Đang tải... (xem toàn văn)
Hiện nay ABAQUS là một bộ phần mền lớn dùng để mô phong công trình,kết cấu dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn, phạm vi giải quyết vấn đề của nó từ phân tích tuyến tính tương đối đơn giản đến vấn dề môn phỏng phi tuyến phúc tạp. ABAQUS có kho phần tử phong phú, có thể mô phỏng hình dạng bất kỳ. Đồng thời kho mô hình vật liệu có thể mô phỏng đại đa số tính năng vật liệu kết cấu điển hình, trong đó bao gồm kim loại, cao su, vật liệu cao phân tử, vật liệu phúc hợp, bê tông cốt thép,…. ABAQUS không chỉ giải quyết vấn đề trong phân tích kết cấu (ứng suất , chuyển vị), vần có khả năng mô phỏng và nghiên cứu vấn đề trong lĩnh vực khác như truyền đẫn nhiệt, phân tích âm thanh,điện tử, phân tích cơ học môi trường điện áp.
DÙNG CHO SINH VIÊN KHỐ I KỸ THUẬT CƠ KHÍ-GIAO THƠNG PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN TẬP - PHÂN TÍCH TĨNH VÀ TRUYỀN NHIỆT BÌNH ỔN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS | THS Đ INH VĂ N ĐỨC PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN TẬP 1: PHÂN TÍCH TĨNH VÀ TRUYỀN NHIỆT BÌNH ỔN Tác giả: ThS Đinh Văn Đức Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 1/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 13 NỘI DUNG SÁCH 14 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ABAQUS 18 1.1 Giao diện phần mềm Abaqus 18 1.2 Tính phần mềm Abaqus 19 1.3 Trợ giúp Abaqus 20 1.3.1 Abaqus/CAE User's Manual 21 1.3.2 Abaqus Analysis User's Manual 21 1.3.3 Abaqus Example Problems Manual 21 1.3.4 Getting Started with Abaqus: Interactive Edition 22 1.4 Các bước mơ hình phân tích FEA 23 1.5 Hệ đơn vị Abaqus 24 1.6 Một số loại phần tử Abaqus 26 1.7 1.8 1.6.1 Phần tử (Truss) 26 1.6.2 Phần tử dầm (Beam) 26 1.6.3 Phần tử Shell (2D 3D) 26 1.6.4 Phần tử Solid (khối đặc) 2D 27 1.6.5 Phần tử Solid 3D 28 Cách định nghĩa chi tiết (part) 29 1.7.1 Không gian ba chiều (3D) 29 1.7.2 Không gian 2D phẳng 29 1.7.3 Đối xứng trục (Axisymmetric) 29 Kiểu chi tiết 30 1.8.1 Biến dạng (deformable) 30 1.8.2 Dicrete rigid (chi tiết cứng tuyệt đối có hình dạng bất kỳ) 30 1.8.3 Analytical rigid (chi tiết cứng tuyệt đối có hình dạng trơn) 30 Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 2/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN 1.9 BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS Kích cỡ chi tiết 30 1.10 Bậc tự Abaqus 30 1.11 Phân tích tuyến tính phi tuyến 31 1.11.1 Phân tích tuyến tính (linear analysis) 31 1.11.2 Phân tích khơng tuyến tính (nonlinear analysis) 31 1.11.3 Nguyên nhân phi tuyến 32 1.11.4 Tính phi tuyến vật liệu 32 1.11.5 Phi tuyến điều kiện biên 33 1.11.6 Phi tuyến hình học 33 1.11.7 Tài liệu tham khảo 34 PHÂN TÍCH CƠ BẢN CHO HỆ KHƠNG CĨ TIẾP XÚC (CONTACT) 35 2.1 Định nghĩa phân tích ứng suất tĩnh 35 2.2 Phân tích tĩnh cho hệ chịu tải trọng tĩnh 35 2.2.1 Tạo chi tiết 36 2.2.2 Phân vùng (Partition) cho chi tiết 38 2.2.3 Định vật liệu tính chất mặt cắt 39 2.2.4 Tạo lắp 40 2.2.5 Tạo bước phân tích yêu cầu xuất kết 40 2.2.6 Đặt điều kiện biên tải trọng 41 2.2.7 Chia lưới cho chi tiết 43 2.2.8 Tạo, kiểm tra chạy tác vụ 44 2.2.9 Quan sát kết 44 2.2.10 Lưu