một dạng vật liệu đặc biệt sở hữu một hoặc vài đặc tính có thể thay đổi và kiểm sốt được theo các kích thích ngồi như ánh sáng, nhiệt độ, điện trường, từ trường, ứng suất, độ ẩm. Trong luận án này, hai loại vật liệu thông minh SMA và MRF sẽ được khảo sát, nghiên cứu và ứng dụng cho hệ thống giảm chấn của máy giặt.
Các nghiên cứu về giảm chấn SMA
SMA là một dạng hợp kim thơng minh có thể nhớ được hình dạng gốc của nó. Nhờ đặc tính siêu đàn hồi, SMA quay trở về hình dạng đó khi được cấp nhiệt và tạo ra một lực phát động. Nhiều nghiên cứu về vật liệu SMA đã được thực hiện nhằm khai thác hiệu quả độc đáo này [5–11].
Hiện nay đã có một số tác giả nghiên cứu ứng dụng lực phát động của SMA để thiết kế giảm chấn. Zuo và các cộng sự [12, 13] đã phát triển giảm chấn SMA dựa
trên đặc tính siêu đàn hồi của vật liệu (Hình 1.5). Graesser và Cozzareli [14], Clark và các cộng sự [15], Han và các cộng sự [16], Parulekar và các cộng sự [17], Qian và các cộng sự [18], Jia và các cộng sự [19], Falahian và các cộng sự [20] đã nghiên cứu giảm chấn SMA để kiểm sốt dao động kết cấu (Hình 1.6). Một số cấu hình của giảm chấn SMA được đề xuất cho các ứng dụng cơng trình cầu đường [21–23]. Mishra và các cộng sự [24], Huang và các cộng sự [25, 26], Tiwari và các cộng sự [27] ứng
dụng SMA để thiết kế các giảm chấn điều chỉnh khối lượng.
Hình 1.5: Giảm chấn SMA (Zuo và các cộng sự [13]): (1) khớp nối trái, (2) nắp
trái, (3) vỏ, (4) khối trượt ngoài, (5) khối trượt trong, (6) dây SMA, (7) chốt khóa, (8) nắp phải, (9) khớp nối phải, (10) lỗ hình chữ nhật.
Các kết quả nghiên cứu trên đã cho thấy triển vọng và khả năng tiềm tàng của loại giảm chấn này. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu tập trung vào kết cấu cơng trình xây dựng với các thiết kế khá phức tạp, kích cỡ và khối lượng lớn, đồng thời lực giảm chấn tối đa và lực không tải (lực khi khơng kích hoạt SMA) cũng khá lớn, khơng phù hợp cho hệ thống giảm chấn của máy giặt. Ở phạm vi trong và ngoài nước, các nghiên cứu và ứng dụng giảm chấn SMA cho máy giặt hiện vẫn chưa được tìm thấy.
Các nghiên cứu về giảm chấn MRF
MRF là một dạng lưu chất thơng minh chứa các phân tử từ tính cực nhỏ lơ lửng trong một dung môi vận chuyển, thường là dầu. Khi chịu tác dụng của từ trường ngồi, MRF hóa rắn tạo ra sự cản trở chuyển động tương đối, từ đó sinh ra lực giảm chấn. Bằng cách thay đổi cường độ từ trường áp đặt, lực giảm chấn này có thể được điều khiển một cách nhanh chóng, chính xác và hiệu quả. So với lưu chất điện biến (ERF), một loại lưu chất thông minh với nguyên lý hoạt động tương tự đã được nghiên cứu gần đây, MRF u cầu cơng suất gần như tương đương nhưng có thể vận hành ở mức điện áp thấp thông thường (ERF 2000 – 5000 V, 1 – 10 mA, MRF 12 – 25 V, 1 – 2 A). MRF cũng ít nhạy cảm với tạp chất hơn ERF. Tuy nhiên, điểm nổi bật hơn hết là sức mạnh vượt trội của MRF so với ERF (ứng suất chảy của ERF chỉ khoảng 2 – 5 kPa, trong khi MRF có thể đạt 50 – 100 kPa). Nhờ đặc tính độc đáo và mạnh mẽ này, các thiết bị MRF đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau như hệ thống cách chấn cơng trình [28–33], hệ thống
giảm chấn cho xe [34–42], tàu hỏa [43–47], máy bay [48–51], phanh [52–56], hệ thống phản hồi lực [57–60]. Với máy giặt, trên thế giới đã có một số nghiên cứu về hệ thống giảm chấn sử dụng MRF, cịn ở phạm vi trong nước thì vẫn chưa được tìm thấy.
− Carlson [61], Chrzan và Carlson [62] đã nghiên cứu một loại giảm chấn bán chủ động có lực giảm chấn thấp cho máy giặt (Hình 1.7). Một ống xốp hút nước chứa MRF được sử dụng để thay đổi lực giảm chấn. Loại giảm chấn này có khả năng giảm rung khá tốt cho máy giặt cửa trước [63, 64], nhưng nghiên cứu cũng đã cho thấy độ bền và độ mài mòn của ống xốp MRF giảm dần theo số chu kỳ hoạt động khiến cho việc kiểm soát lực giảm chấn trở nên khó khăn.
− Aydar và các cộng sự [65] đã đề xuất một giảm chấn MRF kiểu dịng chảy để kiểm sốt rung động của máy giặt (Hình 1.8a). Tuy nhiên thiết kế chưa được tối ưu hóa, lực khơng tải (lực khi khơng kích hoạt từ trường đặt vào MRF) lớn đến 50 N sẽ không thể cách ly hiệu quả rung động của máy giặt ở tần số cao.
− Một giảm chấn MRF kiểu dòng chảy khác đã được phát triển bởi Nguyen và các cộng sự [66] (Hình 1.8b). Được tối ưu hóa về kết cấu, lực giảm chấn tối đa có thể đạt 150 N, đủ lớn để loại bỏ hầu hết rung động của các máy giặt. Tuy nhiên, lực khơng tải vẫn cịn khá cao, khoảng 25 N, kết cấu giảm chấn khá phức tạp và khó chế tạo. Lượng MRF sử dụng cho thiết kế kiểu dòng chảy cũng khá nhiều dẫn đến chi phí cao.