nghiên cứu ảnh hưởng của khoan với sự hỗ trợ rung động đối với vật liệu hợp kim nhôm

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (11.28 MB, 91 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH</b>

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT </b>

<b> NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO </b>

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH </b>

<b>Giảng viên hướng dẫn: TS. ĐẶNG QUANG KHOA </b>

Sinh viên thực hiện: <b>TRẦN PHẠM NGUYÊN KHOA </b>

Lớp: <b>19143CL4A </b>

Khoá: <b>2019 - 2023 </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<small>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM </small>

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Học kỳ …. / năm học 20….

Sinh viên thực hiện:

2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:

3. Nội dung chính của đồ án:

4. Các sản phẩm dự kiến:

5. Ngày giao đồ án: 6. Ngày nộp đồ án:

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

chính tơi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm”.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày …. tháng …. năm ….

Ký tên

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

iii

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập và nghiên cứu, chúng em đã ghi nhận và phát triển được nhiều kiến thức, kinh nghiệm cho bản thân. Với đề tài nghiên cứu và hồn thành dưới hình thức luận văn, chúng em đã vận dụng những kiến thức đã được tiếp thu trong quá trình học, những kiến thức cốt lõi từ các thầy, các đàn anh đi trước để có thể giải quyết các vấn đề liên quan đến đề tài. Đề tài của chúng em là nghiên cứu trong lĩnh vực tối ưu hóa cơ cấu gia cơng cụ thể ở đây là “Nghiên cứu thiết kế và tối ưu hóa cơ cấu khoan với sự hỗ trợ của rung dộng dùng cơ cấu đàn hồi”, mong rằng với lý thuyết và tính tốn đưa ra có thể mang tính thực tiễn cao, cải thiện hiệu quả và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Với sự hướng dẫn tận tình của thầy hướng dẫn chính của TS. Đặng Quang Khoa bên cạnh đó những thầy cơ bộ mơn đã cho học viên một nền tảng vững chắc để thực hiện đề tài trong quá trình. Cho đến thời điểm này, đề tài đang đi đúng theo ý tưởng và kế hoạch ban đầu trước khi nghiên cứu.

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự hỗ trợ động viên quý báu của tất cả mọi người.

Xin trân trọng cảm ơn!

Trần Phạm Nguyên Khoa

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm để tiến hành khoan nhôm Al7075 và Al6061 với thơng số đầu vào: Tốc độ trục chính (S): 3500 3800 4100 (vòng/phút), tốc độ tiến dao (F): 210 310 410 (phút/mm), biên độ rung động (A) 2 4 6 (𝜇𝑚), tần số rung động 1500 2000 2500 (Hz). Kết quả đo tập trung vào độ nhám bề mặt của lỗ. Kết quả cho thấy sự hiệu quả của gia cơng có hỗ trợ rung động tần số thấp trong quá trình khoan. Độ nhám trung bình của lỗ khi ứng dụng khoan rung động tần số thấp và khoan thường chênh lệch xấp xỉ 37,73% đối với Nhôm 7075 và 8,45% đối với Nhôm 6061. Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ cho q trình khoan Nhơm 7075 và Nhôm 6061 bằng cách ứng dụng phương pháp Taguchi. Kết quả tối ưu cho q trình khoan nhơm 7075 là: S:3500 vòng/phút F:210 (mm/phút) A:2 (𝜇𝑚) H:2000 (Hz) và Nhơm 6061 là S:4100 vịng/phút F:210 (mm/phút) A:2 (𝜇𝑚) H:1500 (Hz).

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<small>1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: ... 1 </small>

<small>1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: ... 2 </small>

<small>1.5 Phương pháp nghiên cứu: ... 2 </small>

<small>1.5.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp dữ liệu: ... 2 </small>

<small>1.5.2 Phương pháp nghiên cứu: ... 2 </small>

<small>CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ... 4 </small>

<small>2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài ... 4 </small>

<small>2.2 Các nghiên cứu trong nước ... 11 </small>

<small>2.4.2 Lợi ích của phương pháp gia cơng có hỗ trợ rung động ... 16 </small>

<small>2.4.3 Phương pháp khoan có hỗ trợ rung động: ... 17 </small>

<small>CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÍ THUYẾT ... 18 </small>

<small>3.1 Quy hoạch thực nghiệm ... 18 </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<small>3.1.1 Khái niệm về Quy hoạch thực nghiệm ... 18 </small>

<small>3.1.2 Ưu điểm của quy hoạch thực nghiệm ... 18 </small>

<small>3.2 Phương pháp Taguchi ... 21 </small>

<small>3.2.1 Khái niệm về phương pháp Taguchi ... 21 </small>

<small>3.2.2 Các bước tiến hành phương pháp Taguchi và ứng dụng: ... 23 </small>

<small>3.3 Phương pháp thiết kế tối ưu: ... 25 </small>

<small>3.3.1 Giới thiệu về tối ưu hóa: ... 25 </small>

<small>3.3.2 Tối ưu hóa hình dạng và thiết kế ... 25 </small>

<small>4.1.7 Q trình tối ưu hóa... 34 </small>

<small>4.2.1 Mô phỏng số ... 36 </small>

<small>4.2.2 Mơ hình giải thuật di truyền GA ... 37 </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<small>5.4 Phân tích kết quả thí nghiệm ... 58 </small>

<small>5.5 Tối ưu hóa thơng số thí nghiệm ... 59 </small>

<small>5.6 Phân tích phương sai ANOVA ... 62 </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

viii

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 4. 1 Thiết kế các kích thước và tối ưu hóa ... 33

