Tính toán và mô phỏng quá trình uốn tấm tôn bao vỏ tàu bằng phần mềm ansys

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: PHAN THANH DŨNG Lớp: 48 ĐT – 1 Ngành: Đóng tàu thủy Tên đề tài: Tính toán và mô phỏng quá trình uốn tấm tôn bao vỏ tàu bằng phần mềm Ansys. Số trang: 61 Số chương: 05 Số tài liệu tham khảo: 09 Hiện vật: - 03 bộ đề tài và 03 đĩa CD. NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Kết luận: Nha Trang, ngày……tháng.… năm 2011 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) PGS TS. TRẦN GIA THÁI PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên Sinh viên: PHAN THANH DŨNG Lớp: 48 ĐT – 1 Ngành: Đóng tàu thủy Tên đề tài: Tính toán và mô phỏng quá trình uốn tấm tôn bao vỏ tàu bằng phần mềm Ansys. Số trang: 61 Số chương: 05 Số tài liệu tham khảo: 09 Hiện vật: - 03 bộ đề tài và 03 đĩa CD. NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Điểm phản biện: Nha Trang, ngày……tháng……năm 2011 CÁN BỘ PHẢN BIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ Nha Trang, ngày……tháng……năm 2011 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký và ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Sau hơn 03 tháng tích cực tìm hiểu, nghiên cứu và xây dựng đồ án tốt nghiệp: “Tính toán và mô phỏng quá trình uốn tấm tôn bao vỏ tàu bằng phần mềm Ansys”, đến nay tôi đã hoàn thành đồ án. Đồ án không chỉ có sự cố gắng của bản thân mà còn được sự giúp đỡ động viên rất lớn của gia đình, quý thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè… Tôi xin gửi lời cảm ơn đến: Ban Chủ Nhiệm Khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy – Trường Đại Học Nha Trang, quý Thầy cô trong Bộ Môn Đóng Tàu đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện tốt đồ án. Chân thành cảm ơn Thầy PGS TS. Trần Gia Thái, anh Kỹ sư Trần Ngọc Anh và Thầy Thạc sĩ Bùi Văn Nghiệp – người đã hướng dẫn cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của gia đình, anh chị em, bạn bè, các bạn đồng nghiệp đã động viên, tạo mọi điều kiện cho tôi học tập, nghiên cứu trong suốt khóa học và trong quá trình thực hiện đồ án. Tôi xin chân thành cảm ơn! ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: PHAN THANH DŨNG Lớp: 48ĐT-1 Địa chỉ liên hệ: 39/32 Đoàn Trần Nghiệp - TP Nha Trang - Khánh hoà. Điện thoại: 0974709816 Email: dung.ntu87@gmail.com Tên đề tài: Tính toán và mô phỏng quá trình uốn tấm tôn bao vỏ tàu bằng phần mềm Ansys. Ngành: Đóng tàu Mã ngành: 18.06.10 Cán bộ hướng dẫn: PGS TS. TRẦN GIA THÁI − Nội dung thực hiện: 1. Đặt vấn đề. 2. Cơ sở lý thuyết. 3. Tính toán, mô phỏng. 4. Chế tạo thử nghiệm. 5. Kết luận và kiến nghị. I. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ MỤC TIÊU ĐỀ TÀI. 1. Đối tượng đề tài: Phần mềm Ansys. 2. Phạm vi đề tài: Tính toán và mô phỏng quá trình uốn tấm tôn bao vỏ tàu. 3. Mục tiêu đề tài: Tính toán và mô phỏng quá trình uốn tấm tôn bao vỏ tàu bằng phần mềm Ansys. II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tổng quan đề tài. 1.2 Thực trạng của vấn đề đặt ra. 1.3 Phương pháp và nội dung nghiên cứu của đề tài. 1.4 Giới hạn nội dung nghiên cứu. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 2.1 Tính toán chế độ gia công nhiệt. 2.1.1. Nhiệt độ. 2.1.2. Tốc độ di chuyển đèn hỏa công. 2.1.3. Vị trí gia công nhiệt. 2.1.4. Kích thước đường gia công nhiệt. 2.2 Bài toán phân tích nhiệt trong Ansys. 2.2.1. Giới thiệu phần mềm Ansys. 2.2.2. Bài toán phân tích nhiệt trong Ansys. 