BÁO cáo PHÂN TÍCH mô PH NG CHI TI t BOLT NUT

TR£àNG Đ¾I HàC S£ PH¾M KỸ THU¾T TP.HCM KHOA C¡ KH CHắ TắO MY MễN HC: ỵNG DNG CAE TRONG THI¾T K¾ BÁO CÁO: PHÂN TÍCH MƠ PHâNG CHI TI¾T BOLT-NUT GVHD: TRN MAI VN SVTH: PHAN VN NHUắN Lòp thÿ – Ti¿t 789 0 MSSV 16144336 Mục Lục: Chương I : Giới thiệu Chương II:Cơ sở liệu 2.1 Dữ liệu đầu vào 2.1.1 Loại phân tích 2.1.2 Biên dạng hình học 2.1.3 Điều kiện biên 2.1.3.1 Hệ số ma sát (Friction) 2.1.3.2 Formulation 2.1.3.3 Frictionless Support 2.1.3.4 Contact region 2.1.3.5 Mesh 2.2 Dữ liệu đầu 10 2.2.1 Total Deformation 10 2.2.2 Normal stress 10 2.2.3 Equivalent stress 10 Chương III Phân tích - Kết 11 3.1 Phân tích: 11 3.2 Kết 14 3.2.1 Chuyển vị 14 3.2.2 Āng suất 15 Chương IV Kt Lun 16 Phan Vn Nhun 0 ChÔÂng I : Gißi thiệu Với phát triển nhanh chóng cÿa máy móc kỹ thuật đường sắt, vận tải, hàng không vũ trụ… ngành công nghiệp lớn khác, thiết bị cấu hạng nặng sử dụng loại thiết bị Để hỗ trợ tốt cho việc cần phải đảm bảo liên kết chi tiết lại với nhau, phận khơng thể thiếu Bolt-Nut(B-N), trực tiếp hỗ trợ cÿa máy móc, đóng vai trị quan trọng đặc tính tĩnh Biến dạng cÿa mối nối ảnh hưởng trực tiếp đến trình hoạt động cÿa thiết bị làm cho hiệu suất cÿa máy bị ảnh hưởng Do nghiên cāu bi ến dạng cÿa mối nối B-N có ý nghĩa lớn để cải thiện độ xác hiệu cÿa thiết bị máy móc Thơng qua việc sử dụng phần mềm phân tích phần tử hữu hạn, phân tích biến dạng cÿa B-N từ việc thiết kế, thông qua mặt cắt ngang không gian, vật liệu, cấu trúc, yếu tố khác… Từ giải thích ảnh hưởng cÿa đến q trình hoạt động cÿa máy Cuối đưa giải pháp tối ưu hóa cải thiện đặc tính tĩnh cÿa B-N Dùng phương pháp cũ trước lý thuyết, sāc bền vật liệu để tính tốn chưa gần với điều kiện thực tế cần có cơng cụ khác đáp āng vấn đề là: ANSYS nói cơng cụ phân tích phần tử hữu hạn tốt liên kết với phần mềm thiết kế mơ hình học 2D 3D để phân tích trường āng suất biến dạng xác định độ bền mỏi độ phá hÿy cÿa chi tiết cách xác có độ tin cậy cao Đồng thời dễ dàng thay đổi nhiều thông số vật liệu lực tác động, ma sát….(Hình 1.1) Hình 1.1 Giới thiệu chi tiết SVTH: Phan Vn Nhu¿n 0 SVTH: Phan Vn Nhu¿n 0 Hình 1.2 Kết cấu cÿa chi tiết v trớ ma sỏt ChÔÂng II: C s d liu Trong chương trình bày số khái niệm sở lý thuyết liệu đầu vào liệu đầu ra, giúp người đọc hiểu sở liệu trước tới phần phân tích 2.1 Dữ liệu đÁu vào Giải thích số khái niệm hình học vật liệu, āng suất, điều kiện biên…Tính tốn để biết vùng lực tác động nằm khoảng 2.1.1 Lo¿i phân tích Việc mơ 3D trường hợp khơng cần thiết chi tiết có dạng đối xāng, nên chọn loại phân tích mơ 2D để đơn giản hóa Chi tiết có dạng trụ đối xāng nên việc phân tích Hai khơng đưa vào phân tích để giảm bớt phāc tạp ma sát tiếp xúc BoltNut SVTH: Phan Vn Nhu¿n 0 2.1.2 Biên d¿ng hình hác Biên dạng ren tam giác tam giác cân dùng để kẹp chặt không dùng để truyền động hay tải Ren M20x2.5 Đặc tính : Symmetric (phân tích kiểu đối xāng) chi tiết có dạng đối xāng trục Vật liệu: Thép C45 Độ bền kéo: 250 MPa (Độ bền kéo) Độ bền nén: 250 MPa (Độ bền nén) Young’s Modulus: 2x105MPa Possion’s Ratio: 0.3 2.1.3 Điều kiện biên Thể số đặc tính cÿa chi tiết : Hệ số ma sát, Formulation, Frictionless Support, Mesh, Contact Region… 2.1.3.1 