Giới thiệu CAE
- CAE là cụm từ được viết tắt của Computer-Aided Engineering là việc sử dụng các phần mềm máy tính để mô phỏng hoạt động để thiện thiết kế sản phẩm hoặc hỗ trợ trong việc giải quyết các vấn đề kỹ thuật cho một loạt các ngành công nghiệp.Điều này bao gồm mô phỏng ,xác nhận và tối ưu hóa các sản phẩm,quy trình và công cụ sản xuất.Trong tương lai,hệ thống CAE sẽ là công cụ chính cung cấp thông tin để giúp các nhà thiết kế trong quá trình đưa ra quyết định.
-Tìm được ứng suất ,chuyển vị,biến dạng của cơ cấu cần phân tích -
Xét sự ảnh hưởng của các yêu tố vật liệu,độ lớn về lực ,phương đặt lực ,chia lưới cơ cấu cần phân tích -Tối ưu hóa cơ cấu
-Kiểm tra độ bền và mô phỏng chi tiết tấm kim loại trước khi đưa vào sử dụng
-Tìm tần số tự nhiên của chi tiết để biết được mức phá hủy lớn nhất ở vị trí nào
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 tạo ra từ nhiều thành phần khác nhau như :sắt ,nhôm ,thép không gỉ nên từ mỗi vật liệu chế tạo nen thì chúng ta có các thông số vật lí khác biệt nhau
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 B2: Chọn kiểu phân tích
B3: Nhập các thông số đầu vào của chi tiết
B4: Thiết lập các điều kiện biên
B5: Chọn mặt phẳng đặt lực
3/Phân tích CAE chi tiết tấm kim loại
Bước 1 :Xây dựng mô hình 3d bằng Solidworks
solidworks -Bản vẽ 2D của tấm kim loại
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
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
Trên thực tế các chi tiết về kim loại tấm có các kích cỡ khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng hoặc chế tạo vật liệu nên cũng có thể được chế tạo từ nhiều vật liệu khác nhau.
Bảng 1:Thông số vật liệu AISI 304
3.4 Bước 4 :Thiết lập điều kiện biên
-Chọn mặt phẳng cố định trong khi làm việc:Theo điều kiện làm việc của kim loại tấm thì ta chọn 4 lỗ để lắp các mối nối như hình dưới
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 thì sau khi đặt điều kiện là 4 chỗ lắp mối nối thì ta sẽ đặt lực hướng từ trên xuống,vào thân giữa của kim loại tấm -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 2)
-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 solidwork
Bảng 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 ta xác định được các điểm chuyển vị lớn nhất là trên mặt phẳng ở vùng giữa thân của kim loại tấm có độ lớn max=9.221e-03 c)Biến dạng
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
-Ở bài toán này ta giữ nguyên 3 thông số :chia lưới,giữ nguyên chi tiết,và kiểu phân tích ở phần 3 nhưng thay đổi vật liệu chi tiết thành vật liệu Alloy steel
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
4.1.a)Kết quả về ứng suất
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
>>>>Thấy:Khi thay đổi vật liệu thì thép AIS1 304 sang Alloy steel thì thông số về ứng suất và ứng suất cho phép có xu hướng tích cực thêm ,nhất là Ứng suất cho phép tăng 33.33%.Còn về 2 thông số về biến dạng và chuyển vị thì không có sự chênh lệch nhiều lắm nhưng khi đổi qua vật liệu alloy thì các thông số của tấm kim loại tăng thêm dẫn đến độ bền của tấm kim loại bền hơn.