1. Tạo mô hình (Modeling). 2. Chia lưới (Meshing). 3. Các điều kiện tải nhiệt (Loads). 4. Giải (Slove). 5. Xử lí kết quả. 2.3 Mô tả phần tử SOLID187 sử dụng trong mô hình tính. CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG. 3.1. Tấm cong hai chiều. 3.2. Tấm cong một chiều.  Nhận xét chung. CHƯƠNG 4. CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM. 4.1. Bản vẽ chế tạo. 4.2. Báo cáo kết quả chế tạo. CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 5.1. Kết luận. 5.2. Kiến nghị. III. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN Từ 15/10/2010 đến 30/11/2010: Tìm hiểu phần mềm Ansys. Từ 01/12/2010 đến 05/12/2010: Lập đề cương chi tiết. Từ 06/12/2010 đến 15/12/2010: Tìm hiểu cơ sở lý thuyết. Từ 16/12/2010 đến 24/12/2010: Tính toán và mô phỏng. Từ 27/12/2010 đến 29/12/2010: Tham gia chế tạo thử nghiệm. Nha Trang, ngày 05 tháng 12 năm 2010 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ, tên) PGS TS. TRẦN GIA THÁI SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ, tên) PHAN THANH DŨNG MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 3 1.1. Tổng quan đề tài 3 1.2. Thực trạng của vấn đề đặt ra 3 1.3. Phương pháp và nội dung nghiên cứu của đề tài 4 1.3.1. Phương pháp nghiên cứu 4 1.3.2. Nội dung nghiên cứu 4 1.4. Giới hạn nội dung nghiên cứu 5 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 2.1. Tính toán chế độ gia công nhiệt 6 2.1.1. Nhiệt độ 6 2.1.2. Tốc độ di chuyển đèn hỏa công (V) 7 2.1.3. Vị trí gia công nhiệt 9 2.1.4. Kích thước của đường gia nhiệt 9 2.2. Bài toán phân tích nhiệt trong Ansys 9 2.2.1. Giới thiệu phần mềm Ansys 9 2.2.2. Bài toán phân tích nhiệt trong Ansys 11 1. Tạo mô hình (Modeling) 11 2. Chia lưới (Meshing) 11 3. Giải (Slove) 13 4. Xử lí kết quả 17 -17 2.3. Mô tả phần tử SOLID187 sử dụng trong mô hình tính 18 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG 22 3.1. Tấm cong hai chiều U17HU-K#01 23 3.1.1. Lựa chọn bài toán và phương pháp giải cho mô hình tính 26 3.1.2. Chọn kiểu phần tử cho mô hình tính 28 3.1.3. Nhập các thông số vật liệu cho mô hình 28 3.1.4. Dựng mô hình tính tấm 31 3.1.5. Chia lưới cho tấm 39 3.1.6. Đặt điều kiện biên cho mô hình 40 3.1.7. Tiến hành giải 43 3.1.8. Xuất kết quả từ mô hình tính 43 3.2. Tấm cong một chiều U17HU-K#10 48 Nhận xét chung kết quả 52 CHƯƠNG 4 CHẾ TẠO THỬ NGIỆM 54 4.1. Bảng vẽ chế tạo 54 4.2. Báo cáo kết quả chế tạo 56 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 5.1. Kết luận 59 5.2. Kiến nghị 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC. Phụ lục 1: Bảng vẽ các trường hợp mô phỏng tấm cong hai chiều. Phụ lục 2: Bảng vẽ các trường hợp mô phỏng tấm cong một chiều. - 1 - MỞ ĐẦU Máy tính từ khi ra đời đã tạo điều kiện và hỗ trợ con người trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống và ngày càng được coi như là công cụ không thể thiếu trong học tập cũng như trong nghiên cứu. Chính vì vậy, việc nâng cao và phát triển khả năng tính toán xử lý của máy tính ngày càng được các nhà khoa học, kỹ sư các ngành quan tâm đến. Tuy nhiên để viết được một chương trình bằng ngôn ngữ lập trình cao cấp phục vụ tốt cho một lĩnh vực khoa học kỹ thuật đòi hỏi không những phải giỏi về toán học, các kiến thức về lập trình máy tính… mà còn phải nắm rất vững về các kiến thức chuyên môn của chuyên ngành đó. Người lập trình để đạt được những yêu cầu này phải mất rất nhiều thời gian và tốn rất nhiều công sức. Để tạo điều kiện cho