slide thuyết trình tiểu luận tìm hiểu về cae và phương pháp phần tử hữu hạn

Tìm hiểu CAE phương pháp phân tử hữu hạn I V6 CAE — CAElà gi: ° CAE viết tắt Computer-Aided | Engineering việc sử dụng phân mềm máy tính để mơ hoạt động dé cải thiện thiết kế sản pham hỗ trợ việc giải vấn đề kỹ thuật cho loạt ngành công nghiệp Điều bao gồm mơ phỏng, xác nhận, tối ưu hóa sản phẩm, quy trình cơng cụ sản xuất Trong tương lai, hệ thơng CAE cơng cụ cung câp thông tin dé giup cac nha thiét ké qua trinh dua quyét dinh ° Trong CAE người ta sử dụng cơng cụ giải tích phương pháp phân tử hữu hạn (Finite Element Method— FEM), phương pháp sai phân hữu hạn (Finite Difference Method— FDM) phương pháp phân tử biên (Boundary Element Method- BEM) Vi vay, VIỆC xây dựng q trình mơ phân tích địi hỏi người sử dụng có nên tảng kiến thức khí, vật lý định (ví dụ: lực, ứng lực, ứng suất, biên dạng ) BasicsofFE—M a-— @@ \ INNI — BEN — ss l# lữ I5 Kì BÍ BỊ E1 &l AG HEARAAD 1.1 Ứng dụng CAE kỹ thuật * Phân tích động lực học thành phân phận lắp ráp bang cách phân tích phân tử hữu hạn FEA (fđnite element analysis) ° Phân tích nhiệt chất lỏng sử dụng động lực học chất lỏng CFD (computational fluid dynamics) * Phân tích chuyên động động lực học câu máy móc *° Mơ hệ thống điện tử, thiết kế hệ Ru#tcơ điện tử đa miễn ° Phân tích hệ thống điêu khiến % fe kxM *° Mơ quy trình sản xuất đúc dập * Tối ưu hóa sản phẩm quy trình xi KT a Electronic Cooling 1.2 Ưu điểm * Co thé kiém tra tính nang va nang cao chat lượng sản phẩm dẫn đến việc giảm phí giá q trình R&D thời gian cung ứng sản phẩm thị trường ° Nhờ vào việc dễ dàng kiểm tra tiết đại lượng vật lý trường ứng suất, biến dạng, áp suất, nhiệt độ, lực, v.v giúp có nhiêu ý tưởng độc đáo, sáng tạo cho thiết kế ° Đơi với tượng vật lý khó khơng thê quan sát, kiếm tra, làm thí nghiệm băng phương pháp thơng thường, CAE giúp dễ dàng quan sát *° Hầu ngày nay, kết CAE xem tài liệu kỹ thuật dùng thuyết trình ý tưởng thuyết thục đối tác khác hàng 1.3 Nhược điểm ° Vi hau hét phan mém CAE dùng phương pháp tính tốn sai số, kêt khơng thê 100% thực té, hữu ích so sánh tương đơi ‹ - Vì kết CAE phụ thuộc vào cách chia lưới, áp đặt điêu kiện biên, v.v nên độ xác tin cậy phụ thuộc vào kinh nghiệm, kiến thức người sử dụng II Về phương pháp phân tử hữu hạn (FEM) 1.1 FEM ° Phương pháp phân tử hữu hạn ( FEM ) phương pháp bién dé giai cac phuong trinh vi phan dang số phát sinh kỹ thuật mơ hình tốn học Các lĩnh vực vấn đề điển hình quan tâm bao gồm lĩnh vực truyền thống phân tích cấu trúc , truyền nhiệt , dòng chất lỏng , van chuyén khối lượng điện điện từ ° FEM phương pháp SỐ tổng quát để giải phương trình đạo hàm riêng hai ba biến không gian (tức số toán giá trị biên ) Để giải vấn đề, FEM chia nhỏ hệ thông lớn thành phân nhỏ hơn, đơn giản gọi phân tử hữu hạn BasicsofFEM mm ‘pil =Mm = —=NXỗỀ @®@ X lã l lã El BÍ BI Bl Ki Ø ElE R E BI EM *° Điều đạt nhờ tùy biến không gian cụ thể | cac chiéu khong gian, thực bang cách xây dựng lưới đối tượng: miễn sô cho giải pháp, có số điểm hữu hạn Cơng thức phân tử hữu hạn toán giá trị biên cuỗi dẫn đến hệ phương trình đại số ° Phương pháp xấp xỉ hàm chưa biết miền Các phương trình don giản mơ hình hóa phân tử hữu hạn sau tập hợp thành hệ phương trình lớn mơ hình hóa tồn đê Sau đó, FEM ước lượng giải pháp cách giảm thiểu hàm sai số liên quan thơng qua phép tính biến thê Geometry ° Nghiên cứu phân tích tượng với FEM thường gọi phân tích phân tử hữu hạn (FEA) ° Phân tích phân tử hữu hạn (FEA) cơng cụ kỹ thuật hỗ trợ máy tính (CAE) sử dụng dé phan tich cach mét thiét ke phản ứng điều kiện thực tế Hữu ích phân tích cau trúc, rung động nhiệt, FEA công ty ô tô triển khai rộng rãi * No duge kỹ sư thiết kế sử dụng công cụ thiết kế qua trinh phat trién san pham cho phép họ phân tích thiết kế họ chúng dạng mơ hình CAD sửa đơi dễ đàng, cung câp thời gian quay vịng nhanh chóng đảm bảo thực nhanh chóng kết phân