Tính mỏi và độ cứng bề mặt của vật liệu là những đề tài quan trọng trong việc tính toán thiết kế kết cấu nói chung và những bộ phận cơ khí nói riêng. Tính mỏi được quan tâm đặc biệt với những chi tiết, bộ phận luôn phải chịu những tải trọng biến đổi và có tuổi thọ giới hạn. Những chi tiết này có mặt khắp nơi như trong các kết cấu chuyển động như xe máy, xe hơi, tàu hỏa, máy bay, cánh quạt... hoặc các kết cấu tĩnh như cầu, giàn khoan...

Trong tính toán thiết kế kết cấu chịu tải trọng tuần hoàn, người kỹ sư nhất thiết phải phân tích độ bền mỏi, từ đó đưa ra các mô hình kết cấu hợp lý, tiết kiệm vật liệu nhưng vẫn đảm bảo về độ bền và tuổi thọ. Bên cạnh đó, độ cứng bề mặt luôn là một trong những yêu cầu nhất thiết trong thiết kế cơ khí, đặc biệt là cơ khí chính xác.

Tính toán tuổi thọ kết cấu không phải là ngành mới trên thế giới, tuy nhiên ở Việt Nam, lĩnh vực này là khá mới mẻ, là một ngành phụ trợ không thể thiếu trong lĩnh vực chế tạo. Hiện nay, các máy thí nghiệm mỏi chỉ có mặt tại một số trung tâm đo lường (COMFA, QUATEST 3...) hoặc các trường đại học lớn (Trường Đại học Giao thông vận tải, Đại học Bách khoa TP.HCM...). Tuy nhiên, chi phí thực hiện tại các trung tâm này là khá lớn, máy móc cồng kềnh, chỉ thử được các mẫu lớn, không phù hợp cho việc thực hiện thường xuyên với quy mô nhỏ. Trong chương trình đào tạo ở bậc đại học, sinh viên các ngành khối kỹ thuật đều được giới thiệu về hiện tượng mỏi cũng như tầm quan trọng của nó trong thiết kế, vận hành máy móc. Tuy nhiên, do những khó khăn nêu trên, hầu như sinh viên chỉ được “học chay”, không có điều kiện trực tiếp làm thí nghiệm, tiếp xúc với hiện tượng mỏi.

Hiện nay, trong công nghiệp, việc đo độ cứng bề mặt hầu hết đều phải dựa vào các thiết bị nhập khẩu, tuy có độ chính xác cao nhưng giá thành đắt đỏ. Tuy nhiên, với môi trường hoạt động có kinh phí hạn hẹp như các trường đại học, cao đẳng nghề... việc đầu tư máy nhập khẩu rất hạn chế nên sinh viên ít có dịp tiếp cận cũng như sử dụng các thiết bị này.

Nhóm nghiên cứu ở bộ môn cơ kỹ thuật, khoa khoa học ứng dụng Trường đại học bách khoa đã thực hiện thành công hai đề tài nghiên cứu chế tạo thiết bị thí nghiệm phục vụ giảng dạy và học tập. Đó là các đề tài “Thiết kế - mô phỏng và chế tạo hệ thống thử nghiệm độ bền mỏi cho mẫu thử chịu tải uốn phẳng” và đề tài “Thiết kế và chế tạo thiết bị thử nghiệm độ cứng bề mặt kim loại”.

Các thiết bị tự chế này có ưu điểm là giá thành rẻ nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác chấp nhận được dùng trong giảng dạy và học tập. Các chi tiết, bộ phận dễ tháo lắp, thay thế nên dễ dàng nhân rộng ra nhiều máy giống nhau, từ đó việc giảng dạy sẽ thuận tiện hơn vì sinh viên có nhiều cơ hội làm thực nghiệm. Cũng với tiêu chí thiết kế các bộ phận rời, dễ tháo lắp điều chỉnh, các thiết bị này có khả năng thực hiện các thí nghiệm với nhiều kích thước mẫu thử khác nhau, nhiều dạng vật liệu với nhiều dạng tải trọng khác nhau. Ví dụ: máy thử mỏi mẫu thử chịu tải uốn được thiết kế có thể thử cho mẫu có bề dày từ 0,2 - 3 mm, chiều dài mẫu từ 10 - 40 cm. Máy đo độ cứng bề mặt Brinell được thiết kế cho mẫu thử kích thước đến 30 x 30 x 30 cm, tải trọng có thể đạt tới 5 tấn.

Sản phẩm đề tài đã được sử dụng thí điểm tại Phòng thí nghiệm cơ ứng dụng thuộc bộ môn cơ kỹ thuật - khoa khoa học ứng dụng, Trường đại học bách khoa TP.HCM; phục vụ các môn học chuyên ngành cơ kỹ thuật (đại học) và cơ học kỹ thuật (cao đẳng). Kết quả đạt được từ hai đề tài này có sự hỗ trợ không nhỏ từ chương trình hỗ trợ của thành phố, thông qua Trung tâm Neptech (thuộc Sở khoa học và công nghệ TP.HCM).

NTN