Bảng 4. 2 Các nhân tố đầu vào và các mức giá trị ... 36

Bảng 4. 3 Thiết kế quy hoạch thực nghiệm ... 36

Bảng 4. 4 Các thông số MOGA ... 40

Bảng 4. 5 Các ứng viên tối ưu ... 40

Bảng 4. 6 Đánh giá giữa ứng viên tối ưu và kết quả phần tử hữu hạn ... 43

Bảng 5. 1 Bảng thông số đầu vào và đầu ra ... 53

Bảng 5. 2 Bảng trực giao L27 theo thí nghiệm ... 54

Bảng 5. 3 Kết quả đo kiểm AA7075 ... 56

Bảng 5. 4 Kết quả đo kiểm AA6061 ... 57

Bảng 5. 5 Bảng phản hồi cho độ nhiễu Signal to Noise Ratios ... 60

Bảng 5. 6 Bảng phản hồi cho độ nhiễu Signal to Noise Ratios ... 61

Bảng 5. 7 Phân tích phương sai ... 62

Bảng 5. 8 Tóm tắt mơ hình cho độ nhám lỗ ... 63

Bảng 5. 9 Phân tích phương sai ... 64

Bảng 5. 10 ... 65

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Trang

Hình 2. 1: Hình ảnh kết quả khoan thông thường được xử lý dữ liệu 3D ... 4

Hình 2. 2: Hình ảnh dữ liệu 3D được xử lý thu được-LF-VAD ... 5

Hình 2. 3 Hình ảnh tốc độ cao đại diện cho các trạng thái ... 6

Hình 2. 4: Hình thái chip: a A=0 μm, b A=10 μm, c A=20 μm, d A=30 μm ... 7

Hình 2. 5 Hình chiều cao gờ bavia tại đầu vào và đầu ra của lỗ của Ti6Al4V ... 7

Hình 2. 6 Hình thái lối vào và lối ra của CFRP: a hình thái thành lỗ có A=0 μm, b hình thái thành lỗ có A=20 μm ... 8

Hình 2. 7 Nguyên lý hoạt động của gia công quay siêu âm (RUM) để loại bỏ vật liệu. ... 9

Hình 2. 8 (a) DMG siêu âm-20 máy tuyến tính ... 9

Hình 2. 9 (a) Phối hợp hệ thống máy đo CMM và (b) Phạm vi bao phủ điểm đo. ... 10

Hình 2. 10 Khớp đàn hồi với cấu tạo nguyên khối [22] ... 13

Hình 2. 11 Khớp bản lề đàn hồi [22] ... 13

Hình 2. 12 Các chuỗi động đàn hồi [22] ... 14

Hình 2. 13 Cơ cấu đàn hồi trong các sản phẩm MEMS [22] ... 14

Hình 2. 14 Bộ phận chạy dao sử dụng cơ cấu đàn hồi và cơ cấu chấp hành piezo ... 15

Hình 2. 15 Cơ cấu đàn hồi với dụng cụ cắt là kim cương ... 15

Hình 2. 16 Q trình khoan có rung động ... 17

Hình 3. 1 Sơ đồ quá trình tối ưu hóa [23] ... 25

Hình 3. 2 Sơ đồ q trình xây dựng mơ hình thực nghiệm trên ANSYS ... 27

Hình 4. 1 Sơ đồ ngun lí ... 30

Hình 4. 2 Các Model thiết kế ... 31

Hình 4. 3 Mơ hình 3 CM trong phương pháp VAD ... 33

Hình 4. 4 Cấu trúc được chia thành các phần tử hữu hạn ... 34

Hình 4.5 Đánh giá mơ hình giải thuật di truyền ... 38

Hình 4.6 Đánh giá mơ hình sử dụng giải thuật di truyền... 38

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Hình 4.7 Độ nhạy của từng thông số đến hàm mục tiêu tối ưu. ... 39

Hình 4. 8 Đánh giá cơ cấu bằng FEM ... 42

Hình 4. 9 Phân tích các Modes chuyển vị của cơ cấu CM ... 43

Hình 5. 1 Mơ hình thí nghiệm ... 45

Hình 5. 2 Mơ hình thí nghiệm thực tế ... 45

Hình 5. 3 Trung tâm gia cơng đứng CNC NTC V3V2 ... 46

Hình 5. 4 Đồ gá mẫu thí nghiệm trong q trình Khoan ... 47

Hình 5. 5 Mũi khoan Nachi AQUA L9602 ... 47

Hình 5. 12 Thơng số kĩ thuật Keyence LK-GD500 [27] ... 51

Hình 5. 13 Bộ Peizo Drivers E-618 [28] ... 51

Hình 5. 14 Catalog của Mũi Nachi AQUA L9602 [29] ... 52

Hình 5. 15 Mơ hình đo kiểm ... 55

Hình 5. 16 Mơ hình đo kiểm thực tế ... 55

Hình 5. 17 Biểu đồ so sánh độ nhám lỗ của LF-VAD và CD (AA7075) ... 58

Hình 5. 18 Biểu đồ so sánh độ nhám lỗ của LF-VAD và CD (AA6061) ... 59

Hình 5. 19 Biểu đồ tác động chính cho tỷ lệ S/N của SR ... 60

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: 1.2.1 Ý nghĩa khoa học:

Nghiên cứu trong lĩnh vực gia cơng cơ khí: Đề tài này góp phần vào việc nghiên cứu và hiểu biết sâu hơn về quy trình khoan với sự hỗ trợ của rung tần số thấp. Điều tra ảnh hưởng của rung tần số thấp đối với quy trình khoan sẽ giúp tối ưu hóa quy trình gia cơng và nâng cao hiệu quả và chất lượng của việc gia công. Nghiên cứu này sẽ đề xuất các phương pháp tối ưu cho quy trình khoan, cung cấp thơng tin q báu để cải thiện hiệu quả và độ chính xác của quy trình khoan, đồng thời cũng giảm thiểu rủi ro và chi phí cho q trình sản xuất.

1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn:

Ứng dụng trong quy trình gia cơng cơ khí: Nghiên cứu này có thể cung cấp phương pháp và các tham số công nghệ cho quá trình sản xuất, giúp nâng cao khả năng cạnh tranh và phát triển trong lĩnh vực này.

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

Mục tiêu chính của nghiên cứu này là thiết lập một bộ tham số cơng nghệ cho quy trình khoan với sự hỗ trợ của rung động cho vật liệu nhựa, đánh giá sự cải thiện trong khả năng khoan sâu và khoan lỗ nhỏ khi áp dụng công nghệ gia công hỗ trợ bằng rung động. Dựa trên bốn tiêu chí quan trọng: độ trịn, độ trụ, kích thước lỗ, và độ nhám bề mặt của lỗ khoan.