các nhà khoa học thuộc các chuyên ngành khác, người ta đã xây dựng nên những phần mềm xử lý dữ liệu đơn giản, tiện lợi. Ansys là một trong những phần mềm như vậy và hiện nay đang được sử dụng rất rộng rãi trên toàn thế giới. Nó không chỉ cho phép tính toán, mà còn cung cấp cho ta những công cụ cực mạnh để biểu diễn, mô phỏng, xử lí các dữ liệu, thông tin bằng đồ họa. Đất nước đang trong thời kỳ đổi mới, công nghiệp hóa hiện đại hóa. Ngành công nghiệp cơ khí nói chung và ngành công nghiệp tàu thủy nói riêng vẫn còn đang trên đà phát triển và đang rất cần áp dụng những phần mềm để mô phỏng và tính toán. Ứng dụng phần mềm tin học trong tính toán và mô phỏng đã đang và sẽ là một trong những ngành mũi nhọn cần được đầu tư nhờ những thiết thực của nó. Hiện nay, việc thúc đẩy năng suất là một chủ đề quan trọng trong ngành đóng tàu. Các đường đốt nóng, được sử dụng để tạo thành các tấm cong phức tạp, và được thực hiện bởi công nhân lành nghề. Độ chính xác của hình dạng cuối cùng và thời gian sản xuất chỉ dựa vào kinh nghiệm và trực giác của người lao động. Vì vậy mà việc chế tạo các chi tiết cong phức tạp gặp nhiều khó khăn. Với mục đích nghiên cứu và đề xuất phương pháp xác định vị trí đường đốt nóng, nguồn nhiệt có thể đạt được .v v… phục vụ cho gia công nhiệt trong điều kiện hiện nay tại các nhà máy đóng tàu ở khu vực khác nhau. Nên việc thực hiện - 2 - nghiên cứu đề tài: “Tính toán và mô phỏng quá trình uốn tấm tôn bao vỏ tàu bằng phần mềm Ansys”, là rất cần thiết. Do thời gian còn ngắn để có thể đi sâu và do trình độ có hạn. Nên trong quá trình thực hiện sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Đề tài rất mong được sự góp ý của quý thầy, các bạn đồng nghiệp. Chân thành cảm ơn Thầy PGS TS. Trần Gia Thái, anh Trần Ngọc Anh và Thầy Thạc Sĩ Bùi Văn Nghiệp – đã hướng dẫn cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài và quý Thầy cô trong Bộ Môn Đóng Tàu đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện tốt đề tài tốt nghiệp này. Nha Trang, ngày 02 tháng 01 năm 2011 Sinh viên thực hiện PHAN THANH DŨNG [...]... CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG Các tấm tôn bao được sử dụng trong mô hình tính dưới đây được chọn từ tàu 20.000DWT ở vị trí mũi tàu Hai dạng tấm điển hình của bề mặt vỏ tàu là tấm cong hai chiều và tấm cong một chiều Hình 3.1 Bản vẽ rải tôn tàu 20.000DWT ở vị trí mũi - 23 - Cấu trúc tổng quát để giải một bài toán trong Ansys  Lựa chọn bài toán và phương pháp tính  Chọn kiểu phần tử cho mô hình ... tử Hai dạng mô hình được trao đổi và thống nhất với nhau để tính toán Ansys là phần mềm giải - 11 - bài toán bằng phương pháp PTHH, nên sau khi dựng mô hình hình học, Ansys cho phép chia lưới phần tử do người sử dụng chọn hoặc tự động chia lưới Số lượng nút và phần tử quyết định độ chính xác bài toán, nên chia lưới càng nhỏ càng chính xác Để giải một bài toán bằng phần mềm Ansys, cần đưa vào điều kiện... liệu Ansys là phần mềm giải các bài toán bằng phương pháp số, chúng giải trên mô hình hình học thực Vì vậy cần đưa vào mô hình hình học đúng Ansys cho phép xây dựng các mô hình hình học 2D và 3D, với các kích thước thực, hình dáng đơn giản hóa hoặc mô hình như vật thật Ansys có khả năng mô phỏng theo mô hình hình học với các điểm, đường, diện tích, và mô hình phần tử hữu hạn với các nút và các phần. .. thông qua quá trình tính toán và mô phỏng bằng cách sử dụng phần mềm Ansys dựa trên Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn Căn cứ trên những kiến thức thu được qua phân tích FEM (Finite Element Method), ta xác định được vị trí của các đường đốt nóng và số liệu cần thiết phục vụ cho quá trình chế tạo chi tiết 1.2 THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ ĐẶT RA Ở nước ta hiện nay khá ít chủ đề nghiên cứu về quá trình uốn tấm bằng những... 