CHƯƠNG 1 Trong chương này, sự cần thiết của cách ly dao động đã được trình bày. Kế tiếp, các công trình về lĩnh vực cách ly dao động được nghiên cứu và tổng hợp. Từ đó, một mô hình cách ly dao động có độ cứng gần bằng không được phát triển để đáp ứng những yêu cầu nói trên. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN Các phương pháp lý thuyết về cách ly dao động cùng với các công trình nghiên cứu về lĩnh vực cách ly dao động, đặc biệt là dưới tần số thấp được phân tích.
Những lợi ích cũng như những hạn chế của các phương pháp cách ly dao động cũng được đề cập. Cuối cùng, một mô hình cách ly dao động sẽ được giới thiệu có thể khắc phục những nhược điểm của các bộ cách ly trước đó.1 Mô hình cách ly dao động sử dụng lò xo Euler: 4 Để mở rộng vùng cách ly dao động, một trong những phương pháp hiệu quả là giảm độ cứng, phương pháp này đã được nghiên cứu bởi nhiều tác giả. Chẳng hạn, trong mô hình của N. Virgin và các cộng sự, E.
Chin và các cộng sự J. Winterflood và các cộng sự… Như đã được biết, chức năng của lò xo là không chỉ hấp thụ năng lượng mà còn có chức năng mang tải. Độ cứng càng thấp thì khả năng đỡ tải càng giảm và biến dạng tĩnh càng lớn. Đây là một trong những hạn chế của việc giảm độ cứng để mở rộng vùng cách ly hướng đến tần số thấp.
Việc giải quyết vấn đề mâu thuẫn về độ cứng thấp, biến dạng tĩnh thấp mà vẫn đảm bảo khả năng đỡ tải là một trrong những thách thức lớn cho các nhà khoa học. Các bộ cách ly dao động có đặc tính độ cứng gần bằng không: Để khắc phục những hạn chế đã được nêu trên, các bộ cách ly dao động có độ cứng gần bằng không thu hút nhiều nhà nghiên cứu quan tâm giải quyết. Carrella và các cộng sự, Z. Hao và các cộng sự, G.
Dong và các cộng sự, X. Wang và các cộng sự. Hơn nữa, để nâng cao hiệu quả cách ly, rất cần thiết để thêm vào cơ cấu chấp hành một xylanh hoặc một động cơ. Điều này làm cho hệ thống cách ly sẽ phức tạp và tốn kém hơn.
Dựa trên những điều này, sử dụng tính chất độ cứng tĩnh cao độ cứng động học thấp để phát triển một bộ cách ly. Liu và các cộng sự đã thực nghiệm một bộ cách ly có độ cứng gần bằng không với 5 lò xo có rãnh ngang. Ye và các cộng sự [17] đã đề xuất một bộ cách ly dao động có các cơ cấu tịnh tiến-quay có đặc tính độ cứng gần bằng không. Bên cạnh đó, lò xo từ cũng được sử dụng để nghiên cứu bộ cách ly dao động tần số thấp.
Chẳng hạn như một bộ cách ly Stewart có đặc tính độ cứng gần bằng không để cách ly từ 1 đến 6 bậc tự do được nghiên cứu sử dụng bởi G.Yan và các cộng sự. Dù các mô hình cách ly dao động hiện tại có thể mang lại hiệu quả cách ly đối với dao động có tần số thấp. Vẫn còn một số nhược điểm như: mô hình cách ly dao động có độ cứng gần bằng không chỉ cho hiệu quả cách ly tốt nhất dưới tải trọng tối ưu. Để duy trì hiệu quả cách ly, độ cứng động học của mô hình phải được hiệu chỉnh một cách phù hợp khi có sự tăng hoặc giảm tải trọng cách ly.
