Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường phân tích bài toán dao động bằng phương pháp phần tử hữu hạn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM VIỆN CƠ KHÍ THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG Đ ĐỀ TÀI ề PHÂN TÍCH BÀI TỐN DAO ĐỘNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN n iê gh in tà u oa kh c họ Chủ nhiệm đề tài : LÊ THỊ THÙY DƯƠNG Hải Phòng, tháng / 2016 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài .3 Mục đích nghiên cứu 3 Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Chương DAO ĐỘNG .4 1.1 Tổng quan 1.1.1 Dao động điều hòa 1.1.2 Dao động tuần hoàn Đ ề 1.1.3 Dao động hầu tuần hồn khơng tuần hoàn 10 tà in 1.2 Dao động uốn dầm 12 gh 1.2.1 Thiết lập phương trình vi phân dao động uốn dầm 12 n iê 1.2.2 Dao động uốn tự dầm Euler-Bernoulli đồng chất thiết diện không đổi 15 u 1.2.3 Dao động uốn cưỡng dầm Euler-Bernoulli đồng chất thiết diện không đổi 17 Chương PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN .24 oa kh họ c 2.1 Tổng quan phương pháp phần tử hữu hạn 24 2.1.1 Giới thiệu chung .24 2.1.2 Xấp xỉ phương pháp phần tử hữu hạn 24 2.1.3 Định nghĩa hình học phần tử hữu hạn 24 2.2 Các phần mềm phân tích kết cấu phương pháp phần tử hữu hạn .27 2.2.1 Phần mềm tính tốn kết cấu Sap 27 2.2.3 Phần mềm Catia 28 2.2.4 Phần mềm Unigraphics NX 29 2.2.5 Phần mềm Ansys 31 Chương TÍNH TỐN DAO ĐỘNG CỦA DẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 33 3.1 Ứng dụng Ansys giải toán dao động 33 3.2 Bài toán 33 3.3 Giải toán 33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài ề Đ Dao động tượng phổ biến tự nhiên kỹ thuật Các máy, phương tiện giao thơng vận tải, tịa nhà cao tầng, cầu bắc ngang qua dịng sơng, mạch điện đài, đồng hồ … hệ dao động kỹ thuật Dao động có ảnh hưởng định đến người cơng trình Với cơng trình nhà cửa, tàu bè, máy móc thiết bị bị dao động làm ảnh hưởng đến tâm lý người sử dụng, nặng ảnh hưởng đến sức khỏe người sử dụng Với cơng trình dao động gây tượng mỏi cơng trình, dẫn đến phá hủy cơng trình Chính vậy, việc nghiên cứu dao động cơng trình vấn đề cần nghiên cứu tỉ mỉ Với phát triển phương pháp tính, tốn dao động sử lý cách hiệu quả, phương pháp giải toán dao động sử dụng phương pháp số, phương pháp giúp nhà kỹ thuật sử dụng công cụ máy tính vào q trình tính tốn, giúp thực tốn nhanh hơn, xác Với mục đích nghiên cứu áp dụng phương pháp phần tửu hữu hạn, phần tử sử dụng rộng rãi giới toán kỹ thuật nhiều hạn chế Việt Nam, tác giả sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn tính tốn dao động dầm, từ tăng độ xác tinh tốn, tăng cường viêc ứng dụng tin học tính tốn thiết kế cơng trình n iê gh in tà u oa kh Mục đích nghiên cứu họ c - Xác định chuyển vị dầm biết trước tần số dao động phương pháp phần tử hữu hạn Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Các dầm chịu lực Phạm vi nghiên cứu: Xác định chuyển vị dầm biết trước tần số Phương pháp nghiên cứu Mơ hình hóa, phân tích Ý nghĩa khoa học thực tiễn Nghiên cứu toán dao động Chương DAO ĐỘNG 1.1 Tổng quan 1.1.1 Dao