BÀI báo cáo học tập môn CÔNG NGHỆ CADCAE CHỦ đề PHÂN TÍCH CAE về CHI TIẾT mũi KHOAN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KĨ THUẬT GIAO THÔNG *** BÀI BÁO CÁO HỌC TẬP MÔN CÔNG NGHỆ CAD/CAE CHỦ ĐỀ: PHÂN TÍCH CAE VỀ CHI TIẾT MŨI KHOAN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: HUỲNH LÊ HỒNG THÁI SINH VIÊN: HỒ VIẾT HÒA MSSV: 62130594 LỚP: 62.CKDL Nha Trang, ngày 12 tháng 01 năm 2021 MỤC LỤC I Giới thiệu chung Giới thiệu CAE Giới thiệu chi tiết mũi khoan .3 Công dụng II Các bước phân tích CAE III Phân tích CAE chi tiết mũi khoan Bước 1: Xây dựng mơ hình 3D SolidWorks Bước 2: Chọn kiểu phân tích Bước 3: Nhập thông số đầu vào cho chi tiết .4 Bước 4: Thiết lập điều kiện biên 5 Bước 5: Chọn độ lớn lực mặt phẳng đặt lực Bước 6: Chia lưới Bước 7: Phân tích kết IV Tìm hiểu ảnh hưởng vật liệu, độ lớn lực, hướng đặt lực, chia lưới đến kết Bài toán 1: Xét ảnh hưởng vật liệu Bài toán 2: Xét ảnh hưởng độ lớn lực 11 Bài toán 3: Xét ảnh hưởng hướng đặt lực 14 Bài toán 4: Xét ảnh hưởng cách chia lưới .16 V Kết luận 22 Độ bền 22 Kiến nghị 22 I Giới thiệu chung: Giới thiệu CAE: CAE (Computer Aided Engineering) là công nghệ sử dụng hệ thống máy tính để phân tích chức sản phẩm CAD tạo ra, cho phép nhà thiết kế mơ phỏng, tính tốn cách sản phẩm hoạt động Sao cho thiết kế tinh chỉnh tối ưu hóa phù hợp với điều kiện thực tế Điều bao gồm mô phỏng, xác nhận tối ưu hóa sản phẩm, quy trình công cụ sản xuất.Các lĩnh vực ứng dụng CAE ngành công nghiệp đời sống khơng có giới hạn: Hàng khơng – vũ trụ, quốc phịng, lượng, kiến trúc – xây dựng, khí, thiết bị công nghiệp, hàng tiêu dùng, công nghệ cao, vận tải, khoa học đời sống, sinh học – y học … Thậm chí quy trình, tiện ích dịch vụ, giáo dục… - MỤC TIÊU: o Tìm ứng suất, chuyển vị, biến dạng cấu cần phân tích o Xét ảnh hưởng yếu tố vật liệu, độ lớn lực, phương đặt lực, chia lưới cấu cần phân tích o Tối ưu hóa cấu - MỤC ĐÍCH: o Kiểm tra tính bền chi tiết mũi khoan o Mơ hình dáng kết cấu trước chế tạo Giới thiệu chi tiết mũi khoan: Mũi khoan là chi tiết khơng thể thiếu máy khoan, đóng vai trò lưỡi cắt máy cắt sắt Định nghĩa mũi khoan Nhìn vào hình dáng bên ngồi thấy mũi khoan có cấu tạo gồm phần phần chi phần làm việc  Phần chuôi: Để gắn mũi khoan vào máy khoan  Phần làm việc: Đảm nhận nhiệm vụ cắt gọt khoét lỗ bề mặt vật liệu Vì phần làm việc của mũi khoan cũng chia thành phận lưỡi cắt (tức phần đầu của mũi khoan, nó sắc lẹm đóng vai trị định máy khoan có khoan lỗ hay khơng) lưỡi cắt phụ (nằm rãnh xoắn, vai trò tạo hình đưa vật liệu thừa khỏi lỗ khoan) Mũi khoan mũi khoan gỗ xoắn thông dụng twist có cấu tạo đặc biệt Là loại mũi khoan thông dụng dùng cho khoan sắt, khoan gỗ, khoan bê tơng… Một số kích thước phổ biến như: 6mm, 8mm, 10mm, 12,7mm, 15mm 16mm Thường làm từ thép hợp kim có độ cứng cao, giá bán cho loại mũi thường phụ thuộc vào thương hiệu vật liệu sản xuất Đối với sản phẩm Trung Quốc giá từ 100,000 VND 500,000 VND Với