BÀI báo cáo học tập môn ĐỘNG lực học máy CHỦ đề PHÂN TÍCH CAE về CHI TIẾT KIM LOẠI tấm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG BÀI BÁO CÁO HỌC TẬP MƠN ĐỘNG LỰC HỌC MÁY CHỦ ĐỀ: PHÂN TÍCH CAE VỀ CHI TIẾT KIM LOẠI TẤM GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Huỳnh Lê Hồng Thái Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng Ngọc Minh MSSV: 62133928 LỚP: 62CKDL Nha trang ngày 02 tháng năm 2022 Mục lục: 1.Giới thiệu chung 1.1 Giới thiệu CAE 1.2 Giới thiệu chi tiết kim loại 1.3 Công dụng 2.Các bước phân tích CAE 3.Phân tích CAE chi tiết kim loại 3.1 Bước :Xây dựng mơ hình 3d Solidworks 3.2 Bước 2:Chọn kiểu phân tích .5 3.3 Bước : Nhập thông số đầu vào chi tiết .6 3.4 Bước 4:Thiết lập điều kiện biên 3.5 Bước 5: Chọn độ lớn lực mặt phẳng đặt lực .7 3.6 Bước 6: Chia lưới 3.7 Bước 7: Phân tích kết Tìm hiểu ảnh hưởng vật liệu ,độ lớn lực,hướng đặt lực,chia lưới đến kết .10 4.1 Bài toán 1: Xét ảnh hưởng vật liệu 10 4.2 Bài toán : Xét ảnh hưởng độ lớn lực .14 4.3 Bài toán 3: Xét ảnh hưởng hướng đặt lực 18 4.4.Bài toán 4: Xét ảnh hưởng dạng lưới 21 5.Tìm hiểu tần số dao động ảnh hưởng đến chi tiết 27 5.1)Giới thiệu toán tần số 27 5.2)Bài toán tần số .28 Kết luận .33 6.1.Độ bền 33 6.2.Tần số 33 6.3.Kiến nghị 33 I/Giới thiệu chung : 1.1 Giới thiệu CAE : - CAE cụm từ viết tắt Computer-Aided Engineering việc sử dụng phần mềm máy tính để mơ hoạt động để thiện thiết kế sản phẩm hỗ trợ việc giải vấn đề kỹ thuật cho loạt ngành công nghiệp.Điều bao gồm mô ,xác nhận tối ưu hóa sản phẩm,quy trình cơng cụ sản xuất.Trong tương lai,hệ thống CAE công cụ cung cấp thơng tin để giúp nhà thiết kế trình đưa định Mục tiêu:2 phần Phần 1: -Tìm ứng suất ,chuyển vị,biến dạng cấu cần phân tích -Xét ảnh hưởng yêu tố vật liệu,độ lớn lực ,phương đặt lực ,chia lưới cấu cần phân tích -Tối ưu hóa cấu Mục đích: -Kiểm tra độ bền mô chi tiết kim loại trước đưa vào sử dụng Phần 2: -Tìm tần số tự nhiên chi tiết để biết mức phá hủy lớn vị trí 1.2 Giới thiệu chi tiết kim loại -Kim loại loại kim loại tồn dạng phổ biến hình chữ nhật, -Tấm kim loại tạo từ nhiều thành phần khác :sắt ,nhôm ,thép không gỉ nên từ vật liệu chế tạo nen có thơng số vật lí khác biệt 1.3 Công dụng -Dùng để chế tạo linh kiện,bộ phận máy móc ,thiết bị hay đồ trang trí cao cấp Các bước phân tích CAE solidworks Để phân tích CAE chi tiết kim loại gồm bước: B1: Xây dựng lại mơ hình 3D chi tiết solidworks B2: Chọn kiểu phân tích B3: Nhập thơng số đầu vào chi tiết B4: Thiết lập điều kiện biên B5: Chọn mặt phẳng đặt lực B6: Chia lưới B7: Phân tích kết 3/Phân tích CAE chi tiết kim loại 3.1 Bước Xây dựng mô hình 3D solidworks -Bản vẽ 2D kim loại Hình Thơng số đầu vào kim loại Từ hình thơng số đầu vào ta xây dựng mơ hình 3D chi tiết Hình Mơ hình 3d kim loại solidworks 3.2Bước :Chọn