động điều hòa 1.1.1.1 Các tham số động học dao động điều hòa Dao động điều hịa mơ tả phương diện động học hệ thức y(t )  A sin(t   )  A sin (t ) (1.1) Dao động điều hịa cịn gọi dao động hình sin Đại lượng A gọi biên độ dao động Như biên độ dao động giá trị tuyệt đối độ lệch lớn đại lượng dao động y(t) so với giá trị trung bình Đại lượng  (t)  t   gọi pha dao động Góc  gọi pha ban đầu ề Đ n iê gh in tà u Đại lượng  gọi tần số vòng dao động điều hòa, đơn vị rad/s 1/s Vì hàm sin có chu kỳ 2 nên dao động điều hịa có chu kỳ oa kh 2  f  c Tần số dao động, đơn vị 1/s Hz (1.2) họ T  T (1.3) Từ công thức (1.1) ta thấy: dao động điều hòa xác định biết ba đại lượng A,   Mặt khác, dao động điều hòa xác định biết tần số vịng  điều kiện đầu Giả sử có dạng t = 0: y(0)= y0; y (0)  y Khi phương trình (1.1) có y  A sin  ; y  A cos Từ suy A y  y 02    arctg y y (1.4) Để xác định pha ban đầu ta cần ý đến hệ thức sau   arcsin y0 A (1.5) Người ta hay biểu diễn dao động điều hòa (1.1) dạng sau y(t )  C1 cost  C2 sin t (1.6) So sánh biểu thức (1.6) biểu thức (1.1) ta có C1 = Asin; C2 = Acos Từ suy   arctg A  C12  C 22 ; (1.7) C1 C  arcsin C2 A (1.8) Các số C1 C2 xác định từ điều kiện đầu C1 = y0; C2  y  ề Đ 1.1.1.2 Biểu diễn phức dao động điều hịa Hàm điều hịa y(t) xem phần ảo véc tơ phức z quay với vận tốc góc  mặt phẳng số (1.9) z  Aei (t  )  Aei eit  A eit y(t) = Im( z (t ) ) (1.10) i Đại lượng A  Ae gọi biên độ phức Nhờ công thức Euler in tà e i  cos  i sin  n iê gh y(t )  Im(z (t ))  A Im(e i (t  ) )  A sin(t   ) Ta có 1.1.1.3 Tổng hợp hai dao động điều hòa phương tần số Cho hai dao động điều hòa phương tần số y1 (t )  A1 sin(t  1 ) ; y2 (t )  A2 sin(t   ) Tổng hợp hai dao động điều hòa xác định hệ thức sau u oa kh y(t )  A1 sin(t  1 )  A2 sin(t   ) họ Sử dụng định lý cộng hàm số sin ta có c y (t )  A1 sin t cos  A1 cost sin   A2 sin t cos  A2 cost sin   (A1cos  A cos )sint  (A1sin  A sin )cost Ta đưa vào ký hiệu A cos  A1 cos1  A2 cos A sin   A1 sin   A2 sin  Thì biểu thức có dạng y(t )  A sin t cos  A cost sin   A sin(t   ) (1.11) Như tổng hợp hai dao động điều hòa phương tần số dao động điều hòa với tần số tần số dao động điểu hòa thành phần, biên độ A góc pha ban đầu  xác định hệ thức sau A  ( A1 cos1  A2 cos )  ( A1 sin 1  A2 sin  )  A12  A22  A1 A2 cos(1   ) (1.12) A1 sin   A2 sin  A1 cos  A2 cos A sin 1  A2 sin    arcsin A   arctg Hoặc (1.13) (1.14) 1.1.2 Dao động tuần hoàn T   y a(t  )  y (at  T )  y (at )  u (t ) a   ề n iê gh in tà T u (t  )  a Đ 1.1.2.1 Các tham số động học dao động tuần hoàn Một hàm số y(t) gọi hàm tuần hoàn, tồn số T > 0, cho với t ta có hệ thức y(t + T) = y(t) (2.1) Một q trình dao động mơ tả mặt động học hàm tuần hoàn y(t) gọi dao động tuần hoàn Hằng số T nhỏ hệ thức (2.1) thỏa mãn gọi chu kỳ dao động Chú ý hàm số y(t) có chu kỳ T hàm số u(t) = y(at) có chu kỳ T/a Thực u oa kh c họ Biên độ dao động tuần hoàn y(t) định nghĩa biểu thức sau A max y(t )  y(t ) (2.2) Đối với dao động tuần hoàn, tham số động học đặc trưng cho chu kỳ, tần số, biên độ người ta sử dụng tham số