mơ hình phân tích 47 2.2.11 Tài liệu tham khảo 48 2.3 Phân tích tĩnh cho dầm định hình (Beam) chịu tải trọng tĩnh 48 2.3.1 Tạo chi tiết 48 2.3.2 Phân vùng (Partition) cho chi tiết 53 2.3.3 Định vật liệu tính chất mặt cắt 53 2.3.4 Tạo lắp 56 2.3.5 Tạo bước phân tích yêu cầu xuất kết 57 2.3.6 Đặt điều kiện biên tải trọng 57 2.3.7 Chia lưới cho chi tiết 59 Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 3/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS 2.3.8 Tạo, kiểm tra chạy tác vụ 61 2.3.9 Quan sát kết 61 2.3.10 Lưu mơ hình phân tích 65 2.4 Phân tích tĩnh cho hệ vỏ (Shell) chịu tải trọng tĩnh 65 2.4.1 Tạo chi tiết 65 2.4.2 Phân vùng (Partition) cho chi tiết 67 2.4.3 Định vật liệu tính chất mặt cắt 69 2.4.4 Tạo lắp 70 2.4.5 Tạo bước phân tích yêu cầu xuất kết 70 2.4.6 Đặt điều kiện biên tải trọng 71 2.4.7 Chia lưới cho chi tiết 73 2.4.8 Tạo, kiểm tra chạy tác vụ 74 2.4.9 Quan sát kết 74 2.4.10 Lưu mơ hình phân tích 77 2.4.11 Tài liệu tham khảo 77 2.5 Phân tích ứng suất phẳng cho khối đặc (Solid 2D) 78 2.5.1 Tạo chi tiết 79 2.5.2 Phân vùng (Partition) cho chi tiết 79 2.5.3 Định vật liệu tính chất mặt cắt 79 2.5.4 Tạo lắp 81 2.5.5 Tạo bước phân tích yêu cầu xuất kết 81 2.5.6 Đặt điều kiện biên tải trọng 82 2.5.7 Chia lưới cho chi tiết 83 2.5.8 Tạo, kiểm tra chạy tác vụ 84 2.5.9 Quan sát kết 85 2.5.10 Lưu mơ hình phân tích 87 2.5.11 Tài liệu tham khảo 87 2.6 Phân tích tĩnh cho khối đặc 3D (solid) chịu tải trọng tĩnh 87 2.6.1 Tạo chi tiết 88 2.6.2 Phân vùng (Partition) cho chi tiết 92 2.6.3 Định vật liệu tính chất mặt cắt 92 2.6.4 Tạo lắp 93 Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 4/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS 2.6.5 Tạo bước phân tích yêu cầu xuất kết 94 2.6.6 Đặt điều kiện biên tải trọng 95 2.6.7 Chia lưới cho chi tiết 98 2.6.8 Tạo, kiểm tra chạy tác vụ 100 2.6.9 Quan sát kết 101 2.6.10 Lưu kết phân tích 110 2.6.11 Lưu mơ hình phân tích 111 PHÂN TÍCH TRUYỀN NHIỆT BÌNH ỔN CƠ BẢN CHO HỆ KHƠNG CÓ TIẾP XÚC (CONTACT) 112 3.1 3.2 Sơ lược truyền nhiệt 112 3.1.1 Một số kiểu truyền nhiệt 112 3.1.2 Một số thông số truyền nhiệt 112 3.1.3 Giới hạn nội dung 113 Phân tích ảnh hưởng nhiệt lên hệ không chịu tải trọng 113 3.2.1 Tạo chi tiết 114 3.2.2 Phân vùng (Partition) cho chi tiết 114 3.2.3 Định vật liệu tính chất mặt cắt 114 3.2.4 Tạo lắp 114 3.2.5 Tạo bước phân tích yêu cầu xuất kết 114 3.2.6 Đặt điều kiện biên tải trọng 115 3.2.7 Chia lưới cho chi tiết 118 3.2.8 Tạo tương tác trao đổi nhiệt xạ trao đổi nhiệt đối lưu 119 3.2.9 Hiệu chỉnh thuộc tính mơ hình 121 3.2.10 Tạo, kiểm tra chạy tác vụ 122 3.2.11 Quan sát kết 122 3.2.12 Lưu mơ hình phân tích 124 3.3 Phân tích ứng suất chuyển vị chịu đồng thời nhiệt tải trọng 124 3.3.1 Tạo chi tiết 124 3.3.2 Phân vùng (Partition) cho chi tiết 125 3.3.3 Định vật liệu tính chất mặt cắt 125 3.3.4 Tạo lắp 125 3.3.5 Tạo bước phân tích yêu cầu xuất kết 125 Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 5/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS 3.3.6 Chia lưới cho chi tiết 125 3.3.7 Đặt điều kiện biên tải trọng 125 3.3.8 Tạo, kiểm tra chạy tác vụ 126 3.3.9 Quan sát kết 