Giáo trình phân tích CAE với NX11

Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 Lời nói đầu Là người học làm việc mảng kỹ thuật bạn tò mò thuật ngữ lĩnh vực liên quan dĩ nhiên điều kiện cho phép, thông qua việc tìm hiểu bạn nắm chưa thể áp dụng cho cơng việc chí để tham khảo nghiêm túc Mảng Phân tích CAE FEM vậy, nhiều công ty lớn, chuyên gia kỹ sư sử dụng nhiều tính tốn tuổi thọ, khả làm việc, tối ưu vật liệu, khả xảy cố, sai sót làm việc, điều kiện để bạn đánh giá hiểu sản phẩm, mơ hình đưa thực tế Trung tâm Advancec CAD với kinh nghiệm thực tiễn giảng dạy thực dự án liên quan tới CAE, phần mềm chuyên dụng Ansys, Abaqus, nên việc chia sẻ kiến thức liên quan thuận lợi hơn, chúng tơi miễn phí tài liệu phân tích CAE với NX11 cho cá nhân cơng ty có nhu cầu Khi đọc tài liệu chủ đề mới, đặc biệt chưa phổ biến nhiều bạn bỡ ngỡ nhiều thuật ngữ, cách thực hiện, việc tự học tốn thời gian nhàm chán không hướng Chúng khuyên bạn nên tư thêm thực tế để tránh lệ thuộc vào thuật ngữ, thuật ngữ thường từ viết ngắn gọn nên khó truyền tải nghĩa thực tế Bạn cần hiểu chi tiết bạn cần yêu cầu nào, môi trường làm việc nào, từ tính tốn cho kết phù hợp Việc phân tích CAE khó thực nghiệm, chưa có kinh nghiệm, chưa làm thực tế bạn khó biết đâu kết đúng, có nhầm lẫn kết hay khơng, có thơng số thiếu sót, Và cần hiệu chỉnh, thay đổi kết cấu, hình học, vật liệu để đảm bảo tối ưu đạt yêu cầu Nếu cần kết chuẩn xác, áp dụng cho cơng việc quan trọng bạn cần phải có chuyên gia, tham gia khóa học liên quan phần mềm chuyên dụng Mọi góp ý, đóng góp xin gởi trung tâm Advance CAD Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 Nợi dung 1.1 GIỚI THIỆU 1.1.1 Các nút hình dạng phần tử 1.2 TẠO GIẢI PHÁP 1.2.1 Các thuộc tính vật liệu 10 1.2.3 Các điều kiện biên 15 1.2.4 Mesh 16 1.3 KẾT QUẢ VÀ MÔ PHỎNG 18 1.3.1 Giải toán 18 1.3.2 Kết FEA 20 1.3.3 Mơ Hình ảnh động 23 1.4 BÀI TẬP - ARBORPRESS L-BAR 27 Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 FEA (Finite Element Analysis), hay Phân tích Phần tử Hữu hạn, kĩ thuật dự đoán đáp ứng kết cấu vật liệu yếu tố môi trường lực, nhiệt, rung động Quá trình bắt đầu với việc tạo mơ hình hình học Mơ hình sau chia nhỏ (chia lưới) thành phần nhỏ (các phần tử) hình dạng hình học đơn giản kết nối điểm nút cụ thể Theo cách này, mối quan hệ ứng suất – biến dạng dễ dàng xấp xỉ Cuối cùng, trạng thái vật liệu điều kiện biên áp dụng cho phần tử Phần mềm NX11.0 tính tốn q trình làm cho giải tính tốn phức tạp vài phút Nó cung cấp cho kĩ sư hiểu biết sâu sắc đáp ứng đối tượng Một số ứng dụng FEA phân tích cấu trúc, phân tích nhiệt, lượng dịng chảy tương thích điện từ Trong số này, FEA sử dụng phổ biến ứng dụng học kết cấu học vật rắn để tính tốn ứng suất chuyển vị Những điều thường quan trọng hiệu suất phần cứng sử dụng để dự đốn cố Trong chương này, giải vấn đề ứng suất cấu trúc phân tích biến dạng hình khối 1.1 GIỚI THIỆU 1.1.1 Các nút hình dạng phần tử Các