Giới thiệu chi tiết kim loại tấm
-Kim loại tấm là một loại tấm kim loại tồn tại ở dạng phổ biến là hình chữ nhật,
Tấm kim loại được sản xuất từ nhiều thành phần khác nhau như sắt, nhôm và thép không gỉ, do đó mỗi loại vật liệu sẽ có các thông số vật lý riêng biệt.
Công dụng
-Dùng để chế tạo các linh kiện,bộ phận của máy móc ,thiết bị hay đồ trang trí cao cấp
2 Các bước phân tích CAE trong solidworks Để phân tích CAE đối với chi tiết tấm kim loại thì gồm 7 bước:
B1: Xây dựng lại mô hình 3D của chi tiết trong solidworks
B3: Nhập các thông số đầu vào của chi tiết
B4: Thiết lập các điều kiện biên
B5: Chọn mặt phẳng đặt lực
Hình 1 Thông số đầu vào của kim loại tấm
Từ hình 1 về thông số đầu vào ta xây dựng được mô hình 3D của chi tiết
Hình 2 Mô hình 3d của kim loại tấm trên solidworks 3.2Bước 2 :Chọn kiểu phân tích
-Để phân tích về ứng suất,chuyển vị,biến dạng dưới tác dụng của lực tĩnh ta chọn kiểu phân tích tĩnh (static)
3.3 Bước 3 Nhập các thông số đầu vào cho chi tiết
Kim loại tấm có nhiều kích cỡ khác nhau, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng và chế tạo vật liệu Ngoài ra, chúng cũng có thể được sản xuất từ nhiều loại vật liệu khác nhau.
Bảng 1:Thông số vật liệu AISI 304
Hình 3:Thiết lập điều kiện biên
3.5 Bước 5: Chọn độ lớn lực và mặt phẳng đặt lực
Khi làm việc với chi tiết kim loại tấm, cần đảm bảo rằng có 4 chỗ lắp mối nối Sau đó, lực sẽ được đặt hướng từ trên xuống vào thân giữa của kim loại tấm để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả trong quá trình gia công.
-Khi làm việc ,đối với kim loại tấm có thể chịu được 1 lực có PEN (tương đường m=4.5kg) như hình 4
Hình 4: Chọn mặt phẳng đặt lực và độ lớn lực tác dụng
-Chọn kiểu chia lưới tự động của solidworks (hình 5) và thông số chia lưới (bảng
-Tăng mức độ chính xác của phân tích với những chi tiết mà không làm chậm quá trình tính toán đi nhiều
-Khắc phục một số lỗi khi một số part yêu cầu kích cỡ phần tử lớn hơn phần tử trung bình cần thiết của lưới
Hình 5: Chia lưới mặc định của solidworkBảng 2: Thông số chia lưới mặc định của Solidworks
-Bài toán này cho ta phân tích ứng suất ,chuyển vị ,biến dạng
Hình 6: Kết quả phân tích ứng suất trên solidworks.
Dựa vào kết quả phân tích trên ,ta xác định đươc ứng suất cho phép
=2,068e+08.Ứng suất max=9.980e+ 06.Hệ số an toàn n 72 b)Chuyển vị
Hình 7: Kết quả phân tích chuyển vị
Kết quả phân tích cho thấy các điểm chuyển vị lớn nhất nằm trên mặt phẳng ở vùng giữa thân của kim loại tấm, với độ lớn tối đa đạt 9.221e-03.
Hình 8.Kết quả phân tích kết quả biến dạng
-Dựa vào kết quả phân tích xác định được các điểm có biến dạng lớn nhất là trên mặt phẳng xung quang các lỗ trục có độ lớn :2.063e-05
4)Tìm hiểu về ảnh hưởng của vật liệu,độ lớn lực ,hướng đặt lực ,chia lưới đến kết quả phân tích
4.1)Bài toán 1: Xét ảnh hưởng của vật liệu
Trong bài toán này, chúng ta sẽ giữ nguyên ba thông số: chia lưới, chi tiết và kiểu phân tích ở phần 3, nhưng sẽ thay đổi vật liệu chi tiết thành vật liệu thép hợp kim.
Property Alloy steel AISI 304 Units
Bảng 3: So sánh các thông số đầu vào của 2 loại vật liệu
>>>> Ta thu được các kết quả về ứng suất,chuyển vị và biến dạng của kim loại tấm
Hình 9 Kết quả phân tích ứng suất
-Dựa vào hình 9 ta thấy được ứng suất lớn nhất nằm tại vị trí lỗ là 1.993e+07
N/m2 ,và ứng suất cho phép 6.204e+08.Hệ số an toàn = 31.129
Hình 10.Kết quả phân tích chuyển vị
-Dựa vào hình 10,ta thấy được chuyển vị lớn nhất có độ lớn là 1.679e-02 tại vị trí giữa kim loại tấm
Hình 11.Kết quả phân tích biến dạng
-Dựa vào hình 11 ta thấy được nơi có biến dạng lớn nhất là trên mặt phẳng cố định bulon là 3.754e-05
Bảng 4:So sánh các thông số đầu ra sau khi thay đổi vật liệu
Thông số AISI 304 Alloysteel Ứng suất max 9.980e+ 06 1.993e+07
Biến dạng 2.063e-05 3.754e-05 Ứng suất Max cho phép 2.068e+08 6.204e+08
Khi thay đổi vật liệu từ thép AISI 304 sang Alloy steel, các thông số về ứng suất và ứng suất cho phép có xu hướng cải thiện đáng kể, đặc biệt là ứng suất cho phép tăng 33,33% Trong khi đó, hai thông số về biến dạng và chuyển vị không có sự chênh lệch đáng kể, tuy nhiên khi sử dụng vật liệu Alloy, các thông số của tấm có sự thay đổi tích cực.