Điều này cho thấy đặc tính đàn hồi cuả lò xo phải được hiệu chỉnh thậm chí phần tử đàn hồi phải được thay thế. Yêu cầu này rất khó đối với các mô hình cách ly dao động dùng lò xo cơ khí hoặc dùng nam châm vĩnh cữu. Một loại phần tử đàn hồi khác có thể khắc phục các nhược điểm nói trên là lò xo khí, vì dễ điều chỉnh các hệ số của lò xo và khả năng đỡ tải cao. Vì vậy trong những năm gần đây, loại này được sử dụng rộng rãi trên các phương tiện xe cộ [35- 37], các bục cách ly dao động [38-40],…việc nghiên cứu đặc tính của lò xo khí cao su đã thúc đẩy sự quan tâm của nhiều nhà khoa học, kỹ sư [41-43].
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN Để thực hiện các nội dung trong luận văn này, một số lý thuyết liên quan được tác giả sử dụng để khảo sát đáp ứng động học cùng với đặc tính truyền dao động của hệ thống chẳng hạn nhiệt động lực học, mô hình ma sát, mô hình đàn nhớt. Thêm vào đó, các phương pháp toán bao gồm Normal form, Multi-scale, Runge-kutta, Poincare section cùng với thuật toán di truyền cũng được sử dụng để tìm nghiệm cho mô hình đã đề xuất.1 Giới thiệu Một hệ thống dùng khí nén như một phần tử đàn hồi được gọi là một lò xo khí. Có 2 loại gồm lò xo khí cao su và xylanh khí nén. Khả năng đỡ tải của một lò xo khí phụ thuộc vào tiết diện hiệu quả và áp suất khí bên trong.
Lò xo khí đưa ra nhiều lợi ích nổi bật chẳng hạn biến dạng tĩnh thấp và khả năng đỡ tải lớn, khả năng đàn hồi có thể điều chỉnh được thông qua hiệu chỉnh áp suất bên tromg lò xo khí, nghĩa là tỉ số lò xo có thể biến đổi và có thể điều khiển được.2 Cấu trúc chung của ống thổi cao su: 5 Kết cấu của một ống thổi cao su được mô tả bao gồm: ren lắp (1), vít lắp (2), đai ốc chìm (3), lỗ khí (4), tấm chặn trên (5), ống thổi cao su (6), bộ đệm bên trong (7), piston (8), bulong piston (9), vòng đai (10). Mô hình toán của khí nén: Theo định luật thứ nhất nhiệt động lực học [50], phương trình cân bằng năng lượng trong thể tích làm việc được diễn tả như sau: dEch = dEin − dEout − dEae − Q (3.1) Trong đó, dEin and dEout là năng lượng khí đường ống vào và ra, dEch là năng lượng trong lò xo khí, dEae là công khí giãn nở và Q là nhiệt lượng tỏa ra môi trường 3. Mô hình ma sát của xylanh khí và vật liệu cao su: 3. Mô hình ma sát của xylanh khí: Ma sát được sinh ra từ chuyển động tương đối giữa cần và xylanh.
Theo [51] mô hình ma sát (Ff) là sự kết hợp giữa ma sát Coulomb, ma sát nhớt và ma sát tĩnh. Mô hình lực ma sát được tính toán như sau: Ff = Fc + ( Fs − Fc )e−(vr / vs ) + v ns (3.4) Trong đó: Fc là lực ma sát Coulomb, Fs là lực ma sát tĩnh, vs là vận tốc Stribeck, vr là vận tốc tương đối giữa hai bề mặt tiếp xúc, là hệ số ma sát nhớt ns là số mũ của đường cong Stribeck. Mô hình ma sát của vật liệu cao su: Ma sát được sinh ra bởi nền và sợi cốt. Mô hình ma sát của vật liệu cao su được biểu diễn thông qua mô hình Berg [52].