kiểu phân tích -Để phân tích ứng suất,chuyển vị,biến dạng tác dụng lực tĩnh ta chọn kiểu phân tích tĩnh (static) 3.3 Bước Nhập thông số đầu vào cho chi tiết Trên thực tế chi tiết kim loại có kích cỡ khác tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng chế tạo vật liệu nên chế tạo từ nhiều vật liệu khác Bảng 1:Thông số vật liệu AISI 304 3.4 Bước :Thiết lập điều kiện biên -Chọn mặt phẳng cố định làm việc:Theo điều kiện làm việc kim loại ta chọn lỗ để lắp mối nối hình Hình 3:Thiết lập điều kiện biên 3.5 Bước 5: Chọn độ lớn lực mặt phẳng đặt lực -Khi làm việc với chi tiết kim loại sau đặt điều kiện chỗ lắp mối nối ta đặt lực hướng từ xuống,vào thân kim loại -Khi làm việc ,đối với kim loại chịu lực có P=45N (tương đường m=4.5kg) hình Hình 4: Chọn mặt phẳng đặt lực độ lớn lực tác dụng 3.6 Bước 6: Chia lưới -Chọn kiểu chia lưới tự động solidworks (hình 5) thơng số chia lưới (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 solidwork Bảng 2: Thông số chia lưới mặc định Solidworks 3.7 Phân quả: Bước 7: tích kết -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 =2,068e+08.Ứng suất max=9.980e+ 06.Hệ số an toàn n=20.72 b)Chuyển vị Hình 7: Kết phân tích chuyển vị -Dựa vào kết phân tích ta xác định điểm chuyển vị lớn mặt phẳng vùng thân kim loại có độ lớn max=9.221e-03 c)Biến dạng 10 a)Ứng suất Hinh 19: Kết phân tích ứng suất -Ứng suất lớn khóe vành ngồi chi tiết -Ứng suất lớn nhất=1.996e+07 N/m2 ,Ứng suất cho phép : 2.068e+08 N/m2 Hệ số an toàn n=10.36 20 b)Chuyển vị Hình 20 Kết phân tích chuyển vị -Do ta đặt lực từ lleen nên lực chuyển dịch lớn vị trí trung tâm chi tiết có độ lớn : 1.844e-02 mm c)Biến dạng 21 Hình 21 Kết phân tích biến dạng Biến dạng lớn vị trí khóe chi tiết có độ lớn= 4.126e05 -Dựa vào kết phân tích sau thay đổi hướng đặt lực ,ta rút bảng so sánh Bảng So sánh hướng đặt lực Thông số Ứng suất Chuyển vị Lực xuống 9.98e+06 N/m2 9.22e-03 mm Lực từ lên 1.996e+07 N/m2 1.844e-02 mm Biến dạng 2.06e-05 4.126e-05 Ứng suất Max cho phép 2.068e+08 N/m2 2.068e+08 N/m2 4.4 Bài toán xét ảnh hưởng lưới đến kết phân tích 4.4.1 Thay đổi lưới mặc đỉnh thành lưới tiêu chuẩn full fine Hình 22: Chi tiết sau thay đổi lưới 22 Bảng 8:Thông số chi tiết lưới tiêu chuẩn full fine a)Ứng suất Hình 23:Kết phân tích ứng suất sau đổi lưới 23 -Khi thay đổi dạng lưới,vật liệu đạt ứng suất max=2.238e+07,ứng suất cho phép 2.068e+08 hệ số an toàn n=9.24 b)Chuyển vị Hình 24:Kết phân tích chuyển vị -Sau thay đổi dạng lưới vị trí có chuyển vị lớn nằm trung tâm chi tiết,có độ lớn :1.850e-02 (mm) c)Biến dạng 24 Hình 25:Kết phân tích biến dạng -Sau thay đổi dạng lưới,biến dạng lớn vật nằm vị trí lỗ ren có độ lớn là: 5.881e-05 4.4.2)Thay đổi dạng lưới tiêu chuẩn full Coarse Hình 26:Chi tiết sau thay đổi dạng lưới 25 Bảng 9:Thông số lưới tiêu chuẩn