phần tử phân loại thành dạng khác dựa vào số kích thước số nút phân tử Sau vài dạng phần tử sử dụng để phân biệt Các phần tử kích thước: Các phần tử hai kích thước: Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 Dạng ba góc: Dạng bốn góc: Các phần tử ba kích thước: Dạng tứ diện (là khối với mặt dạng tam giác): Khối lục diện (một khối với mặt dạng tứ giác): Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 Các loại nút: Các nút góc Các nút Các nút cạnh Các nút Các kết FEA hội tụ với kết xác kích thước phần tử hữu hạn trở nên nhỏ 1.1.2 Mô-đun cấu trúc w w w a dv an ce ca d ed u ➢ Copy paste tệp tin Impeller_impeller.prt vào thư mục để tránh thay đổi lắp ráp, ➢ Mở tệp tin vừa chép ➢ Nhấn vào NEW > ADVANCED SIMULATIONS chi tiết chưa mở cửa sổ NX hình ➢ Nếu chi tiết mở NX, nhấn vào NEW > ADVANCED SIMULATIONS Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 Hình sau cơng cụ cho Mơ hình hóa phần tử hữu hạn Phân tích kết cấu Solution: Khi nhấn vào biểu tượng mở cửa sổ CREATE SOLUTION nơi bạn chọn thuật tốn giải thuật từ số lựa chọn sau: NX NASTRAN, MSC NASTRAN, ANSYS hay ABAQUS Ngồi ra, bạn chọn kiểu phân tích thực Trong tài liệu hướng dẫn này, Phân tích cấu trúc phủ NX NASTRAN Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 Material Properties: Lựa chọn cho phép bạn thay đổi tính chất vật lý vật liệu sử dụng cho mơ hình Ví dụ, bạn sử dụng thép để chế tạo cánh quạt, nhập số tỉ trọng, tỉ lệ Poisson,… Những tính chất vật liệu cụũng lưu thư viện để sử dụng tương lai lấy từ thư viện vật liệu có sẵn NX1.0 Loads: Tùy chọn cho phép bạn áp dụng loại lực áp lực khác để tác động lên vật rắn với hướng cường độ Boundary Conditions: Các điều kiện biên bề mặt cố định để giữ bậc tự Một vài mặt cố định xoay số hạn chế dịch chuyển tịnh tiến 3D Tetrahedral Meshes: Biểu tượng lựa chọn lưới sử dụng để thay đổi mơ thảo luận phần đầu chương Thông thường, lựa chọn hình dạng khối tứ diện phần tử để xấp xỉ Bạn chọn phần tử 2-D 1-D phụ thuộc vào trường hợp yêu cầu việc chọn tùy chọn từ menu xổ xuống Solve: Đây lệnh giải tất chương trình điều khiển thuật toán bạn chọn tất tùy chọn phía Điều giải đưa kết phân tích tình 1.1.3 Thanh điều khiển phân tích Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 Simulation Navigator cung cấp khả để kích hoạt giải pháp có, tạo sử dụng giải pháp tạo để xây dựng chế cách tạo sử đổi đối tượng chuyển động Để hiển thị Simulation Navigator, nhấn vào thẻ Simulation Navigator Resource bar mơ tả hình Nó cho thấy danh sách kịch tạo cho tệp mơ hình gốc Trong kịch bản, hiển thị danh sách đặt tải, điều kiện biên, loại lưới, kết quả, báo cáo tạo vân vân 1.2 TẠO GIẢI PHÁP Mô-đun DESIGN SIMULATION cách khác với kịch tạo NX11.0 tạo thư mục tên với tệp tin vị trí nơi tệp tin đặt Đối với kịch giải pháp, tạo tệp khác với tên kịch Chúng xxx.SIM, xxx.DAT, xxx.txt, xxx.out xxx.VDM Tất kết tạo cho kịch lưu dạng tệp vdm Bạn nghĩ mơ hình kịch biến thể mơ hình thiết