Hình 12.Kết quả phân tích ứng suất
-Ứng suất có độ lớn lớn nhất là 1.331e+07 và ứng suất cho phép lớn nhất là
2.068e+08 và hệ số an toàn: n.54
Hình 13.Kết quả phân tích chuyển vị
-Dựa vào hình 12 ta xác định được vị trí có chuyển vị max là nằm giữa của kim loại tấm là 1.2269e-02 (mm)
Hình 14.Kết quả phân tích biến dạng
Dựa vào hình 13 ta xác định được vị trí có biến dạng lớn nhất là nằm tại vị trí lỗ của chi tiết có biến dạng max =2.750e-05
>>>>Kết luận khi ta thay đổi lực tác dụng từ 45N xuống còn 30N thì các thông số thể hiện ở bảng 5
Bảng 6 Sự thay đổi các thông số khi thay đổi Lực
Thông số FN F0 FEN F`N Fu Ứng suất 6.65e+06
Chuyển vị 6.15e-03 mm 1.23e-02 mm 1.84e-02 mm 2.46e-02 mm 3.07e-02 mm
Biến dạng 1.375e-05 2.750e-05 2.063e-05 5.501e-05 6.876e-05 Ứng suất max cho phép 2.068e+08
Từ bảng 6 về sự thay đổi các thông số khi thay đổi lực thì ta sẽ có một cách quan sát rõ hơn về sự thay đổi này
Hình 15 Biểu độ thể hiện mối quan hệ của độ lớn Lực F và Ứng suất của chi tiết(N/m2)
Hình 16 Biểu đồ thể hiện mối quan hệ của độ lớn Lực F và chuyển vị (mm) sang một hướng khác
-Thay vì đặt hướng lực vào trung tâm từ trên xuống thì ta sẽ đặt lực từ dưới lên
Hình 18:Hướng đặt lực a)Ứng suất
Hinh 19: Kết quả phân tích ứng suất
-Ứng suất lớn nhất tại các khóe ở 2 vành ngoài của 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.36
Hình 20 Kết quả phân tích chuyển vị
-Do ta đặt lực từ dưới lleen nên lực chuyển dịch lớn nhất tại vị trí trung tâm của chi tiết có độ lớn : 1.844e-02 mm c)Biến dạng
Hình 21 Kết quả phân tích biến dạng
Biến dạng lớn nhất vẫn ở ngay vị trí giữa 2 khóe của chi tiết có độ lớn= 4.126e-
-Dựa vào các kết quả phân tích sau khi thay đổi hướng đặt lực ,ta rút ra được bảng so sánh
Bảng 7 So sánh hướng đặt lực
Thông số Lực trên xuống Lực từ dưới lên Ứng suất 9.98e+06 N/m2 1.996e+07 N/m2
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 4 xét ảnh hưởng của lưới đến kết quả phân tích
4.4.1 Thay đổi lưới mặc đỉnh thành lưới tiêu chuẩn full fine
Hình 22: Chi tiết sau khi thay đổi lưới a)Ứng suất
Hình 23:Kết quả phân tích ứng suất sau khi đổi lưới
-Khi thay đổi dạng lưới,vật liệu đạt ứng suất max=2.238e+07,ứng suất cho phép là 2.068e+08 và hệ số an toàn n=9.24 b)Chuyển vị
Hình 24:Kết quả phân tích chuyển vị
-Sau khi thay đổi dạng lưới thì vị trí có chuyển vị lớn nhất vẫn nằm ở trung tâm của chi tiết,có độ lớn :1.850e-02 (mm) c)Biến dạng
Hình 25:Kết quả phân tích biến dạng
-Sau khi thay đổi dạng lưới,biến dạng lớn nhất ở vật nằm tại 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 khi thay đổi dạng lưới
Bảng 9:Thông số của lưới tiêu chuẩn full coarse
Hình 28:Chuyển vị của chi tiết sau khi thay đổi dạng lưới
-Sau khi thay đổi sang dạng lưới full coarse thì chi tiết có vị trí chuyển vị lớn nhất ở vùng lõm của chi tiết có độ lớn đạt :9.251e-03 mm
Hình 29: Biến dạng sau khi thay đổi dạng lưới
-Sau khi thay đổi dạng lưới thì biến dạng lớn nhất nằm tại vị trí khoen ,đạt độ lớn :1.979e-05
-Để chi tiết hơn ta rút ra bảng so sánh khi cùng là dạng lưới tiêu chuẩn
Bảng 10:So sánh các thông số khi thay đôi dạng lưới
Lưới mặc định Lưới tiêu chuẩn full fine Lưới tiêu chuẩn full coarse Ứng suất max
Chuyển vị (mm) 9.22e-03 mm 1.850e-02(mm) 9.251e-03 mm
Biến dạng 5.50e-05 5.881e-05 1.979e-05 Ứng suất cho phép(N.mm) 2.068e + 08
5) Tìm hiểu về tần số tự nhiên ảnh hưởng đến chi tiết
5.1)Giới thiệu bài toàn tần số :
-Nghiên cứu tần số: một vật thế (ở đây là chi tiết kim loại tấm) luôn có xu hướng
-Để tìm tần số tự nhiên của chi tiết ta cần 6 bước:
+B4: Thiết lập các điều kiện biên
-Đối với các bước như b1,b3,b4,b5 thì ta sẽ sử dụng lại các thông số ở phần đầu bài
-Sau đây ta sẽ tìm và phân tích tần số tự nhiên của chiết gồm 5 mode a)Mode shape 1
Hình 30:Mode shape 1 của chi tiết
Mode shape 1, hay tần số đầu tiên của chi tiết kim loại tấm, có tần số 186.81 Hz và tỷ lệ biến dạng đạt 2,63e-03 Ampe lớn nhất ghi nhận là 8,788e+00, cho thấy mức dao động không quá lớn.