-Ở bài toán này ta sẽ giữ nguyên các thông số về như phần 3 nhưng sẽ thay đổi về độ lớn từ 45N xuống còn 30N
KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT,CHUYỂN VỊ VÀ BIẾN
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 5 :So sánh các thông số khi thay đổi lực F
Biến dạng 2.063e-05 2.750e-05 Ứng suất Max cho phép 2.068e+08 N/m2 2.068e+08 N/m2 Để có kết quả chi tiết hơn thì ta sẽ thay đổi F N,40N,60N
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 1.33e+07 9.98e+ 06 2.66e+07 3.33e+07 N/m2
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 2.068e+08 2.068e+08 2.068e+08 2.068e+08 2.068e+08 phép N/m2 N/m2 N/m2 N/m2 N/m2
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)
4.3 Bài toán 3 xét ảnh hưởng của hướng đặt lực đến kết quả phân tích
-Cũng giống như 2 bài toán trên về sự thay đổi của F và vật liệu ,thì ta sẽ xét các thông số của vật liệu (chi tiết )thay đổi như thế nào khi ta thay đổi hướng đặt lực 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 b)Chuyển vị
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-05
-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
Bảng 8:Thông số chi tiết của lưới tiêu chuẩn full fine 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
-Theo như hình trên,khi ta thay đổi sang lưới ta thấy ứng suất max vẫn là tại điểm vòng tròn lỗ với ứng suất đạt 1.097e+07 N/m2 ,ứng suất cho phép đạt
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 Lưới tiêu chuẩn full fine coarse Ứng suất max 9.98e+06 N/m2 2.238e+07N/m2 1.097e+07 N/m2 (N.mm)
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 2.068e + 08 2.068e + 08 N.m2 2.068e + 08 N.m2 phép(N.mm) N/m2
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 tự dao động ở những tần số nhất định hay còn gọi là tần số tự nhiên hay tần số tần số tự nhiên và các mode shape tương ứng Về mặt lý thuyết ,mỗi vật thể có một lượng mode hữu hạn.
-Phân tích tần số giúp chúng ta tránh được những phá hủy do ứng suất quá mức gây ra bởi cộng hưởng.Nó cũng cung cấp thông tin để giải quyết vấn đề về động lực học.
-Đối với chi tiết kim loại tấm ,để tìm tần số tự nhiên của chi tiết ta phân tích 5.2)Bài toán tần số tự nhiên
-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
-Đối với mode shape 1 hay còn gọi là tần số đầu tiêncủa chi tiết kim loại tấm Ứng với tần số : 186.81 Hz và Tỉ lệ biến dạng đạt 2,63e- 03 Thì ampe
(Ampres) lớn nhất đạt 8,788e+00 Mức dao động không quá là lớn
-Sau khi tìm được tần số đầu tiên của chi tiết ,ta tiếp tục tìm đến mode 2 để xét xem dao động có lớn hơn đối với tần số ban đầu không?
Hình 31:Mode shape 2 của chi tiết
-Theo như hình 31 về mode shape 2 ,ta nhận thấy dao động của tần số có phần nhỉnh hơn đối với tần số ban đầu với độ lớn tần số :187,18Hz và tỉ lệ biến dạng đạt: 2,64e-03.Với mức Ampe max= 8.775e+00
-Sau bước mode 2 ta vẫn thấy được tần số có hướng dao động không có sự xê dịch cao hơn Vì thế ta sẽ tăng tần số và tỉ lệ của mode shape lên
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
-Nếu ở mức mode 3 ta thấy được sự tăng thêm nhưng cũng nhận thấy là các biến dạng có sự thay đổi không đáng kể lắm ,thì với mode 4 ta sẽ thấy được mức tần số rõ ràng hơn
Hình 33:Mode shape 4 của chi tiết
Bước 4:Thiết lập điều kiện biên
-Chọn mặt phẳng cố định trong khi làm việc:Theo điều kiện làm việc của kim loại tấm thì ta chọn 4 lỗ để lắp các mối nối như hình dưới
Hình 3:Thiết lập điều kiện biên
Bước 5: Chọn độ lớn lực và mặt phẳng đặt lực
-Khi làm việc với chi tiết kim loại tấm thì sau khi đặt điều kiện là 4 chỗ lắp mối nối thì ta sẽ đặt lực hướng từ trên xuống,vào thân giữa của kim loại tấm -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 2)
-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 solidwork
Bảng 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 ta xác định được các điểm chuyển vị lớn nhất là trên mặt phẳng ở vùng giữa thân của kim loại tấm có độ lớn max=9.221e-03 c)Biến dạng
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
-Ở bài toán này ta giữ nguyên 3 thông số :chia lưới,giữ nguyên chi tiết,và kiểu phân tích ở phần 3 nhưng thay đổi vật liệu chi tiết thành vật liệu Alloy steel
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
4.1.a)Kết quả về ứng suất
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
>>>>Thấy:Khi thay đổi vật liệu thì thép AIS1 304 sang Alloy steel thì thông số về ứng suất và ứng suất cho phép có xu hướng tích cực thêm ,nhất là Ứng suất cho phép tăng 33.33%.Còn về 2 thông số về biến dạng và chuyển vị thì không có sự chênh lệch nhiều lắm nhưng khi đổi qua vật liệu alloy thì các thông số của tấm kim loại tăng thêm dẫn đến độ bền của tấm kim loại bền hơn.