thương hiệu đến từ Nhật Bản, Châu Âu… giá lến đến tiền triệu cho mũi khoan 3.Công dụng Chức của mũi khoan là để khoét lỗ bề mặt vật liệu gỗ, đá, gạch, kim loại, nhựa… II Các bước phân tích CAE: Để phân tích CAE chi tiết mũi khoan ta thực bước sau: o o o o o o III Bước 1: Xây dựng lại mơ hình 3D Solidworks Bước 2: Chọn kiểu phân tích Bước 3: Nhập thơng số đầu vào chi tiết Bước 4: Thiết lập điều kiện biên Bước 5: Chọn mặt phẳng đặt lực Bước 6: Chia lưới Phân tích CAE chi tiết mũi khoan: Bước 1: Xây dựng mơ hình 3D Solidworks Bản vẽ 2D chi tiết Cờ lê (như hình 1) Hình 1: THƠNG SỐ KÍCH THƯỚC 2D CỦA MŨI KHOAN - Từ hình ta xây dựng mơ hình 3D Solidworks (như hình 2) Hình 2: MƠ HÌNH 3D MŨI KHOAN TRÊN SOLIDWORKS Bước 2: Chọn kiểu phân tích: - Để phân tích ứng suất, chuyển vị, biến dạng tác dụng lực tĩnh ta chọn kiểu phân tích static (tĩnh) Bước 3: Nhập thông số đầu vào chi tiết Trên thực tế chi tiết mũi khoan tùy vào mục đích điều kiện sử dụng khác mà chúng chế tạo từ vật liệu khác - Trong toán ta chọn chi tiết chế tạo từ vật liệu alloy steel (thép hợp kim) có thơng số bảng Bảng 1: THƠNG SỐ VẬT LIỆU Bước 4: Thiết lập điều kiện biên Chọn mặt phẳng cố định làm việc: theo điều kiện việc mũi khoan ta chọn bề mặt mũi nhọn cuối mũi khoan tác dụng với trình làm việc mặt phẳng cố định (như hình 3) HÌNH 3: THIẾT LẬP ĐIỀU KIỆN BIÊN Bước 5: Chọn độ lớn lực mặt phẳng đặt lực: Trong thực tế chi tiết làm việc momen xoắn tác dụng lên phần đầu mũi khoan hướng lên hay xuống phía tùy vào mục đích sử dụng Trong ta phân tích momen xoắn hướng từ xuống Vì của mũi khoan có thể khoét lỗ bề mặt vật liệu gỗ, gạch, kim loại, … nên ta cho ta chọn momen xoắn 60N Bước 6: Chia lưới Chọn kiểu chia lưới tự động Solidworks (như hình 5) thơng số chia lưới (như bảng 2) -Tăng mức độ xác phân tích với chi tiết mà khơng làm chậm q trình tính tốn nhiều -Khắc phục số lỗi số part yêu cầu kích cỡ phần tử lớn phần tử trung bình cần thiết lưới Hình 5: Chia lưới mặc định solidworks Bảng 2: Thông số chia lưới mặc định Solidworks Bước 7: Phân tích kết quả: -Bài tốn cho ta phân tích ứng suất ,chuyển vị ,biến dạng A)Ứng suất Hình 6: Kết phân tích ứng suất solidworks Dựa vào kết phân tích ,ta xác định đươc ứng suất cho phép =4.110e + 05.Ứng suất max=6.204e + 08 N/m2, b)Chuyển vị Dựa vào kết phân tích ta xác định điểm chuyển vị lớn phần đầu mũi khoan nơi giao nhay mũi khoan đầu kẹp mũi khoan có độ lớn max 1,348e-03 c)Biến dạng Hình 8.Kết phân tích kết biến dạng Dựa vào kết phân tích xác định điểm có biến dạng lớn phần thân xoắn mũi khoan có độ lớn 1.232e-06 IV Tìm hiểu ảnh hưởng vật liệu, độ lớn lực, hướng đặt lực, chia lưới đến kết phân tích: Bài tốn 1: Xét ảnh hưởng vật liệu đến kết phân tích: - Ở tốn ta giữ ngun chi tiết, kiểu phân tích, chia lưới phần III thay đổi vật liệu chi tiết: Cast carbon steel (đúc thép cacbon) có bảng thông số bảng Property Units Elastic Modulus Cast carbon steel Alloy steel (đúc thép cacbon) (thép hợp