Sau khi xác định tần số đầu tiên của chi tiết, bước tiếp theo là tìm hiểu mode 2 để đánh giá xem dao động có lớn hơn so với tần số ban đầu hay không.
Hình 31:Mode shape 2 của chi tiết
Theo hình 31 về mode shape 2, dao động tần số cao hơn so với tần số ban đầu, đạt 187,18Hz với tỉ lệ biến dạng 2,64e-03 và mức Ampe max là 8,775.
Hình 32:Mode shape 3 của chi tiết
-Thay vì ở mode 2>mode 1 các thông số chỉ nhỉnh hơn 1 tí ,nhưng qua tới mode
3 thì ta nhận xét các thông số về tần số :206,53Hz và tỉ lệ biến dạng đạt :8,08e-03 có phần tăng tiến thêm dẫn đến mức Ampe max đạt 2,703e+00
Ở mức mode 3, chúng ta nhận thấy sự tăng trưởng nhưng các biến dạng chỉ thay đổi không đáng kể Trong khi đó, khi chuyển sang mode 4, mức tần số sẽ rõ ràng hơn, cho phép chúng ta quan sát sự khác biệt một cách dễ dàng hơn.
Hình 33:Mode shape 4 của chi tiết
Ở mức mode 4, tần số đã tăng từ 206,53 Hz lên 338,17 Hz, cho thấy sự biến dạng của chi tiết rõ rệt hơn Điều này giúp quan sát vị trí có mức ampe tối đa đạt 5,119e+00 với tỷ lệ biến dạng là 4,5e-03.
Hình 34:Mode shape 5 của chi tiết
-Đối với mức mode 5 của chi tiết ,với mức tần số đạt 593,65Hz và tỉ lệ biến dạng
6,00e-03.Mức Ampe(Ampres )max đạt 4,809e+00
>>>>>Từ 5 mode đã trình bày ở trên,ta có được bảng để so sánh được mức thay đổi của tần số tự nhiên đến chi tiết
Bảng 11:So sánh các thông số ứng với các mode
Mode 1 Mode 2 Mode 3 Mode 4 Mode 5
Tần số 186.81 Hz 187,18Hz 206,53Hz 338,17Hz 593,65Hz
Bước 2:Chọn kiểu phân tích
-Để phân tích về ứng suất,chuyển vị,biến dạng dưới tác dụng của lực tĩnh ta chọn kiểu phân tích tĩnh (static)
3.3 Bước 3 Nhập các thông số đầu vào cho chi tiết
Kim loại tấm có nhiều kích cỡ khác nhau, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng và chế tạo vật liệu Ngoài ra, kim loại tấm cũng có thể được sản xuất từ nhiều loại vật liệu khác nhau để đáp ứng yêu cầu đa dạng trong các ứng dụng công nghiệp.
Bảng 1:Thông số vật liệu AISI 304
Hình 3:Thiết lập điều kiện biên
3.5 Bước 5: Chọn độ lớn lực và mặt phẳng đặt lực
Khi làm việc với chi tiết kim loại tấm, việc xác định 4 vị trí lắp mối nối là rất quan trọng Sau đó, lực cần được đặt hướng từ trên xuống vào thân giữa của kim loại tấm để đảm bảo tính chính xác và độ bền của mối nối.
-Khi làm việc ,đối với kim loại tấm có thể chịu được 1 lực có PEN (tương đường m=4.5kg) như hình 4
Hình 4: Chọn mặt phẳng đặt lực và độ lớn lực tác dụng
-Chọn kiểu chia lưới tự động của solidworks (hình 5) và thông số chia lưới (bảng
-Tăng mức độ chính xác của phân tích với những chi tiết mà không làm chậm quá trình tính toán đi nhiều
-Khắc phục một số lỗi khi một số part yêu cầu kích cỡ phần tử lớn hơn phần tử trung bình cần thiết của lưới
Hình 5: Chia lưới mặc định của solidworkBảng 2: Thông số chia lưới mặc định của Solidworks
-Bài toán này cho ta phân tích ứng suất ,chuyển vị ,biến dạng
Hình 6: Kết quả phân tích ứng suất trên solidworks.