12cm Từ đó chọn ra trường hợp tấm có biến dạng gần đúng với biến dạng của tấm mong muốn (Các trường hợp tính toán và mô phỏng được thể hiện ở phần phụ lục) Để xác định được biến dạng của tấm trong tính toán bằng phần mềm Ansys ta dựa vào chuyển vị của các điểm nút tại các mẫu dưỡng tương ứng Sau khi chọn được trường hợp tấm có biến dạng gần đúng với biến dạng của tấm mong muốn, ta suy ra được số lượng... các đường cần gia nhiệt, nhiệt độ phục vụ cho quá trình gia công Trong phần tính toán và mô phỏng được trình bày dưới đây là cho trường hợp tấm có biến dạng gần đúng với biến dạng của tấm mong muốn - 24 - Hình 3.2 Bản vẽ tấm tôn phẳng ban đầu và các mẫu dưỡng U17HU-K#01v - 25 -  Thông số hình học tấm tôn bao U17HU-K#01v Hình 3.3 Hình dạng phẳng tấm tôn cong hai chiều  Thông số vật việu của thép... hai chiều và tấm cong một chiều Kết quả tính toán và so sánh được thể hiện ở toàn bộ chương 3 và kết quả chế tạo thử nghiệm được thể hiện ở chương 4 1.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.3.1 Phương pháp nghiên cứu  Chọn tấm tôn của một con tàu cụ thể đã có hình dạng ban đầu và hình dạng cuối cùng cần đạt được  Tính toán và mô phỏng cho nhiều trường hợp khác nhau trên tấm tôn được chọn... và cơ tính của vật liệu cuối cùng sau khi gia công nhiệt đạt được yêu cầu chưa -4- Có nhiều lựa chọn để giải quyết những vấn đề này, chẳng hạn như phương pháp gia công tự động đòi hỏi nhiều lợi thế của máy tính, tính toán và mô phỏng để có một số liệu tương đối chính xác phục vụ cho quá trình chế tạo.v v… Trong đề tài này tôi sử dụng phần mềm Ansys tính toán và mô phỏng cho hai trường hợp, tấm cong... việc giải bằng tay là một việc không thể thực hiện được Những năm gần đây, nhờ sự phát triển của các công cụ toán với sự phát triển của máy tính điện tử, đã thiết lập và dần hoàn thiện các phần mềm công nghiệp, sử dụng để giải các bài toán cơ học vật rắn, cơ học thủy khí và các bài toán dao động, bài toán tường minh và không tường minh, các bài toán tuyến tính và phi tuyến… ANSYS là một phần mềm được... Nhiệt tác dụng và điều kiện biên Hình 3.4 Mô hình tải và điều kiện biên cuối cùng của mô hình 3.1.1 Lựa chọn bài toán và phương pháp giải cho mô hình tính  Khởi động Ansys Double_Click biểu tượng trên màn hình Desktop Hình 3.5 Biểu tượng khởi động phần mềm Ansys - 27 - Trên màn hình sẽ xuất hiện giao diện sau ANSYS Command Prompt Hình 3.6 Giao diện phần mềm Ansys  Đặt tiêu đề cho bài toán File > Change . Phạm vi đề tài: Tính toán và mô phỏng quá trình uốn tấm tôn bao vỏ tàu. 3. Mục tiêu đề tài: Tính toán và mô phỏng quá trình uốn tấm tôn bao vỏ tàu bằng phần mềm Ansys. II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên Sinh viên: PHAN THANH DŨNG Lớp: 48 ĐT – 1 Ngành: Đóng tàu thủy Tên đề tài: Tính toán và mô phỏng quá trình uốn tấm tôn bao vỏ tàu bằng phần mềm Ansys. Số trang: 61. (Ký và ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Sau hơn 03 tháng tích cực tìm hiểu, nghiên cứu và xây dựng đồ án tốt nghiệp: Tính toán và mô phỏng quá trình uốn tấm tôn bao vỏ tàu bằng phần mềm Ansys ,