kim) 2e+11 2.1e+11 Poisson’s Ratio 0.32 0.28 N/A Shear Modulus 7.6e+10 7.9e+10 N/m^2 Mass Density 7800 7700 Kg/m^3 Tensile Strength 482549000 723825600 N/m^2 Compressive Strength N/m^2 N/m^2 Yield Strength 248168000 620422000 N/m^2 Thermal Expansion Coefficient 1.2e-05 1.3e-05 /K Thermal Conductivity 30 50 W/(m.K) Specific Heat 500 460 J/(kg.K) Material Damping Ratio N/A >>>> Ta thu kết ứng suất,chuyển vị biến dạng kim loại a Ứng suất: Hình 9: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT CỦA SOLIDWORKS Dựa vào kết phân tích ,ta xác định đươc ứng suất cho phép =4.015e + 05.Ứng suất max=2.482e + 08 N/m2, b)Chuyển vị Hình 10.Kết phân tích chuyển vị Dựa vào kết phân tích ta xác định điểm chuyển vị lớn phần đầu mũi khoan nơi giao nhay mũi khoan đầu kẹp mũi khoan có độ lớn max 1,447e-03 c) Biến dạng Hình 11.Kết phân tích biến dạng Dựa vào kết phân tích xác định điểm có biến dạng lớn phần thân xoắn mũi khoan có độ lớn 1.288e-06 Kết luận : Thông số Ứng suất Alloy steel Chuyển vị Biến dạng Ứng suất Max cho phép 4.110e + 05 1,348e-03 1.232e-06 6.204e + 08 Cast carbon steel 4.015e + 05 1,447e-03 1.288e-06 2.482e + 08 KẾT LUẬN: Khi thay đổi vật liệu từ Alloy steel (thép hợp kim) sang vật liệu Cast carbon steel (đúc thép cacbon) thay đổi ứng suất Max cho phép từ 6.204e + 08 N/m^2 2.482e+08 N/m^2 thông số khác ứng suất, chuyển vi, biến dạng gần sấp xĩ Bài tốn 2: Xét ảnh hưởng độ lớn lực đến kết phân tích Ở tốn ta giữ ngun vật liệu alloy steel, chi tiết, kiểu phân tích, chia lưới phần III thay đổi độ lớn lực F= 80 (N) KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT, CHUYỂN VỊ, BIẾN DẠNG a Ứng suất: Hình 12: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT Ứng suất lớn có độ lớn 5.479e+05 ( N/m2) Ứng suất cho phép lớn =6.204e+08 ( N/m2) b Chuyển vị: Hình 13: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ - Dựa vào kết phân tích ta xác định chuyển vị lớn có độ lớn 1.797e-03 vị trí đầu phần mũi khoan c Biến dạng: Hình 14: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG - Dựa vào kết phân tích ta xác định điểm có biến dạng lớn thân đến phần cuối mũi khoan có độ lớn 1.643e-06 KẾT LUẬN: Khi thay đổi độ lớn lực tác dụng F= 60 (N) thành F= 80 (N) thay đổi thơng số ứng suất, chuyển vị, biến dạng sau: Thông số Ứng suất Chuyển vị Biến dạng Ứng suất Max cho phép 60N 4.110e + 05 1,348e-03 1.232e-06 6.204e + 08 80N 5.479e+05 1.797e-03 1.643e-06 6.204e+08 Nhìn vào bảng ta thấy ứng suất 60N tăng từ 4.110e+05 lên 5.479e+05, chuyển vị biến dạng tăng theo, ứng suất max cho phép khơng thay đổi - Ta có bảng kết phân tích ứng suất, chuyển vị, biến dạng lực F=20N, F= 40N, F= 60N, F= 80N, F= 100N vật liệu alloy steel bảng Bảng 5: THÔNG SỐ ỨNG SUẤT, CHUYỂN VỊ, BIẾN DẠNG CỦA LỰC 100, 200, 300, 400, 500 Thông số Ứng suất Chuyển vị Biến dạng Ứng suất Max cho phép F=20 (N) 1.370e+05 4.493e-04 4.108e-07 6.204e+08 F=40 (N) 2.740e+05 8.987e-04 8.215e-07 6.204e+08 F=60 (N) 4.110e+05 