kế tổng thể Kịch chứa tất thuộc tính biên mơ hình tổng thể Chúng hỗ trợ cải thiện khối mơ hình thích biểu quan trọng Cải thiện mơ hình ( tối ưu) dùng để cung cấp mô hình tổng thể điều chỉnh phục vụ nơi để giữ đặc điểm cụ thể kịch bề mặt tiếp xúc đối tượng ( khớp, ma sát, liên kết khâu, ) Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 Biên dạng mơ hình kịch liên kết với biên dạng mơ hình tổng thể, kịch có thêm thơng tin riêng Ví dụ, mơ hình tổng thể chứa tất thơng tin biên dạng mơ hình, mơ hình kịch bao gồm tất liệu chuyển động bổ sung, thông tin liên kết khớp Bây tạo kịch Lưu ý: Khi bạn mở tệp mơ – đun Design Simulation lần đầu, tự động xuất với cửa sổ Solution creation để tạo giải pháp ➢ Nhấn vào biểu tượng Simulation Navigator công cụ điều hướng ➢ Nhấn chuột phải vào Impeller_impeller chọn New FEM And Simulation Thao tác hiển thị hộp thoại New FEM and Simulation để tạo kịch ➢ Nhấn OK Thao tác hiển thị cửa sổ khác để tạo kịch khác hình Trong cửa sổ Create Solution, bạn chọn Solver Solution Type Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 ➢ Nhậm vào Name kịch Analysis_1 Loại Solver mặc định NX NSATRAN DESIGN loại Analysis STRUCTURAL dv an ce ca d ed u ➢ Chọn OK để tạo Solution gọi Analysis_1, hiển thị Simulation Navigator Simulation Navigator hình w a 1.2.1 Các thuộc tính vật liệu w w Bước cung cấp thuộc tính vật liệu vào mơ hình vật rắn cho kịch Do khơng có liệu thư viện để lấy vật liệu tiêu chuẩn, tạo liệu Hãy giả sử sử dụng thép để chế tạo cánh quạt Để gán vật liệu, nhấn vào tệp cánh quạt thứ hai cửa sổ mô hình 10 Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 Các tải áp dụng mô hình vật rắn nên nhập vào hệ thống Đối với cánh quạt, lực tác động bề mặt lõm cánh tuabin Tải trọng xấp xỉ áp suất bình thường tất bề mặt Vì khơng q quan tâm đến độ lớn tải, lấy giá trị 100 lbf/inch2 để phóng đại biến dạng cánh Bây nhấn vào tệp mô để áp dụng tải hình ➢ Nhấn vào biểu tượng Loads HOME • Trong Load Type chọn Pressure ➢ Nhấn vào bề mặt lõm cánh quạt thể hình sau 14 Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Giáo trình phân tích CAE với NX11 u Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM ed Nhập giá trị cho áp suất 100 để đơn vị lb-f/in2 (psi) ce ca d ➢ Chọn OK an 1.2.3 Các điều kiện biên w w w a dv Để đưa điều kiện biên cho kịch Cánh quạt quay quanh trục hình nói với trục bạn thấy vẽ lắp chương trước Nó khơng cố định Nhưng điều quan tâm biến dạng cánh quạt lõi cánh quạt Các lõi hình nón tương đối cố định biến dạng cánh phân tích cho phù hợp ➢ Nhấn vào biểu tượng Constraint Type ➢ Chọn Fixed Constraint 15 Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 Loại điều kiện biên ràng buộc giới hạn đối tượng chọn bậc tự từ tịnh tiến quay Bạn thấy điều kiện ràng buộc khác có sẵn việc nhấn vào menu xổ xuống Constraint cơng cụ ➢ Nhấn vào bề mặt hình nón cánh quạt hình sau ➢ Chọn OK 1.2.4 Mesh Tùy chọn ‘Mesh’ phân chia mơ hình thành