127 3.3.10 Lưu mơ hình phân tích 129 3.4 Phân tích truyền nhiệt chi tiết dạng 130 3.4.1 Tạo chi tiết 130 3.4.2 Phân vùng (Partition) cho chi tiết 130 3.4.3 Định vật liệu tính chất mặt cắt 130 3.4.4 Tạo lắp 130 3.4.5 Tạo bước phân tích yêu cầu xuất kết 130 3.4.6 Đặt điều kiện biên tải trọng 131 3.4.7 Chia lưới cho chi tiết 135 3.4.8 Tạo, kiểm tra chạy tác vụ 135 3.4.9 Quan sát kết 136 3.4.10 Lưu mơ hình phân tích 138 3.5 Phân tích ứng suất chuyển vị chi tiết dạng chịu đồng thời nhiệt tải trọng 138 3.5.1 Tạo chi tiết 138 3.5.2 Phân vùng (Partition) cho chi tiết 138 3.5.3 Định vật liệu tính chất mặt cắt 138 3.5.4 Tạo lắp 138 3.5.5 Tạo bước phân tích yêu cầu xuất kết 138 3.5.6 Chia lưới cho chi tiết 139 3.5.7 Đặt điều kiện biên tải trọng 139 3.5.8 Tạo, kiểm tra chạy tác vụ 140 3.5.9 Quan sát kết 140 3.5.10 Lưu mơ hình phân tích 143 3.6 Tài liệu tham khảo 143 CHIA LƯỚI CHO CHO VẬT THỂ CĨ HÌNH HỌC PHỨC TẠP 144 4.1 Phân vùng (Partition) cho cạnh 144 4.1.1 Phân vùng cho cạnh cách định vị trí 144 Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 6/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN 4.2 4.3 4.4 BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS 4.1.2 Phân vùng cho cạnh cách tham số hóa cạnh cần phân vùng 144 4.1.3 Phân vùng cho cạnh cách chọn điểm cạnh 145 4.1.4 Sử dụng mặt phẳng để phân vùng cạnh 145 Phân vùng cho mặt 146 4.2.1 Sử dụng phương pháp vẽ Sketch để phân vùng cho mặt 146 4.2.2 Sử dụng phương pháp đường dẫn ngắn 149 4.2.3 Sử dụng mặt phẳng làm việc (Datum Plane) để phân vùng bề mặt 150 4.2.4 Sử dụng đường dẫn cong để phân vùng bề mặt 150 4.2.5 Sử dụng bề mặt kéo dài để phân vùng bề mặt 151 4.2.6 Sử dụng giao để phân vùng bề mặt 152 4.2.7 Dùng phương pháp chiếu cạnh để phân vùng bề mặt 153 Phân vùng cho cells (cắt khối) 154 4.3.1 Sử dụng mặt phẳng cắt để cắt khối 154 4.3.2 Dùng mặt phẳng làm việc (datum plane) để cắt khối 155 4.3.3 Sử dụng bề mặt kéo dài để cắt khối 156 4.3.4 Sử dụng extrude/sweep để cắt khối 157 4.3.5 Dùng phương pháp N-sided patch để phân vùng cell (cắt khối) 158 4.3.6 Phân vùng cell cách sử dụng Sketch dựng mặt phẳng 160 4.3.7 Đánh giá lưới 161 Phân tích có nhiều lỗ chịu tải 163 4.4.1 Tạo chi tiết 163 4.4.2 Phân vùng (cắt) để chia lưới cho vật thể 164 4.4.3 Chia lưới cho 169 4.4.4 Định vật liệu tính chất mặt cắt 172 4.4.5 Tạo lắp 173 4.4.6 Tạo bước phân tích yêu cầu xuất kết 173 4.4.7 Đặt điều kiện biên tải trọng 174 4.4.8 Tạo, kiểm tra chạy tác vụ 175 4.4.9 Quan sát kết 176 4.4.10 Lưu mơ hình phân tích 179 4.5 Phân tích khối plate dùng mối ghép bulong 179 4.5.1 Xuất mơ hình lắp ghép từ phần mềm Creo 2.0 179 Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 7/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS 4.5.2 Định vật liệu tính chất mặt cắt 180 4.5.3 Phân vùng (Partition) cho chi tiết 182 4.5.4 Tạo bước phân tích yêu cầu xuất kết 193 4.5.5 Đặt điều kiện biên tải trọng 195 4.5.6 Chia lưới cho chi tiết 204 4.5.7 Tạo Contact 209 4.5.8 Tạo, kiểm tra chạy tác vụ 216 4.5.9 Quan sát kết 216 4.5.10 Lưu mơ hình phân tích 220 4.6 Phân tích mối ghép weldneck flange 220 4.6.1 Xuất mơ hình lắp ghép từ phần mềm Creo 