-Ở bài toán này ta sẽ giữ nguyên các thông số về như phần 3 nhưng sẽ thay đổi về độ lớn từ 45N xuống còn 30N
KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT,CHUYỂN VỊ VÀ BIẾN
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 5 :So sánh các thông số khi thay đổi lực F
Biến dạng 2.063e-05 2.750e-05 Ứng suất Max cho phép 2.068e+08 N/m2 2.068e+08 N/m2 Để có kết quả chi tiết hơn thì ta sẽ thay đổi F N,40N,60N
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 1.33e+07 9.98e+ 06 2.66e+07 3.33e+07 N/m2
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 2.068e+08 2.068e+08 2.068e+08 2.068e+08 2.068e+08 phép N/m2 N/m2 N/m2 N/m2 N/m2
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)
4.3 Bài toán 3 xét ảnh hưởng của hướng đặt lực đến kết quả phân tích
-Cũng giống như 2 bài toán trên về sự thay đổi của F và vật liệu ,thì ta sẽ xét các thông số của vật liệu (chi tiết )thay đổi như thế nào khi ta thay đổi hướng đặt lực 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 b)Chuyển vị
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-05
-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
Bảng 8:Thông số chi tiết của lưới tiêu chuẩn full fine 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
-Theo như hình trên,khi ta thay đổi sang lưới ta thấy ứng suất max vẫn là tại điểm vòng tròn lỗ với ứng suất đạt 1.097e+07 N/m2 ,ứng suất cho phép đạt
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 Lưới tiêu chuẩn full fine coarse Ứng suất max 9.98e+06 N/m2 2.238e+07N/m2 1.097e+07 N/m2 (N.mm)
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 2.068e + 08 2.068e + 08 N.m2 2.068e + 08 N.m2 phép(N.mm) N/m2
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 tự dao động ở những tần số nhất định hay còn gọi là tần số tự nhiên hay tần số tần số tự nhiên và các mode shape tương ứng Về mặt lý thuyết ,mỗi vật thể có một lượng mode hữu hạn.
-Phân tích tần số giúp chúng ta tránh được những phá hủy do ứng suất quá mức gây ra bởi cộng hưởng.Nó cũng cung cấp thông tin để giải quyết vấn đề về động lực học.
-Đối với chi tiết kim loại tấm ,để tìm tần số tự nhiên của chi tiết ta phân tích 5.2)Bài toán tần số tự nhiên
-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
-Đối với mode shape 1 hay còn gọi là tần số đầu tiêncủa chi tiết kim loại tấm Ứng với tần số : 186.81 Hz và Tỉ lệ biến dạng đạt 2,63e- 03 Thì ampe
(Ampres) lớn nhất đạt 8,788e+00 Mức dao động không quá là lớn
-Sau khi tìm được tần số đầu tiên của chi tiết ,ta tiếp tục tìm đến mode 2 để xét xem dao động có lớn hơn đối với tần số ban đầu không?
Hình 31:Mode shape 2 của chi tiết
-Theo như hình 31 về mode shape 2 ,ta nhận thấy dao động của tần số có phần nhỉnh hơn đối với tần số ban đầu với độ lớn tần số :187,18Hz và tỉ lệ biến dạng đạt: 2,64e-03.Với mức Ampe max= 8.775e+00
-Sau bước mode 2 ta vẫn thấy được tần số có hướng dao động không có sự xê dịch cao hơn Vì thế ta sẽ tăng tần số và tỉ lệ của mode shape lên
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
-Nếu ở mức mode 3 ta thấy được sự tăng thêm nhưng cũng nhận thấy là các biến dạng có sự thay đổi không đáng kể lắm ,thì với mode 4 ta sẽ thấy được mức tần số rõ ràng hơn
Hình 33:Mode shape 4 của chi tiết
-Ở mức mode 4 thì tần số đã tăng đáng kể (từ 206,53 Hz lên 338,17Hz)thì sự biến dạng của chi tiết đã rõ hơn và giúp ta quan sát được vị trí có mức ampe(AMPRES) max có độ lớn :5,119e+00 với tỉ lệ biến dạng : 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
Tỉ lệ biến dạng 2,63e-03 2,64e-03 8,08e-03 4,5e-03 6,00e-03Ampres max 8,788e+00 8.775e+00 2,703e+00 5,119e+00 4,809e+00
Bài toán 3: Xét ảnh hưởng của hướng đặt lực
-Cũng giống như 2 bài toán trên về sự thay đổi của F và vật liệu ,thì ta sẽ xét các thông số của vật liệu (chi tiết )thay đổi như thế nào khi ta thay đổi hướng đặt lực 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 b)Chuyển vị
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-05
-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
Bảng 8:Thông số chi tiết của lưới tiêu chuẩn full fine 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
-Theo như hình trên,khi ta thay đổi sang lưới ta thấy ứng suất max vẫn là tại điểm vòng tròn lỗ với ứng suất đạt 1.097e+07 N/m2 ,ứng suất cho phép đạt
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 Lưới tiêu chuẩn full fine coarse Ứng suất max 9.98e+06 N/m2 2.238e+07N/m2 1.097e+07 N/m2 (N.mm)
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 2.068e + 08 2.068e + 08 N.m2 2.068e + 08 N.m2 phép(N.mm) N/m2
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 tự dao động ở những tần số nhất định hay còn gọi là tần số tự nhiên hay tần số tần số tự nhiên và các mode shape tương ứng Về mặt lý thuyết ,mỗi vật thể có một lượng mode hữu hạn.
