hướng dẫn sử dụng phần mềm ldsolids

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MDSOLIDS GIẢI BÀI TẬP SỨC BỀN VẬT LIỆU CHƯƠNG 1: BIỂU ĐỒ NỘI LỰC CỦA DẦM CHỊU UỐN Bài tập 1:Cho dầm chịu lực như hình vẽ... Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsolids- Vì ta

Trang 1

Phần I TỔNG QUAN PHẦN MỀM

1 Giới thiệu

Trong những năm qua, cùng với sự phát triển của đất nước, nền giáo dục Việt Nam nói chung và giáo dục đại học nói riêng, đã có những bước phát triển đáng kể Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đòi hỏi giáo dục đại học cần có sự đổi mới toàn diện

và sâu sắc Một trong những giải pháp quan trọng là nhanh chóng đổi mới phương pháp dạy học ở đại học Điều 40 của Luật giáo dục 2005 nêu rõ:

“ Phương pháp đào tạo trình độ cao đẳng, trình độ đại học phải coi trọng việc bồi dưỡng ý thức tự giác trong học tập, năng lực tự học, tự nghiên cứu, phát triển tư duy sáng tạo, rèn luyện kĩ năng thực hành, tạo điều kiện cho người học tham gia nghiên cứu, thực hành, ứng dụng”

Để đào tạo ra lớp người đáp ứng được yêu cầu đó, đổi mới phương pháp dạy học theo hướng phát huy tính tích cực chủ động sáng tạo của sinh viên (phương pháp dạy học tích cực) là cấp thiết hiện nay Một công cụ hỗ trợ đắc lực cho phương pháp dạy học tích cực là ứng dụng công nghệ thông tin - một phương tiện dạy học hiện đại, hữu ích và hiệu quả trong dạy học Là giáo viên giảng dạy môn học sức bền vật liệu để góp phần nâng cao chất lượng dạy và học môn học này tôi giới thiệu đến các độc giả một phần mềm dạy học MD Solids Hiện nay có rất nhiều phần mềm hổ trợ học tập và giảng dạy môn học sức bền vật liệu, tuy nhiên hiện nay vẫn chưa có phần mềm nào có giao diện thân thiện, phù hợp và dễ sử dụng như là MDSolids

MDSolids là phần mềm của Timothy A Philpot, Ph.D, P.E, giảng viên trường Đại học Missouri – Rolla (Mỹ).Đây là phần mềm đạt giải thưởng phần mềm dạy học xuất sắc nhất trong cuộc thi phần mềm giáo dục năm 1998, với giao diện thân thiện, tính năng phong phú Phần mềm được xây dựng dựa trên các giáo trình về sức bền vật liệu chuẩn của các tác giả có uy tín lớn trên thế giới như : Machanics of Materials của Roy R Craig; Machanics of Materials của Beer Johnston và Dewolf, Machanics of Materials của Gere, Machanics of Ma-

Phạm Quốc Hòa

Trang 2

Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsolids

Mỹ như : University of Texas, The Pennsylvania State University, Stanford

University và nhiều trường đại học ở nhiều nước khác trên thế giới

2 Những ứng dụng của MDSolids

Phần mềm này có thể hỗ trợ chúng ta trong các vấn đề sau:

1 Giải các bài toán SBVL Phần mềm này có thể giúp giải quyết hầu hết các dạng bài tập cơ bản của môn học SBVL

2 Giúp sinh viên kiểm tra lại kết quả đã tính toán bằng tay, giúp kiểm tra lỗi trong quá trình tính toán

3 MDSolids cung cấp cách giải gọn nhẹ Những giải thích rõ ràng trong các bước giải sẽ giúp sinh viên nâng cao khả năng hiểu và giải quyết các bài tập Đồng thời qua đó giúp sinh viên hiểu và nắm luôn các khái niệm cơ bản của sức bền vật liệu

4 Cung cấp hình ảnh minh hoạ nội lực và ứng suất trong mặt cắt ngang khi thanh chịu kéo (nén), uốn, xoắn,… rất trực quan và sinh động

5 Phần mềm này giúp sinh viên có một cái nhìn trực quan về kết quả tính toán Bằng trực giác sẽ giúp sinh viên nắm kỹ hơn về nguyên

lý cộng độc lập tác dụng, đây là vấn đề khó mà phần lớn sinh viên thường vấp phải

