thực tập cơ kỹ thuật 2 báo cáo bài tập lớn đề tài mô hình và phân tích water tank stand

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TPHCM KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬT THỰC TẬP CƠ KỸ THUẬT 2 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH VÀ PHÂN TÍCH WATER TANK STAND HK231_L03 Giáo vi

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TPHCM KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬT

THỰC TẬP CƠ KỸ THUẬT 2 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH VÀ PHÂN TÍCH WATER TANK STAND

HK231_L03

Giáo viên hướng dẫn: Th.S LỒ SÌU VẪY

Nhóm sinh viên thực hiện: 1

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 04 năm 2024

Trang 2

Danh sách thành viên nhóm 1:

1 Phan Ngọc Quyên 2114586 Phân tích dao động tự do Powerpoint

4 Lê Văn Dũng 1710862 Mô hình bài toán, set vật liệu

Trang 3

2.Mô hình 3D trên phần mềm Solidworks 8

IV.Mô phỏng và phân tích bằng phần mềm Ansys APD 9

1.Mô hình, đặt các lực và điều kiện biên 9

Trang 4

Hình 10: Trường ứng suất tải trọng lớn nhất 11

Hình 11: Trường chuyển vị tải trọng lớn nhất 11

Hình 12: Kết quả phân tích dao động tự do mode 1 12

Hình 13: Kết quả phân tích dao động mode 2 12

Hình 17: Kết quả phân tích dao động 5 mode 14

Hình 18: Kết quả phân tích dao động 15

Trang 5

I.Đề tài

- Thiết kế chân đỡ bồn nước

- Yêu cầu về bồn nước: Khối lượng của bồn nước khi đầy nước là 28 tấn (khối lượng nước + khối lượng bản thân bồn)

- Thiết kế chân đỡ bồn nước (bao gồm cả tấm tole) phù hợp với mô tả bài toán

- Phân tích tĩnh (có xét đến trọng lượng bản thân của chân đỡ) và đảm bảo đủ bền

- Phân tích dao động tự do

Trang 6

II.Giới thiệu

Water Tank Stand là một thiết kế quan trọng trong việc giữ và nâng cao bồn nước Chỉ với một khoảng diện tích nhỏ đã có thể thiết kế được bệ đỡ nhằm mục đích đảm bảo áp lực nước đủ lớn để cung cấp nước cho các hoạt động sinh hoạt và sản xuất Tuy nhiên, để đảm bảo độ bền và an toàn cho sản phẩm, quá trình thiết kế phải được thực hiện kỹ lưỡng và cần sử dụng các công cụ tính toán mô phỏng để đánh giá tính hiệu quả, độ bền và sự an toàn của kết cấu sản phẩm

Đề tài này sẽ tập trung vào việc thiết kế và được mô hình hóa bằng Ansys APDL để đánh giá tính hiệu quả và độ bền của Water Tank Stand Ansys APDL là một công cụ mô phỏng mạnh mẽ và đa chức năng cho phép chúng ta tạo ra các mô hình 3D và phân tính kết cấu của mô hình Sử dụng Ansys APDL, ta có thể mô phỏng các tải trọng và áp lực khác nhau trên mô hình để đánh giá tính ổn định và độ bền của Water Tank Stand

Mục tiêu của đề tài này là tập trung vào quá trình thiết kế và sử dụng mô phỏng trên Ansys APDL để đánh giá tính hiệu quả và độ bền của thiết kế Water Tank Stand Báo cáo này cũng sẽ trình bày về quá trình thiết kế và các bước mô phỏng bằng Ansys APDL Ngoài ra, báo cáo cũng sẽ đề cập đến những kết quả quan trọng từ quá trình mô phỏng để đánh giá tính hiệu quả và độ bền của Water Tank Stand

Hy vọng rằng báo cáo này sẽ cung cấp cho độc giả một cái nhìn tổng quan về quá trình thiết kế và sử dụng mô phỏng Ansys APDL trong đề tài Water Tank Stand

Bên cạnh đó, tại vị trí đỉnh của chân đỡ, các tấm tole được đặt nhằm tăng diện tích tiếp xúc cũng như giúp tăng độ bám dính của bồn nước lên mô hình để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho bồn nước khi đặt lên Water Tank Stand

min (<16mm)

Ultimate Tensile Strength

Young's modulus

Khối lượng W1

(mm)

W2 (mm)

t

Thép hộp đen 90x90x4

Trang 7

min (<16mm)

Young's modulus

Khối lượng W1

(mm) W2

Tole

1.5x6x12 600 2200 12 SS400 0.3 245 400-550 190-210 847.8

Thép

V60x60x5 60 60 5 SS400 0.3 245 400-510 190-210 156.84 Thép

min (<16mm)

Young's modulus

Khối lượng W

(mm)

t1 = t2 (mm)