giá trị trung bình theo thời gian hàm y(t) chu kỳ Ba loại giá trị trung bình hay sử dụng giá trị trung bình tuyến tính ytt  T T  y(t )dt (2.3) T  giá trị trung bình hiệu dụng T y hd  T y (2.4) (t )dt T  Và giá trị trung bình hiệu chỉnh y hc  T T  y(t ) dt (2.5) T  ề Đ Trong công thức (2.3), (2.4), (2.5) khoảng lấy tích phân [-T/2, T/2] thay khoảng [t0, t0+T] 1.1.2.2 Tổng hợp hai dao động điều hịa có phương khác tần số với tỷ lệ hai tần số số hữu tỷ Cho hai dao động điều hòa thành phần y1 (t )  A1 sin(1t  1 ) ; y2 (t )  A2 sin(2 t   ) n (p, q = 1, 2, 3…) 1 T2 p   1  T1 q iê gh in tà Với u (2.6) Tổng hợp hai dao động điều hòa xác định hàm kh oa y(t )  y1 (t )  y2 (t )  A1 sin(1t  1 )  A2 sin(2 t   ) (2.7) c họ Chu kỳ dao động T1 = 2/1; T2 = 2/2 Từ công thức (2.6) ta suy chu kỳ dao động tổng hợp y(t) T= pT1=qT2 Vậy tổng hợp hai dao động điều hòa phương khác tần số với tỷ lệ hai tần số số hữu tỷ 1:2 = p:q dao động tuần hoàn chu kỳ T= pT1=qT2 Nếu p/q phân số tối giản T bội số chung nhỏ T1 T2 1.1.2.3 Phân tích Fourier hàm tuần hồn Trong thực tế ta gặp dao động điều hịa túy mà thường hay gặp dao động phức tạp biểu diễn hàm tuần hoàn Một hàm tuần hoàn chu kỳ T=2/ với số giả thiết mà thực tế ln chấp nhận phân tích thành chuỗi Fourier  y (t )  a0   (a k cos kt  bk sin kt ) (2.8) k 1 Trong a0, ak, bk gọi hệ số Fourier xác định công thức T a0  y(t )dt T 0 T bk   y (t ) sin ktdt , k = 1,2, T0 T ak  y(t ) cos ktdt T 0 (2.9) k= 1,2,… Chuỗi Fourier (2.8) viết dạng chuẩn dao động  y (t )  a0   Ak sin( kt   k ) (2.10) k 1 Với  k  arctg Ak  a k2  bk2 ak bk ề Đ (2.11) Việc phân tích hàm tuần hoàn thành chuỗi Fourier gọi phân tích điều hịa Hằng số a0 gọi giá trị trung bình dao động, số hạng A1sin(t+α1) gọi dao động bản, số hạng Aksin(kωt+αk) gọi dao động bậc k-1(với k>1) hay gọi điều hòa 1.1.2.4 Biểu diễn hàm tuần hoàn miền tần số Ta chọn hệ tọa độ vng góc, trục hồnh biểu diễn tần số (hoặc tần số f), trục tung biểu diễn độ lớn biên độ A điều hòa Việc biểu diễn hàm tuần hoàn y(t) mặt phẳng (, A) gọi biểu diễn hàm tuần hoàn y(t) miền tần số Tập hợp biên độ Ak khai triển Fourier (2.10) hàm tuần hoàn y(t) gọi phổ hàm tuần hoàn y(t) n iê gh in tà u oa kh c họ Việc cho biết biên độ Ak điều hòa chưa đủ thơng tin hàm y(t), ta chưa biết pha ban đầu điều hịa Tuy nhiên từ biên độ tần số ta giải nhiều vấn đề toán dao động cần nghiên cứu 1.1.2.5 Biểu diễn dao động tuần hoàn mặt phẳng pha Giả sử y(t) đại lượng dao động y (t ) đại lượng dao động Ta xem y(t), y (t ) cách biểu diễn dạng tham số hàm y (y) Ta chọn hệ trục tọa độ vng góc với trục hoành y, trục tung y Đồ thị hàm y (y) hệ tọa độ vng góc gọi quỹ đạo pha hay đường cong pha Mặt phẳng ( y, y ) gọi mặt phẳng pha Trong mặt phẳng pha, dao động mô tả dịch chuyển điểm ảnh P( y, y ) Nếu đại lượng dao động tuần hồn quĩ đạo pha đường cong kín Trường hợp đơn giản dao động tuần hoàn dao động điều hịa Từ phương trình dao động ề Đ y  A sin(t   ) y  A cos(t   ) tà gh in Khử t ta phương trình quỹ đạo pha dao động điều hòa + A n iê A - u - c - họ  y   y      1  A   A  y oa