Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN BỀN KẾT CẤU ĐÀI TƯỞNG NIỆM TRUÔNG BỒN BẰNG PHƯƠNG PHÁP DẬP TẠO HÌNH RESEARCH, DESIGN AND CALCULATE SIMULATION ONTRUONG BON MONUMENT’S STRUCTUREBYSHEET METAL FORMING TECHNOLOGY PGS.TS Phạm Văn Nghệ1a, KS Hoàng Mạnh Trung1b, KS Hoàng Văn Thủy2c Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Trường Trung cấp Nghề số 14 – Bộ Quốc phòng a nghepv.gcal@gmail.com; bmanhtrung89@gmail.com; choangthuy030@gmail.com TÓM TẮT Trong báo cáo này, nhóm tác giả trình bày kết nghiên cứu mô đài tưởng niệm Truông Bồn Kết sử dụng sở để thiết kế tạo hình vỏ kết cấu chịu lực cho công trình này, đảm bảo yêu cầu mặt mỹ thuật, gia công chế tạo, độ bền trường hợp gió bão, lốc xoáy, nắng nóng, v.v Hiện nay, hầu hết công trình tượng đài có chủ đề văn hóa, lịch sử, tín ngưỡng có kích thước không gian lớn hầu hết làm công nghệ đúc đồng, bê tông cốt thép điêu khắc đá truyền thống, … Những công nghệ tồn nhiều nhược điểm như: tốn vật liệu, độ bền khó đạt, chất lượng bề mặt xấu, khó tạo hình sắc nét theo ý tưởng nghệ thuật tác giả Nối thành công từ công trình “Tượng đài Bác Hồ với dân tộc Tây Nguyên”, áp dụng công nghệ dập tạo hình để thiết kế chế tạo “Đài tưởng niệm Truông Bồn” Công nghệ khắc phục hầu hết điểm hạn chế công nghệ nêu Kết nghiên cứu tham khảo để tính toán, thiết kế tối ưu công trình tượng đài khác sử dụng công nghệ dập tạo hình vỏ mỏng tương tự Từ khóa: dập tạo hình vỏ mỏng, tượng đài Truông Bồn, mô tính toán ABSTRACT In this report, the authors present the results of research by simulating about Bon Truong monument These results are used as a basis for designing sheet shell and bearing structures on this construction At present, almost large monuments are made of casting technology, reinforced concrete or stone sculpture,…These technologies exist many drawbacks such as material cost, weak strength, bad surface quality, difficulty forming shape following the idea of designers We use sheet metal forming technology for Truong Bon Monument after the success of Ho Chi Minh statue in Tay Nguyen This technology has overcome most of the limitations of the other technologies The results of research can be based on calculating, designing and optimizing of other monuments which use sheet metal forming technology Keywords: sheet metal forming, Truong Bon monument, calculate simulation 1.GIỚI THIỆU 1.1 Khái quát phương pháp dập tạo hình Công nghệ tạo hình kim loại phần công nghệ gia công kim loại áp lực nhằm làm biến dạng kim loại để nhận chi tiết có hình dạng kích thước mong muốn Đây loại hình công nghệ ứng dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp khác Sở dĩ công nghệ áp dụng rộng rãi có nhiều ưu điểm bật như: Có thể thực công việc phức tạp động tác đơn giản thiết bị khuôn 629 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Có thể chế tạo chi tiết phức tạp mà phương pháp gia công kim loại khác khó khan Độ xác tương đối cao, đảm bảo lắp dẫn tốt không cần qua gia công Kết cấu chi tiết dập cứng vững, bền nhẹ, mức độ hao phí kim loại không lớn Tiết kiệm nguyên vật liệu, thuận lợi cho trình khí hóa tự động hóa, suất cao, giá thành sản phẩm hạ Quá trình thao tác đơn giản, không cần thợ bậc cao, giảm chi phí đào tạo quỹ lương Tận dụng phế liệu, hệ số sử dụng vật liệu cao Dập không gia công vật liệu kim loại mà gia công vật liệu phi kim như: techtolit, heetinac loại chất dẻo 1.2 Ý nghĩa Đài tưởng niệm Truông Bồn Trong tiếng Nghệ An “Truông” danh từ để đoạn đèo dốc chạy hai vách núi hiểm trở Truông Bồn đoạn đèo dốc có chiều dài 5km, độ cao gần 70m dãy núi Thung Nưa có đỉnh cao 450m so với mực nước biển, nằm tuyến đường chiến lược 15A, hay gọi đường 30, chạy qua địa phận xã Mỹ Sơn, huyện Đô Lương, tỉnh Nghệ An Truông Bồn trở thành địa danh huyền thoại đấu tranh vệ quốc vĩ đại dân tộc ta kỉ XX, Truông Bồn có vị trí chiến lược đặc biệt quan trọng, “Tuyến đường độc đạo”, nơi kết nối huyết mạch giao thông từ hậu phương lớn miền Bắc Nơi có bao chứng tích hào hùng, bất hủ ghi dấu chiến công oanh liệt lực lượng quân dân ta, có 1.500 cán bộ, chiến sĩ đại đội Thanh niên xung phong thuộc Tổng đội Thanh niên xung phong chống Mỹ cứu nước, tỉnh Nghệ An Đặc biệt nơi chứng kiến chiến công hi sinh oanh liệt 13 chiến sỹ “Tiểu đội thép”, “Tiểu đội cảm tử” thuộc đại đội TNXP 317 ngày 31/10/1968 làm nhiệm vụ nối liền huyết mạch giao thông Do vậy, Đài tưởng niệm Truông Bồn có ý nghĩa lớn quân dân khu vực nước TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 2.1 Xử lý Scan 3D mẫu, xây dựng mô hình CAD ghép vỏ tượng Từ liệu đám mây điểm từ máy Scan 3D, chia vỏ tượng phần phù hợp với thực tế thi công, tiến hành tái tạo bề mặt 2.2 Lên phương án dập tạo hình - Phân chia phần, bề mặt cho có tính công nghệ dập tạo hình tốt nhất, tính công nghệ hàn và, đặc biệt, đảm bảo tính mỹ thuật tác phẩm điêu khắc - Thiết kế khuôn dập vật liệu Composit Khảo sát ảnh hưởng tốc độ biến dạng nhiệt độ đến thuộc tính dẻo biến dạng phôi tấm, vật liệu đồng đỏ, chiều dày 5mm Ta dùng giả thiết phôi biến dạng đẳng hướng, đồng nhất, liên tục để mô hình hóa giải toán dễ dàng •Năng lượng tạo hình biến dạng Điều kiện dẻo tọa độ bất kỳ: 2 (𝜎𝜎𝑥𝑥 − 𝜎𝜎𝑦𝑦 ) + (𝜎𝜎𝑦𝑦 − 𝜎𝜎𝑧𝑧 ) + (𝜎𝜎𝑧𝑧 − 𝜎𝜎𝑥𝑥 ) +6(𝜏𝜏𝑥𝑥𝑥𝑥 +𝜏𝜏𝑦𝑦𝑦𝑦 +𝜏𝜏𝑧𝑧𝑧𝑧 ) = 2𝜎𝜎𝑆𝑆2 P P P Trong trình tạo hình đồng, thực biến dạng dẻo với biến dạng tổng A t tổng thay đổi thể tích A tt thay đổi hình dạng A hd A t = A tt + A bd 630 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Vậy thay đổi hình dạng: A bd = A t – A tt A bd =2𝐸𝐸[(𝜎𝜎12 + 𝜎𝜎22 + 𝜎𝜎32 ) − 2𝜗𝜗(𝜎𝜎1 𝜎𝜎2 + 𝜎𝜎2 𝜎𝜎3 + 𝜎𝜎3 𝜎𝜎1 )] − -2 𝜗𝜗(𝜎𝜎 + 𝜎𝜎 + 𝜎𝜎 )2] R = = 1+𝜗𝜗 6𝐸𝐸 1+𝜗𝜗 6𝐸𝐸 R R 6𝐸𝐸 [(𝜎𝜎1 + 𝜎𝜎2 + 𝜎𝜎3 ) P (2𝜎𝜎12 + 2𝜎𝜎22 + 2𝜎𝜎32 − 2𝜎𝜎1 𝜎𝜎2 − 2𝜎𝜎2 𝜎𝜎3 − 2𝜎𝜎3 𝜎𝜎1 ) [(𝜎𝜎1 − 𝜎𝜎2 ) + (𝜎𝜎2 − 𝜎𝜎3 ) + (𝜎𝜎3 − 𝜎𝜎1 ) 2] P P P Thay vào điều kiện dẻo ta được: A bd = 1+𝜗𝜗 2𝜎𝜎𝑆𝑆2 = 6𝐸𝐸 1+𝜗𝜗 3𝐸𝐸 𝜎𝜎𝑆𝑆2 = const Với 𝜗𝜗là hệ số Poisson.[1] • Ảnh hưởng nhiệt độ đến tính dẻo trở lực biến dạng Quan hệ giá trị giới hạn chảy nhiệt độ biểu diễn: P t1 = P t2.𝑒𝑒 ∝(𝑡𝑡1−𝑡𝑡2) Với: P t1 - giá trị giới hạn chảy nhiệt độ t1 P t2 - giá trị giới hạn chảy nhiệt độ t2 ∝ - hệ số nhiệt độ, khoảng nhiệt chưa có biến đổi hóa lý Đường đặc tính biểu đồ quan hệ tính dẻo nhiệt độ đồng đỏ:[4] • Ảnh hưởng tốc độ biến dạng Đối với vật liệu đồng đỏ, tốc độ biến dạng tạo hình tăng, trở lực biến dạng tăng tính dẻo giảm Hình Hình ảnh ảnh hưởng tốc độ biến dạng Thiết bị: - Sử dụng máy ép thủy lực 1000 - Kích thước bàn máy 2500x2000mm - Hành trình đầu trượt 1600m 631 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Bản thiết kế đài tưởng niệm Truông Bồn gồm cụm hương khói sau: Hình Hình ảnh thiết kế Đài tưởng niệm Truông Bồn 2.3.Điều kiện tải trọng tĩnh Trong điều kiện bình thường, kết cấu chịu lực tác dụng tự trọng thân hệ vỏ đồng.[4] Cụm khói hương số 1: Khối lượng hệ vỏ đồng Khối lượng kết cấu khung chịu lực (bao gồm dưỡng đồng dày 5mm) Tổng khối lượng cụm khói hương số Cụm khói hương số 2: Khối lượng hệ vỏ đồng Khối lượng kết cấu khung chịu lực (bao gồm dưỡng đồng dày 5mm) Tổng khối lượng cụm khói hương số Cụm khói hương số 3: Khối lượng hệ vỏ đồng Khối lượng kết cấu khung chịu lực (bao gồm dưỡng đồng dày 5mm) Tổng khối lượng cụm khói hương số 2.4 Điều kiện gió bão Công trình kiểm nghiệm với cấp độ bão lớn (theo định số 245/2006/QĐ-TTg) Thủ tướng phủ 632 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Theo đó, bão cấp 17 (thang Beaufort) có vận tốc gió 220km/h(60m/s) Lực cản không khí tác động vào bề mặt cứng vận tốc gió nhỏ vận tốc âm (v