Trang 8

2 Mô hình 3D trên phần mềm Solidworks

Hình 6: Bản vẽ 2D-A3

Hình 5: Mô hình Water Tank Stand trên phần mềm Soliworks

Trang 9

IV.Mô phỏng và phân tích bằng phần mềm Ansys APD

1 Mô hình, đặt các lực và điều kiện biên

Hình 7: Mô hình, đặt các lực và điều kiện biên

2 Kết quả

1.1 Phân tích tĩnh

Trang 10

Hình 8: Trường ứng suất

Hình 9: Trường chuyển vị

- Dựa vào trường ứng suất (hình trên) ta nhận thấy kết cấu có ứng suất cực đại là: |𝜎1| = 72 Mpa

- Ứng suất cực đại của dầm nằm trong phạm vi cho phép của vật liệu từ 400 ~ 550Mpa

- Ứng suất cực đại của trụ nằm trong phạm vi cho phép của vật liệu từ 400 ~ 510MP Vì vậy theo tính toán trên thì mô hình của nhóm thỏa điều kiện bền

Trang 11

1.2 Tìm trọng lượng tối đa mà thanh chịu được với hệ số an toàn là 3

- Chọn độ bền tối đa chung cho toàn bộ mô hình là 500MPa

- Hệ số an toàn là 3 nên ứng suất cho phép là 166,6 MPa

- Sau khi tính, tải trọng tối đa mà mô hình chịu được là 65 tấn

Hình 10: Trường ứng suất tải trọng lớn nhất

Hình 11: Trường chuyển vị tải trọng lớn nhất

Trang 12

1.3 Phân tích dao động tự do

Hình 12: Kết quả phân tích dao động tự do mode 1

Hình 13: Kết quả phân tích dao động mode 2

Trang 13

Trang 14

Hình 17: Kết quả phân tích dao động 5 mode

❖ Nhận xét

- Qua các kết quả phân tích động với các mode khác nhau, nhận thấy rằng mô hình giao động có chuyển vị lớn nhất ở mode 5 cũng như tần số tự nhiên của hệ cũng cao

nhất

Trang 15

Hình 18: Kết quả phân tích dao động

Trang 16

V.Phần code

1 Code phần phân tích tĩnh FINI

/CLEAR,START /PREP7

!MATERIAL ET,1,BEAM188 !SS400

MP,EX,1,190e9 MP,PRXY,1,0.3 MP,DENS,1,7850 !Mặt cắt 1 - Top beam SECTYPE,1,BEAM,I

3,6e-3

SECDATA,100e-3,100e-3,100e-3,8e-3,8e-!Mặt cắt 2 - Another beam SECTYPE,2,BEAM,L

SECDATA,60e-3,60e-3,5e-3,5e-3 !Mặt cắt 3 - Main pipe

SECTYPE,3,BEAM,HREC

SECDATA,90e-3,90e-3,4e-3,4e-3,4e-3,4e-3 !Mặt cắt 4 - Web

SECTYPE,4,BEAM,L

SECDATA,50e-3,50e-3,4e-3,4e-3 ACEL,0,-9.81,0,

!Tầng 1 (Y=0) K,1,0,0,2 K,2,3.1,0,2 K,3,6.2,0,2 K,4,6.2,0,0 K,5,3.1,0,0 K,6,0,0,0 !Tầng 2 3 4 *DO,I,0,4 K,7+I,1.55*I,2,2 K,13+I,6.2-1.55*I,2,0 K,19+I,1.55*I,4,2

!MESHING LESIZE,ALL,,,20 !TOP BEAM LATT,1,,1,,50,,1 LMESH,46 LMESH,43 LMESH,40 LMESH,37 LATT,1,,1,,49,,1 LMESH,34 LATT,1,,1,,50,,1 LMESH,31 LATT,1,,1,,51,,1 LMESH,111 LATT,1,,1,,52,,1 LMESH,28 LMESH,25 LMESH,22 LMESH,19

!ANOTHER BEAM LATT,1,,1,,,,2 LMESH,36 LMESH,39 LMESH,42 LMESH,11 LATT,1,,1,,65,,2 LMESH,65 LATT,1,,1,,66,,2 LMESH,5 LATT,1,,1,,67,,2 LMESH,1 LMESH,3 LMESH,45 LMESH,35 LMESH,38 LMESH,41 LMESH,44

Trang 17

K,25+I,6.2-1.55*I,4,0 K,31+I,1.55*I,6,2 K,37+I,6.2-1.55*I,6,0 *ENDDO

K,12,6.2,2,1 K,18,0,2,1 K,24,6.2,4,1 K,30,0,4,1 K,36,6.2,6,1 K,42,0,6,1 K,43,0,-1,2 K,44,3.1,-1,2 K,45,6.2,-1,2 K,46,6.2,-1,0 K,47,3.1,-1,0 K,48,0,-1,0 *DO,I,1,5 L,I,I+1 L,I,42+I *ENDDO L,6,1 L,48,6 L,1,7 L,3,11 L,4,13 L,6,17 *DO,I,0,10 L,7+I,8+I L,19+I,20+I L,31+I,32+I *ENDDO L,7,18 L,19,30 L,31,42 *DO,I,0,1