A A - A y kh + A A A (2.12) Phương trình (2.12) biểu diễn mặt phẳng pha elip với bán trục A A(Hình trên) Nếu chọn tỷ lệ xích trục hồnh trục tung cách thích hợp quỹ đạo pha dao động điều hịa đường trịn Đối với số q trình dao động tuần hồn ta khó biểu diễn phương trình quỹ đạo pha y  f (y) dạng giải tích Trong trường hợp ta phải vẽ quỹ dạo pha cách tính trị số y(tk) y (t k ) Ngày với phát triển tin học việc vẽ quỹ đạo pha thuận tiện đơn giản Chương PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 2.1 Tổng quan phương pháp phần tử hữu hạn 2.1.1 Giới thiệu chung ề Đ Sự tiến khoa học, kỹ thuật đòi hỏi người kỹ sư thực đề án ngày phức tạp, đắt tiền địi hỏi độ xác, an toàn cao Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) phương pháp tổng quát hữu hiệu cho lời giải số nhiều lớp toán kỹ thuật khác Từ việc phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng kết cấu khí, chi tiết ô tô, 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 Hiện có nhiều phần mềm PTHH tiếng như: ANSYS, ABAQAUS, SAP, v.v Để khai thác hiệu phần mềm PTHH có tự xây dựng lấy chương trình tính tốn PTHH, ta cần phải nắm sở lý thuyết, kỹ thuật mơ hình hố bước tính phương pháp n iê gh in tà 2.1.2 Xấp xỉ phương pháp phần tử hữu hạn u Giả sử V miền xác định đại lượng cần khảo sát (chuyển vị, ứng suất, biến dạng, nhiệt độ, v.v.) Ta chia V nhiều miền ve có kích thước bậc tự hữu hạn Đại lượng xấp xỉ đại lượng tính tập hợp miền ve Phương pháp xấp xỉ nhờ miền ve gọi phương pháp xấp xỉ phần tử hữu hạn, có số đặc điểm sau: - Xấp xỉ nút miền ve liên quan đến biến nút gắn vào nút ve biên nó, - Các hàm xấp xỉ miền ve xây dựng cho chúng liên tục ve phải thoả mãn điều kiện liên tục miền khác - Các miền ve gọi phần tử oa kh c họ 2.1.3 Định nghĩa hình học phần tử hữu hạn 2.1.3.1 Nút hình học Nút hình học tập hợp n điểm miền V để xác định hình học PTHH Chia miền V theo nút trên, thay miền V tập hợp phần tử ve có dạng đơn giản Mỗi phần tử ve cần chọn cho xác định giải tích theo 24 toạ độ nút hình học phần tử đó, có nghĩa toạ độ nằm ve biên 2.1.3.2 Quy tắc chia miền thành cách phần tử Việc chia miền V thành phần tử ve phải thoả mãn hai qui 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 (Hình 1.1) - Tập hợp tất phần tử ve phải tạo thành miền gần với miền V cho trước tốt Tránh không tạo lỗ hổng phần tử 2.1.3.4 Các dạng phần tử 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 Dưới đây, làm quen với số dạng phần tử hữu hạn hay gặp ề Đ Phần tử chiều tử bậc gh in tà Phần Phần tử bậc Phần tử bậc hai ba u Phần tử hai chiều n iê oa kh Phần tử bậc hai c họ Phần tử bậc Phần tử bậc ba Phần tử ba chiều Phần tử tứ diện Phần tử bậc Phần tử bậc hai Phần tử bậc ba 2.1.3.5 Sơ đồ tình tốn phương pháp phần tử hữu hạn Một chương trình tính PTHH thường gồm khối sau: Khối 1: Đọc liệu đầu vào: Các liệu bao gồm thông tin mô tả nút phần tử (lưới phần tử), thông số học vật liệu (môđun đàn hồi, hệ số 25 dẫn nhiệt ), thông tin tải trọng tác dụng thông tin liên kết kết cấu (điều kiện biên); Khối 2: Tính tốn ma trận độ cứng phần tử