full coarse A)Phân tích ứng suất Hình 27:Ứng suất sau thay đổi dạng lưới 26 -Theo hình trên,khi ta thay đổi sang lưới ta thấy ứng suất max điểm vòng tròn lỗ với ứng suất đạt 1.097e+07 N/m2 ,ứng suất cho phép đạt 2.068e+08.Hệ số an tồn n=18.85 B)Phân tích chuyển vị Hình 28:Chuyển vị chi tiết sau thay đổi dạng lưới -Sau thay đổi sang dạng lưới full coarse chi tiết có vị trí chuyển vị lớn vùng lõm chi tiết có độ lớn đạt :9.251e-03 mm C)Phân tích biến dạng 27 Hình 29: Biến dạng sau thay đổi dạng lưới -Sau thay đổi dạng lưới biến dạng lớn nằm vị trí khoen ,đạt độ lớn :1.979e-05 -Để chi tiết ta rút bảng so sánh dạng lưới tiêu chuẩn Bảng 10:So sánh thông số thay đôi dạng lưới Lưới mặc định Ứng suất max (N.mm) Chuyển vị (mm) 9.98e+06 N/m2 Lưới tiêu chuẩn full fine 2.238e+07N/m2 Lưới tiêu chuẩn full coarse 1.097e+07 N/m2 9.22e-03 mm 1.850e-02(mm) 9.251e-03 mm Biến dạng Ứng suất cho phép(N.mm) Hệ số an toàn 5.50e-05 2.068e + 08 N/m2 20.72 5.881e-05 2.068e + 08 N.m2 1.979e-05 2.068e + 08 N.m2 9.24 18.85 5) Tìm hiểu tần số tự nhiên ảnh hưởng đến chi tiết 5.1)Giới thiệu toàn tần số : -Nghiên cứu tần số: vật (ở chi tiết kim loại tấm) ln có xu hướng tự dao động tần số định hay gọi tần số tự nhiên hay tần số cộng hưởng;tần số tự nhiên thấp gọi tần số ,với tần số tự nhiên vật thể có hình dáng định(Mode shape).Phân tích tần số tình tốn 28 tần số tự nhiên mode shape tương ứng Về mặt lý thuyết ,mỗi vật thể có lượng mode hữu hạn -Phân tích tần số giúp tránh phá hủy ứng suất mức gây cộng hưởng.Nó cung cấp thơng tin để giải vấn đề động lực học -Đối với chi tiết kim loại ,để tìm tần số tự nhiên chi tiết ta phân tích 5.2)Bài tốn tần số tự nhiên -Để tìm tần số tự nhiên chi tiết ta cần bước: +B1:Vẽ phân tích +B2:Phân tích tần số +B3: Gán vật liệu +B4: Thiết lập điều kiện biên +B5: Chia lưới +B6:Chạy phân tích -Đối với bước b1,b3,b4,b5 ta sử dụng lại thông số phần đầu -Sau ta tìm phân tích tần số tự nhiên chiết gồm mode a)Mode shape Hình 30:Mode shape chi tiết 29 -Đối với mode shape hay gọi tần số đầu tiêncủa chi tiết kim loại Ứng với tần số : 186.81 Hz Tỉ lệ biến dạng đạt 2,63e-03 Thì ampe (Ampres) lớn đạt 8,788e+00 Mức dao động không lớn B)Mode shape -Sau tìm tần số chi tiết ,ta tiếp tục tìm đến mode để xét xem dao động có lớn tần số ban đầu khơng? Hình 31:Mode shape chi tiết -Theo hình 31 mode shape ,ta nhận thấy dao động tần số có phần nhỉnh tần số ban đầu với độ lớn tần số :187,18Hz tỉ lệ biến dạng đạt: 2,64e-03.Với mức Ampe max= 8.775e+00 C)Mode shape 30 -Sau bước mode ta thấy tần số có hướng dao động khơng có xê dịch cao Vì ta tăng tần số tỉ lệ mode shape lên Hình 32:Mode shape chi tiết -Thay mode 2>mode thơng số nhỉnh tí ,nhưng qua tới mode ta nhận xét thơng số tần số :206,53Hz tỉ lệ biến dạng đạt :8,08e-03 có phần tăng tiến thêm dẫn đến mức Ampe