6 Nếu muốn tìm hiểu môn học SBVL, phần trợ giúp (help) của chương trình bao gồm nhiều tham khảo bổ ích

7 MDSolids có phần trợ giúp rất chi tiết, trong đó có các ví dụ kèm theo hướng dẫn giải rất rõ ràng, giúp cho chúng ta tự nghiên cứu

8 Cung cấp những tuỳ chọn cho những đơn vị thường sử dụng nhất, đồng thời các ký hiệu quy ước được dùng bằng chữ (không dùng các ký hiệu) nên rất thuận lợi cho người học tiếp cận phần mềm này Giao diện chính của phần mềm:

Trang 3

3 Các mô đun chính của phần mềm

Phần mềm có 12 mô đun, mỗi mô đun đề giúp giải quyết một vấn đề tiêu biểu của môn học sức bền vật liệu như:

-Vẽ biểu đồ nội lực

- Kéo,nén đúng tâm

- Hệ thanh siêu tĩnh chịu kéo, nén đúng tâm

- Trạng thái ứng suất

- Thanh tròn chịu xoắn thuần tuý

- Dầm chịu uốn ngang phẳng

- Đặc trưng hình học tiết diện của mặt cắt

- Ổn định thanh chịu nén

- Thanh chiu lực phức tạp

- Tính bình chịu áp lực

- Thư viện các bài tập

- Phân tích tổng quát của bài toán sức bền vật liệu cơ bản

Ngoài ra chương trình còn có phần Animated Learning Tools giúp chúng ta vừa học vừa chơi đầy thú vị

Trang 4

Phần II HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MDSOLIDS GIẢI BÀI TẬP SỨC BỀN VẬT LIỆU

CHƯƠNG 1: BIỂU ĐỒ NỘI LỰC CỦA DẦM CHỊU UỐN

Bài tập 1:Cho dầm chịu lực như hình vẽ Biết P =20kN, q = 5kN/m, M =

Trang 5

Hình 1.2.Các dạng dầm có trong phần mềm

- Vì ta đang cần vẽ biểu đồ cho dầm chịu uốn nên ta chọn mô đun thứ nhất trên hình 2 ta có giao diện như hình 3

Hình 1.3 Thông số chiều dài dầm

- Ta nhập giá trị chiều dài dầm vào khung 1, đơn vị tính của dầm vào khung 2,

tọa độ vị trí các gối đỡ vào khung 3 và khung 4 như ở hình 1.4

Trang 6

Hình 1.4 Các thông số của dầm

- Sau đó click chuột vào nút enter ta có kết quả như hình 1.5

Hình 1.5.Hình dạng của dầm chịu uốn

- Đặt lực theo yêu cầu đề bài như ở ví dụ này ta lần lượt đặt các lực như ở các

hình 6, 7, 8:

Đặt lực tập trung P = 20kN

Trang 8

Hình 1.8 Mô men trên dầm

- Sau mỗi lần đặt lực ta lưu ý click chuột vào nút enter Kết quả ta sẽ nhận được biểu đồ nội lực như hình 9

Hình 1.9.Biểu đồ nội lực

Trang 9

Bài tập 2:Cho dầm chịu

- Click chuột vào mô đun Determinate Beams như trên hình 1.10

Hình 1.10.Giao diện của phần mềm

-Ta được giao diện như hình 1.11

q

1m 2m

1

2

M

Trang 10

- Vì ta đang cần vẽ biểu đồ cho dầm chịu uốn nên ta chọn mô đun thứ nhất trên hình 1.11 ta có giao diện như hình 1.12

Hình 1.12.Giao diện để điền các thông số của dầm

Đưa các thông số kích thước của dầm và ngoại lực tác dụng lên dầm như hình vẽ

bên dưới

Hình 1.13.Giao diện để điền các thông số lực phân bố hình thang

- Điền giá trị lực phân bố hình thang vào các khung trên gồm chiều dài

đoạn dầm mà lực phân bố và độ lớn lực phân bố

Trang 11

- Các lực P và mô men ta đưa các giá trị như ở bài 1 ta được kết quả biểu

đồ nội lực như hình bên dưới:

Hình 1.14.Biểu đồ nội lực của dầm

Kết luận: Với hai bài tập điển hình như trên ta thấy rằng việc vẽ biểu đồ nội lực được thực hiện rất nhanh chóng và chính xác

Trang 12

1 Hãy tính nội lực bên trong thanh thép

2 Kiểm tra bền cho thanh, biết thanh làm bằng vật liệu dẻo có ứng

suất cho phép [σ] = 250Mpa, tiết diện ngang của thanh F1 = 1000

mm2,F2 = 2000 mm2

3 Tính biến dạng dài tuyệt đối cho thanh biết E=2.109

Mpa

Hướng dẫn giải -Kích chuột vào biểu tương problem libery trên menu chính của phần mềm

Trang 13

Hình 2.2.mô hình thanh chịu nén

Hình 2.3.Bảng điền các thông số

-Nhập các số liệu đề bài cho vào bảng tính toán trên( chú ý các ô tô vàng là nơi cần thêm số liệu vào ta tính được ứng suất trên thanh và biến dạng dài tuyệt đối của từng đoạn và của toàn bộ thanh:

Lực tác dụng lên đoạn BC: P1=30kN

Lực tác dụng lên đoạn AB: P2=20kN

Chiều dài đoạn BC: a= 1m

Chiều dài đoạn AB:a= 1m

Trang 15

Trường hợp thanh chịu ngàm ở dưới ta chỉnh Support at bottom

Hình 2.5.Mô hình thanh chịu kéo nén bị ngàm dưới

Trường hợp thanh nằm theo phương ngang:

-Kích chuột vào biểu tương problem libery trên menu chính của phần mềm Mdsolids Chọn thư mục Axial DefomationSegmented axial members

Herizontal axialmembers Rod areas specified màn hình sẽ hiện ra bảng

tính như sau:

Trang 16

Hình 2.7.Mô hình thanh chịu kéo nén theo phương ngang có 3 đoạn

Ta nhập số liệu vào tính toán như trên đã trình bày

Trường hợp nếu đề không cho diện tích mà chỉ cho biết đường kính của các thanh ta chuyển sang phương án b:

Hình 2.8.Mô hình thanh chịu kéo nén khi biết đường kính thanh

Trang 17

Bài toán siêu tĩnh

Bài tập 2: Xác định nội lực ứng suất và biến dạng

của thanh chịu lực như hình vẽ Biết P=40kN,

Trang 18

Hình 2.10.Bảng điền thông số thanh siêu tĩnh chịu kéo nén

Số liệu đầu vào:

Load : lực tác dụng lên thanh

Bar length: chiều dài thanh

Elastic Modulus: mô đun đàn hồi của thanh

Kết quả:

Force: nội lực của các thanh

Stress: Ứng suất trên các thanh

Strain: biến dạng của các thanh

Nhập các số liệu đề cho vào bảng tính trên:

Trang 19

Hình 2.11.Kết quả bài toán siêu tĩnh

Nội lực trong các thanh: N1=13,33kN; N1=26,67kN

Ứng suất trong các thanh :1=13,33Mpa; 2=13,33Mpa

Biến dạng trong các thanh: l1=0,000183m;l2=0,000183m

Chú ý thanh 1 chịu kéo và thanh 2 chịu nén

Những trường hợp đặc biệt:

Bài tập 3: Cho thanh chịu lực kéo nén như hình vẽ Biết P1=50kN,

P2=100kN,P3=50kN, E=200Gpa; F1=50mm2,F2=60mm2,F3=40mm2,F4=30mm2,

1 Vẽ biểu đồ nội lực cho dầm

2 Vẽ biểu đồ ứng suất cho dầm

3 ẽ biểu đồ chuyển vị cho dầm

Hướng dẫn giải

Từ giao diện của phần mềm ta chọn General Analysis

Axial Torsion Beamsta nhận được giao diện như hình

2.11

Trang 20

Hình 2.12.Giao diện điền các thông số bài toán kéo, nén

Sau khi điền các thông số cần thiết của bài toán vào các ô trên ta nhấn nút pute ta nhận được kết quả như hình 2.12

com-Hình 2.13 Giao diện kết quả bài toán kéo, nén

Trang 21

Để xác định biểu đồ nội lực, biểu đồ ứng suất của bài toán ta nhấn nút Plots ta

được các biểu đồ sau:

Hình 2.14.Biểu đồ lực dọc

Hình 2.15.Biểu đồ ứng suất pháp

Trang 22

Hình 2.16.Biểu đồ chuyển vị

Trang 23

CHƯƠNG 3 TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT

Bài tập 1:Cho trạng thái ứng suất phẳng như hình vẽ

a) Xác định ứng suất chính và phương chính

b) Xác định ứng suất trên mặt cắt nghiêng

c) Xác định ứng suất tiếp cực trị

Hướng dẫn giải a)Từ menu chính của phần mềm chọn Mohr’s Circlexuất hiện bảng như hình

bên dưới:

Hình 3.1.Bảng nhập thông số ứng suất pháp, ứng suất tiếp

Ta nhập các số liệu đầu vào bảng trên như sau:

Trang 25

Hình 3.3.Kết quả chi tiết các thành phần ứng suất

Nhìn vào bảng Principal Stress Orientationta hoàn toàn có thể xác định được

phương chính Trong trường hợp cụ thể này góc của phương chính là 31.720

Nhìn vào bảng Max In – plane Shear Stress Orientation ta hoàn toàn xác định

được phương của ứng suất tiếp lớn nhất

b) Để tính ứng suất trên mặt cắt nghiêng bất kỳ ta điền giá trị của góc  vào ô

Angle from x axis to n axis

Trong trường hợp cụ thể này ta tính ứng suất trên mặt nghiêng một góc 600 so với phương của trục x ta thấy xuất hiện bảng như sau:

Trang 26

Hình 3.4.Kết quả các thành phần ứng suất trên mặt nghiêng

Ta dễ dàng xác định được ứng suất pháp trên mặt nghiêng 600

so với trục

x là 2.116Mpa và ứng suất tiếp là 0.933Mpa

Trang 27

CHƯƠNG 4 ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA HÌNH PHẲNG

men quán tính của mặt cắt hình chử T có kích

Trang 28

Hình 4.2.Chọn hình dạng mặt cắt

Sau khi chọn T-Shape ta được:

Hình 4.3.Điền các thông số mặt cắt

Trang 29

Ta điền các thông số kích thước mặt cắt vào các ô trên ta được bảng kết quả như sau:

Hình 4.4.Kết quả đặc trưng hình học

Từ bảng kết quả ta thấy trong tâm của mặt cắt có tọa độ đến đỉnh chữ T (0,

68.84)

Mô men tĩnh của hình phẳng Sx=182968mm3

Mô men quán tính trung tâm so với trục x Ix= 18.5e6 mm2 Và các giá trị khác ta

có thể tìm được thông qua bảng kết quả

Bài tập 2: Xác định trọng tâm, mô men

tĩnh, mô men quán tính của mặt cắt 2 hình

chử I giống nhau có kích thước như hình

vẽ

Trang 30

Sau khi nhập thông số về kích thước mặt cắt ta được kết quả như bảng sau:

Hình 4.6.Kết quả mô men tĩnh, mô men quán tính

Trang 31

CHƯƠNG 5 XOẮN THUẦN TÚY

Bài tập 1: Vẽ biểu đồ nội lực

và biểu đồ góc xoắn cho dầm

chịu lực như hình vẽ Biết

M=30kNm, a=1m,

G=8.109Mpa, D=100mm,

d=80mm

Để giải quyết bài toán trên ta ta thực hiện các bước như sau:

Từ menu chính của phần mềm ta chọn Torsion Analysis options

Trang 32

Hình 5.2.Chọn mô hình bài toán

Ta thấy xuất hiện bảng cần đưa các dữ liệu đầu vào của bài toán như sau:

Hình 5.3.Mô hình bài toán

Trang 33

Theo đề bài toán thanh có 2 đoạn chịu xoắn nên ta chọn 2 Torquestrường

hợp thanh có nhiều đoạn ta có thể chọn 3, 4, 5 Đoạn AB mômen xoắn ngoại lực

60kN ta điền giá trị Torque B là 60 Đoạn BC mômen xoắn ngoại lực 30kN ta điền giá trị Torque C là 30