2.0 220 4.6.2 Định vật liệu tính chất mặt cắt 221 4.6.3 Phân vùng (partition) cho chi tiết 226 4.6.4 Tạo bước phân tích yêu cầu xuất kết 246 4.6.5 Đặt điều kiện biên tải trọng 249 4.6.6 Chia lưới cho chi tiết 256 4.6.7 Tạo Contact 259 4.6.8 Tạo, kiểm tra chạy tác vụ 268 4.6.9 Quan sát kết 268 4.6.10 Lưu mơ hình phân tích 272 4.7 Phân tích hệ có Contact cho Shell 272 4.7.1 Tạo chi tiết 272 4.7.2 Phân vùng (Partition) cho chi tiết 276 4.7.3 Định vật liệu tính chất mặt cắt 278 4.7.4 Tạo lắp 280 4.7.5 Tạo bước phân tích yêu cầu xuất kết 281 4.7.6 Đặt điều kiện biên tải trọng 281 4.7.7 Chia lưới cho chi tiết 284 4.7.8 Tạo Contact 286 4.7.9 Tạo, kiểm tra chạy tác vụ 290 4.7.10 Quan sát kết 290 4.7.11 Lưu mơ hình phân tích 293 Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 8/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN 4.8 BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS Tài liệu tham khảo 293 PHÂN TÍCH TRUYỀN NHIỆT CHO HỆ NHIỀU CHI TIẾT TIẾP XÚC (CONTACT) 295 5.1 5.2 Phân biệt dependent part instance independent part instance 295 5.1.1 Phân biệt part part instance 295 5.1.2 Khi sử dụng dependent part instance independent part instance 295 Phân tích truyền nhiệt cho ba tiếp xúc 295 5.2.1 Tạo chi tiết 296 5.2.2 Phân vùng (Partition) cho chi tiết 297 5.2.3 Định vật liệu tính chất mặt cắt 298 5.2.4 Tạo lắp 298 5.2.5 Tạo bước phân tích yêu cầu xuất kết 299 5.2.6 Đặt điều kiện biên tải trọng 300 5.2.7 Chia lưới cho chi tiết 302 5.2.8 Tạo Contact 303 5.2.9 Tạo, kiểm tra chạy tác vụ 309 5.2.10 Quan sát kết 309 5.2.11 Lưu mơ hình phân tích 311 5.3 Phân tích truyền nhiệt cho mối ghép Plate_Bolts 311 5.3.1 Tạo chi tiết 311 5.3.2 Phân vùng (Partition) cho chi tiết 312 5.3.3 Định vật liệu tính chất mặt cắt 312 5.3.4 Tạo lắp 312 5.3.5 Tạo bước phân tích yêu cầu xuất kết 312 5.3.6 Đặt điều kiện biên tải trọng 313 5.3.7 Chia lưới cho chi tiết 316 5.3.8 Tạo Contact 317 5.3.9 Tạo, kiểm tra chạy tác vụ 319 5.3.10 Quan sát kết 320 5.3.11 Lưu mơ hình phân tích 322 PHÂN TÍCH BỀN CHO HỆ GỒM NHIỀU CHI TIẾT LẮP GHÉP LẠI VỚI NHAU 323 6.1 Xử lý tiếp xúc (contact) chi tiết có khả tiếp xúc 323 Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 9/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS PHỤ LỤC SƠ LƯỢC VỀ BIẾN DẠNG TUYẾN TÍNH VÀ PHI TUYẾN Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 393/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS TÍNH DẺO CỦA VẬT LIỆU DẺO Ứng xử tuyến tính vật liệu ([16], Section 10.2.2) Nhiều kim loại có ứng xử gần đàn hồi tuyến tính biến dạng tương đối ít, độ cứng vật liệu môđun đàn hồi (Young’s Modulus hay Elastic Modulus) lúc số Hình A-1: Ứng xử ứng suất-biến dạng vật liệu đàn hồi tuyến tính (thép) Ở ứng suất (và biến dạng) cao hơn, kim loại bắt đầu có ứng xử khơng tuyến tính (phi tuyến), tượng gọi tượng chảy dẻo Hình A-2: Ứng xử ứng suất-biến dạng vật liệu đàn-dẻo thí nghiệm kéo Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 394/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS XỬ LÝ ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG TƯƠNG ĐỐI TRONG THÍ NGHIỆM KÉO Lý thuyết biến dạng tương đối thực