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Báo cáo tập trung vào nghiên cứu khoan Vật liệu Nhôm, mác AA7075 và AA6061 với sự hỗ trợ của rung động tần số thấp. Đề tài sẽ xem xét các phương pháp, công nghệ và thiết bị sử dụng, cũng như đánh giá các ứng dụng và lợi ích của việc sử dụng khoan hỗ trợ bằng rung động. Hơn nữa, chúng tôi sẽ thảo luận về các thách thức hiện tại và khả năng phát triển của công nghệ này.

Với sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ và sự quan tâm ngày càng tăng trong việc tối ưu hóa quy trình gia cơng, nghiên cứu về khoan hỗ trợ rung động đã trở thành một lĩnh vực đáng chú ý. Hy vọng rằng thông qua nghiên cứu này có thể đóng góp thêm vào việc khám phá tiềm năng của phương pháp này và đưa nghiên cứu trở thành một công cụ đáng kể trong sản xuất cơ khí hiện đại.

1.5 Phương pháp nghiên cứu:

1.5.1 Phương pháp thu thập và tổng hợp dữ liệu: a. Phương pháp thu thập và tổng hợp dữ liệu:

Tham khảo các tài liệu về phương pháp khoan có hỗ trợ dao động, vận dụng những kiến thức đã tích lũy được. Tài liệu tham khảo được sưu tầm dựa trên các bài báo khoa học, sách, giáo trình và Internet.

b. Phương pháp phân tích thực nghiệm:

Dựa vào các kết quả trong thực nghiệm đưa ra nhận xét về ảnh hưởng của rung động trong quá trình khoan

1.5.2 Phương pháp nghiên cứu:

Dựa trên kết quả của các thí nghiệm, nhận xét được đưa ra về ảnh hưởng của rung động trong quá trình khoan.

1.6 Cấu trúc đề tài:

Đề tài này được chia thành 6 chương, trong đó chương 1 và 2 giới thiệu tổng quan về gia công hỗ trợ bằng rung động. Chương 3 là cơ sở lý thuyết, chương 4 thảo luận về thiết kế và nghiên cứu khớp mềm cho việc khoan thử nghiệm các vật liệu nhôm. Chương

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

5 đề cập đến việc khoan thử nghiệm vật liệu nhôm AA7075 và AA6061 hỗ trợ bởi rung động tần số thấp và tối ưu hóa các thơng số thí nghiệm bằng phương pháp Taguchi. Chương 6 đề xuất khuyến nghị cho đề tài.

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Hình 2. 1: Hình ảnh kính hiển vi đầu vào thông thường và kết quả khoan thông thường được xử lý dữ liệu 3D

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Hình 2. 2: Hình ảnh kính hiển vi đầu vào thơng thường và dữ liệu 3D được xử lý thu được-LF-VAD

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

Hình 2. 4: Hình thái chip: a A=0 μm, b A=10 μm, c A=20 μm, d A=30 μm

Hình 2. 5 Hình chiều cao gờ bavia tại đầu vào và đầu ra của lỗ của Ti6Al4V

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

Hình 2. 7 Nguyên lý hoạt động của gia công quay siêu âm (RUM) để loại bỏ vật liệu.

Hình 2. 8 (a) DMG siêu âm-20 máy tuyến tính, (b) chi tiết thiết lập thử nghiệm và (c) sơ đồ thiết lập thử nghiệm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

Hình 2. 9 (a) Phối hợp hệ thống máy đo CMM và (b) Phạm vi bao phủ điểm đo. Các nhà nghiên cứu như V.I. Babitsky, A.V. Mitrofanov [4] đã khám phá và áp dụng kỹ thuật rung động trong q trình tiện các vật liệu khó gia cơng như Inconel 718 từ sớm như năm 2004. Các nghiên cứu của họ tiết lộ rằng, so với việc tiện truyền thống, tiện hỗ trợ bằng rung động có thể cải thiện độ nhẵn bề mặt lên đến 50% về độ nhám trung bình và đo lường từ đỉnh đến đáy. Na Quin, Z.J. Pei, C. Treadwell và D.M. Guo [5] đã phát triển một mơ hình dựa trên vật lý để dự đốn lực cắt trong q trình mài hỗ trợ bằng rung động siêu âm cho các hợp kim titan. Mơ hình này cung cấp cái nhìn sâu sắc giá trị cho việc cải thiện hiệu quả và chất lượng gia cơng bằng cách tối ưu hóa các tham số quy trình trong khoan titan với sự hỗ trợ rung động siêu âm. Cơng trình của họ đặt nền móng lý thuyết cho những tiến bộ trong kỹ thuật gia công sau này. Trong một nghiên cứu khác, Chen W, Teng X, Zheng L, Xie W và Huo D [6] chứng minh thơng qua thí nghiệm phay trên vật liệu Ti6AL4V rằng hỗ trợ rung động tần số thấp đáng kể giảm lượng và kích thước mảnh vụn. Sự giảm kích thước mảnh vụn được giải thích thơng qua ảnh hưởng của rung động đến quá trình cắt, làm giảm áp suất và ma sát và hỗ trợ việc loại bỏ mảnh kim loại.

Bài báo "Phân tích khoan hỗ trợ bằng rung động siêu âm cho vật liệu Ti6Al4V" của Pujana J, Rivero A [7] và cộng sự, cùng với "Khoan Hỗ Trợ Rung Động cho Vật Liệu Hàng Khơng" của Pecat O, Paulsen T và nhóm của họ [8], đã nêu bật lợi ích của khoan hỗ trợ rung động so với phương pháp truyền thống. Những lợi ích này bao gồm nhiệt độ khoan thấp hơn, tuổi thọ công cụ dài hơn và sự cải thiện rõ rệt về chất lượng lỗ và hiệu quả khoan.

