích tuổi thọ mỏi cho cánh trong phần mềm ANSYS Workbench ta cần phải sử dụng
Xác định các đặc tính bền mỏi và dự đoán tuổi thọ mỏi của các chi tiết máy và kết cấu … 9

các kết quả tính toán đặc tính bền mỏi của cánh nhận được nhờ phần mềm DAFLAPS
với  1d  279 MPa, số chu trình N 0  3.10 7 .
Theo bảng 3 ta thấy rằng kết quả phân tích tuổi thọ mỏi của cánh theo giả thuyết Palmgren-
Miner nhận được từ hai phần mềm là tương đương nhau (sai số tính toán giữa hai phần mềm
không quá 5%), tuy nhiên rất nhiều công trình “(Репецкий, 1999, 2012), (Болотин, 1984,
1990), (Когаев, 1977, 1985)” đã chỉ ra rằng giả thuyết Palmgren-Miner cho kết quả không tin
cậy (ANSYS Workbench chỉ cho phép phân tích mỏi theo giả thuyết này). Trường hợp ta đang
xét cánh được chế tạo từ hợp kim tital, hợp lý hơn là sử dụng giả thuyết của Corten- Dolan
“(Репецкий, 1999, 2012), (Буй Мань Кыонг, 2009)“ với tuổi thọ mỏi của cánh 5,71977E+5
blốc tải.

Hình 7. Ứng suất động tại điểm nguy hiểm trên cánh
Bảng 3. Tuổi thọ mỏi của cánh
Giả thuyết tích Kết quả phân tính trong tổ hợp Kết quả phân tính trong Sai số
lũy phá hủy mỏi chương trình DAFLAPS ANSYS Workbench %
Palmgren-Miner 7,98018E+5 8,27053E+5 3,64
Haibach 6,31705E+5 X X
Corten- Dolan 5,71977E+5 X X
Серенсен 5,83011E+5 X X
Marco- Starky 5,53449E+5 X X

4. Kết luận
Giải thuật và tổ hợp chương trình DAFLAPS được xây dựng trên cơ sở phương pháp PTHH
để phân tích động lực học, xác định các đặc tính bền mỏi và dự đoán tuổi thọ mỏi cho chi tiết
máy và kết cấu như đã đề xuất trong bài báo thực sự có ý nghĩa thực tiễn hiện nay, nó cho phép
đơn giản hóa quá trình xác định các đặc tính bền mỏi và dự đoán tuổi thọ mỏi cho chi tiết máy
và kết cấu có hình dáng hình học cũng như chế độ chịu tải phức tạp ngay trong giai đoạn thiết
kế. Ngoài ra tổ hợp chương trình còn cho phép phân tích và dự đoán tuổi thọ mỏi của chi tiết
máy và kết cấu theo đa dạng các giả thuyết tích lũy phá hủy mỏi, đảm bảo kết quả nhận được là
tin cậy nhất. Mức độ chính xác của thuật toán và tổ hợp chương trình đã được so sánh với hàng
loạt các kết quả tính toán và thí nghiệm khác nhau. Điều đó cho phép ta ứng dụng giải thuật và
tổ hợp chương trình đã đề xuất trong bài báo vào thực tế thiết kế tại các nhà máy, xí nghiệp, các
10 Bùi Mạnh Cường

cơ quan thiết kế máy và kết cấu cũng như tại các phòng thí nghiệm trong các trường đại học kỹ
thuật với vai trò như là công cụ thí nghiệm số.

Tài liệu tham khảo

Болотин В.В (1984). Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М.: Машиностроение.
Болотин В.В (1990). Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение.
Борискин О. Ф, Кулибаба В. В, Репецкий О. В (1989). Конечноэлементный анализ колебаний
машин. Иркутск: Изд – во Иркут.унта.
Буй Мань Кыонг, Репецкий О. В (2011). Свидетельство о государственной регистрации
программы для ЭВМ. № 2011613209. Программа предпроцессора и постпроцессора
(DAFLAPS_PrePost). Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и
товарным знакам.
Буй Мань Кыонг, Репецкий О. В (2011). Свидетельство о государственной регистрации
программы для ЭВМ. № 2011613210. Схематизация случайных процессов нагружения и расчет на
усталостную прочность (DAFLAPS_Fatiguelife). Федеральная служба по интеллектуальной
собственности, патентам и товарным знакам.
Когаев В. П., Махутов Н. А., Гусенков А. П (1985). Расчеты деталей машин и конструкций
на прочность и долговечность. М.: Машиностроение.
Когаев В. П (1977)̣. Расчет деталей машин на прочность при напряжениях, переменных во
времени. М.: Машиностроение.
Репецкий О, Буй Мань Кыонг (2012). Прогнозирование усталостной прочности рабочих
лопаток турбомашин. Дюссельдорф: Palmarium academic publishing.
Репецкий О.В (1999). Компьютерный анализ динамики и прочности турбомашин. Иркутск:
Изд-во ИрГТУ.
Хайманю Б (2010). Мехатроника: Компоненты, методы, примеры, Новосибирск: Изд – во
СО РАН.
Bùi Mạnh Cường, Bùi Hải Đăng (2012). Phương pháp số xác định ứng suất động phục vụ cho quá
trình phân tích tuổi thọ mỏi của chi tiết máy và kết cấu. Khoa học & kỹ thuật, Số 149, trang 33- 41.
Repetskiy O. V., Bui Manh Cuong (2010). Fatigue life prediction of modern gas turbomachine
blades. Incorporating Sustainable Practice in Mechanics of Structures and Materials, London. pp. 275 –
280.
Андрей В. С (2004). Метод определения характеристик сопротивления усталости деталей
сложной формы. Транспорт Урала, 3, С.39-43.
Буй Мань Кыонг (2009). Проблемы компьютерного анализа усталостной прочности деталей
машин с учетом влияния температуры, Вестник ИрГТУ, 4, С. 59 – 98.
Репецкий О. В., Буй Мань Кыонг (2010). Анализ усталостной прочности лопаток
транспортных турбомашин в частотной области. Современные технологии. Системный анализ.
Моделирование. Иркутск: ИрГУПС, 1, С.72 – 79.
Репецкий О. В., Буй Мань Кыонг (2010). К вопросу о выборе численного метода анализа
напряжений при оценке многоцикловой усталости лопаток транспортных турбомашин. Известия
ИГЭА, 6, С.153-158.
Репецкий О. В., Буй Мань Кыонг (2011). Виброусталость лопаток турбомашин с учетом
случайных колебаний. Вестник ИрГСХА, 3, С.95 – 100.
Репецкий О. В., Буй Мань Кыонг (2011). Разработка математических моделей динамики и
оценки усталостной прочности лопаток турбомашин с учетом геометрической нелинейности,
Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.В
Решенева, 4 (37), С. 74 – 79.
Репецкий О. В., Буй Мань Кыонг (2011). Разработка математических моделей и программ для
расчета динамических напряжений и усталостной прочности лопаток турбомашин с помощью
метода ковариационного анализа. Вестник ВСГТУ. Улан-Удэ: ВСГТУ, 3, С.70 – 74.
Репецкий О. В., Буй Мань Кыонг (2011). Разработка численных методов и программного
обеспечения для схематизации случайных процессов нагружения и расчетной оценки
долговечности деталей турбомашин. Вестник стипендиатов ДААД. 1 (8). С. 28 – 36.
Репецкий О. В., Буй Мань Кыонг (2011). Численный анализ многоцикловой усталости
лопатки транспортной турбомашины в переходных режимах. Известия ИГЭА, 1, С.195 – 199.