Giáo trình ứng dụng hypermesh chia lưới mô hình 3d trong mô phỏng (CAE)

TS PHẠM SƠN MINH - KS NGUYỄN QUỐC HUY GIÁO TRÌNH ỨNG DỤNG HYPERMESH CHIA LƯỚI MƠ HÌNH 3D TRONG MÔ PHỎNG (CAE) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO  TS PHẠM SƠN MINH KS NGUYỄN QUỐC HUY GIÁO TRÌNH NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2014 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, xuất phần mềm CAE đem lại bước tiến quan trọng cho khâu thiết kế Hơn nữa, phát triển phần mềm CAE ngày nâng cao nhằm đưa kết phân tích đạt độ xác cao Trong q trình mơ phỏng, bước chia lưới mơ hình 3D mang tính định ảnh hưởng đến kết phân tích sau Việc chia lưới mơ hình 3D xác giúp giảm thời gian mô kết nhận có độ tin cậy cao HyperMeshlà phần mềm chun dụng giúp chia lưới cho q trình mơ Phần mềm HyperMesh nằm 17 module Hyperworks phần mềm chuyên tính tốn, phân tích: tính, nhiệt học tần số dao động Với mục đích giúp người đọc làm quen có khả chia lưới mơ hình 3D để mơ phân tích, nhóm tác giả biên soạn sách với giúp đỡ tận tình ThS Trần Minh Thế Uyên đồng nghiệp – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, dùng làm tài liệu học tập cho môn học ỨNG DỤNG CAE TRONG THIẾT KẾ, dùng cho sinh viên đại học ngành Cơ khí chế tạo máy, Cơng nghệ kỹ thuật khí học viên cao học thuộc nhóm ngành Kỹ thuật khí Trong q trình biên soạn, khơng thể tránh khỏi thiếu sót Nhóm tác giả mong nhận góp ý người đọc để lần biên soạn sau sách hoàn thiện Mọi ý kiến đóng góp xin vui lịng gởi địa email: minhps@hcmute.edu.vn uyentmt@hcmute.edu.vn Nhóm tác giả: TS Phạm Sơn Minh KS Nguyễn Quốc Huy MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Đặc điểm phần mềm 1.2 Lý thuyết Phương pháp phần tử hữu hạn (PPPTHH) Chƣơng 2: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM 11 2.1 Thao tác phần mềm 11 2.2 Mở lưu trữ tập tin 14 2.3 Các panels lệnh HyperMesh 20 2.4 Các chế độ hiển thị điều khiển 39 2.5 Sắp xếp liệu HyperMesh 42 Chƣơng 3: HIỆU CHỈNH MƠ HÌNH 57 3.1 Mở file CAD 57 3.2 Cấu trúc đối tượng hình học mơ hình 58 3.3 Các lỗi thường gặp nhập file CAD (Hình 3.6) 61 3.4 Tạo mặt trung bình cho mơ hình dạng 75 3.5 Làm đơn giản mô hình 79 3.6 Topology Refinement (Tinh chỉnh cấu trúc liên kết để đạt chất lượng lưới tốt nhất) 83 Chƣơng 4: TẠO LƢỚI CHO MƠ HÌNH DẠNG TẤM (SHELL MESHING) 95 4.1.Tạo lưới phương pháp tự động 95 4.2 Kiểm tra chỉnh sửa lưới 112 Chƣơng 5: SOLID VÀ HEXAS 131 5.1 Tạo hiệu chỉnh hình học khối đặc (solid) 131 5.2 Tạo lưới cho mơ hình khối 132 5.3 Tạo lưới phần tử sáu mặt (hex-meshing) 150 Chƣơng 6: TẠO PHẦN TỬ LƢỚI TỨ DIỆN 157 6.1 Phần tử lưới tứ diện – Tetra Meshing 157 Chƣơng 7: THIẾT LẬP CHO BƢỚC PHÂN TÍCH 171 7.1 Thiết lập điều kiện biên 171 7.2 Đặt tải trọng mơ hình 173 7.3 Xây dựng mơ hình mẫu cho q trình tính tốn phân tích 179 Chƣơng 8: CÁC LIÊN KẾT 205 8.1 Định nghĩa 205 8.2 Tạo liên kết kiểu dán dính 223 8.3 Tạo liên kết kiểu bu-lông 227 TÀI LIỆU THAM KHẢO 231 Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA PHẦN MỀM Nastran hay Abaqus có khả tính tốn lớn, chúng có nhược điểm khả xây dựng mơ hình hình học phân chia mạng lưới phần tử tương đối kém, loại mơ hình phần tử hữu hạn (PTHH) phức tạp Để giúp cho Nastran hay Abaqus phần mềm phân tích PTHH khác vấn đề phân chia mạng lưới phần tử, HyperMesh giải pháp mang lại hiệu cao, khả phân chia sửa chữa mạng lưới phần tử lớn Trong HyperMesh tích hợp sẵn khả trao đổi với phần mềm phân tích PTHH phổ biến giới (như hình1.1) Sau phân chia mạng lưới phần tử