phần tử nhỏ hay cịn gọi chia lưới Nó định nghĩa bước cuối q trình FEA tùy thuộc vào tính chất vật liệu Trong trường hợp chúng ta, xác định cuối ➢ Chọn tệp fem từ simulation file view ➢ Nhấn vào biểu tượng 3D Tetrahedral Mesh 16 Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 Một cửa sổ yêu cầu loại kích thước phần tử ➢ Nhấn vào mơ hình đối tượng vật rắn hình đồ họa Có loại phần tử có dạng tứ diện có sẵn NX1.0 Một 4-nút loại khác 10-nút ➢ Chọn Type thành TETRA10 ➢ Nhập Overall Element Size 1.0 ➢ Chọn OK Bạn nhìn thấy mơ hình vật rắn với phần tử dạng tứ diện nhỏ Nó hình Lưu ý: Trong chia lưới vật rắn có đánh đổi bạn cần phải xem xét Nếu bạn chọn phần tử nhỏ với số nút nhiều bạn có độ xác cao phân tích bạn so với phần tử lớn Tuy nhiên thời gian cần thiết để giải mơ hình với phần tử nhỏ lớn nhiều so với phần tử lớn Do đó, dựa độ xác u cầu nghiên cứu mức độ quan trọng phận điều khoản sản phẩm cuối cùng, chọn kích thước phù hợp phần tử nút 17 Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 1.3 KẾT QUẢ VÀ MƠ PHỎNG 1.3.1 Giải Kịch Mơ hình Phần tử Hữu hạn sẵn sàng để giải phân tích Đó cách thực hành tốt để kiểm tra hồn thành mơ hình trước giải mơ hình Để kiểm tra mơ hình ➢ Nhấn vào MENU> ANALYSIS> FINITE ELEMENT MODE CHECK> MODEL SETUP Thao tác lên menu hình bên ➢ Chọn OK Thao tác hiển thị kết Check Bạn thấy lỗi hay cảnh báo cửa sổ riêng Các lỗi hay cảnh báo việc tạo mơ hình FEA là: khơng có vật liệu, khơng có tải vân vân Trong trường hợp bạn nhận lội cảnh báo quay trở lại bước trước hoàn thành yêu cầu 18 Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 Nếu bạn không nhận lỗi hay cảnh báo bạn sẵn sàng để giải vấn đề FEA ➢ Nhấn vào biểu tượng Solve Thao tác mở cửa sổ Solve ➢ Nhấn OK mà khơng làm thay đổi Có thể lúc để tạo kết Chờ cửa sổ Analysis Job Monitor xuất hiện, hiển thị cơng việc hồn thành Trong chương trình giải tính tốn, Analysis Job Monitor hiển thị Running 19 Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Giáo trình phân tích CAE với NX11 u Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM ca d ed ➢ Nhấn vào CANCEL cửa sổ Analysis Job Monitor báo Completed ce 1.3.2 Kết FEA dv an ➢ Mở Simulation Navigator a ➢ Nhấn vào Post Processing Navigator w w w Thao tác đưa bạn vào Post-Processing Navigator Post-Processing Navigator hiển thị tất các Giải pháp mà bạn tạo Nếu bạn nhấn vào dấu ‘+’ phía trước Giải pháp bạn thấy phân tích khác thực mơ hình ➢ Nhấn đúp chuột vào menu Displacement-Nodal Màn hình xuất hình 20 Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 Bạn dễ dàng giải thích kết từ mã màu Màu cam đỏ biểu thị vùng biến dạng tối đa vùng màu xanh cho thấy vùng biến dạng tối thiểu Bạn quan sát lõi hình nón cố định, khơng có biến dạng Các phân tích biên dạng tối đa trải nghiệm mũi cánh 1.245 x 10-3 inch Trên Post-Processing Navigator, bạn tiếp tục thay đổi kết cách nhấn đúp vào tùy chọn hình Bạn nhấn vào dấu khơng hoạt động khác để