Hệ số ma sát (Friction): 0.3-0.7 dành cho thép điều kiện ma sát thơ khơng có bơi trơn theo https://hypertextbook.com/facts/2005/steel.shtml (ma sát hai mặt ren) SVTH: Phan Vn Nhu¿n 0 Hình 2.1 Vị trí ma sát hai chi tiết 2.1.3.2 Formulation : Augmented Lagrange 2.1.3.3 Frictionless Support : khơng để ma sát vị trí hai cạnh tơ đỏ hình Chọn vị trí không chịu ma sát tác dụng lực SVTH: Phan Vn Nhu¿n 0 Hình 2.2 Vị trí ma sát cÿa hai chi tiết với hai Force: lực tác dụng khoảng 10000 N đến 20000 N bulong 8.8 M20 (tiêu chuẩn Âu Châu) F āng suất bền, với bulong cấp bền 8.8 có āng suất bền 880 * 80% = 704 Mpa T=A.F/s với A tiết diện bulong: A = 3.1416 * (D - 0.938p)^2 D đường kính , p bước ren A = [3.14*(20 - 0.938*2.5)^2]/4 = 244,68 mm2 F āng suất bền, với bulong cấp bền 8.8 có āng suất bền 640Mpa s = 1,33 Hệ số an tồn thi cơng T= 132595,65 = 13 Theo https://meslab.org/threads/hoi-ve-kha-nang-chiu-tai-cua-bulong.51871/ SVTH: Phan Vn Nhu¿n 0 Hình 2.3 Vị trí đặt lực tải trọng 2.1.3.4 Contact region Trong trình tạo lưới tạo phần tử tiếp xúc cạnh contact (di chuyển) target (đāng yên) Do cần phải thiết lập trùng mắc lưới cÿa hai chi tiết bề mặt tiếp xúc, chọn cạnh để tiếp xúc với cần phải đảm bảo đối xāng SVTH: Phan Vn Nhu¿n 0 Hình 2.4 Vị trí cần chia lưới nhỏ để cải thiện độ xác 2.1.3.5 Mesh Để đảm bảo độ hội tụ phân tích cần phải có lựa chọn thích hợp tiến hành chia lưới cho chi tiết Đối với toán ta chọn phương pháp chia lưới theo kiểu phần tử tuyến tính 2D tam giác với cạnh thẳng để đảm bảo khối lượng tính tốn nhẹ nhờ vào việc phần tử 2D đơn giản có số lượng so với 3D Cần chia lưới cạnh tiếp xúc hai chi tiết (cạnh ren) cho trùng hợp mắc lưới với để đảm bảo độ xác hội tụ cÿa chi tiết phân tích SVTH: Phan Vn Nhu¿n 0 Hình 2.5 Quá trình chia lưới 2.2 Dữ liệu đÁu Cho biết kết cÿa q trình phân tích chuyển vị, āng suất tập trung theo hướng khác nhau, độ bền kéo, nén…từ đưa nhận định thiết kế chi tiết để đưa vào làm việc 2.2.1 Total Deformation : Chuyển vị (Biến dạng toàn phần) Dùng thấy biến đổi so với trước chịu tác động cÿa ngoại lực qua xác định vị trí cÿa chi tiết chịu tác động lực 2.2.2 Normal stress : Āng suất pháp tuyến Hay gọi āng suất áp l ực nội lực đơn vị diện tích Dùng việc đánh giá độ bền cÿa chi tiết 2.2.3 Equivalent stress: Āng suất tương đương Đặc trưng ba thành phần āng suất pháp ba thành phần āng suất tiếp.Là đại lượng vô hướng, thuận lợi cho việc đánh giá độ bền… SVTH: Phan Vn Nhu¿n 10 0 Phõn tớch - Kt qu ChÔÂng III Th q trình phân tích chọn lọc để đưa kết cÿa việc phân tích 3.1 Phân tích: Theo kết tính tốn chương II : Lực tác động khoảng: 10 đến 13 Hệ số ma sát khoảng : 0.3 đến 0.7 Theo biểu đồ mesh: Độ hội tụ phân tích chia lưới: 0.2 mm/phần tử Độ hội tụ xác định hệ số ma sát 0.3 Dựa vào liệu vào kết hợp với q trình mơ Ansys có sau σ(x)(MPa) : Āng suất pháp tuyến theo trục X σ(y)(MPa) : Āng suất pháp tuyến theo trục Y σ(z)(MPa) : Āng suất pháp tuyến theo trục Z u(mm) : Chuyển vị cÿa chi tiết σ(MPa) : Āng suất tương đương Giá trị āng suất chuyển vị Bảng 3.1: InPut OutPut σ(x)(MPa) σ(y)(MPa) σ(z)(MPa) u(mm) σ(MPa) 0.05 58.185 139.76 58.083 0.0040475 125.26 0.1 55.497 137.08 59.245 0.0040085 121.04 0.15 59.337 146.44 