Biến dạng tương đối định nghĩa: l dl l l 1 l1 lo l l ; ; l1 lo l3 l2 l l ; n n n1 l2 ln1 Nói rõ là, Sau lần gia tải biến dạng tương đối lại tích lũy thêm lượng i , với i=0 tới n gọi biến dạng tương đối thực, ký hiệu trueo o , true1 o 1 , true true , true true , true true n n 1 n Bảng A-1: Bảng tóm tắt biến dạng tương đối thực gia tải Tải trọng kéo Bước gia tải Độ thay đổi biến dạng tương đối Biến dạng tương đối thực Fo o true o F1 Fo F F 1 true true 1 F2 F1 F F true true F3 F2 F F true true Fn Fn1 F F n true true n o n o n 1 Biến dạng tương đối thông thường định nghĩa sau: nom i li lo lo Giữa biến dạng tương đối thơng thường chiều dài có mối quan hệ: l l l nomi i o li lo nomi i nomi lo lo Gọi biến dạng tương đối thực true Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 395/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS Theo lý thuyết: i l l dl i ln i ln nomi l lo i o li lo n true i l Vậy: true ln nom Mối quan hệ ứng suất thực biến dạng tương đối thơng thường Ứng suất kéo thơng thường tính theo công thức sau: nom F F nomi i Ao Ao Giả sử vật liệu tính nén (thể tích vật liệu khơng đổi hay khối lượng riêng khơng đổi) Do ta có mối quan hệ sau: lo Ao li Ai Nên, Ai lo Ao li Thay A vào định nghĩa công thức tính ứng suất kéo true i Fi Fi li l nomi i Ai Ao lo lo Vậy: true nom 1 nom Những công thức áp dụng vật liệu chưa đạt tới trạng thái thắt cổ chai (chuẩn bị đứt) Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 396/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS Mối quan hệ biến dạng dẻo với biến dạng tương đối thực ứng suất thực Hình A-3: Phân ứng suất thực thành thành phần đàn hồi dẻo pl t el t true E Trong đó, pl gọi biến dạng tương đối dẻo thực t gọi biến dạng tương đối thực tổng cộng el gọi biến dạng tương đối đàn hồi thực true gọi ứng suất thực E gọi môđun đàn hồi Ứng dụng Sau thu biến dạng tương đối (biến dạng tương đối thơng thường) thí nghiệm kéo phải chuyển đổi qua biến dạng tương đối thực để sử dụng Sau thu ứng suất thơng thường thí nghiệm kéo phải chuyển đổi qua ứng suất thực để sử dụng Như đường cong ứng suất thực – biến dạng tương đối thực sử dụng để nhập vào phần mềm phân tích FEA Đường cong ứng suất thực – biến dạng thực gồm cặp điểm ( pl , true ) Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 397/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS MỘT SỐ DẠNG ĐƯỜNG CONG ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG THỰC TRONG FEA Bài tốn vật liệu tuyến tính biến dạng tuyến tính Trong tốn ứng xử đàn hồi vật liệu, đường cong ứng suất vật liệu cần yêu cầu nhập môđun đàn hồi (Young’s Modulus hay Elastic Modulus) Đường cong có dạng sau: Hình A-4: Đường cong ứng suất – biến dạng thực tuyến tính Bài toán vật liệu phi tuyến biến dạng phi tuyến Có nhiều dạng đường cong ứng suất – biến dạng tương đối thường hay sử dụng phân tích FEA Sau xin giới thiệu dạng đường cong ứng suất – biến dạng tương đối thường gặp Đường cong song tuyến tính (Bilinear) giản hóa Hình A-5: Đường cong song tuyến tính ứng suất – biến dạng Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 398/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS Để