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

Khoan hỗ trợ bằng rung động được phân loại thành Khoan hỗ trợ rung động tần số thấp (LF-VAD) và Khoan Hỗ Trợ Rung Động Siêu Âm (UVAD), mỗi phương pháp phù hợp cho vật liệu khó gia cơng [9-11]. Mặc dù UVAD được biết đến với hiệu quả của nó, biên độ rung động cao trong phương pháp này có thể hạn chế hiệu quả của q trình gia cơng [12-14]. Ngược lại, LF-VAD mang lại lợi ích trong việc cắt, loại bỏ mảnh vụn và giảm nhiệt độ khoan, đồng thời duy trì hiệu quả tổng thể của q trình gia cơng [15-19].

2.2 Các nghiên cứu trong nước

Hiện nay, có rất ít nghiên cứu trong nước về phay hỗ trợ bằng rung động. Lợi ích của việc áp dụng hỗ trợ rung động trong gia cơng cơ khí đã được chứng minh trong nhiều nghiên cứu. Năm 2015, Nguyễn Văn Dự và Chu Ngọc Hùng [20] đã tiến hành các nghiên cứu so sánh dựa trên ba tiêu chí: sự dính mảnh trên lưỡi cắt, cấu trúc mảnh vụn và mức độ biến dạng đường kính lỗ khoan. Bài báo này đã minh họa những lợi ích của khoan hỗ trợ bằng rung động ảnh hưởng đến độ chính xác của lỗ khoan. Kết quả của nghiên cứu này khẳng định lợi ích của phương pháp khoan hỗ trợ bằng rung động tần số thấp với thiết kế giá đỡ đơn giản, sớm giúp nhiều nhà nghiên cứu về VAD phát triển ở quy mô trong nước. Các tác giả: Chu Ngọc Hùng, Nguyễn Văn Dự và Đỗ Thế Vinh [21] đã trình bày các nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng tích cực của việc khoan sâu hỗ trợ rung động trên hợp kim nhôm Al-6061. Bài báo chỉ ra rằng có bốn tiêu chí đánh giá quan trọng nhất trong khoan: khả năng gia công, nhiệt độ phôi, tốc độ loại bỏ vật liệu và mô-men xoắn. Họ kết luận rằng tốc độ loại bỏ vật liệu với khoan hỗ trợ bằng siêu âm (UAD) lên đến 3,5 lần cao hơn so với khoan truyền thống (CD) và nhiệt độ trung bình và mơ-men xoắn của phơi trong UAD giảm lần lượt 3,5 và 6 lần. Hơn nữa, tuổi thọ của dụng cụ trong UAD tăng từ 2,5 đến 5 lần, về số lượng lỗ khoan, so với trong CD.

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

Hiện tại, trong LFVAD, phần tạo ra rung động chủ yếu sử dụng cơ cấu cơ khí, điện và thủy lực. Cơ cấu điện có cấu trúc đơn giản và có thể tạo ra tần số cao, tuy nhiên, chúng chỉ phù hợp cho việc khoan những lỗ nhỏ. Cơ cấu thủy lực có độ bền cao, năng suất lớn nhưng chi phí đầu tư cao và cấu trúc máy phức tạp. Cơ cấu cơ khí cũng có thiết kế đơn giản, độ bền cao và chi phí thấp, đảm bảo độ cứng, tuy nhiên, cơ cấu cam, bánh xe lệch tâm và cơ cấu trượt khuỷu tạo ra sự không tiện lợi trong việc điều chỉnh biên độ tần số rung động. Thêm vào đó, lị xo thường được sử dụng làm cơ cấu linh hoạt, nhưng lị xo có độ cứng kém và biên độ rung động trong hệ thống khoan không đạt yêu cầu. Do đó, cơ cấu tạo rung động là một trong những yếu tố hạn chế khả năng ứng dụng của công nghệ khoan hỗ trợ bằng rung động.

2.3 Khớp mềm và ứng dụng của khớp mềm

2.3.1 Tình hình nghiên cứu về khớp mềm/khớp đàn hồi.

Một dạng cơ cấu đàn hồi phổ biến được sử dụng trong tổng hợp cơ cấu là khớp bản lề đàn hồi. Khớp này có cấu trúc đơn giản, được tạo ra bằng cách cắt khoét một phần của một khối vật liệu (Hình 2.10) [22] và tạo ra chuyển động dựa trên tính linh hoạt của vật liệu chính. Điều này giúp khớp bản lề đàn hồi khắc phục các nhược điểm của khớp truyền thống. Bằng việc không cần chế tạo từ nhiều chi tiết khác nhau, khớp bản lề đàn hồi không gặp các vấn đề như ma sát, tiếng ồn, mài mịn, cần bơi trơn và khơng có khe hở. Ngồi ra, nó tiết kiệm khơng gian và giảm chi phí cho các bộ phận, vật liệu, lắp ráp và bảo trì. Cấu trúc khớp bản lề đàn hồi nguyên khối đặc biệt hữu ích khi sử dụng để truyền chuyển động với độ chính xác ở mức micro và thậm chí dưới micro trong các nhiệm vụ gia cơng u cầu độ chính xác cao, hoặc trong các thiết bị y sinh, hệ thống vi cơ điện từ (MEMS).

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Hình 2. 10 Khớp đàn hồi với cấu tạo nguyên khối [22] (R: bán kính; chiều dày; b: chiều rộng; 𝜃<small>m : góc xoay) </small>2.3.2 Khớp đàn hồi và chuỗi động đàn hồi

Cơ cấu đàn hồi được thiết kế dựa trên hai dạng chính, đó là: khớp bản lề đàn hồi và thanh mảnh. Loại khớp bản lề đàn hồi đã được nghiên cứu từ những năm 1960. Đặc điểm thiết kế của loại khớp này là một tấm vật liệu nguyên khối được cắt khoét một phần với hình dạng được xác định bằng các đường cong tốn học, như được mơ tả trong Hình 2.11 [22]. Các phương pháp chế tạo chủ yếu bao gồm cắt, phun ép, tạo mẫu nhanh và phủ mạ điện.