Dựa vào kết quả phân tích trên ,ta xác định đươc ứng suất cho phép
=2,068e+08.Ứng suất max=9.980e+ 06.Hệ số an toàn n 72 b)Chuyển vị
Hình 7: Kết quả phân tích chuyển vị
Dựa vào kết quả phân tích, chúng ta xác định rằng các điểm chuyển vị lớn nhất xuất hiện trên mặt phẳng ở vùng giữa thân của kim loại tấm, với độ lớn tối đa đạt 9.221e-03.
Hình 8.Kết quả phân tích kết quả biến dạng
-Dựa vào kết quả phân tích xác định được các điểm có biến dạng lớn nhất là trên mặt phẳng xung quang các lỗ trục có độ lớn :2.063e-05
4)Tìm hiểu về ảnh hưởng của vật liệu,độ lớn lực ,hướng đặt lực ,chia lưới đến kết quả phân tích
4.1)Bài toán 1: Xét ảnh hưởng của vật liệu
Trong bài toán này, chúng ta sẽ giữ nguyên ba thông số: chia lưới, giữ nguyên chi tiết và kiểu phân tích đã nêu ở phần 3, nhưng sẽ thay đổi vật liệu chi tiết thành vật liệu thép hợp kim.
Property Alloy steel AISI 304 Units
Bảng 3: So sánh các thông số đầu vào của 2 loại vật liệu
>>>> Ta thu được các kết quả về ứng suất,chuyển vị và biến dạng của kim loại tấm
Hình 9 Kết quả phân tích ứng suất
-Dựa vào hình 9 ta thấy được ứng suất lớn nhất nằm tại vị trí lỗ là 1.993e+07
N/m2 ,và ứng suất cho phép 6.204e+08.Hệ số an toàn = 31.129
Hình 10.Kết quả phân tích chuyển vị
-Dựa vào hình 10,ta thấy được chuyển vị lớn nhất có độ lớn là 1.679e-02 tại vị trí giữa kim loại tấm
Hình 11.Kết quả phân tích biến dạng
-Dựa vào hình 11 ta thấy được nơi có biến dạng lớn nhất là trên mặt phẳng cố định bulon là 3.754e-05
Bảng 4:So sánh các thông số đầu ra sau khi thay đổi vật liệu
Thông số AISI 304 Alloysteel Ứng suất max 9.980e+ 06 1.993e+07
Biến dạng 2.063e-05 3.754e-05 Ứng suất Max cho phép 2.068e+08 6.204e+08
Khi chuyển đổi từ thép AIS1 304 sang thép hợp kim, các thông số về ứng suất và ứng suất cho phép có sự cải thiện rõ rệt, đặc biệt là ứng suất cho phép tăng 33.33% Mặc dù hai thông số về biến dạng và chuyển vị không có nhiều chênh lệch, nhưng việc sử dụng vật liệu hợp kim mang lại những lợi ích đáng kể cho các thông số của tấm.
Hình 12.Kết quả phân tích ứng suất
-Ứng suất có độ lớn lớn nhất là 1.331e+07 và ứng suất cho phép lớn nhất là
2.068e+08 và hệ số an toàn: n.54
Hình 13.Kết quả phân tích chuyển vị
-Dựa vào hình 12 ta xác định được vị trí có chuyển vị max là nằm giữa của kim loại tấm là 1.2269e-02 (mm)
Hình 14.Kết quả phân tích biến dạng
Dựa vào hình 13 ta xác định được vị trí có biến dạng lớn nhất là nằm tại vị trí lỗ của chi tiết có biến dạng max =2.750e-05
>>>>Kết luận khi ta thay đổi lực tác dụng từ 45N xuống còn 30N thì các thông số thể hiện ở bảng 5
Bảng 6 Sự thay đổi các thông số khi thay đổi Lực
Thông số FN F0 FEN F`N Fu Ứng suất 6.65e+06
Chuyển vị 6.15e-03 mm 1.23e-02 mm 1.84e-02 mm 2.46e-02 mm 3.07e-02 mm
Biến dạng 1.375e-05 2.750e-05 2.063e-05 5.501e-05 6.876e-05 Ứng suất max cho phép 2.068e+08
Từ bảng 6 về sự thay đổi các thông số khi thay đổi lực thì ta sẽ có một cách quan sát rõ hơn về sự thay đổi này
Hình 15 Biểu độ thể hiện mối quan hệ của độ lớn Lực F và Ứng suất của chi tiết(N/m2)
Hình 16 Biểu đồ thể hiện mối quan hệ của độ lớn Lực F và chuyển vị (mm) sang một hướng khác
-Thay vì đặt hướng lực vào trung tâm từ trên xuống thì ta sẽ đặt lực từ dưới lên
Hình 18:Hướng đặt lực a)Ứng suất
Hinh 19: Kết quả phân tích ứng suất
-Ứng suất lớn nhất tại các khóe ở 2 vành ngoài của 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.36