xác định đường cong gần vấn đề phức tạp, để đơn giản hóa cho người sử dụng, tài liệu ta cần xác định hai điểm: Điểm có tọa độ (biến dạng tương đối vùng đàn hồi, giới hạn chảy) Ký hiệu tọa độ cho điểm 1: Y , SMYS Trong đó, Y gọi biến dạng tương đối vùng đàn hồi Y SMYS E SMYS gọi giới hạn chảy vật liệu E gọi môđun đàn hồi vật liệu Điểm có tọa độ (biến dạng tương đối vùng dẻo, giới hạn kéo) Ký hiệu tọa độ cho điểm 2: T , SMTS Trong đó, T gọi giới hạn biến dạng tương đối vùng dẻo T E E gọi giới hạn độ giãn dài tương đối (elongation limit), thường E =18%÷22%, hay chọn E =20% SMTS gọi giới hạn kéo vật liệu Đường cong Ramber-Osgood Đường cong ứng suất – biến dạng thực theo Ramber-Osgood ([1], công thức 2-72, trang 172) có dạng: r Y E E Y n Trong đó, biến dạng tương đối thực ứng suất thực ứng suất tương thực ứng với biến dạng tương đối thực E môđun đàn hồi vật liệu r hệ số tùy thuộc vào vật liệu Y gọi giới hạn kéo vật liệu tính ảnh hưởng nhiệt độ, (xem Phụ Lục để biết cách tính) Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 399/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS SMYS n số mũ tùy thuộc vào vật liệu Tìm hệ số r số mũ n cho đường cong ứng suất biến dạng theo RamberOsgood Đầu tiên ta phải chọn hai thông số biến dạng tương đối hai trạng thái tới hạn: trạng thái chảy chảy dẻo cuối Ký hiệu Y T Trong đó, Y gọi biến dạng tương đối vùng đàn hồi, thép thường 0.4% ≤ Y ≤0.6% Thường chọn Y 0.5% T gọi giới hạn biến dạng tương đối vùng dẻo tới hạn (elongation limit), thường T E =18%÷22%, thông thường chọn T 20% Tại trạng thái ứng suất Y (SMYS), vật liệu có biến dạng tương đối Y , thay vào công thức Ramber-Osgood, ta có: Y Y E r r Y E Y E 1 Y Tại trạng thái ứng suất T (SMTS), vật liệu có biến dạng tương đối T , thay vào công thức Ramber-Osgood, ta có: T r Y T E E Y T E T Y 1 Y E Y E T n T Y n E T Y 1 Y T E Y E Y T T Y Y T E E Y T T T E T Y Y Y E Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn n n n Trang 400/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS T T E ln Y Y E n ln T Y Ứng dụng Nếu yêu cầu xác đường cong ứng suất thực – biến dạng thực ta sử dụng đường cong Ramber-Osgood Hình A-6: Đường cong ứng suất – biến dạng theo Ramber-Osgood Đường cong ứng suất – biến dạng theo ASME VIII – Section [12] Thông số đầu vào Môđun đàn hồi Ey Hệ số poisson Sức bền chảy trừ lượng suy giảm nhiệt ys Sức bền kéo trừ lượng suy giảm nhiệt uts Biến dạng offset kỹ thuật (thường lấy = 0.2%): ys Hệ số hiệu chỉnh đường cong ứng suất – biến dạng tương đối p (tra Bảng 3.D.1, [12]) Ứng suất thực chịu biến dạng thực đánh giá t Trình tự tính tốn Tỉ số sức bền chảy sức bền kéo Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 401/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS R ys uts Thơng số vật liệu cho mơ hình đường cong ứng suất – biến dạng K 1.5R1.5 0.5R2.5 R3.5 Số mũ điều chỉnh đường cong cho đường cong ứng suất – biến dạng tương biến dạng tương đối thực giới hạn tỷ lệ thuận hệ số biến cứng biến dạng tương đối vùng biến dạng tương đối lớn m1 ln 1 p ln ln 1 ys ln R p ys Hằng số hiệu chỉnh cho vùng đàn hồi đường cong ứng suất – biến dạng tương đối A1 ys 1 p