63.138 0.004001 133.61 0.2 54.125 129.12 54.32 0.0041628 118.13 0.25 63.192 132.7 55.501 0.0041613 119.45 54.125 129.12 54.32 0.0041628 118.13 Case Mesh 0.2 Force 10000 10000 ʯ 0.3 0.3 SVTH: Phan Vn Nhu¿n 11 0 15000 81.147 193.67 81.48 0.0062441 177.18 20000 108.06 258.19 108.63 0.008325 236.21 25000 134.86 322.67 135.76 0.010406 295.19 10 30000 161.51 387.09 162.87 0.012486 354.11 11 0.2 54.151 129.07 54.303 0.0041634 118.08 12 0.3 54.125 129.12 54.32 0.0041628 118.13 10000 0.4 54.098 129.16 54.337 0.0041622 118.16 14 0.5 54.073 129.2 54.353 0.0041617 118.2 15 0.6 54.05 129.24 54.367 0.0041612 118.23 13 0.2 Biểu đồ Mesh σ(x)(MPa) σ(y)(MPa) σ(z)(MPa) σ(MPa) 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 Biểu đồ thể độ hội tụ trình Mesh SVTH: Phan Vn Nhu¿n 12 0 σ(x)(MPa) σ(y)(MPa) σ(z)(MPa) σ(MPa) 140 120 100 80 60 40 20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Biểu đồ thể độ hội tụ cÿa q trình thay đổi thơng số ma sát Biểu đồ thể māc độ hội tụ cÿa lực SVTH: Phan Vn Nhu¿n 13 0 Đường có độ dốc cao điểm (1,556.12) đến (6,5.2098e-3) không cân lực nên độ hội tụ Đường lại điểm (1,5.41790 đến (6,18.2454) cân nên thể hội tụ cÿa lực Thơng qua bảng phân tích hai biểu đồ cho thấy độ hội tụ cÿa q trình phân tích n ằm khoảng sau l ực tác dụng 10000N, hệ số ma sát 0.3, mesh 0.2mm 3.2 K¿t Cung cấp số liệu cÿa q trình phân tích trước mặt chuyển vị āng suất 3.2.1 Chuyển vß Hình 3.1 Kết cÿa chuyển vị Mặt theo hình vẽ khơng có mặt phẳng đỡ nên khơng thể ma sát vị trí cÿa cạnh Do lực đặt vị trí mặt cÿa Bolt SVTH: Phan Vn Nhu¿n 0 14 Thông qua kết cho thấy vùng chuyển vị nhiều nằm mặt cÿa Bolt với māc độ 0.0041628 mm 3.2.2 ỵng sut Hỡnh 3.2 Phõn tớch ng suất Āng suất lớn tập trung vùng tiếp xúc Bolt-Nut hình vẽ (màu đỏ) Với giá trị 118.13 MPa So sánh với āng suất cho phép cÿa độ bền kéo (khơng nên xuống dịng) 118.13MPa< 250 MPa Nhỏ so với āng suất cho phép tiết làm việc SVTH: Phan Vn Nhu¿n 15 0 Kt Lun ChÔÂng IV Qua quỏ trỡnh phân tích ta thấy với cơng cụ hỗ trợ tính tốn nhanh có độ tin cậy giúp ta đưa kết xác so với phương pháp cũ trước Bằng cách thực phương pháp để xác định độ hội tụ nhiều mặt lực tác động, hệ số ma sát, q trình chia lưới… từ đưa thông số đầu vào lực tác động 10000N, hệ số ma sát 0.3, kích thước chia lưới cÿa phần tử 0.2mm Kết hợp với việc sử dụng phần mềm Ansys để phân tích trường hợp cụ thể cho kết chi tiết hoạt động tốt điều kiện sau: lực tác động 13000N, hệ số ma sát từ 0.3 đến 0.5 SVTH: Phan Vn Nhu¿n 16 0 ... đối x? ?ng, nên chọn loại ph? ?n t? ?ch mơ 2D để đơn giản hóa Chi ti? ? ?t có d? ?ng trụ đối x? ?ng nên việc ph? ?n t? ?ch Hai kh? ?ng đưa vào ph? ?n t? ?ch để giảm b? ?t ph? ?c t? ??p ma s? ?t ti? ??p xúc BoltNut SVTH: Phan Vn... Vị trí đ? ?t lực t? ??i tr? ?ng 2.1.3.4 Contact region Trong trình t? ??o lưới t? ??o ph? ??n t? ?? ti? ??p xúc cạnh contact (di chuyển) target (đ? ?ng yên) Do cần ph? ??i thi? ?t lập tr? ?ng mắc lưới cÿa hai chi ti? ? ?t bề m? ?t. .. cÿa thi? ?t bị máy móc Th? ?ng qua việc sử d? ?ng ph? ??n mềm ph? ?n t? ?ch ph? ??n t? ?? hữu hạn, ph? ?n t? ?ch biến d? ?ng cÿa B-N t? ?? việc thi? ?t kế, th? ?ng qua m? ?t c? ?t ngang kh? ?ng gian, v? ?t liệu, cấu trúc, yếu t? ?? khác…