k véctơ lực nút phần tử f phần tử; Khối 3: Xây dựng ma trận độ cứng tổng thể K véctơ lực nút F chung cho hệ (ghép nối phần tử); Khối 4: Áp đặt điều kiện liên kết biên kết cấu, cách biến đổi ma trận độ cứng K vec tơ lực nút tổng thể F; Khối 5: Giải phương trình PTHH, xác định nghiệm hệ véctơ chuyển vị chung Q; Khối 6: Tính toán đại lượng khác (ứng suất, biến dạng, gradiên nhiệt độ, v.v.) ; Khối 7: Tổ chức lưu trữ kết in kết quả, vẽ biểu đồ, đồ thị đại lượng theo yêu cầu Sơ đồ tính tốn với khối biểu diễn hình sau ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ 26 Đọc liệu đầu vào - Các thông số học vật liệu - Các thơng số hình học kết cấu - Các thông số điều khiển lưới - Tải trọng tác dụng - Thông tin ghép nối phần tử - Điều kiện biên Tính tốn ma trận độ cứng phần tử k Tính tốn véctơ lực nút phần tử f Xây dựng ma trận độ cứng K véctơ lực chung F ề Đ Áp đặt điều kiện biên (Biến đổi ma trận K vec tơ F) in tà n iê gh Giải hệ phương trình KQ = F (Xác định véctơ chuyển vị nút tổng thể Q) u Tính tốn đại lượng khác (Tính toán ứng suất, biến dạng, kiểm tra bền, v.v) oa kh c họ In kết - In kết mong muốn - Vẽ biểu đồ, đồ thị Hình 2.2 Sơ đồ khối chương trình PTHH 2.2 Các phần mềm phân tích kết cấu phương pháp phần tử hữu hạn Với phát triển khoa học cơng nghệ, nhiều phần mềm tính tốn theo phương pháp phần tửu hữu hạn sử dụng để tính tốn cac tốn kỹ thuật 2.2.1 Phần mềm tính tốn kết cấu Sap phần mềm tính tốn kết cấu sử dụng nhiều Việt Nam, ưu điểm phần mềm mạnh tính tốn khung dàn khơng gian, nhiên lại hạn chế tính tốn khung dàn dạng 27 2.2.3 Phần mềm Catia ề Đ Phần mềm Catia phần mềm hỗ trợ cho công việc thiết kế chi tiết máy người kỹ sư thiết kế Ngồi Catia cịn cung cấp chức lắp ghép chi tiết máy rời rạc thành cụm chi tiết, cấu máy hay máy khí hồn chỉnh Và sau đó, người sử dụng phần mềm Catia mơ chuyển động cụm chi tiết, cấu hay máy khí lắp ráp cách sinh động [3] Sự chuyển đổi môi trường làm việc Catia linh hoạt cách sử dụng công cụ Start giúp cho người thiết kế cảm thấy thoải mái tiết kiệm nhiều thời gian [3] Các modul phần mềm [3] Mechanical Deigsn: Modul cho phép xây dựng chi tiết, sản phẩm lắp ghép khí Shape Design and Styling: Modul cho phép thiết kế bề mặt có biên dạng, kiểu dáng phức tạp lĩnh vực thiết kế vỏ ô tô, tàu biển, máy bay,… Analysis: Module cho phép tính tốn kiểm tra mơ chi tiết chịu tải trọng môi trường kết cấu liên tục mơi trường nhiệt độ Từ cho phép tối ưu kết cấu Manufacturing: Modul cho phép mô q trình gia cơng chế tạo chi tiết thơng qua việc lựa chọn dao, chế độ cắt, gá đặt từ cho phép người thiết kế lựa chọn trình chế tạo hợp lý nâng cao chất lượng gia công tiết kiệm vật liệu Equipments and systems: Cho phép xây dựng trang thiết bị, hệ thống nhà máy theo tiêu chuẩn Plant Engineering: Cho phép thiết kế mặt xưởng, nhà máy, dây chuyền sản xuất Đây phần mềm mạnh có khả giải nhiều toán nên yêu cầu cấu hình máy tính phải đảm bảo.Các đối tượng mà CATIA có khả làm việc là: Thiết kế khí: Thiết kế chi tiết cấu tổ hợp sản phẩm dập tấm, bề mặt khung dây, thiết kế khuôn, thiết