ln ys m1 Biến dạng dẻo thực vùng biến dạng micro đường cong ứng suất – biến dạng tương đối m1 1 t A1 Số mũ điều chỉnh đường cong cho đường cong ứng suất – biến dạng tương biến dạng tương đối thực sức bền kéo thực (Bảng 3.D.1, [12]) m2 0.6 1 R Thông số hiệu chỉnh đường cong ứng suất – biến dạng tương đối t ys K uts ys H 2 K uts ys Biến dạng thực vùng biến dạng tương đối micro đường cong ứng suất – biến dạng tương đối 1 1 1 H Hằng số hiệu chỉnh cho vùng dẻo đường cong ứng suất – biến dạng tương đối A2 Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn ts em2 m2m2 Trang 402/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS Biến dạng dẻo thực vùng biến dạng macro đường cong ứng suất – biến dạng tương đối m t 2 A2 Biến dạng thực vùng biến dạng tương đối macro đường cong ứng suất – biến dạng tương đối 1 2 1 H Biến dạng tương đối thực tổng t t Ey 1 Ứng suất kéo thực biến dạng tương đối thực utst uts em2 Đường cong ứng suất, biến dạng xác định nhờ cặp điểm: t , t , điểm t , uts t Ey Điểm Hình A- 7: Đường cong ứng suất – biến dạng theo ASME VIII – Section Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 403/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS PHỤ LỤC ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU THÉP THAY ĐỔI THEO NHIỆT ĐỘ Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 404/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS SỰ GIẢM SỨC BỀN CHẢY VÀ SỨC BỀN KÉO THEO NHIỆT ĐỘ Sự giảm sức bền chảy sức bền kéo vật liệu thép xác định theo DNVOS-F101 ([14], Hình 2, Phần 5, Trang 69) Tham chiếu Hình A-8 Hình A-8: Giá trị giảm sức bền chảy sức bền kéo thép C-Mn DSS Đường nét đứt Hình A-8 thường sử dụng để tính lượng giảm sức bền theo nhiệt độ thép (C-Mn) Từ đường nét đứt, ta có cơng thức tính giá trị sức bền bị giảm: t 50o C t-50 f de-rating = ×30 50o C t 100o C 100-50 t-100 o o 30+ 200-100 ×40 100 C t 200 C Trong đó, fde-rating gọi giá trị sức bền bị giảm theo nhiệt độ Công thức dùng để tính lượng giảm sức bền cho sức bền chảy sức bền kéo Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 405/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS SỰ GIẢM MÔĐUN ĐÀN HỒI THEO NHIỆT ĐỘ Khi vật liệu thép chịu nhiệt độ, mơđun đàn hồi tính theo công thức sau ([17], công thức (1) ) E 20 t 20o C E t= = t t o o ×ln 20 C t 600 C E 20 1+ 1100 2000 Trong đó, E 20 mơđun đàn hồi vật liệu 20oC t nhiệt độ mà vật liệu chịu Et môđun đàn hồi vật liệu nhiệt độ t Ứng dụng Nhiều toán địi hỏi phải nhập giá trị mơđun đàn hồi thay đổi theo nhiệt độ Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 406/407 PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN BẰNG PHẦN MỀM ABAQUS SỰ TĂNG HỆ SỐ GIÃN NỞ NHIỆT THEO NHIỆT ĐỘ Khi vật liệu thép chịu nhiệt độ, hệ số giãn nở nhiệt tăng lên tính theo cơng thức sau ([18], Hình 3.5) 1.17×10-5 if 20o C t -6 -5 1×10 α t = 1.17×10 + if 20oC t 100oC t-20 -6 -5 1×10 if 100o C t 150o C 1.27×10 + t-100 Trong đó, αt hệ số giãn nở nhiệt vật liệu 20oC t nhiệt độ mà vật liệu chịu Ứng dụng Nhiều tốn địi hỏi phải nhập giá trị hệ số giãn nở nhiệt thay đổi theo nhiệt độ Tập 1: Phân tích tĩnh truyền nhiệt bình ổn Trang 407/407