Hình 2. 11 Khớp bản lề đàn hồi [22]

Việc kết hợp các khớp bản lề đàn hồi trong một số kết cấu đặc biệt cho phép tạo ra các khớp tịnh tiến đàn hồi, khớp cardan/universal đàn hồi và khớp cầu đàn hồi. Các kết cấu

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

đàn hồi có thể được kết hợp để tạo ra các nhóm khớp đàn hồi có một số bậc tự do và có thể sử dụng như chuỗi động Hình 2.12 [22], tạo thành cơ cấu đàn hồi

Hình 2. 12 Các chuỗi động đàn hồi [22] 2.3.3 Ứng dụng của khớp mềm

Với những ưu điểm về độ chính xác, cơ cấu đàn hồi ngày càng được áp dụng rộng rãi trong truyền động chính xác, đặc biệt là khi cần truyền những chuyển động nhỏ, có thể đạt đến cỡ micromet (Hình 2.13). Ngồi ra, cơ cấu đàn hồi cũng được sử dụng trong cơ cấu chạy dao của máy cơng cụ (Hình 2.14).

Hình 2. 13 Cơ cấu đàn hồi trong các sản phẩm MEMS [22]

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

Hình 2. 14 Bộ phận chạy dao sử dụng cơ cấu đàn hồi và cơ cấu chấp hành piezo Một số nỗ lực đầu tiên đã được thực hiện bởi nhóm tác giả Phạm Minh Tuấn và Phạm Huy Hoàng [22]. Họ đã tiến hành nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng cơ cấu ăn dao sử dụng cơ cấu đàn hồi. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu của họ chỉ giới hạn ở việc tính tốn và mô phỏng cơ cấu, chưa tiến xa vào nghiên cứu thực nghiệm và tối ưu hóa kích thước, cũng như chưa khảo sát đầy đủ về ảnh hưởng của lực cắt.

Hình 2. 15 Cơ cấu đàn hồi với dụng cụ cắt là kim cương

Để đạt được mục tiêu nâng cao độ chính xác lên cỡ micron trong quá trình gia cơng tinh, có một số nhiệm vụ chính cần được thực hiện:

 Tiến hành khảo sát về độ cứng vững và sai số trên cơ cấu khâu cứng tương đương.  Thực hiện tính tốn tối ưu bằng cách sử dụng thuật giải di truyền, bao gồm thiết kế, mô phỏng, chế tạo và thử nghiệm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

Trong hướng nghiên cứu này, để đạt được độ chính xác cao, cần sử dụng nguồn dẫn động có độ chính xác cao như cơ cấu chấp hành piezo có độ phân giải ở phạm vi micromet để điều khiển cơ cấu đàn hồi được lắp trên bàn ăn dao của máy CNC. Sự kết hợp giữa cơ cấu đàn hồi và cơ cấu chấp hành piezo sẽ giúp nâng cao độ chính xác gia cơng trong dải kích thước từ micro đến dưới micro.

Nhằm gia tăng tài liệu nghiên cứu cho công nghệ khoan có hỗ trợ rung độ và cơ cấu đàn hồi tại Việt Nam, nhóm nghiên cứu sẽ thực hiện bài thực nghiệm khoan có hỗ trợ rung động tần số thấp ứng dụng cơ cấu đàn hồi cho Nhôm AA7075 và AA6061

2.4 Gia cơng có hỗ trợ rung động

2.4.1 Khái niệm gia cơng có hỗ trợ rung động (Vibration Assisted Machining-VAM) Vibration Assisted Machining (VAM) là một phương pháp gia cơng mà trong đó rung động được áp dụng để cải thiện quá trình cắt và tạo ra các lợi ích nhất định. Phương pháp này kết hợp giữa các phương pháp gia công truyền thống và rung động để tăng cường hiệu suất gia công. VAM thường được sử dụng trong gia công kim loại, nhưng cũng có thể áp dụng cho các vật liệu khác. Các ứng dụng phổ biến của VAM bao gồm phay, tiện, khoan và mài.

2.4.2 Lợi ích của phương pháp gia cơng có hỗ trợ rung động Các lợi ích chính của VAM bao gồm:

 Tăng tốc độ cắt: Bằng cách áp dụng rung động, VAM giúp tăng tốc độ cắt mà không ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt hoặc tuổi thọ dụng cụ cắt. Điều này giúp rút ngắn thời gian gia công và tăng năng suất.

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

 Cải thiện chất lượng bề mặt: VAM có thể làm giảm sự cọ xát giữa dụng cụ cắt và vật liệu, dẫn đến việc cải thiện chất lượng bề mặt của sản phẩm gia cơng. Bề mặt mịn hơn có thể đạt được mà không cần sử dụng các phương pháp hoàn thiện bề mặt phức tạp khác.

 Giảm lực cắt: Với VAM, lực cắt được phân tán và giảm đi, giúp kéo dài tuổi thọ của dụng cụ cắt và giảm sự mài mòn.

 Loại bỏ chất gây ơ nhiễm: Rung động có thể gây ra hiệu ứng tự làm sạch trong quá trình cắt, loại bỏ chất gây ô nhiễm như mỡ, bụi kim loại và phần tử cắt bị mài mòn. Điều này giúp duy trì chất lượng gia cơng và tăng tuổi thọ dụng cụ cắt. 2.4.3 Phương pháp khoan có hỗ trợ rung động:

Trong khoan có hỗ trợ rung động (VAD), các dao động rất nhỏ được sử dụng để cải thiện hiệu suất cắt. Sóng rung được tạo ra theo phương chạy dao để tăng hiệu suất trong quá trình cắt, từ đó có thể gia tăng chất lượng bề mặt. Để có thể cải thiện hiệu quả cắt, cơ cấu VAD phụ thuộc vào cơ chế cắt gián đoạn giữa mũi khoan và phơi. Theo đó, khi rung động hỗ trợ được thêm vào q trình khoan thơng thường, ta sẽ có được quỹ đạo cắt như hình dưới, quỹ đạo này sẽ lặp đi lặp lại trong suốt q trình gia cơng làm cho ma sát giữa dụng cụ cắt vào phơi khơng được liên tục, vì thế, quá trình cắt sẽ được nhẹ nhàng, trơn tru hơn, dẫn đến việc tăng chất lượng bề mặt và giảm áp lực lên dụng cụ cắt.