Hình 20 Kết quả phân tích chuyển vị
-Do ta đặt lực từ dưới lleen nên lực chuyển dịch lớn nhất tại vị trí trung tâm của chi tiết có độ lớn : 1.844e-02 mm c)Biến dạng
Hình 21 Kết quả phân tích biến dạng
Biến dạng lớn nhất vẫn ở ngay vị trí giữa 2 khóe của chi tiết có độ lớn= 4.126e-
-Dựa vào các kết quả phân tích sau khi thay đổi hướng đặt lực ,ta rút ra được bảng so sánh
Bảng 7 So sánh hướng đặt lực
Thông số Lực trên xuống Lực từ dưới lên Ứng suất 9.98e+06 N/m2 1.996e+07 N/m2
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 4 xét ảnh hưởng của lưới đến kết quả phân tích
4.4.1 Thay đổi lưới mặc đỉnh thành lưới tiêu chuẩn full fine
Hình 22: Chi tiết sau khi thay đổi lưới a)Ứng suất
Hình 23:Kết quả phân tích ứng suất sau khi đổi lưới
-Khi thay đổi dạng lưới,vật liệu đạt ứng suất max=2.238e+07,ứng suất cho phép là 2.068e+08 và hệ số an toàn n=9.24 b)Chuyển vị
Hình 24:Kết quả phân tích chuyển vị
-Sau khi thay đổi dạng lưới thì vị trí có chuyển vị lớn nhất vẫn nằm ở trung tâm của chi tiết,có độ lớn :1.850e-02 (mm) c)Biến dạng
Hình 25:Kết quả phân tích biến dạng
-Sau khi thay đổi dạng lưới,biến dạng lớn nhất ở vật nằm tại 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 khi thay đổi dạng lưới
Bảng 9:Thông số của lưới tiêu chuẩn full coarse
Hình 28:Chuyển vị của chi tiết sau khi thay đổi dạng lưới
-Sau khi thay đổi sang dạng lưới full coarse thì chi tiết có vị trí chuyển vị lớn nhất ở vùng lõm của chi tiết có độ lớn đạt :9.251e-03 mm
Hình 29: Biến dạng sau khi thay đổi dạng lưới
-Sau khi thay đổi dạng lưới thì biến dạng lớn nhất nằm tại vị trí khoen ,đạt độ lớn :1.979e-05
-Để chi tiết hơn ta rút ra bảng so sánh khi cùng là dạng lưới tiêu chuẩn
Bảng 10:So sánh các thông số khi thay đôi dạng lưới
Lưới mặc định Lưới tiêu chuẩn full fine Lưới tiêu chuẩn full coarse Ứng suất max
Chuyển vị (mm) 9.22e-03 mm 1.850e-02(mm) 9.251e-03 mm
Biến dạng 5.50e-05 5.881e-05 1.979e-05 Ứng suất cho phép(N.mm) 2.068e + 08
5) Tìm hiểu về tần số tự nhiên ảnh hưởng đến chi tiết
5.1)Giới thiệu bài toàn tần số :
-Nghiên cứu tần số: một vật thế (ở đây là chi tiết kim loại tấm) luôn có xu hướng
-Để tìm tần số tự nhiên của chi tiết ta cần 6 bước:
+B4: Thiết lập các điều kiện biên
-Đối với các bước như b1,b3,b4,b5 thì ta sẽ sử dụng lại các thông số ở phần đầu bài
-Sau đây ta sẽ tìm và phân tích tần số tự nhiên của chiết gồm 5 mode a)Mode shape 1
Hình 30:Mode shape 1 của chi tiết
Mode shape 1, hay tần số đầu tiên của chi tiết kim loại tấm, có tần số 186.81 Hz và tỷ lệ biến dạng đạt 2,63e-03 Ampe lớn nhất ghi nhận là 8,788e+00, cho thấy mức dao động không quá lớn.
Sau khi xác định tần số đầu tiên của chi tiết, bước tiếp theo là tìm kiếm mode 2 để kiểm tra xem dao động có lớn hơn so với tần số ban đầu hay không.
Hình 31:Mode shape 2 của chi tiết
Theo hình 31 về mode shape 2, dao động tần số tăng nhẹ so với tần số ban đầu, với giá trị tần số đạt 187,18Hz và tỷ lệ biến dạng là 2,64e-03 Mức Ampe tối đa ghi nhận là 8,775e+00.
Hình 32:Mode shape 3 của chi tiết
-Thay vì ở mode 2>mode 1 các thông số chỉ nhỉnh hơn 1 tí ,nhưng qua tới mode
3 thì ta nhận xét các thông số về tần số :206,53Hz và tỉ lệ biến dạng đạt :8,08e-03 có phần tăng tiến thêm dẫn đến mức Ampe max đạt 2,703e+00
Ở mức mode 3, chúng ta nhận thấy sự gia tăng nhưng biến dạng chỉ thay đổi không đáng kể Tuy nhiên, khi chuyển sang mode 4, mức tần số sẽ trở nên rõ ràng hơn.