tích q trình thiết kế 1.2 ung dung cua FEM * Một loạt chuyên ngành thuộc lĩnh vực kĩ thuật khí (như ngành hàng hơng, khí, tơ, ) thường sử dụng FEM tích hợp thiết kế phát triển sản phẩm Một số phần mêm FEM đại bao gôm thành phân cụ thê môi trường làm việc nhiệt, điện từ, chât lỏng cau trúc Trong mo cầu trúc, FEM giúp rat nhiêu việc tạo độ cứng ứng suất nh HÙNG Scone viéc giam thiéu lượng, vật liệu chi phí - ° FEM cho phép hình dung chi tiết cầu trúc uốn cong xoắn, phân bố ứng suất chuyển vi Phan mém FEM cung cap loạt tùy chọn mơ để kiểm sốt phức tạp mơ hình hóa phân tích hệ thơng Tương tự, mức độ mong muốn độ xác cân thiết yêu cầu thời gian tính tốn liên quan có thê quản lý đồng thời để giải hâu hết ứng dụng ky thuật FEM cho phép toàn thiết kế xây dựng, tính chế tối ưu hóa trước thiết kế sản xuất ° FEM cải thiện đáng kề tiêu chuẩn thiết kế kĩ thuật phương pháp, trình thiết kế nhiều ứng dụng công nghiệp Làm giảm đáng kế thời gian để đưa sản phẩm từ khái niệm vào sản xuất Tóm lại lợi ích sử dụng FEM gồm độ xác cao, hiểu rõ thơng số thiết kế quan trọng, tạo mâu ảo, Ít tốn phân cứng, chu trình thiết kế nhanh hơn, tốn hơn, tăng suất doanh thu 1.3 Dạng chung phương pháp phân tử hữu hạn *® Nói chung , phương pháp phân tử hữu hạn đặc trưng hai bước sau: + Chọn dạng lưới cho Lưới bao gom hình tam giác, có thê sử dụng hình vng đa giác cong + Sau chọn hàm dạng Trong thảo luận, sử dụng hàm phân tuyên tính bản, hàm sở đa thức sử dụng phố biến Một dé khác mịn chia lưới hàm sở đa thức Đối với toán giá trị biên eliptic bậc hai, hàm sở đa thức đơn thuân đáp ứng vừa đủ (tức đạo hàm khơng liên tục) Với phương trình vi phân phân bậc hai, cân phải sử dụng hàm co sở mịn Ví dụ cho tốn khác uxxxx+uyyyy=£, có thê sử dung ham co so bac hai la Cl 1.4 Các loại phương pháp phân tử hữu hạn *° AEM: Phương pháp phân tử ứng dụng(AEM) kết hợp tính cua ca FEM va phuong phap roi rac hoa phan tu(DEM) Phương pháp phân tử hữu hạn tông quát * Phương pháp phân tử hữu hạn tong quat(GFEM) su dung khong gian quỹ tích gơm có hàm SỐ, khơng cân thiết sử dụng đa thức, phản ánh thơng tin có sẵn giải pháp chưa biết đảm bảo xap xi cục tốt Sau phận miễn sử dụng để dien kết không gian với tạo thành khoogn gian gân Hiệu qua cia GFEM thê khiá ap dung cho tốn có đường biên phức tạp, tốn với quy mơ nhỏ tốn với lớp ranh giới ¢ Phuong pháp phan tử hữu hạn hỗn hợp ° Phương pháp phân tử hữu hạn hỗn hợp loại phương pháp phân tử hữu hạn biến phụ độc lập thêm vào dạng biến nút q trình giải tốn phương trình vi phân phân * hp-FEM : Phương pháp hp-FEM kết hợp lĩnh động phần tử với kích thước biến số h bậc đa thức p đề đạt tốc độ hội tụ theo cấp số mũ nhanh * hpk-FEM ° Phương pháp hpk- FEM kết hợp linh động, phần tử có kích thước bién SỐ h, bậc đa thức xap xỉ cục p tính đa dạng tồn cục xấp xỉ cục (k-1) để đạt tốc độ hội tụ tốt ° XFEM ° Phương pháp phân tử hữu hạn mở rộng (XFEM) bước tiến dựa phương pháp phân tử hữu hạn tổng quát (GFEM) hàm phân bồ thống (PUM) Nó mở rộng phương pháp phân tử hữu hạn cô điển băng cách làm rộng không gian giải pháp cho giải pháp cho phương trình vị phân với hàm không liên tục *° Phương pháp phân tử hữu hạn tý lệ đường biên ( SBFEM ) * Ra doi boi Song va Wolf vao nam 1997 La đóng góp có tác dụng to lớn lĩnh vực phân tích số liệu học phá hủy Nó phương pháp tích phân bản, có giải pháp kết hợp ưu điêm cơng thức quy trình phần tử hữu hạn, rời rạc hóa Tuy nhiên khơng u cầu lời giải vi phân ° S-FEM *° Phương pháp phần tử hữu hạn S-FEM, Smoothed, lớp cụ thê thuật tốn mơ số đê mơ tượng vật lý Nó phát triển băng cách kết hợp phương thức chia lưới tự với phương thức phân tử hữu hạn *° Phương pháp phân tử quang phố ( SEM ) *° Phương pháp phần tử quang phơ kết hợp tính linh hoạt hình học phân tử hữu hạn độ xác cấp tính phương pháp phố Phương pháp quang phố giải pháp gần phương trình phan yếu hình thành dựa nội suy bậc cao Lagragian sử dụng với quy tặc bậc hai định