Hình 2. 16 Q trình khoan có rung động

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 3.1 Quy hoạch thực nghiệm

3.1.1 Khái niệm về Quy hoạch thực nghiệm

Trong nghiên cứu khoa học, để có thơng tin và kiến thức về một đối tượng, quy trình, và nhiều khía cạnh khác, chúng ta thường tiến hành các thí nghiệm thực tế để tìm hiểu và rút ra kiến thức chính xác nhất, sau đó xác định hướng nghiên cứu tối ưu nhất cho vấn đề đang được nghiên cứu. Bằng việc quan sát và đo lường các đặc điểm của đối tượng nghiên cứu trong thí nghiệm, chúng ta thu được dữ liệu chính xác nhất có thể. Sau khi phân tích và xử lý dữ liệu thu được, chúng ta có thể có kiến thức sâu sắc và hiểu biết về đối tượng được nghiên cứu, từ đó có thể nêu rõ các đặc tính cụ thể của nó và phát triển các mối quan hệ giữa các thông số của đối tượng nghiên cứu thông qua phương trình tốn học và đồ thị. Khi đã có các đồ thị và phương trình tốn học, ta có thể xem như đã hiểu biết đủ sâu và có thể áp dụng kiến thức đó để phục vụ nhiều mục đích của con người.

Do đó, có thể thấy việc tiến hành thí nghiệm thực tế là hồn tồn cần thiết và là công việc đầu tiên xây dựng nền tảng cho mọi nghiên cứu và phát triển trong ngành cơ khí nói chung và các cơng việc tối ưu hóa đặc biệt. Hiện nay, phương pháp kết hợp lý thuyết và thí nghiệm thực tế thường được sử dụng. Tùy thuộc vào hiểu biết về cách hoạt động của quy trình, nghiên cứu lý thuyết thường bị giới hạn ở dữ liệu đầu vào ban đầu, giúp giảm công việc cần thực hiện và rút ngắn thời gian cho thí nghiệm thực tế. Ngồi ra, thí nghiệm thực tế cũng bổ sung kết quả của nghiên cứu lý thuyết, giúp làm rõ cơ chế của hiện tượng.

Quy hoạch thực nghiệm là một phương pháp để lập kế hoạch nghiên cứu làm thế nào để đạt được mục tiêu đã định trước. Việc lập kế hoạch chính xác rất quan trọng để đảm bảo rằng kết quả đạt được đầy đủ và chính xác để trả lời các câu hỏi được đặt ra trước đó, từ đó có thể thu được thông tin tốt nhất về đối tượng nghiên cứu.

3.1.2 Ưu điểm của quy hoạch thực nghiệm

- Giảm đáng kể số lượng thí nghiệm cần thiết, làm giảm thời gian và chi phí của q trình thí nghiệm.

- Tăng lượng thơng tin thu được, giúp phân tích mối quan hệ giữa các yếu tố đầu vào và hàm mục tiêu đầu ra. Xây dựng mơ hình thống kê dựa trên dữ liệu thực nghiệm theo

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

- Quá trình phát triển của nghiên cứu thực nghiệm diễn ra từ phương pháp thử và lỗi cổ điển đến phương pháp thực nghiệm liên quan đến thống kê.

- Tiến trình phát triển này bắt đầu bằng việc tiến hành thử nghiệm dị dẫm từng bước, sau đó xây dựng kế hoạch tổng thể trước khi tiến hành thử nghiệm. Phương pháp này giúp tiết kiệm thời gian và đánh giá tổng thể hiệu quả hơn.

3.1.3 Các bước tiến hành:

Bước 1: Thu thập thơng tin thí nghiệm.

Hầu hết các đối tượng nghiên cứu thường đã được nghiên cứu trước đó bằng lý thuyết hoặc kinh nghiệm thực tế. Điều này cung cấp cho chúng ta những thông tin ban đầu để định hướng quá trình lập kế hoạch thí nghiệm. Các nguồn thơng tin thí nghiệm có thể bao gồm:

- Kết quả nghiên cứu lý thuyết.

- Ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực. - Các thí nghiệm khám phá ban đầu.

- Các thí nghiệm sàng lọc.

Bước 2: Lựa chọn phản hồi và yếu tố được khảo sát.

Phản ứng là các mục tiêu mà chúng ta muốn đánh giá. Các mục tiêu này thường được đo trực tiếp bằng giá trị tại các điểm thí nghiệm, thơng qua việc cân, đo, đếm trực tiếp hoặc thông qua tỷ lệ (ví dụ: hiệu suất phản ứng). Đơi khi, câu trả lời có thể là sự kết hợp của các mục tiêu đo trực tiếp (ví dụ: q trình kinh tế hóa).

Bước 3: Xác định khu vực khảo sát.

Nếu giới hạn của các biến là độc lập thì ở dạng chuẩn biến 𝑥 , miền thực nghiệm sẽ có dạng lập phương (3 biến) hoặc hình vng (2 biến). Khu vực thực nghiệm này thường được áp dụng cho các biến định lượng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

Nếu giới hạn của các biến có dạng ∑ 𝑥 ≤ 𝑟 , thì diện tích thì nghiệm là hình cầu (3 biến) hoặc hình trịn (2 biến). Miền thực nghiệm này có đặc điểm đẳng hướng.

Bước 4: Thực hiện biện pháp giảm sai số.

Nếu các yếu tố phụ có ảnh hưởng đáng kể đến các thí nghiệm, để tăng độ chính xác của thí nghiệm, chúng ta có thể thực hiện khảo sát các thí nghiệm tương tự theo nhóm.

Việc lựa chọn cấu trúc nhóm thích hợp rất quan trọng và đòi hỏi kinh nghiệm của người nghiên cứu. Trong lĩnh vực nghiên cứu kỹ thuật vật liệu, ví dụ, khi nghiên cứu vật liệu theo từng lơ, việc chia nhóm theo lơ vật liệu có thể giảm ảnh hưởng của biến đổi trong mỗi lô vật liệu.

Bước 5: Chọn kích thước mơ hình quy hoạch.

Kích thước mơ hình quy hoạch bị giới hạn bởi các nguồn lực như chi phí và thời gian.

