I. Biến dạng ba chiều và cảm biến Bragg Grating
Biến dạng ba chiều là một khái niệm quan trọng trong cơ học vật liệu, đặc biệt khi vật liệu chịu tác động của tải trọng dọc và tải trọng ngang đồng thời. Cảm biến Bragg Grating (FBG) là công nghệ tiên tiến được sử dụng để đo lường biến dạng này. Cảm biến này hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi bước sóng ánh sáng khi vật liệu bị biến dạng. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển các mô hình toán học để phân tích biến dạng ba chiều dưới tác động của tải trọng đồng thời, sử dụng dữ liệu thực nghiệm từ cảm biến FBG.
1.1. Nguyên lý hoạt động của cảm biến Bragg Grating
Cảm biến Bragg Grating hoạt động dựa trên hiện tượng phản xạ ánh sáng trong sợi quang. Khi vật liệu bị biến dạng, bước sóng phản xạ thay đổi, cho phép đo lường chính xác biến dạng ba chiều. Nghiên cứu sử dụng các mẫu vật liệu được gắn cảm biến FBG để đo lường sự thay đổi bước sóng dưới tác động của tải trọng dọc và tải trọng ngang. Dữ liệu thu được được so sánh với các mô hình toán học để đánh giá độ chính xác.
1.2. Ứng dụng của cảm biến quang học trong đo lường biến dạng
Cảm biến quang học như FBG được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật, đặc biệt là trong đo lường biến dạng và phân tích tải trọng. Nghiên cứu này nhấn mạnh khả năng của FBG trong việc đo lường biến dạng ba chiều dưới tác động đồng thời của tải trọng dọc và tải trọng ngang. Kết quả thực nghiệm cho thấy độ chính xác cao của cảm biến trong việc xác định ứng suất cơ học và biến dạng.
II. Phân tích tải trọng đồng thời và mô hình toán học
Nghiên cứu tập trung vào việc phân tích tải trọng đồng thời dọc và ngang, sử dụng các mô hình toán học để dự đoán biến dạng ba chiều. Các mô hình này được phát triển dựa trên dữ liệu thực nghiệm từ cảm biến FBG, bao gồm cả mô hình tuyến tính và phi tuyến. Kết quả cho thấy mô hình phi tuyến phù hợp hơn trong điều kiện tải trọng phức tạp.
2.1. Mô hình tuyến tính và phi tuyến trong phân tích tải trọng
Các mô hình toán học được phân thành hai loại chính: mô hình tuyến tính và mô hình phi tuyến. Mô hình tuyến tính đơn giản hóa mối quan hệ giữa tải trọng và biến dạng, trong khi mô hình phi tuyến xem xét các yếu tố phức tạp hơn như sự thay đổi nhiệt độ và ứng suất cơ học. Nghiên cứu chỉ ra rằng mô hình phi tuyến cho kết quả chính xác hơn trong điều kiện tải trọng đồng thời.
2.2. So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng
Kết quả thực nghiệm từ cảm biến FBG được so sánh với các mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEA). Sự tương đồng giữa hai phương pháp khẳng định tính chính xác của các mô hình toán học được đề xuất. Nghiên cứu cũng đề xuất các cải tiến trong kỹ thuật đo lường để tăng độ chính xác của cảm biến FBG.
III. Ứng dụng thực tiễn và giá trị của nghiên cứu
Nghiên cứu này có giá trị ứng dụng cao trong các lĩnh vực như kỹ thuật cơ khí, xây dựng và hàng không. Việc sử dụng cảm biến Bragg Grating để đo lường biến dạng ba chiều dưới tác động đồng thời của tải trọng dọc và tải trọng ngang giúp cải thiện độ chính xác trong việc đánh giá độ bền và tuổi thọ của vật liệu.
3.1. Ứng dụng trong kỹ thuật cơ khí và xây dựng
Trong kỹ thuật cơ khí, nghiên cứu này giúp đánh giá chính xác ứng suất cơ học và biến dạng của các cấu trúc dưới tác động của tải trọng phức tạp. Trong xây dựng, cảm biến FBG có thể được sử dụng để giám sát độ bền của các công trình lớn như cầu và tòa nhà.
3.2. Tiềm năng trong công nghệ cảm biến tương lai
Nghiên cứu mở ra hướng phát triển mới cho công nghệ cảm biến, đặc biệt là trong việc tích hợp cảm biến FBG vào các hệ thống đo lường tự động. Điều này giúp tăng cường khả năng giám sát và đánh giá biến dạng ba chiều trong các ứng dụng thực tế.