HyperMesh chuyển sang phần mềm phân tích PTHH hình1.1để tính tốn Hình 1.1: Khả trao đổi HyperMesh với phần mềm khác 1.2 LÝ THUYẾT VỀPHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (PPPTHH) Phương pháp phần tử hữu hạn(PPPTHH) phương pháp số đặc biệt có hiệu để tìm dạng gần hàm chưa biết miền xác định V PPPTHH khơng tìm dạng xấp xỉ hàm tồn miền xác định V mà miền Ve (phần tử) thuộc miền xác định hàm Trong PPPTHH miền V chia thành số hữu hạn miền con, gọi phần tử Các miền liên kết với điểm định trước biên phần tử gọi nút Các hàm xấp xỉ biểu diễn qua giá trị hàm (hoặc giá trị đạo hàm) điểm nút phần tử Các giá trị gọi bậc tự phần tử xem ẩn số cần tìm tốn Phương pháp phần tử hữu hạn (PPPTHH) phương pháp tổng quát hữu hiệu cho lời giải số nhiều lớp toán kỹ thuật khác nhau, từ việc phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng kết cấu khí, chi tiết tơ, máy bay, tàu thuỷ, khung nhà cao tầng, dầm cầu, v.v, đến toán lý thuyết trường như: lý thuyết truyền nhiệt, học chất lỏng, thuỷ đàn hồi, khí đàn hồi, điện-từ trường, v.v Với trợ giúp ngành Công nghệ thông tin hệ thống CAD, nhiều kết cấu phức tạp tính tốn thiết kế chi tiết cách dễ dàng Quy tắc chia miền thành phần tử Việc chia miền V thành phần tử Ve phải thoả mãn hai quy tắc sau: -Hai phần tử khác có điểm chung nằm biên chúng Điều loại trừ khả giao hai phần tử Biên giới phần tử điểm, đường hay mặt (Hình1.2) -Tập hợp tất phần tử Ve phải tạo thành miền gần với miền V cho trước tốt Tránh không tạo lỗ hổng phần tử Hình 1.2:Các dạng biên chung phần tử Các dạng phần tử hữu hạn Có nhiều dạng phần tử hữu hạn: phần tử chiều, hai chiều ba chiều Trong dạng đó, đại lượng khảo sát biến thiên bậc (gọi phần tử bậc nhất), bậc hai bậc ba, v.v Mộtsố dạng phần tử hữu hạn hay gặp:  Phần tử mộtchiều Phần tử bậc Phần tử bậc hai Phần tử bậc ba Phần tử bậc hai Phần tử bậc ba Phần tử bậc hai Phần tử bậc ba Phần tử bậc hai Phần tử bậc ba  Phần tử hai chiều Phần tử bậc  Phần tử ba chiều  Phần tử tứ diện Phần tử bậc  Phần tử lăng trụ Phần tử bậc Hình 8.23: Cập nhật comps 15 Lặp lại bước đến bước 14, chọn Right_rail_2 cho cột Search Left_Rail_2 cho cột Repalce(hình 8.23) 16 Click nút X để đóng cửa sổ Update Bƣớc 17: Hoàn thành việc tạo connector thành phần tử mối hàn Từ trang menu chính, chọn trang 3D > Connector>spot: realizeb sub-panel Chọn connectors >> by collector > CE_Locations_Dup > select Thiết lập thơng số hình 8.24 Type = weld Tolenrance= Xác định mesh depentdent thiết lập Hình 8.24: Tạo tiếp kết nối Click realize Bƣớc 18: Xác định tất connector đƣợc thực (realized) Trong connector windown Connector Browser, chọn RBAR Cuộn chuột để xem tất connector Chú ý state thị connector thực (realized) 219 Click Visualization Options ( ) từ Visualization toolbar Click vào icon Connectors, by: chọn Layer , bên Color Chú ý bên Layer 2t (2 thickness) màu tía Click close Bƣớc 19: Cơ lập kết nối 2t đƣợc thực bƣớc trƣớc Từ Model Browser, tắt hiển thị tất geometry component Trở lại Connector Browser Giữ phím Ctrl chọn Front_Truss_1, Front_Truss_2, Right_Rail_1, Left_Rail_1 Click chuột phải chọn Find Between.