Hình 33:Mode shape 4 của chi tiết
Ở mức mode 4, tần số đã tăng từ 206,53 Hz lên 338,17 Hz, dẫn đến sự biến dạng rõ rệt của chi tiết Điều này cho phép quan sát vị trí có mức ampe tối đa đạt 5,119e+00 với tỷ lệ biến dạng là 4,5e-03.
Hình 34:Mode shape 5 của chi tiết
-Đối với mức mode 5 của chi tiết ,với mức tần số đạt 593,65Hz và tỉ lệ biến dạng
6,00e-03.Mức Ampe(Ampres )max đạt 4,809e+00
>>>>>Từ 5 mode đã trình bày ở trên,ta có được bảng để so sánh được mức thay đổi của tần số tự nhiên đến chi tiết
Bảng 11:So sánh các thông số ứng với các mode
Mode 1 Mode 2 Mode 3 Mode 4 Mode 5
Tần số 186.81 Hz 187,18Hz 206,53Hz 338,17Hz 593,65Hz
Bước 5: Chọn độ lớn lực và mặt phẳng đặt lực
Khi làm việc với chi tiết kim loại tấm, cần đặt lực hướng từ trên xuống vào thân giữa của kim loại tấm sau khi đã xác định 4 chỗ lắp mối nối.
-Khi làm việc ,đối với kim loại tấm có thể chịu được 1 lực có PEN (tương đường m=4.5kg) như hình 4
Hình 4: Chọn mặt phẳng đặt lực và độ lớn lực tác dụng
Bước 6: Chia lưới
-Chọn kiểu chia lưới tự động của solidworks (hình 5) và thông số chia lưới (bảng
-Tăng mức độ chính xác của phân tích với những chi tiết mà không làm chậm quá trình tính toán đi nhiều
-Khắc phục một số lỗi khi một số part yêu cầu kích cỡ phần tử lớn hơn phần tử trung bình cần thiết của lưới
Hình 5: Chia lưới mặc định của solidworkBảng 2: Thông số chia lưới mặc định của Solidworks
Bước 7: Phân tích kết quả
-Bài toán này cho ta phân tích ứng suất ,chuyển vị ,biến dạng
Hình 6: Kết quả phân tích ứng suất trên solidworks.
Dựa vào kết quả phân tích trên ,ta xác định đươc ứng suất cho phép
=2,068e+08.Ứng suất max=9.980e+ 06.Hệ số an toàn n 72 b)Chuyển vị
Hình 7: Kết quả phân tích chuyển vị
Dựa vào kết quả phân tích, chúng ta xác định rằng các điểm chuyển vị lớn nhất nằm trên mặt phẳng ở vùng giữa thân của kim loại tấm, với độ lớn tối đa đạt 9.221e-03.
Hình 8.Kết quả phân tích kết quả biến dạng
-Dựa vào kết quả phân tích xác định được các điểm có biến dạng lớn nhất là trên mặt phẳng xung quang các lỗ trục có độ lớn :2.063e-05
Tìm hiểu về ảnh hưởng của vật liệu ,độ lớn lực,hướng đặt lực,chia lưới đến kết quả
Bài toán 1: Xét ảnh hưởng của vật liệu
Trong bài toán này, chúng ta sẽ giữ nguyên ba thông số: chia lưới, chi tiết và kiểu phân tích như đã đề cập ở phần 3, nhưng sẽ thay đổi vật liệu chi tiết thành vật liệu thép hợp kim.
Property Alloy steel AISI 304 Units
Bảng 3: So sánh các thông số đầu vào của 2 loại vật liệu
>>>> Ta thu được các kết quả về ứng suất,chuyển vị và biến dạng của kim loại tấm
Hình 9 Kết quả phân tích ứng suất
-Dựa vào hình 9 ta thấy được ứng suất lớn nhất nằm tại vị trí lỗ là 1.993e+07
N/m2 ,và ứng suất cho phép 6.204e+08.Hệ số an toàn = 31.129
Hình 10.Kết quả phân tích chuyển vị
-Dựa vào hình 10,ta thấy được chuyển vị lớn nhất có độ lớn là 1.679e-02 tại vị trí giữa kim loại tấm
Hình 11.Kết quả phân tích biến dạng
-Dựa vào hình 11 ta thấy được nơi có biến dạng lớn nhất là trên mặt phẳng cố định bulon là 3.754e-05
Bảng 4:So sánh các thông số đầu ra sau khi thay đổi vật liệu
Thông số AISI 304 Alloysteel Ứng suất max 9.980e+ 06 1.993e+07
Biến dạng 2.063e-05 3.754e-05 Ứng suất Max cho phép 2.068e+08 6.204e+08
Khi thay đổi từ thép AIS1 304 sang thép hợp kim (Alloy steel), thông số ứng suất và ứng suất cho phép có sự cải thiện tích cực, với ứng suất cho phép tăng lên 33.33% Mặc dù hai thông số về biến dạng và chuyển vị không có sự chênh lệch lớn, việc chuyển sang vật liệu hợp kim vẫn mang lại những ưu điểm rõ rệt cho các thông số của tấm.