kế tàu thuỷ, ô tô, máy bay v.v… Thiết kế kiểu dáng hình học 3D với mặt cong Phân tích kết cấu phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) Gia công CNC Thiết kế nhà xưởng Thiết kế hệ thống điện, điện tử, thủy lực Mô động học n iê gh in tà u oa kh c họ 28 2.2.4 Phần mềm Unigraphics NX ề Đ NX hệ thống CAD/CAM/CAE mạnh để mơ hình hố ba chiều sản phẩm khí Hệ thống công cụ hỗ trợ cho nhà thiết kế thực công việc thiết kế sản phẩm cách nhanh chóng xác [4] Phục vụ thiết kế, mơ phỏng, lập trình gia cơng…, cho ngành cơng nghiệp sản xuất hàng gia dụng dân dụng (balo, dày dép), máy công cụ, máy công nghiệp, ôtô, xe máy, đóng tàu các ngành cơng nghiệp hàng không thiết kế máy bay, công nghệp vũ trụ….Nhờ vào giải pháp tổng thể, linh hoạt đồng mà NX tập đồn lớn giới ( Boeing, Suzuki, nissan, Nasa…) sử dụng Đặc biệt Nhật bản, Đức, Mỹ Ấn Độ Unigraphics NX có thị phần lớn so với tất phần mền CAD/CAM khác Với 51 triệu licensed phát hành với 51.000 khách hàng tồn giới NX khơng đứng đầu mặt cơng nghệ mà cịn đứng đầu lượng licensed phát hành [4] Các mô đun phần mềm Bao gồm mô đun Model Là mô đun giúp người sử dụng tạo các khối hình học, chi tiết máy dạng 3D Mô đun gồm lựa chọn nhỏ cho người sử dụng Model: tạo chi tiết riêng rẽ Assembly: Tạo thiết bị nối ghép chi tiết riêng rẽ tạo phần Model tạo trực tiếp môi trường Assembly Shape Studio: Tạo chi tiết từ mặt cong, mặt cong mặt cong mặt cong không NX Sheet metal: Tạo chi tiết dạng kim loại Chuyên cung cấp giải pháp thiết kế chi tiết dạng tiêu chuẩn hóa với góc bẻ, bán kính góc lượn hay mép gấp theo tiêu chuẩn quốc tế người thiết kế đặt Phần mềm hỗ trợ đưa tư vấn kỹ thuật người thiết kế chọn nhầm tiêu kỹ thuật Aero Sheet Metal: Tạo chi tiết dạng có mặt mặt cong Routing Logical: Tạo sơ đồ ống từ thư viện phần mềm Phần mềm tư vấn đường tối ưu đường ống hệ thống, tính tốn đưa bảng thống kê kích thước, khối lượng thông số kỹ thuật đường ống thiết bị, phân tích định hướng kiểm tra dòng chảy dựa hệ thống tổng thể đường ống Routing Mechanical: Thiết kế đường ống khí n iê gh in tà u oa kh c họ 29 ề Đ Routing Electrical: Tạo sơ đồ điện từ thư viện phần mềm Cho phép tính tốn thiết kế hệ thống mạch điện, đường dây điện thiết bị điện cách nhanh chóng Phần mềm tự động tối ưu hoá đường dây dẫn, tiết kiệm thời gian tăng tính khoa học, thẩm mỹ Black: Tạo chi tiết từ file thiết kế trắng Drawing Là mô đun giúp người thiết kế nhanh chóng tạo vẽ kỹ thuật 2D từ khối vật thể xây dựng mô đun Model Mô đun không giúp tạo hình chiếu mà cịn tạo hình cắt, hình cắt trích, hình chiếu riêng phần, ghi kích thước, dung sai… Mô đun bao gồm lựa chọn cho khổ giấy vẽ từ A0 đến A4 Các khung vẽ mặc định kèm với khổ giấy, nhiên người dùng hồn tồn thay đổi khung vẽ tiêu chuẩn vẽ Simulation Là mô đun giúp người thiết kế mơ kiểm tra tính tốn tốn thiết kế Mơ đun xây dựng để tính tốn tốn thiết kế nhiều lĩnh vực Điện tử, sức bền, dịng chảy… Manufacturing Mơ đun giúp người thiết kế dễ ràng thiết lập chương trình, nhiều chiến lược giúp tối ưu đường chạy dao,… hổ trợ Machine Tool Simulation