(Hình 8.25) Hình 8.25: Click Find Between Quan sát status Bƣớc 20: Unrealize kết nối hiển thị Trên menu chọn Connectors > Unrealize để truy cập vào Unrealize panel Chọn connectors >> displayed Chú ý status thị "12connectors added by 'displayed'.Total selected 12." Click unrealized để bỏ thực kết nối Các phần tử weld liên kết với connector bị xóa Click return 220 Bƣớc 21: Thực kết nối 3t component Con_Frt_Truss Thiết lập component Con_Frt_Truss Trang 3D, chọn connectors > spot > realize Chọn connector >> displayed Element config:thiết lập weld Tolerance = 10 Xác định mesh dependent chọn Click realize Click Connector Browser Cuộn xuống cửa sổ connector để quan sát có ba link cho sáu kết nối vừa cập nhật Click return 10 Click Visualization Options ( ) từ Visualization toolbar 11 Trên trang Connector, Color by: chọn state Bƣớc 22: Chỉ hiển thị assem_5 Trong Model Browser, click chuột phải assem_5 chọn Isolate Hình 8.26: Hiển thị assem_5 Bƣớc 23: Tạo kết nối từ mối hàn ACM có sẵn Trên menu chọn Connectors > Fe Absorbđể truy cập vào hộp thoại Automated Connector Creation and FE Absorption (hình 8.27) 221 Hình 8.27: Hộp thoại Automated Connector Creation and FE Absorption Thiết lập FE Configs:custom Thiết lập FE Type:optistruct 69-71acm Chuyển Elem filter: từ All thành Select Click Elem filter: Elements hai lần MộtHyperMesh panel với lựa chọn cho elems xuất Click chuột phải elems >> component, Con_Rear_Truss by collector Click proceed Tích chọn Move connectors to FE component Click Absorb 10 Click close 222 chọn 8.2 TẠO LIÊN KẾT KIỂU DÁN DÍNH Bài tập 2: Tạo liên kết theo vùng (kiểu dán dính) area create Cùng tạo thực kết nối (theo vùng) q trình Tạo khơng thực hiện, kết nối theo vùng realize Tạo đại diện FE kết nối (theo vùng) tạo trước Bƣớc 1: Quan sát mơ hình Mở file frame_assembly1.hm Chọn Preferences menu >> user profiles Chọn Radioss >> bulk data Chọn OK Bƣớc 2: Tạo liên kết dán dính hai chi tiết Left_Rail_1và Left_Rail_2 mặt bích (Top flange) Trong Model Browser hiển thị phần tử (element) cho hai chi tiết Left_Rail_1và Left_Rail_2 hình đồ họa Tạo 1component cách chuột phải vào Model Browser chọn create > component đặt tên Left_Rail_Adhesive, component làm việc Chọn area panel cách:  Click phải chuột vào vùng connector window chọn Create > area  Từ menu chính, chọn trang 1D > connectors > area  Chọn biểu tượng bên connector browser Hàng location, chọn elems Chọn mộtphần tử chi tiết Left_Rail_1 Chọn elems >> by face (tất phần tử nằm mộtmặt chọn) hình 8.28 223 Chọn phần tử, chọn by face để chọn hết phần tử mặt Hình 8.28: Chọn tất phần tử mặt Hàng connect what, chuột phải comps, sau chọn Left_Rail_1và Left_Rail_2, click select Thiết lập thơng số hình 8.29 Tolerance = 10 Type = adhesives Chọn shell gap Hình 8.29: Tạo liên kết theo kiểu dán Click create 10 Quan sát phần tử vừa tạo hình 8.30, click return Hình 8.30: Liên kết dán tạo 224 11 Ở trang menu, chọn Connectors > unrealize 12 Chọn kết nối tạo trước đó, click unrealized, click return 13 Quay trở lại area panel, chọn unrealize subpanel 14 Click connector chọn kết nối màu vàng 15 Ở shell gap trước đó, chọn để đổi thành (T1+ T2)/2 tang coats = hình 8.31 16 Click create Hình 8.31: Chọn thơng số hình Hình 8.32: Kết nối thành cơng Bƣớc 3: Tạo liên kết dán dính hai chi tiết Left_Rail_1 Left_Rail_2 mặt bích dƣới (Bottom flange) Vẫn Area panel Chọn area subpanel Ở location chọn node Click node list chọn by path Chọn tất nút nằm hàng mặt bích (hình 8.33) 225 Hình 8.33: Chọn tất nút nằm rìa hình Width = 10 Offset = Hình 8.34: Thơng số hình Chuột phải comp, chọn Left_Rail_1và Left_Rail_2 Click select 10 Click create Size lưới cho vùng kết nối 10 Tuy nhiên, thay đổi elem size cần thiết 11 Đi tới edit subpanel Hình 8.35: Chỉnh sửa kết nối 226 12 Chọn vùng kết nối tạo 13 Element size = 14 Click mesh 15 Đi tới realize subpanel 16 Chọn connector 