CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN BIẾN DẠNG LÒ XO KHÍ CHỊU ÁP SUẤT TRONG VÀ NGOẠI LỰC TÁC DỤNG
4.2. Lò xo chịu tác dụng của lực nén không đổi và áp suất khí bên trong thay đổi
Phần này sẽ tính toán tiếp biến dạng của lò xo 3 túi khí sau khi ở trạng thái biến dạng đồng thời của áp suất khí bên trong 104Pa và áp lực gây nén 3.104Pa , sau đó ta sẽ tiến hành tăng áp suất khí bên trong lò xo với tốc độ tăng áp suất là v0=3.104 (Pa /s) trong vòng 1s. Mục đích của phần này để nghiên cứu biến dạng của lò xo khí khi thay đổi độ cứng của lò xo nhờ điều chỉnh áp suất khí bên trong lò xo.
Khi đó áp suất khí tác dụng lên nắp lò xo tại thời điểm t bất kì (trong đó t = 0÷1s) đƣợc xác định theo công thức:
P= P0 +v0.t (4.5)
trong đó P0=11409.415 ( Pa) áp suất khí bên trong lò xo (ví dụ cho phương sợi 400) khai thác tại thời điểm cuối của lời giải trước, được hiển thị như cách tương tự của thể tích (hình 4.13).
Hình 4. 13. Hiển thị áp suất khí trước khi thay đổi
4.2.1. Thiết lập áp suất khí bên trong lò xo thay đổi
Thiết lập áp suất khí bên trong lò xo theo công thức (4.5) nhƣ hình 4.14.
68
Hình 4. 14. Định nghĩa lại công thức áp suất khí bên trong lò xo
Vẫn giữ các điều kiện biên như cũ và lưu trữ kết quả cuối của lời giải trước là giá trị khởi tạo cho lời giải của bài toán này.
4.2.2. Kết quả mô phỏng số
Ta tiến hành khảo sát biến dạng, chuyển vị của lò xo ở các phương sợi φ=400, φ=450 tại thời điểm t khác nhau tương ứng với áp suất khí tác dụng khác nhau.
a) Sự phân bố ứng suất của lò xo với các góc phương sợi khác nhau + Phương sợi φ=400
Hình 4. 15. Biến dạng của lò xo tại t=0.2s với phương sợi φ=400
Hình 4. 16. Biến dạng của lò xo tại t=1s với phương sợi φ=400
69
Ứng suất tương đương theo tiêu chuẩn vonMises:
σmax(t=0.2) =3,943.106 (Pa); σmin(t=0.2) = 3655,38 (Pa) σmax(t=1) = 5,39.106 (Pa); σmin(t=1) = 33775,26 (Pa) + Phương sợi φ=450
Hình 4. 17. Biến dạng của lò xo tại t=0.2s với phương sợi φ=450
Hình 4. 18. Biến dạng của lò xo tại t=1s với phương sợi φ=450
Ứng suất tương đương theo tiêu chuẩn vonMises:
σmax(t=0.2) =4,685.106 (Pa); σmin(t=0.2) = 22538,23 (Pa) σmax(t=1) = 5,489.106 (Pa); σmin(t=1) = 57960,21 (Pa)
Từ kết quả về biến dạng của các lò xo có thể nhận thấy khi tăng áp suất khí bên trong lò xo làm tăng độ cứng của lò xo, nhờ đó có thể dễ dàng thay đổi chiều dài cũng như điều chỉnh độ cao của lò xo theo mong muốn. Đối với góc của phương sợi bé hơn có thể dễ điều chỉnh độ cứng của lò xo hơn theo áp suất khí.
b) Chuyển vị của lò xo với các góc phương sợi khác nhau
Để có thể dễ quan sát biến dạng của lò xo khi điều chỉnh áp suất khí bên trong, ta tiếp tục khảo sát chuyển vị của điểm O(0; 0.31) (thuộc nắp) và A(0.205;0) (là bụng của túi khí giữa), xem hình 4.10.
70 Chuyển vị của điểm O của nắp lò xo:
Hình 4. 19 Chuyển vị dọc trục của nắp lò xo
Chuyển vị của điểm A của bụng túi khí giứa :
Hình 4. 20 Chuyển vị hướng kính của bụng túi khí giữa
71
Qua kết quả khảo sát chuyển vị của điểm O (trên nắp lò xo) và điểm A (điểm bụng của túi khí giữa) với các phương sợi khác nhau ta có thể khẳng định:
- Khi tăng áp suất khí bên trong lò xo làm tăng độ cứng của lò xo và làm thay đổi chiều cao của lò xo. Tuy nhiên khi tăng áp suất khí đủ lớn thì chiều dài của lò xo sẽ tiến tới một giá trị tới hạn (hình 4.19), do đó đối với mỗi lò xo cụ thể cần xác định khoảng thay đổi chiều cao phù hợp, từ đó có thể tìm ra phạm vi điều chỉnh áp suất khí hợp lý.
- Ngoài ra, kết quả hình 4.19 còn chỉ ra với các góc phương sợi càng lớn thì chuyển vị theo phương dọc trục nhỏ hơn giúp tăng độ cứng của lò xo nhưng theo kết quả hình 4.20 chuyển vị theo phương hướng kính của các điểm trên túi khí càng lớn làm phình to lò xo theo phương vòng, làm giảm độ bền theo phương vòng và phương hướng kính. Ngược lại nếu phương của các sợi càng gần với chu tuyến lò xo (φ nhỏ) thì độ cứng của lò xo dễ điều chỉnh theo áp suất khí nhƣng giới hạn độ bền của lò xo theo phương dọc trục sẽ giảm xuống. Vì vậy cần có thêm nhiều kết quả khảo sát hơn nữa để đánh giá khả năng làm việc của lò xo khí với các góc phương sợi khác nhau để đi đến tối ưu hóa cho bài toán góc các phương sợi.
72