Hình 12.Kết quả phân tích ứng suất
-Ứng suất có độ lớn lớn nhất là 1.331e+07 và ứng suất cho phép lớn nhất là
2.068e+08 và hệ số an toàn: n.54
Hình 13.Kết quả phân tích chuyển vị
-Dựa vào hình 12 ta xác định được vị trí có chuyển vị max là nằm giữa của kim loại tấm là 1.2269e-02 (mm)
Hình 14.Kết quả phân tích biến dạng
Dựa vào hình 13 ta xác định được vị trí có biến dạng lớn nhất là nằm tại vị trí lỗ của chi tiết có biến dạng max =2.750e-05
>>>>Kết luận khi ta thay đổi lực tác dụng từ 45N xuống còn 30N thì các thông số thể hiện ở bảng 5
Bảng 6 Sự thay đổi các thông số khi thay đổi Lực
Thông số FN F0 FEN F`N Fu Ứng suất 6.65e+06
Chuyển vị 6.15e-03 mm 1.23e-02 mm 1.84e-02 mm 2.46e-02 mm 3.07e-02 mm
Biến dạng 1.375e-05 2.750e-05 2.063e-05 5.501e-05 6.876e-05 Ứng suất max cho phép 2.068e+08
Từ bảng 6 về sự thay đổi các thông số khi thay đổi lực thì ta sẽ có một cách quan sát rõ hơn về sự thay đổi này
Hình 15 Biểu độ thể hiện mối quan hệ của độ lớn Lực F và Ứng suất của chi tiết(N/m2)
Hình 16 Biểu đồ thể hiện mối quan hệ của độ lớn Lực F và chuyển vị (mm) sang một hướng khác
-Thay vì đặt hướng lực vào trung tâm từ trên xuống thì ta sẽ đặt lực từ dưới lên
Hình 18:Hướng đặt lực a)Ứng suất
Hinh 19: Kết quả phân tích ứng suất
-Ứng suất lớn nhất tại các khóe ở 2 vành ngoài của 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.36
Hình 20 Kết quả phân tích chuyển vị
-Do ta đặt lực từ dưới lleen nên lực chuyển dịch lớn nhất tại vị trí trung tâm của chi tiết có độ lớn : 1.844e-02 mm c)Biến dạng
Hình 21 Kết quả phân tích biến dạng
Biến dạng lớn nhất vẫn ở ngay vị trí giữa 2 khóe của chi tiết có độ lớn= 4.126e-
-Dựa vào các kết quả phân tích sau khi thay đổi hướng đặt lực ,ta rút ra được bảng so sánh
Bảng 7 So sánh hướng đặt lực
Thông số Lực trên xuống Lực từ dưới lên Ứng suất 9.98e+06 N/m2 1.996e+07 N/m2
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 4 xét ảnh hưởng của lưới đến kết quả phân tích
4.4.1 Thay đổi lưới mặc đỉnh thành lưới tiêu chuẩn full fine
Hình 22: Chi tiết sau khi thay đổi lưới a)Ứng suất
Hình 23:Kết quả phân tích ứng suất sau khi đổi lưới
-Khi thay đổi dạng lưới,vật liệu đạt ứng suất max=2.238e+07,ứng suất cho phép là 2.068e+08 và hệ số an toàn n=9.24 b)Chuyển vị
Hình 24:Kết quả phân tích chuyển vị
-Sau khi thay đổi dạng lưới thì vị trí có chuyển vị lớn nhất vẫn nằm ở trung tâm của chi tiết,có độ lớn :1.850e-02 (mm) c)Biến dạng
Hình 25:Kết quả phân tích biến dạng
-Sau khi thay đổi dạng lưới,biến dạng lớn nhất ở vật nằm tại 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 khi thay đổi dạng lưới
Bảng 9:Thông số của lưới tiêu chuẩn full coarse
Hình 28:Chuyển vị của chi tiết sau khi thay đổi dạng lưới
-Sau khi thay đổi sang dạng lưới full coarse thì chi tiết có vị trí chuyển vị lớn nhất ở vùng lõm của chi tiết có độ lớn đạt :9.251e-03 mm
Hình 29: Biến dạng sau khi thay đổi dạng lưới
-Sau khi thay đổi dạng lưới thì biến dạng lớn nhất nằm tại vị trí khoen ,đạt độ lớn :1.979e-05
-Để chi tiết hơn ta rút ra bảng so sánh khi cùng là dạng lưới tiêu chuẩn
Bảng 10:So sánh các thông số khi thay đôi dạng lưới
Lưới mặc định Lưới tiêu chuẩn full fine Lưới tiêu chuẩn full coarse Ứng suất max
Chuyển vị (mm) 9.22e-03 mm 1.850e-02(mm) 9.251e-03 mm
Biến dạng 5.50e-05 5.881e-05 1.979e-05 Ứng suất cho phép(N.mm) 2.068e + 08
5) Tìm hiểu về tần số tự nhiên ảnh hưởng đến chi tiết
5.1)Giới thiệu bài toàn tần số :
-Nghiên cứu tần số: một vật thế (ở đây là chi tiết kim loại tấm) luôn có xu hướng
-Để tìm tần số tự nhiên của chi tiết ta cần 6 bước:
+B4: Thiết lập các điều kiện biên
-Đối với các bước như b1,b3,b4,b5 thì ta sẽ sử dụng lại các thông số ở phần đầu bài
-Sau đây ta sẽ tìm và phân tích tần số tự nhiên của chiết gồm 5 mode a)Mode shape 1
Hình 30:Mode shape 1 của chi tiết
Mode shape 1, hay còn gọi là tần số đầu tiên của chi tiết kim loại tấm, có tần số 186.81 Hz và tỉ lệ biến dạng đạt 2,63e-03 Ampe lớn nhất ghi nhận được là 8,788e+00, cho thấy mức dao động không quá lớn.