Ta thấy CW và CCW là chiều quay của mômen ngoại lực ta chọn tùy theo yêu cầu của bài toán

Ta thấy Shaft AB và Shaft BC là các thông số về chiều dài và đường

kính của từng đoạn theo yêu cầu của đề bài

Chú ý: bảng Torque unitslà đơn vị của các thông số của bài toán

Sau khi ta điền đầy đủ các thông số ta giải bài toán với biểu đồ nội lực như hình sau:

Trang 34

Hình 5.4.Biểu đồ ứng suất

Để vẽ biểu đồ góc xoắn và xác định góc xoắn co các mặt cắt của thanh ta

chọn Rotation Angle ta được biểu đồ

Nếu tính theo Radian ta chọn Angle Units và chọn Radians

Hình 5.5.Biểu đồ góc xoắn

Trang 35

2 Bài toán siêu tĩnh của xoắn thuần túy

Bài tập 2: Cho thanh

chịu lực như hình vẽ Biết

Trang 36

Hình 5.7.Bảng các thông số bài toán

Các ô màu vàng là ô thông số đầu vào của bài toán Outside Diameter là đường kính đoạn AB, Shaft length là chiều dài đoạn AB, Shear Modulus là mô đun đàn hồi trượt External Torque là mômen xoắn ngoại lực trên thanh Sau khi nhấn vào nút Compute ta sẽ được các kết quả trong các ô màu trắngShear Stress là ứng suất tiếp Torque là mô men xoắn nội lực Angle of Twist góc xo-

ắn lớn nhất

Chú ý các ô màu trắng bên phải là các đơn vị ta cần chọn tùy theo yêu cầu của

đề bài

Trường hợp thanh siêu tĩnh có nhiều đoạn

Bài tập 3: Cho thanh tròn

chịu lực như hình vẽ Biết:

M1=30kNm, M2=40kNm, đường

kính đoạn 1 d1 =150mm,

d2=200mm, d3=150mm; G=8.106kN/cm2

1 Vẽ biểu đồ nội lực cho thanh

2 Vẽ biểu đồ ứng suất tiếp cho thanh

3 Vẽ biểu đồ góc xoắn cho thanh

1m 1m

1m

Trang 37

Từ giao diện chính của phần mềm ta chọn menu

General Analysis Axial Torsion Beams ta được giao

diện như sau:

Hình 5.8.Giao diện bài toán siêu tĩnh của xoắn

Ta lần lượt đưa các thông số đề bài cho như chiều dài các đoạn, đường kính trong, đường kính ngoài, mô đun đàn hồi trượt…

Chú ý: Khi đặt mô men xoắn ngoại lực ta lưu ý chiều và điểm đặt Cụ thể:

- Về chiều: tính từ trái qua phải chiều dường là cùng chiều kim đồng hồ và chiều âm là chiều ngược lại

- Vị trí đặt mô men là tại các điểm được đánh số trên giao diện Như bài toán trên thanh ngàm 2 đầu ta sẽ mặc định chuyển vị ở hai đầu bằng 0 vào ô

Specificed Rotation

- Khi thực hiện giải bài toán ta cần lưu ý đơn vị phải thống nhất

Trang 38

Sau khi đưa đầy đủ các thông số vào ta nhấn Compute ta sẽ được kết quả

bài toán Như giao diện bên dưới:

Hình 5.9.Giao diện kết quả bài toán ngàm hai đầu

Để xem biểu đồ nội lực ta nhấn nút Plots trên giao diện ta sẽ nhận được các

biểu đồ như hình vẽ bên dưới:

Trang 39

Hình 5.10.Biểu đồ mô men xoắn nội lực

Hình 5.11.Biểu đồ ứng suất tiếp

Hình 5.11.Biểu đồ góc xoắn

Trang 40

1 Vẽ biểu đồ nội lực cho dầm

2 Kiểm tra bền cho dầm

3 Xác định chuyển vị và góc xoay cho dầm

Phần vẽ biểu đồ nội lực cho dầm như ta đã trình bày ở chương 1 Với dầm chịu lực như trên ta có biểu đồ nội lực như sau:

P M q

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	7,8 MB