Độ chính xác của thơng số tăng lên khi số lần thực hiện thí nghiệm lặp lại tăng, tuy nhiên, cũng phụ thuộc vào vị trí của các điểm khảo sát.

Có nhiều tiêu chí thiết kế nhằm tối đa hóa thơng tin về một khía cạnh cụ thể của mơ hình, thường sử dụng tiêu chí tối ưu D, trong đó sẽ tối thiểu hóa biến lượng chung của yếu tố.

Bước 6: Chọn mơ hình thực nghiệm.

Quy hoạch thực nghiệm tốt phụ thuộc vào mơ hình quan hệ giữa đáp ứng và các yếu tố. Mơ hình phải có khả năng xấp xỉ đúng các đặc tính chính của dữ liệu, nhưng không quá phức tạp để tránh tốn nhiều cơng sức tính tốn cho một số lượng lớn yếu tố.

Nếu sử dụng quy hoạch chuẩn, ví dụ như quy hoạch định yếu tố tồn phần, thì điều quan trọng là phải xem xét tất cả các đặc điểm của thực nghiệm như cấu trúc vùng thực nghiệm và phân nhóm thực nghiệm.

Nếu khơng chọn quy hoạch chuẩn, thì quy hoạch thực nghiệm tối ưu sẽ là lựa chọn phù hợp nhất.

Bước 7: Tiến hành thí nghiệm, thu thập thơng tin.

Trong q trình thí nghiệm, tất cả các đáp ứng cần phải được ghi nhận. Giá trị đáp ứng riêng lẻ thường độc lập mặc dù có thể tồn tại mối quan hệ giữa chúng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

Nếu các đáp ứng tương thích với cùng một mơ hình, ta có thể coi đáp ứng là độc lập và bỏ qua mối quan hệ đó. Tuy nhiên, nếu một thí nghiệm được quan sát nhiều lần trong một khoảng thời gian dài, giả thiết về độc lập không áp dụng được và cần xem xét yếu tố thời gian trong quy hoạch và phân tích.

Nếu giá trị thiết lập cho yếu tố khơng chính xác, ta cần ghi nhận giá trị thực của yếu tố đó. Trong trường hợp việc thiết lập giá trị đúng gặp khó khăn, quy hoạch thí nghiệm nên sử dụng ít giá trị thiết lập.

Bước 8: Phân tích số liệu, đánh giá tương thích.

Kết quả thí nghiệm thường được phân tích bằng phương pháp thống kê và tiến hành theo trình tự thuật tốn. Đơi khi, sau q trình phân tích chính thức bằng phương pháp thống kê, ta cũng có thể sử dụng các biểu đồ để trực quan hóa kết quả.

Việc thực nghiệm có tính lặp lại, và các kết quả phân tích trước đó sẽ định hướng cho quy hoạch tiếp theo. Tuy nhiên, người thực nghiệm cần xem xét lại các quyết định đã đưa ra trước đó. Các vấn đề phát sinh trong giai đoạn trung gian sẽ giúp hiểu rõ hơn về tính chất của đối tượng nghiên cứu.

Trong trường hợp mơ hình khơng tương thích, ngun nhân có thể là do mơ hình q đơn giản, hoặc do sai số và việc ghi nhận dữ liệu khơng chính xác gây ảnh hưởng đến kết quả. Trong trường hợp này, cần tiến hành lại từ bước 4 đến bước 7 để điều chỉnh và cải thiện q trình thí nghiệm.

3.2 Phương pháp Taguchi

3.2.1 Khái niệm về phương pháp Taguchi

Trong việc lập kế hoạch thí nghiệm thì việc lựa chọn được dạng thiết kế thí nghiệm là vơ cùng quan trọng vì việc đó ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình và kết quả thí nghiệm. Đối với các thí nghiệm định tính hay định lượng có một yếu tố thì ta có thể dễ dàng kiểm sốt được số lượng thí nghiệm tùy theo mục đích và phạm vi thí nghiệm. Nhưng đối với các thí nghiệm phức tạp hơn có sự kết hợp khảo sát giữa nhiều yếu tố khác nhau (kết hợp giữa yếu tố định tính và định lượng), có các mức thí nghiệm khác nhau thì việc xác định số lượng thí nghiệm trở nên khó khăn hơn. Khi đó việc xác định số lượng thí nghiệm và lập kế hoạch thí nghiệm khơng thể sử dụng mơ hình thí nghiệm một yếu tố, để giải quyết vấn đề này cần sử dụng đến mơ hình đa yếu tố.

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

Mục tiêu của mơ hình thực nghiệm là có thể xác định được các thơng số gần nhất với giá trị mong muốn và tính đến đầy đủ nhất các yếu tố, sự ảnh hưởng của chúng nhưng giảm thiểu được số lượng thí nghiệm. Mơ hình Taguchi do một cố kỹ sư kiêm nhà thống kê người Nhật tên Genichi Taguchi (1924-2012) đưa ra đã giải quyết thỏa đáng được vấn đề này.

Về phương pháp luận, phương pháp Taguchi cũng sử dụng mảng trực giao như mơ hình đa yếu tố, nhưng được thiết kế và đánh giá theo một quy trình chặt chẽ, địi hỏi số thí nghiệm ít và cho số liệu tin cậy hơn.

Ý tưởng của phương pháp Taguchi là xác định các yếu tố công nghệ sao cho đạt chỉ tiêu hiệu quả cao nhất bằng cách phát hiện và loại bỏ tối đa ảnh hưởng của nhiễu loạn. Một yếu tố (biến đầu vào) tác động lên kết quả theo 2 hướng, tác động làm kết quả tiến gần đến mục tiêu là tín hiệu có ích, gọi tắc là “tín” (Signal). Tác động làm kết quả rời xa mục tiêu là “nhiễu”, hay “tạp” (Noise). Tỷ số “tín trên tạp” S/N đại diện cho chỉ tiêu hiệu quả, được dùng để đánh giá và lựa chọn tham số. Bộ tham số là tốt khi cho S\N lớn. Bộ thông số tối ưu cho S/N lớn nhất.