max đạt 2,703e+00 D)Mode shape -Nếu mức mode ta thấy tăng thêm nhận thấy biến dạng có thay đổi khơng đáng kể ,thì với mode ta thấy mức tần số rõ ràng 31 Hình 33:Mode shape chi tiết -Ở mức mode tần số tăng đáng kể (từ 206,53 Hz lên 338,17Hz)thì biến dạng chi tiết rõ giúp ta quan sát vị trí có mức ampe(AMPRES) max có độ lớn :5,119e+00 với tỉ lệ biến dạng : 4,5e-03 E)Mode shape 32 Hình 34:Mode shape chi tiết -Đối với mức mode chi tiết ,với mức tần số đạt 593,65Hz tỉ lệ biến dạng 6,00e-03.Mức Ampe(Ampres )max đạt 4,809e+00 >>>>>Từ mode trình bày trên,ta có bảng để so sánh mức thay đổi tần số tự nhiên đến chi tiết Bảng 11:So sánh thông số ứng với mode Tần số Mode 186.81 Hz Mode 187,18Hz Mode 206,53Hz Mode 338,17Hz Mode 593,65Hz Tỉ lệ biến dạng 2,63e-03 2,64e-03 8,08e-03 4,5e-03 6,00e-03 Ampres max 8,788e+00 8.775e+00 2,703e+00 5,119e+00 4,809e+00 33 6)Kết luận 6.1)Độ bền: -Về độ bền ta thay đổi vật liệu từ AISI 304 sang Alloy steel ứng suất cho phép tăng 33,33% so với vật liệu ban đầu -Khi thay đổi lực (ban đầu 45N sau thay đổi thành15N,30N,60N,75N) đa số thông số tăng dần từ ta xác định chi tiết dễ bị phá hủy chọn lực lớn -Khi ta thay đổi hướng đặt lực ta nhận xét thấy đặt lưc từ lên chi tiết không chắn nên dễ dàng bị biến dạng tác dụng lực: +Về ứng suất max đặt từ lên gấp lần so với từ xuống từ dẫn đến hệ số an toàn giảm bớt nửa -Khi thay đổi dạng lưới chi tiết(ở sử dụng loại lưới tiêu chuẩn ta chỉnh mức (mặc định-full fine-full coarse): +Ở mức lưới full fine chi tiết đạt ứng suất max lớn nhất,nhưng hệ số an tồn thấp 9.24>> Chi tiết dễ bị phá hỏng +Với mức lưới tiêu chuẩn mặc định thơng số hệ số an tồn đảm bảo cho chi tiết tránh bị phá hỏng tác động ứng suất 6.2)Tần số: -Khi thay đổi tần số tự nhiên thông số tần số tỉ lệ biến dạng có tăng thêm nhận thấy rõ ràng mode mode 5(do tăng mức tần số chi tiết) dẫn đến ta nhận thấy vị trí dễ bị biến dạng bị phá hủy dễ chi tiết.Nhưng mức tần số mode ,chi tiết dễ bị biến dạng 2)Kiến nghị: -Để cho vật liệu có khả chịu lực tốt có khả vận hành tốt ta cần: +Tăng kích thước vật lên +Thay đổi thơng số vật liệu để có chất lượng tốt +Gán thêm vùng chi tiết vật đỡ để tình trạng phá hỏng khó xảy hơnn 34 ... vấn đề động lực học -Đối với chi tiết kim loại ,để tìm tần số tự nhiên chi tiết ta phân tích 5.2 )Bài tốn tần số tự nhiên -Để tìm tần số tự nhiên chi tiết ta cần bước: +B1:Vẽ phân tích +B2 :Phân tích. .. phận máy móc ,thiết bị hay đồ trang trí cao cấp Các bước phân tích CAE solidworks Để phân tích CAE chi tiết kim loại gồm bước: B1: Xây dựng lại mơ hình 3D chi tiết solidworks B2: Chọn kiểu phân tích. .. vào chi tiết B4: Thiết lập điều kiện biên B5: Chọn mặt phẳng đặt lực B6: Chia lưới B7: Phân tích kết 3 /Phân tích CAE chi tiết kim loại 3.1 Bước Xây dựng mơ hình 3D solidworks -Bản vẽ 2D kim loại