giúp mô gia cơng mơ hình máy thực, giúp kiểm soát tốt hạn chế nguy va đập xảy gia công Đặc biệt NX hổ trợ lập trình gia cơng tốt cho máy phay trục trục Thư viện possproceser có nhiều poss hệ điều hành tiếng thông dụng Inspection Mô đun giúp người thiết kế kiểm duyệt lại thiết kế theo tiêu chuẩn Mechantronics Concept Design Ship Structures Mô đun rành riêng cho thiết kế kết cấu tàu thủy, giúp người dùng nhanh chóng đưa phương án thiết kế kết cấu thử nghiệm qua mô Chức phần mềm Phục vụ thiết kế, mơ phỏng, lập trình gia công…, cho ngành công nghiệp sản xuất hàng gia dụng dân dụng (balo, dày dép), máy công cụ, máy cơng nghiệp, ơtơ, xe máy, đóng tàu các ngành công nghiệp hàng không thiết kế máy bay, công nghệp vũ trụ….Nhờ vào giải pháp tổng thể, linh hoạt đồng mà NX tập đoàn lớn giới ( Boeing, Suzuki, nissan, Nasa…) sử dụng Đặc biệt Nhật bản, Đức, Mỹ Ấn Độ Unigraphics NX có thị phần lớn so với tất phần mền CAD/CAM khác Với 51 triệu licensed phát hành với 51.000 khách hàng toàn giới NX n iê gh in tà u oa kh c họ 30 ề Đ không đứng đầu mặt cơng nghệ mà cịn đứng đầu lượng licensed phát hành NX hệ thống CAD/CAM/CAE mạnh để mơ hình hố ba chiều sản phẩm khí Hệ thống cơng cụ hỗ trợ cho nhà thiết kế thực công việc thiết kế sản phẩm cách nhanh chóng xác Hơn nữa, tính mở tính tương thích NX cho phép nhiều phần mềm ứng dụng khác chạy trực tiếp mơi trường Autodesk Inventor, Catia, Pro-E, Solid Edge, CADKEY, SoildWorks, Cimatron, kết xuất file định dạng chuẩn để người sử dụng khai thác mơ hình mơi trường phần mềm phân tích khác Quản lí vòng đời sản phẩm: NX phần PLM, quản lí toản vịng đời sản phẩm từ yêu cầu ban đầu, thông qua thiết kế, chế tạo, bảo trì tái chế Thiết kế sản phẩm đáp ứng qua giai đoạn: từ giai đoạn ý tưởng đến thành phẩm: Teamcenter sử dụng để kiểm soát truy cập liệu tập tin NX Teamcenter cho phép người dùng làm việc thiết kế nhiệm vụ song song thay thiết kế theo trình Ví dụ, số người dùng thiết kế sản phẩm người dùng khác bắt đầu mơ yếu tố phân tích hữu hạn nghiên cứu gia công Sản phẩm lắp ráp chứa phận sử dụng lại từ mẫu thiết kế trước phận tiêu chuẩn phận từ thiết kế trước cần sửa đổi Ngoài ra, phận cần thiết kế từ đầu NX giúp bạn thiết kế chỉnh sửa phận bối cảnh lắp ráp để tạo phận phù hợp thích hợp (thao tác.avi) n iê gh in tà u oa kh c họ 2.2.5 Phần mềm Ansys ANSYS phần mềm tính tốn phân tích toán kỹ thuật mạnh lĩnh vực sản xuất, từ kết cấu đến thủy khí [7] ANSYS giải lớp tốn đứng riêng rẽ ( tốn ứng suất tuyến tính, kết cấu phi tuyến hình học - vật liệu - phân tử, phân tích tốn dao động với phương pháp Modal, phổ, điều hòa, dao động ngẫu nhiên, giải tốn uốn tuyến tính phi tuyến, toán nhiệt ổn định, truyền nhiệt, đối lưu, xạ nhiệt, dòng chảy thủy lực, điện từ ) như lớp toán hỗn hợp ( âm - cấu trúc, điện từ, thủy lực - cấu trúc, từ - nhiệt, từ - cấu trúc ) [7] ANSYS có khả tối ưu hóa mơ hình phần tử hữu hạn, đưa đầy đủ dạng kết cần thiết kiểm tra độ tin cậy kết theo tiêu lượng [7] ANSYS cho phép thí nghiệm số mơ số, từ đưa giải pháp nhằm hồn thiện mơ hình [7] 31 ANSYS cịn có khả