Theo dạng bài tốn, có 3 phương pháp tính tỷ số S/N: Bài toán cực tiểu (Smaller better): SN = −10lg ∑ y

Bài toán cực đại (Larger better): SN = −10lg ∑ y

Bài toán lấy giá trị cụ thể (Target better): SN = 10lg <sup>ȳ</sup>

Trong đó: ȳ = ∑ y

s = ∑ (y − ȳ)

u – Số thứ tự lần đo, n – Số lần đo khi thí nghiệm

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

Các bước tiến hành thí nghiệm và ghi nhận kết quả được trình bày rõ hơn tại chương 3, 4. Mỗi thí nghiệm cho một bộ thống số được thực hiện một lần trên cùng một mẫu phơi (gia cơng ba lỗ có cùng bộ thơng số).

Bước 5:

Phân tích số liệu theo tỉ số S/N, phụ thuộc vào mục tiêu “Bài toán cực đại (Larger better)”, “Bài toán cực tiểu (Smaller better)” hoặc “Bài toán lấy giá trị cụ thể (Target better)” ta sử dụng Công thức (1) đến (3). Sau đó xác định giá trị thí nghiệm tối ưu của các nhân tố. Do mục tiêu là nâng cao chất lượng độ nhám lỗ sau khi gia công nên ta chọn phương trình

(1) - Càng nhỏ càng tốt.

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

Trong thí nghiệm với mục đích tìm được bộ thơng số gia cơng để có được độ nhám bề mặt tốt nhất nên đề tài đã sử dụng cơng thức “Bài tốn cực tiểu” (2) để tính tốn tỷ lệ tín trên nhiễu cho các kết quả đo được.

Phương pháp Taguchi đơn giản, số thí nghiệm ít, có thể định lượng hoặc định tính. Tuy nhiên phương pháp có nhược điểm:

• Do số liệu rời rạc nên phương án nhận được chỉ gần tối ưu. • Khơng đưa được các điều kiện ràng buộc.

• Giải được bài tốn đơn mục tiêu.

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

253.3 Phương pháp thiết kế tối ưu:

3.3.1 Giới thiệu về tối ưu hóa:

Hình 3. 1 Sơ đồ q trình tối ưu hóa [23]

Tối ưu hóa bao gồm việc tiến hành thử nghiệm với các yếu tố đầu vào để tìm giá trị đầu ra. Quá trình này yêu cầu một hệ thống thực hiện tính tốn trên các nghiên cứu điển hình để xác định điểm tối ưu.

3.3.2 Tối ưu hóa hình dạng và thiết kế

Việc thiết kế CM phải bảo đảm tương thích với năng lực cơng nghệ hiện tại và chi phí hợp lý. Bằng cách thay đổi các tham số hình học của khớp CM, CM được xây dựng. Các thơng số hình học này được thiết kế để thuận tiện cho quá trình chế tạo, lắp ráp mơ hình thí nghiệm.

3.3.3 Phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM)

RSM được giới thiệu là một tập hợp các kỹ thuật toán học và thống kê nhằm mục đích phân tích một mơ hình cụ thể nhằm đạt được các mục tiêu tạo ra kiến thức trong lĩnh vực quan tâm, chẳng hạn như:

• Ước lượng một cách đáng tin cậy trong các thí nghiệm với nhiều tham số khác nhau.

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

• Đảm bảo thơng tin đầy đủ từ các thí nghiệm được đề xuất và dữ liệu thử nghiệm. • Dự đốn các phản ứng có thể quan sát được một cách chính xác nhất có thể mà khơng cần thực nghiệm trong phạm vi thử nghiệm.

• Đề xuất mơ hình tuần tự tiến hành thử nghiệm với các phương án thay thế khác nhau để thu được kết quả.

• Giảm tài nguyên hệ thống và thời gian để đạt hiệu quả kinh tế. • Để làm cho việc xác định dữ liệu ngoại lệ dễ dàng hơn.

• Để cung cấp các kết quả và phép tính gần đúng giúp giảm bớt sự mơ hồ trong tính tốn.

Các khái niệm chính trong RSM:

• Full 2nd Order Polynomial: Phương pháp này tìm các hệ số để giảm thiểu tổng bình phương sai lệch giữa các điểm thiết kế thí nghiệm và đường cong phù hợp.

• Kriging là phương pháp dự báo có độ chính xác cao, xử lý cả hàm bậc cao và bậc thấp trong mơ hình phân tích.

• Non–parametric Regression: dự đốn các biến đầu vào và đầu ra theo cách phi tuyến tính. Nó giả định mối quan hệ bậc hai giữa đầu ra và số lượng giá trị đầu vào tối thiểu tại các điểm thử nghiệm đại diện.

• Neural Network: được sử dụng để giải quyết các vấn đề phức tạp, học tập và xác định hành vi được xác định bởi các tế bào thần kinh được kết nối với nhau. Tế bào thần kinh có thể học cách thực hiện các nhiệm vụ để giải quyết vấn đề, khơng bị giới hạn bởi tính tốn thơng thường hoặc các giá trị tuyến tính.

• User Response Surface: các giá trị được xử lý được chia thành 6 cấp độ: “***”, “**”, “*”, “+”, “++”, “+++”. Với “***” là kết quả tốt nhất và giảm xuống “+++” là kết quả tệ nhất.

3.3.4 Tối ưu hóa mục tiêu đơn (GA)

Tối ưu hóa mục tiêu đơn lẻ kết hợp các hàm mục tiêu đơn lẻ để tìm ra kết quả tại các điểm đáp ứng các mục tiêu được xác định trước. Khi cần đạt được nhiều mục tiêu, việc đảm bảo rằng các mục tiêu không xung đột được gọi là tối ưu hóa đa mục tiêu. Ưu điểm của GA là lựa chọn ngẫu nhiên cho từng hàm mục tiêu đơn lẻ, với con cái được tạo ra thông

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

Xác định mục tiêu và thơng số

Hình 3. 2 Sơ đồ q trình xây dựng mơ hình thực nghiệm trên ANSYS

Các tham số và ràng buộc hình học được lưu trữ trong "Hình học". Ở đây, các tham số được đặt và xác định là các biến quy trình, các tham số này sẽ thay đổi để tham gia vào

</div>