Lực ma sát phụ thuộc vào mối quan hệ giữa dịch chuyển x và dịch chuyển tham chiếu (xref) được cho bởi: Ffri = Fref khi x=x ref x − xref Ffri = Fref + x2 (1 − a ) + ( x − xref ) (F fri max − Fref ) khi x>x ref (3.5) x − xref Ffri = Fref + x2 (1 − a ) − ( x − xref ) (F fri max + Fref ) khi x<x ref Trong đó, Fref là lực tham chiếu tại dịch chuyển xref. Ffrimax là lực ma sát tối đa. x2 là chuyển vị tại đó lực ma sát đạt giá trị Ffrimax/2 khi nó bắt đầu từ x=0, Ffri=0. Gia số a gần bằng Ffri/ Ffrimax chạy từ -1 đến 1.
Mô hình đàn nhớt của vật liệu cao su: Tính đàn nhớt của ống thổi cao su là một trong những tính chất gây ra hiện tượng trễ trong đáp ứng động học của lò xo khí cao su. Mô hình phân số Kelvin-Voigt là một trong những phương pháp mạnh để mô tả đặc tính cao su này [53] Fvie (t ) = Ke x(t ) + bDtc x(t ) (3.8) Với Dtc x(t ) là đạo hàm phân số của chuyển vị x(t) theo thời gian, Ke là độ cứng và b, 0<c<1 là các thông số của lò xo. Phương pháp Normal form Phương pháp Normal Form [54] được sử dụng để tìm nghiệm cơ bản của phương trình động học. Phương pháp Multi scale [55] Xét phương trình sau: x + f (x , x , r ) = 0 (3.26) Giới thiệu biến phụ thuộc như sau: Tn = t , trong đó t là thời gian tính bằng giây, là một hằng số nhỏ.
Giả sử n nghiệm của phương trình.26) có thể được mở rộng: x(t , ) = x1 (T0 , T1, T2 ,. Phương pháp Runge-kutta [56] 6 Phương pháp Runge-kutta là một phương pháp quan trọngđể tìm nghiệm xấp xỉ của phương trình vi phân được phát triển bởi hai nhà khoa học German mathematicians C. Poincaré section [57] y Mặt cắt ngang cắt qua quỹ đạo pha được biểu diễn như trên hình 3.7 được gọi Ao là Poincare section. Xét điểm Ao (xo, yo) là giao điểm giữa mặt cắt và quỹ đạo pha, A1 điểm cắt kế tiếp A1 (x1, y1) và điểm này được gọi là điểm trở lại đầu tiên hoặc Poincare An map Ao.
Tương tự như vậy, A2(x2, y2) là điểm trở lại đầu tiên của A1(x1, y1). Quá trình x này có thể được diễn tả: ( xn , yn ) = pn ( xo , yo ) (3. Poincaré section của quỹ đạo pha Với (x’, y’) là điểm trở lại đầu tiên của quỹ đạo (x, y). Để đạt được, điểm đầu tiên trở lại bắt đầu từ Ao được diễn tả như sau: 3.
Giới thiệu ngắn của thuật toán di truyền [58] Thuật toán di truyền (GA) bao gồm 3 quá trình chính: tái tạo quần thể, sự ghép và đột biến. Thuật toán GA tạo ra một chuỗi nhiễm sắc thể tương ứng với các giá trị của các biến mục đích để rút ra nghiệm gần giá trị tối ưu. CHƯƠNG 4: BỘ CÁCH LY DAO ĐỘNG CÓ ĐỘ CỨNG GẦN BẰNG KHÔNG SỬ DỤNG LÒ XO KHÍ CAO SU 4. Mô hình cơ khí của bộ cách ly được đề xuất: Mô hình cách ly dao động thích nghi có độ cứng gần bằng không “QSAVIM” đã được thiết kế gồm 2 cơ cấu được trình bày như hình 4.
Cơ cấu ở trên có độ cứng dương được gọi là cơ cấu đỡ tải. Cơ cấu còn lại ở phía dưới là cơ cấu hiệu chỉnh độ cứng là cơ cấu có độ cứng âm. Cơ cấu đỡ tải gồm 4 nêm số 8 có góc nêm góc nêm α, 4 con lăn số 3, và 2 lò xo khí cao su số 1.