-Phân tích tần số giúp chúng ta tránh được những phá hủy do ứng suất quá mức gây ra bởi cộng hưởng.Nó cũng cung cấp thông tin để giải quyết vấn đề về động lực học.
-Đối với chi tiết kim loại tấm ,để tìm tần số tự nhiên của chi tiết ta phân tích 5.2)Bài toán tần số tự nhiên
-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
-Đối với mode shape 1 hay còn gọi là tần số đầu tiêncủa chi tiết kim loại tấm Ứng với tần số : 186.81 Hz và Tỉ lệ biến dạng đạt 2,63e- 03 Thì ampe
(Ampres) lớn nhất đạt 8,788e+00 Mức dao động không quá là lớn
-Sau khi tìm được tần số đầu tiên của chi tiết ,ta tiếp tục tìm đến mode 2 để xét xem dao động có lớn hơn đối với tần số ban đầu không?
Hình 31:Mode shape 2 của chi tiết
-Theo như hình 31 về mode shape 2 ,ta nhận thấy dao động của tần số có phần nhỉnh hơn đối với tần số ban đầu với độ lớn tần số :187,18Hz và tỉ lệ biến dạng đạt: 2,64e-03.Với mức Ampe max= 8.775e+00
-Sau bước mode 2 ta vẫn thấy được tần số có hướng dao động không có sự xê dịch cao hơn Vì thế ta sẽ tăng tần số và tỉ lệ của mode shape lên
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
-Nếu ở mức mode 3 ta thấy được sự tăng thêm nhưng cũng nhận thấy là các biến dạng có sự thay đổi không đáng kể lắm ,thì với mode 4 ta sẽ thấy được mức tần số rõ ràng hơn
Hình 33:Mode shape 4 của chi tiết
-Ở mức mode 4 thì tần số đã tăng đáng kể (từ 206,53 Hz lên 338,17Hz)thì sự biến dạng của chi tiết đã rõ hơn và giúp ta quan sát được vị trí có mức ampe(AMPRES) max có độ lớn :5,119e+00 với tỉ lệ biến dạng : 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
Tỉ lệ biến dạng 2,63e-03 2,64e-03 8,08e-03 4,5e-03 6,00e-03Ampres max 8,788e+00 8.775e+00 2,703e+00 5,119e+00 4,809e+00
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 về lực (ban đầu 45N sau đó thay đổi thành15N,30N,60N,75N) đa số các thông số đều tăng dần từ đó ta có thể xác định được các chi tiết dễ bị phá hủy hơn khi chọn 1 lực lớn
-Khi ta thay đổi hướng đặt lực ta nhận xét thấy do khi đặt lưc từ dưới lên thì các chi tiết không được chắc chắn nên dễ dàng bị biến dạng dưới tác dụng 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 thì chi tiết đạt được ứng suất max lớn nhất,nhưng hệ số an toàn thì rất thấp chỉ là 9.24>> Chi tiết dễ bị phá hỏng
+Với mức lưới tiêu chuẩn mặc định thì các thông số nhất về hệ số an toàn có thể đảm bảo cho chi tiết tránh bị phá hỏng dưới tác động của ứng suất
-Khi thay đổi tần số tự nhiên các thông số như tần số và tỉ lệ biến dạng có sự tăng thêm và nhận thấy rõ ràng nhất ở mode 4 và mode 5(do tăng mức tần số của chi tiết) dẫn đến ta nhận thấy các vị trí dễ bị biến dạng hoặc bị phá hủy dễ nhất của chi tiết.Nhưng đối với mức tần số của mode 4 ,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