liên kết với phần mềm khác : Pro/Eng, FLOTRAN để phân tích thẩm định thiết kế, có khả sử dụng thiết kế chương trình khí khác để phân tích thơng qua kĩ thuật IGES [7] Với phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin, việc áp dụng ứng dụng cơng nghệ thơng tin vào tính tốn phân tích toán kỹ thuật giúp kỹ sư giảm thời gian thiết kế, đảm bảo thiết kế xác trực quan Với nhiệm vụ đề tài, tác giả sử dụng phần mềm Ansys để thực đề tài ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ 32 Chương TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG CỦA DẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 3.1 Ứng dụng Ansys giải tốn dao động Để phân tích tốn dao động Ansys ta làm theo trình tự sau: - Sử dụng mô đun Modal - Chọn vật liệu - Mô hình hóa kết cấu dầm, sử dụng mơ đun Design Modeler Ansys để mơn hình hóa, dùng phần mềm mơ hình hóa Solidwork, Inventor, Catia… - Chia phần tử - Thực giải toán - Xuất kết ề Đ 3.2 Bài toán tà n iê gh in Tìm tần số dạng dao động riêng dầm chữ nhật hình 3.1 Dầm có kích thước L = 2,3 m; B = 0,04 m; H = 0,06 m đặt hai gối đỡ tựa Vật liệu dâm thép kết cấu có mơ đun đàn hồi E = 200 Gpa hệ số Poisson  = 0,3 u oa kh c họ Hình Bài tốn 3.3 Giải tốn Mơ hình chia lưới (hình 3.2) Cài đặt tốn (hình 3.3) 33 Hình Mơ hình tính chia lưới Hình 3 Cài đặt gối đỡ ề Đ Kết toán: Dạng dao động thứ 1: Chuyển vị lớn 0,21421 ứng với tần số dao động 17,298 Hz (hình 3.4) n iê gh in tà u oa kh c họ Hình Dạng dao động thứ Dạng dao động thứ 2: Chuyển vị lớn 0,23979 ứng với tần số 58,533 Hz (Hình 3.5) Hình Dạng dao động thứ 34 Dạng dao động thứ 3: Chuyển vị lớn 0,21414 ứng với tần số dao động 69,098 Hz (hình 3.6) Hình Dạng dao động thứ ề Đ Dạng dao động thứ 4: Chuyển vị lớn 0,20924 ứng với tần số dao động 155,07 Hz (hình 3.7) n iê gh in tà u oa kh c họ Hình Dạng dao động thứ Dạng dao động thứ 5: Chuyển vị lớn 0,22856 ứng với tần số dao động 160,38 Hz (hình 3.8) Hình Dạng dao động thứ 35 Dạng dao động thứ 6: Chuyển vị lớn 0,21389 ứng với tần số dao động 274,76 Hz (hình 3.9) Hình Dạng dao động thứ ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ 36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Tác giả nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn, áp dụng phương pháp vào tính tốn dao động dầm đặt hai gối đỡ Kết tính tốn trình bày phù hợp với quy luật Việc ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn tính tốn dao động khơng cho kết xác mà cịn mang lại lợi ích kinh tế, phương pháp giúp ta tối ưu hóa dẫn đến tối ưu hóa vật tư sản xuất Hướng nghiên cứu đề tài áp dụng phương pháp vào tính tốn cơng trình thực tế ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Khang, Dao đông kỹ thuật, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2004 [2] Ansys Inc, Ansys mechanical APDL Structure analysis guide, 2013 [3] Trần Ích Thịnh, Ngơ Như Khoa, Phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Hà Nội, 2007 [4] T J R Hughes, The finite element method, Chicago: Dover Publication, 2000 ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ 38