xem nhiều kết khác 21 Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 Một vài kết khác hình 22 Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 1.3.3 Mơ Hình ảnh động Post Processing Toolbar xuất bạn chọn Design Simulation Module Tuy nhiên, trường hợp khơng hiển thị, làm theo bước sau: ➢ Nhấn vào thẻ RESULTS Một mục Animation nhìn thấy sau ➢ Nhấn vào biểu tượng Animation công cụ RESULTS ➢ Trong cửa sổ Animation Setup, thay đổi số Number of frames thành 10 nhấn vào nút Play để thấy hình ảnh động biến dạng Bạn tìm nút Play cơng cụ Post Processing 23 Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 Bây bạn thấy hình ảnh động cánh quạt bị biến dạng với lực áp vào cánh ➢ Để thực thay đổi thiết lập kết hiển thị, nhấn vào biểu tượng Post View mơ tả hình ➢ Trong hộp thoại Post View ra, nhấn vào Deformed Results thẻ DISPLAY ➢ Trong hộp thoại Deformed Results chọn Show Un-deformed Model mơ tả hình thứ hai phía chọn OK 24 Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Giáo trình phân tích CAE với NX11 Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM w w w a dv an ce ca d ed u Bây nhấn vào nút Play để xem hình ảnh động Thao tác hiển thị hình ảnh động biến dạng với hình dạng ban đầu màu xám, mơ tả hình ➢ Nhấn vào nút Stop ➢ Nhấn chuột phải vào Analysis_1 Post-Processing nhấn vào Unload Thao tác đưa hình bạn trở lại mơ hình chia lưới 25 Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 Có hai cách để cải thiện độ xác kết FEA ➢ Giảm kích thước phần tử ➢ Tăng bậc đa thức nội suy (tức sử dụng bậc hai hay chí bậc ba thay đa thức tuyến tính) Phương pháp tiếp cận thứ hai ưa thích có hiệu mặt tính tốn không gian nhớ Tuy nhiên, thử tạo kịch cách sử dụng tùy chọn ➢ Nhấn chuột phải vào Analysis_1 Simulation Navigator ➢ Chọn CLONE để chép kịch ➢ Chọn OK hộp Message ➢ Một Copy of Analysis_1 tạo, đổi tên thành Analysis_2 ➢ Đi đến tệp fem1 Simulation File View ➢ Nhấn chuột phải vào 3D Mesh (1) nhấn Edit ➢ Trong hộp thoại ra, thay đổi Type thành TETRA4 ➢ Chọn OK ➢ Đi đến tệp sim1 Simulation File View ➢ Nhấn vào biểu tượng Solve để giải kịch ➢ Nhấn OK Analysis Job Monitor hiển thị trạng thái Analysis_2 thành Completed ➢ Nhấn CANCEL 26 Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 ➢ Trong Simulation Navigator, nhấn đúp vào Results cho Analysis_2 Hình phân tích Bạn theo dõi thay đổi độ lệch lớn Lưu tất kịch đóng tệp 1.4 BÀI TẬP - ARBORPRESS L-BAR Mở tệp ‘Arborpress_L-bar.prt’ thực phân tích cấu trúc tương tự, xem xét vật liệu thép Đối với lưới, kích thước phần tử nên đặt 10.00 loại Tetra10 Đối với tải, áp dụng áp suất bình thường với độ lớn 500 mặt đỉnh mơ tả hình 27 Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại) Advance CAD – No1 CAD/CAM/BIM Giáo trình phân tích CAE với NX11 Đối với điều kiện biên, cố định mặt phẳng (mặt trước tơ sáng, mặt song song với phía sau mặt dưới) đánh dấu hình 28 Ungdungmaytinh.com – cachdung.com ( Nhà sách Quảng Đại)