1.348e-03 1.232e-06 6.204e+08 F=80 (N) 5.479e+05 1.797e-03 1.643e-06 6.204e+08 F=100 (N) 6.849e+05 2.247e-03 2.054e-06 6.204e+08 TỪ BẢNG TA CÓ BIỂU ĐỒ VỀ MỐI QUAN HỆ GIỮA ĐỘ LỚN LỰC VÀ ỨNG SUẤT SINH RA TRÊN MŨI KHOAN (như hình 15) Biểu đồ 1:Mối quan hệ giữ Lực chuyển vị Biểu đồ 2: Mối quan hệ Lực ứng suât Biểu đồ : Mối quan hệ Lực Biến dạng Bài toán 3: Xét ảnh hưởng hướng đặt momen xoắn đến kết phân tích: - Ở tốn ta giữ ngun chi tiết, kiểu phân tích, chia lưới phần III thay đổi hướng đặt lực ngược chiều hình 18 Hình 18: CHỌN HƯỚNG ĐẶT LỰC a Ứng suất: Hình 19: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT - Ứng suất lớn có độ lớn 4.110e+05 ( N/m2) ứng suất cho phép lớn 6.204e+08 ( N/m2) b Chuyển vị: Hình 20: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA SOLIDWORKS - Dựa vào kết phân tích ta xác định chuyển vị lớn có độ lớn 1.348e-03 vị trí phần đầu mũi khoan c Biến dạng: Hình 21: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG TRÊN SOLIDWORKS - Dựa vào kết phân tích ta xác định điểm có biến dạng lớn mặt phẳng giao phần phần cuối mũi khoan có độ lớn 1.232e-06 KẾT LUẬN: Khi thay đổi chiều momen xoẵn tác dụng ta nhận thấy ứng xuất Max cho phép chuyển vị ,ứng suất, biến dạng không thay đổi (như bảng 6) Bảng 6: SO SÁNH ẢNH HƯỞNG CỦA HƯỚNG ĐẶT LỰC Thông số Ứng suất Chuyển vị Biến dạng Ứng suất Max cho phép Cùng chiều 4.110e+05 1.348e-03 1.232e-06 6.204e+08 Ngược chiều 4.110e+05 1.348e-03 1.232e-06 6.204e+08 Bài toán 4: Xét ảnh hưởng chia lưới đến kết phân tích: - Ở toán ta giữ nguyên chi tiết, kiểu phân tích, hướng đặt lực, điều kiện biên phần III thay đổi cách chia lưới V Kết luận: Độ bền - - Khi thay đổi vật liệu Alloy steel (thép hợp kim) thành Cast carbon steel (đúc thep cacbon )ta thấy ứng suất , chuyển vị , biến dạng thay đổi ứng suất max thay đổi nhiều từ 6.204e + 08 xuống 2.482e + 08 Độ lớn lực thay đổi từ 60 (N) lên 80 (N) cho thấy chi tiết mũi khoan có độ bền giảm dần lực tăng Ảnh hưởng chiều đặt momen xoắn ngược lại với chi tiết cho thấy ứng suất chuyển vị , biến dạng ứng suất max khơng thay đổi - Qua phân tích ta thấy việc chia lưới có ảnh hưởng lớn đến ứng suất, chuyển vị, biến dạng Kiến nghị - Để chi tiết có thơng số tốt hệ số an tồn, ứng suất, biến dạng, chuyển vị ta áp dụng cách sau: o Tăng kích thước chi tiết lên o Thay đổi vật liệu có thơng số kỹ thuật tốt o Giảm đường kính góc bo thân đầu chi tiết  ... chung Giới thiệu CAE Giới thiệu chi tiết mũi khoan .3 Công dụng II Các bước phân tích CAE III Phân tích CAE chi tiết mũi khoan Bước 1: Xây dựng... cấu cần phân tích o Tối ưu hóa cấu - MỤC ĐÍCH: o Kiểm tra tính bền chi tiết mũi khoan o Mơ hình dáng kết cấu trước chế tạo Giới thiệu chi tiết mũi khoan: Mũi khoan? ?là chi tiết thiếu máy khoan, ... hướng đặt lực, chia lưới đến kết phân tích: Bài tốn 1: Xét ảnh hưởng vật liệu đến kết phân tích: - Ở tốn ta giữ ngun chi tiết, kiểu phân tích, chia lưới phần III thay đổi vật liệu chi tiết: Cast