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

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

Danh sách thành viên nhóm 1:

1 Phan Ngọc Quyên 2114586 Phân tích dao động tự do

Powerpoint Duyệt bài

Tài liệu tham khảo Duyệt bài

3 Trần Quốc Trọng 2115103 Thiết kế chân đỡ bồn nước (bản

vẽ 2D&3D) + lập bảng giá thành + làm word

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

MỤC LỤC

I Đề tài 5

II Giới thiệu 6

III Mô hình 6

1 Thiết kế 6

1.1 Thông số vật liệu, kích thước 6

1.2 Giá thành ước tính 7

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

2 Kết quả 9

1.1 Phân tích tĩnh 9

1.2 Tìm trọng lượng tối đa mà thanh chịu được với hệ số an toàn là 3 11

1.3 Phân tích dao động tự do 12

V Phần code 16

1 Code phần phân tích tĩnh 16

2 Code phần phân dao động tự do 20

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2: Không gian thiết kế 5

Hình 1: Thiết kế mẫu 5

Hình 3: 2D bồn nước 5

Hình 4: 3D bồn nước 5

Hình 5: Mô hình Water Tank Stand trên phần mềm Soliworks 8

Hình 6: Bản vẽ 2D-A3 8

Hình 7: Mô hình, đặt các lực và điều kiện biên 9

Hình 8: Trường ứng suất 10

Hình 9: Trường chuyển vị 10

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 14: Kết quả phân tích dao động mode 3 13

Hình 15: Kết quả phân tích dao động mode 4 13

Hình 16: Kết quả phân tích dao động mode 5 14

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

Hình 18: Kết quả phân tích dao động 15

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

- Lập bảng vật liệu và giá thành

- Xuất bản vẽ 2D khổ A3

-

Hình 2: Thiết kế mẫu

Hình 1: Không gian thiết kế

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

III.Mô hình

Với không gian thiết kế (7mx2mx7m), mô hình có khả năng chịu tải 28 tấn, đảm bảo an toàn và ổn định cho bồn nước khi được đặt ở độ cao 7m Kết cấu của Water Tank Stand thiết kế:

Các thanh giàn và dầm và giằng được bắt bulong thông qua các tấm liên kết để tăng độ bền và độ chịu lực cho mô hình, nhưng trong mô hình AnsysAPDL ta sẽ đơn giản hóa bằng việc các thanh được liên kết trực tiếp với nhau

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

1 Thiết kế

1.1 Thông số vật liệu, kích thước

Tên

Kích thước

Mác thép Poisson

Yield Strength min (<16mm)

Ultimate Tensile Strength

Young's modulus

Khối lượng

W1 (mm)

W2 (mm)

t

Thép

hộp đen

90x90x4

Tên

Kích thước

Mác thép Poisson

Yield Strength min (<16mm)

Ultimate Tensile Strength

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

V50x50x4 50 50 4 SS400 0.3 245 400-510 190-210 102.6

Tên

Kích thước

Mác thép Poisson

Yield Strength min (<16mm)

Ultimate Tensile Strength

Young's modulus

Khối lượng

W (mm)

t1 = t2 (mm)

t3

Thép

H100x100x6x8 100 8 6 SS400 0.3 245 400-510 190-210 103.2

Bảng 1: Cơ tính vật liệu

1.2 Giá thành ước tính

lượng

Đơn giá VND Thành tiền

2 Thép H100x100x6x8 Cây 6m 2876 – 4 đoạn

1630 – 3 đoạn 3 1,971,120 5,913,360

3 Thép V60x60x5 Cây 6m 2876 – 12 đoạn

1630 – 9 đoạn 9 501,888 4,516,992

4 Thép V50x50x4 Cây 6m 1000 – 24 đoạn

850 – 14 đoạn 6 328,320 1,969,920

5 Tole 1.5x6x12 Tấm 600x2200 – 3 tấm 1 14,836,500 17,058,600

Bảng 2: Giá thành

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

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

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

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

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

Hình 14: Kết quả phân tích dao động mode 3

Hình 15: Kết quả phân tích dao động mode 4

Hình 16: Kết quả phân tích dao động mode 5

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

Hình 18: Kết quả phân tích dao động

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

SECDATA,100e-3,100e-3,100e-3,8e-3,8e-3,6e-3

!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

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

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

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

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

*get,freq2,active,0,set,freq

pldisp,0

anmode,10,.5e-1

!mode3 set,next

*get,freq3,active,0,set,freq pldisp,0

anmode,10,.5e-1

!mode4 set,next

*get,freq4,active,0,set,freq pldisp,0

anmode,10,.5e-1

!mode5 set,next

*get,freq5,active,0,set,freq pldisp,0

anmode,10,.5e-1

*stat finish