CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 5.1 Cơ chế làm nguội khi tôi trong dung dịch polyme PVP và PAG
5.4. Ảnh hưởng của dung dịch tôi polyme đến biến dạng của mẫu tô
Tiến hành đo kích thước của rãnh chữ C trước khi tôi (n) và sau khi tôi (n’) như mô tả trên hình 5.16b bằng máy đo kích thước YИM21 có độ chính xác 0,001mm (như đã mơ tả chi tiết ở mục 4.4.1 trong chương 4) ta thu được các kết quả thể hiện trong bảng 5.6. Trong đó, kích thước danh nghĩa của rãnh chữ C là n = 6,5mm, tuy nhiên do sai số khi chế tạo mẫu bằng máy cắt dây mà kích thước n thực tế của các mẫu khác nhau có giá trị khác nhau.
Kết quả đo biến dạng theo phương X của các mẫu chữ C ở bảng 5.6 cho biết rằng: sau khi tơi trong các mơi trường thì rãnh của mẫu chữ C ln bị mở rộng ra, thể hiện bởi giá trị n’ đo được sau khi tôi luôn lớn hơn giá trị n trước khi tôi. Để đánh giá mức độ biến dạng (theo phương trục X) của các mẫu khi tôi trong các mơi trường khác nhau, ta tính giá trị độ mở của mẫu chữ C (Δl) theo công thức (5.1) như sau:
GTN = n’ – n (5.1) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 20 40 60 80 100 120 NHIỆT ĐỘ ( OC) TỐC ĐỘ NGUỘI (OC/S) Dầu PAG 10% PVP 4% PAG 15% PVP 2%
a) mẫu sau khi tôi b) sơ đồ đo biến dạng
Hình 5.16 Xác định biến dạng theo phương X của mẫu chữ C sau khi tôi
Giá trị độ mở của mẫu chữ C dày 20 mm xác định được ở cột 4 trong bảng 5.6 cho biết rằng: khi tôi trong nước và dung dịch PAG 15% thì mẫu bị biến dạng lớn hơn khá nhiều so với 3 dung dịch cịn lại. Khi tơi trong dung dịch PVP 2% thì mẫu bị biến dạng nhiều hơn so với dầu, nhưng mức độ chênh lệch độ mở của rãnh chữ C chỉ là 0,006 mm. Khi tơi trong dung dịch PVP 4% thì biến dạng của mẫu là thấp nhất trong số các môi trường tôi đã khảo sát (biến dạng chỉ là 0,091 mm - nhỏ hơn so với tơi trong dầu). Nói cách khác, nước khơng phù hợp để tơi mẫu chữ C bằng thép OL 100Cr1,5; cịn dung dịch PAG 15% cũng chưa thực sự phù hợp để tôi mẫu chữ C bằng thép OL 100Cr1,5 nếu xét theo khía cạnh biến dạng. Dung dịch PVP 2% có thể thay thế dầu để tơi mẫu chữ C bằng thép OL 100Cr1,5, nhưng dung dịch PVP 4% là thích hợp nhất trong số các mơi trường tơi ở bảng 5.6 nếu như chi tiết tơi có hình dáng phức tạp và thành mỏng. Từ kết quả nghiên cứu trong bảng 5.6 ta có thể nội suy rằng nếu tôi mẫu chữ C bằng thép OL 100Cr1,5 trong dung dịch PVP 3% sẽ cho biến dạng tương đương với tôi trong dầu.
Bảng 5.6 Chuyển vị theo phương X của mẫu chữ C dày 20 mm khi tôi trong một số mơi
trường khác nhau
Mơi trường tơi Kích thước n (mm) Kích thước n' (mm) Độ mở vịng chữ C (mm) Sai số (%) Thực nghiệm Mô phỏng Nước 6,606 6,927 0,321 0,364 11,8 Dung dịch PAG 15% 6,616 6,901 0,285 0,281 8,1 Dung dịch PVP 2% 6,587 6,698 0,111 0,121 8,2 Dầu 6,486 6,595 0,109 0,12 10,1 Dung dịch PVP 4% 6,622 6,709 0,091 0,1 9
Kết quả xác định độ mở của rãnh chữ C theo tính tốn mơ phỏng ở mục 3.8 trong chương 3 (Δl = 2.Dx) được biểu diễn trong cột 5 của bảng 5.6. Ta thấy rằng kết quả tính tốn mơ phỏng cũng phản ánh đúng quy luật như kết quả đo đạc thực nghiệm ở cột 4, trong đó thứ tự mơi trường tơi cho biến dạng giảm dần là nước - PAG 15% - PVP 2% - dầu - PVP 4%. Khi tôi mẫu chữ C trong nước và dung dịch PAG 15% thì biến dạng lớn gấp hơn 2 lần so với 3 mơi trường tơi cịn lại. Kết quả tính tốn trong bảng 5.6 cũng cho biết sai số lớn nhất giữa mô phỏng và thực nghiệm chỉ là 11,5 % (cột 6) và theo tác giả Bathe, K. J. [20] thì kết quả này là chấp nhận được đối với các bài toán kỹ thuật (~10%).
y x
Hình 5.17 So sánh biến dạng của mẫu chữ C giữa mơ phỏng và thực nghiệm
Hình 5.17 biễu diễn kết quả so sánh về biến dạng của mẫu chữ C giữa thực nghiệm và mô phỏng. Chúng ta dễ dàng nhận thấy rằng chênh lệch về giá trị giữa mô phỏng và thực nghiệm là không lớn, giá trị mô phỏng đều lớn hơn thực nghiệm. Ta có thể xem kết quả mơ phỏng phản ánh khá sát thực tế và chấp nhận được. Nghĩa là phương pháp tính tốn mơ phỏng số thơng qua chương trình và các điều kiện tính tốn đã xây dựng ở chương 3 là hồn tồn có thể sử dụng được để dự đốn trước biến dạng của mẫu khi tơi trong các mơi trường, qua đó tìm ra mơi trường tôi phù hợp nhất đối với một vật liệu cụ thể với hình dáng và kích thước xác định. Việc làm này sẽ giảm được nhiều thời gian và đặc biệt là tiết kiệm được rất nhiều chi phí thử nghiệm, đem lại hiệu quả kinh tế cao trong nghiên cứu và sản xuất. Mơ phỏng số đặc biệt có ý nghĩa và hiệu quả đối với các bài tốn mới (vật liệu mới và/hoặc mơi trường tơi mới).