17 Thay đổi type từ (T1+T2)/2 thành const_thickness enter 0.3 Hình 8.36: Thực kết nối 18 Click realize 19 Click return 8.3 TẠO LIÊN KẾT KIỂU BU-LÔNG Bài tập 3: Tạo liên kết bu-lông (Bolt) bolt Cùng tạo thực kết nối bolt trình create Tạo khơng thực realize Tạo đại diện FE kết nối bolt tạo trước Bƣớc 1: Quan sát mơ hình Mở file frame_assembly2.hm Chọn Preferences menu >> user profiles Chọn Radioss >> bulk data Chọn OK 227 Hình 8.37: Lỗ bu lơng hình Bƣớc 2: Hiển thị lớp assem_5 Ở thẻ Model, chọn Assembly Hierarchy, click phải chuột assem_5 chọn isolate Chọn Con_Rear_Truss làm component làm việc Bƣớc 3: Tạo kết nối bu-lông (bolt) Vào bolt panel cách sau:  Click chuột phải vùng connector window, chọn Create >> bolt  Từ menu chính, chọn trang 1D >> connectors >> bolt  Chọn biểu tượng Hình 8.38: Cửa sổ để tạo kết nối bu-lông Hàng location, chọn nodes chọn node cạnh lỗ chi tiết Rear_Truss_1 228 Chọn nút cạnh Hình 8.39: Chọn nút nằm lỗ bu-lơng Chọn comps chọn Rear_Truss_1và Rear_Truss_2 Click select Nhập giá trị 50 vào ô tolerance = Chọn bolt (general)cho ô type = Click realize & hole detect details để mở cài đặt Nhập giá trị 60 cho max dimension = Hình 8.40: Thơng số thiết lập hình Click return 10 Click create 11 Click return 229 Hình 8.41: Liên kết bu-lơng tạo 230 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Chu Quốc Thắng (2006), “Phương pháp phần tử hữu hạn”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [2] http://www.altair.com [3] http://vi.wikipedia.org 231 GIÁO TRÌNH ỨNG DỤNG HYPERMESH CHIA LƯỚI MƠ HÌNH 3D TRONG MÔ PHỎNG (CAE) TS PHẠM SƠN MINH KS NGUYỄN QUỐC HUY NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Khu phố 6, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh Số 3, Cơng trường Quốc tế, Quận 3, TP Hồ Chí Minh ĐT: 38239171 - 38225227 - 38239172 Fax: 38239172 E-mail: vnuhp@vnuhcm.edu.vn PHÒNG PHÁT HÀNH Số 3, Công trường Quốc tế, Quận 3, TP Hồ Chí Minh ĐT: 38239170 - 0982920509 - 0913943466 Fax: 38239172 - Website: www.nxbdhqghcm.edu.vn Nhà xuất ĐHQG-HCM tác © giả/đối tác liên kết giữ quyền Copyright © by VNU-HCM Publishing House and author/copartnership All rights reserved Chịu trách nhiệm xuất bản: NGUYỄN HOÀNG DŨNG Chịu trách nhiệm nội dung: NGUYỄN HOÀNG DŨNG Tổ chức thảo chịu trách nhiệm tác quyền TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM Xuất năm 2015 Biên tập: PHẠM ANH TÚ Sửa in: THÙY DƯƠNG Trình bày bìa: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM GIÁO TRÌNH ỨNG DỤNG HYPERMESH CHIA LƯỚI MƠ HÌNH 3D TRONG MÔ PHỎNG (CAE) NXB ĐHQG-HCM Số lượng 300 cuốn, Khổ: 16x24 cm, ĐKKHXB số: 2209-2014/CXBIPH/ 45-149/ĐHQGTPHCM, Quyết định XB số: 73/QĐ NXB ĐHQG-HCM cấp ngày 11-5-2015 In tại: Cty TNHH In Bao bì Hưng Phú Địa chỉ: 162A/1 KP1A, P An Phú, TX Thuận An, Tỉnh Bình Dương Nộp lưu chiểu: Quý II năm 2015 ISBN: 978-604-73-2933-5 ISBN: 978-604-73-2933-5 786047 329335 ... xác cao Trong q trình mơ phỏng, bước chia lưới mơ hình 3D mang tính định ảnh hưởng đến kết phân tích sau Việc chia lưới mơ hình 3D xác giúp giảm thời gian mơ kết nhận có độ tin cậy cao HyperMeshlà... (chia lưới) chi tiết để phân tích Dạng hình học phức tạp chia nhỏ thành hình dạng đơn giản (phần tử) hành động chia lưới Điều cho phép việc xử lý bước dự đoán tác động phần tử phân tích phản ứng. .. LỆNH TRONG HYPERMESH Phần lớn chức HyperMesh tập trung vào việc sử dụng panels Khu vực panels chia thành bảy trang, trang bảng cho phép sử dụng tất chức HyperMesh Ngay truy cập chức qua việc sử dụng