L,11+12*I,23+12*I L,13+12*I,25+12*I L,15+12*I,27+12*I L,17+12*I,29+12*I L,9+12*I,21+12*I L,7+12*I,19+12*I *ENDDO

L,2,5

LMESH,7 LMESH,9 !FLOOR 3 LATT,1,,1,,54,,2 LMESH,48 LATT,1,,1,,55,,2 LMESH,51 LATT,1,,1,,58,,2 LMESH,67 LATT,1,,1,,56,,2 LMESH,30 LMESH,33 LATT,1,,1,,57,,2 LMESH,18 LMESH,21 LMESH,24 LMESH,27 !FLOOR 2 LATT,1,,1,,59,,2 LMESH,47 LATT,1,,1,,60,,2 LMESH,50 LATT,1,,1,,63,,2 LMESH,66 LATT,1,,1,,61,,2 LMESH,29 LMESH,32 LATT,1,,1,,62,,2 LMESH,23 LMESH,26 LMESH,17 LMESH,20 !FLOOR 1 LATT,1,,1,,64,,2 !MAIN PIPE LATT,1,,1,,,,3 *DO,I,2,12,2 LMESH,I *ENDDO *DO,I,13,16 LMESH,I *ENDDO

Trang 18

L,9,15 L,21,27 K,68,3.1,6,1 L,33,68 L,68,39 L,2,9 L,5,15 L,1,8 L,2,10 L,3,12 L,4,14 L,5,16 L,2,8 L,3,5 L,4,12 L,5,14 L,6,16 L,1,18 L,3,10 L,6,18 L,7,30 *DO,I,0,11 L,7+2*I,20+2*I *ENDDO *Do,I,0,4 L,9+2*I,20+2*I L,21+2*I,32+2*I *ENDDO

L,19,42 L,21,68 L,27,68 /pnum,kp,1 /pnum,line,1 /pnum,area,1 gplot

!Tạo điểm ĐỊNH HƯỚNG !floor 4

K,49,,7,1 K,50,3.1,7 K,51,6.2,7,1 K,52,3.1,7,2 !floor 3

LMESH,69 LMESH,70 *DO,I,53,58 LMESH,I *ENDDO *DO,I,59,64 LMESH,I *ENDDO LMESH,71 !WEB

LATT,1,,1,,,,4 LMESH,81 LMESH,83 LMESH,76 LMESH,72 LMESH,82 LMESH,73 LMESH,74 LMESH,79 LMESH,75 LMESH,80 LMESH,87 LMESH,101 LMESH,99 LMESH,86 LMESH,97 LMESH,85 LMESH,84 LMESH,90 LMESH,105 LMESH,89 LMESH,103 LMESH,88 LMESH,96 LMESH,107 LMESH,91 LMESH,98 LMESH,92 LMESH,100 LMESH,93 LMESH,102 LMESH,94 LMESH,104

Trang 19

K,54,0+1,4,1 K,55,0,4-1,1 K,56,6.2-1,4,1 K,57,6.2,4,1

K,58,6.2-1.55*2,4-1,0 !floor 2

K,59,0+1,2,1 K,60,0,2-1,1 K,61,6.2-1,2,1 K,62,6.2,2,1

K,63,6.2-1.55*2,2-1,0 !floor 1

K,64,0,-1,0 K,65,3.1,-1,0 K,66,6.2,-1,0 K,67,6.2,0,0 lcomb,31,34 ldele,31 ldele,34 lcomb,68,69 ldele,68 ldele,69 lcomb,52,49 ldele,52 ldele,49

!góc nhìn isometric /VIEW,1,1,1,1 /ANG,1

/REP,FAST

LMESH,95 LMESH,106 LMESH,109 LMESH,110 LDELE,78 LMESH,108 LMESH,77

NUMMRG, NODE,,,,LOW /ESHAPE, 1

EPLOT FINISH

!!!BOUNDARY CONDITIONS /SOLU

*DO,I,43,48 DK,I,ALL *ENDDO LSEL,S, , ,111 ESLL,S,111

SFBEAM,ALL,1,PRES,28000*9.81/(3*2.280) LSEL,S, , ,31

ESLL,S,31

SFBEAM,ALL,1,PRES,28000*9.81/(3*2.280) LSEL,S, , ,34

ESLL,S,34

SFBEAM,ALL,1,PRES,28000*9.81/(3*2.280) ALLSEL

SOLVE FINISH /POST1 SET,LAST

PLNSOL,U,SUM !chuyen vi PLNSOL,S,EQV !ung suat

Trang 20

2 Code phần phân dao động tự do !dao động tự do

finish /solu

antype,modal modopt,lanb,5 esel,u,type,,0 nsel,s,loc,y,-1 d,all,all nsel,all mxpand,5 solve /post1 set,list,2 !mode1 set,first

*get,freq1,active,0,set,freq pldisp,0

anmode,10,.5e-1 !mode2

set,next

anmode,10,.5e-1

!mode3 set,next

set,next

anmode,10,.5e-1 *stat

finish