Sau khi xác định được tần số đầu tiên của chi tiết, chúng ta sẽ tiếp tục tìm kiếm mode 2 để đánh giá xem dao động có lớn hơn so với tần số ban đầu hay không.
Hình 31:Mode shape 2 của chi tiết
Theo hình 31 về mode shape 2, dao động tần số có phần cao hơn so với tần số ban đầu, đạt 187,18Hz, với tỷ lệ biến dạng là 2,64e-03 và mức Ampe tối đa là 8,775e+00.
Hình 32:Mode shape 3 của chi tiết
-Thay vì ở mode 2>mode 1 các thông số chỉ nhỉnh hơn 1 tí ,nhưng qua tới mode
3 thì ta nhận xét các thông số về tần số :206,53Hz và tỉ lệ biến dạng đạt :8,08e-03 có phần tăng tiến thêm dẫn đến mức Ampe max đạt 2,703e+00
Ở mức mode 3, chúng ta nhận thấy sự gia tăng nhưng các biến dạng chỉ thay đổi không đáng kể Trong khi đó, ở mode 4, tần số được thể hiện rõ ràng hơn.
Hình 33:Mode shape 4 của chi tiết
Ở mức mode 4, tần số đã tăng từ 206,53 Hz lên 338,17 Hz, dẫn đến sự biến dạng của chi tiết trở nên rõ ràng hơn Qua đó, chúng ta có thể quan sát vị trí có mức ampe tối đa đạt 5,119e+00 với tỷ lệ biến dạng là 4,5e-03.
Hình 34:Mode shape 5 của chi tiết
-Đối với mức mode 5 của chi tiết ,với mức tần số đạt 593,65Hz và tỉ lệ biến dạng
6,00e-03.Mức Ampe(Ampres )max đạt 4,809e+00
>>>>>Từ 5 mode đã trình bày ở trên,ta có được bảng để so sánh được mức thay đổi của tần số tự nhiên đến chi tiết
Bảng 11:So sánh các thông số ứng với các mode
Mode 1 Mode 2 Mode 3 Mode 4 Mode 5
Tần số 186.81 Hz 187,18Hz 206,53Hz 338,17Hz 593,65Hz
Bài toán 4: Xét ảnh hưởng của dạng lưới
-Về độ bền khi ta thay đổi vật liệu từ AISI 304 sang Alloy steel thì ứng suất cho phép tăng 33,33% so với vật liệu ban đầu
Khi thay đổi lực từ 45N xuống 15N, 30N, 60N và 75N, hầu hết các thông số đều tăng dần Điều này cho phép chúng ta xác định các chi tiết dễ bị phá hủy hơn khi áp dụng lực lớn.
Khi thay đổi hướng đặt lực, chúng ta nhận thấy rằng khi lực được đặt từ dưới lên, các chi tiết trở nên không chắc chắn và dễ bị biến dạng dưới tác động của lực.
+Về ứng suất max khi đặt từ dưới lên gấp 2 lần so với từ trên xuống từ đó dẫn đến hệ số an toàn cũng giảm bớt đi 1 nửa
-Khi thay đổi dạng lưới của chi tiết(ở đây chỉ sử dụng loại lưới tiêu chuẩn nhưng ta chỉnh ở 3 mức (mặc định-full fine-full coarse):
Ở mức lưới full fine, chi tiết đạt được ứng suất tối đa cao nhất, tuy nhiên hệ số an toàn lại rất thấp, chỉ đạt 9.24, điều này khiến cho chi tiết dễ bị hỏng hóc.
Với mức lưới tiêu chuẩn mặc định, các thông số liên quan đến hệ số an toàn được thiết lập để bảo vệ chi tiết khỏi việc hư hỏng do tác động của ứng suất.
Khi thay đổi tần số tự nhiên, các thông số như tần số và tỷ lệ biến dạng đều tăng, đặc biệt rõ ràng ở mode 4 và mode 5 do mức tần số của chi tiết tăng lên Điều này giúp xác định những vị trí dễ bị biến dạng hoặc phá hủy nhất của chi tiết, trong đó mode 4 cho thấy chi tiết dễ bị biến dạng nhất.
-Để cho vật liệu có khả năng chịu lực tốt hơn và có khả năng vận hành tốt thì ta cần:
+Tăng kích thước của vật lên
+Thay đổi thông số vật liệu để có chất lượng tốt nhất
+Gán thêm vùng chi tiết các vật đỡ để tình trạng phá hỏng khó xảy ra hơnn
