ĐỀ TÀI-ỨNG DỤNG ANSYS THIẾT KẾ TỐI ƯU CỦA TẤM PHẲNG CÓ LỖ Ở TÂM

ỨNG DỤNG ANSYS THIẾT KẾ TỐI ƯU CỦA TẤM PHẲNG CÓ LỖ Ở TÂM Một tấm phẳng hình vuông ở giữa tấm là một lỗ hình tròn có ứng suất phân bố đều lên lỗ là 30MPa.. Mục đích của bài này là sử dụng

ỨNG DỤNG ANSYS THIẾT KẾ TỐI ƯU CỦA TẤM PHẲNG CÓ LỖ Ở TÂM

Một tấm phẳng hình vuông ở giữa tấm là một lỗ hình tròn có ứng suất phân bố đều lên lỗ là 30MPa Mục đích của bài này là sử dụng phần thiết kế tối ưu trong Ansys để hiệu chỉnh kích thước của tấm phẳng và lỗ làm cực tiểu hóa thể tích của tấm phẳng mà không vượt quá ứng suất Von Mises lớn nhất là 53.19 MPa

Tấm phẳng làm bằng vật liệu thép đàn hồi có E = 210GPa , Poisson’s ratio v = 0.3

* Design Variables (Biến thiết kế):

Tấm có các thông số thiết kế và khoảng giới hạn cho như sau:

* State Variables ( Biến trạng thái ):

Ứng suất Von Mises lớn nhất không vượt quá 53.19MPa

* Design Objective ( Hàm mục tiêu ):

Cực tiểu hóa thể tích của tầm phẳng như hình bên dưới

1 Khai báo biến thiết kế và các giá trị ban đầu của chúng:

Command:

ANSYS Utility Menu

Parameters → Scalar Parameters

Nhập : H = 0.22 & Accept (giá trị ban đầu là 0.22m)

Nhập: W = 0.22 & Accept

Nhập: R = 0.035 & Accept

Nhập: T = 0.004 & Accept

→ Close

PlotCtrls → Numbering → Mục LINE chọn ON & OK

2 Khai báo kiểu phần tử ,bề dày tấm phẳng và tính chất vật liệu:

Command

ANSYS Main Menu

Preprocessor

Element Type → Add/Edit/Delete → Add

→ Structural & Solid & Triangle 6 node 2 & OK

Options Element Behavior: Plane strs w/thk & OK

Real Constants → Add/Edit/Delete → Add & Triangle 6 node 2 & OK

Thickness: T & OK

Material Props → Material Models → Structural & Linear & Elastic & Isotropic

EX = 2.1e + 11 PRXY = 0.3 & OK

3 Tạo tấm phẳng sử dụng các biến kích thước:

Command:

ANSYS Main Menu

Modeling → Create → Areas →

Rectangle → By Dimensions

X1: 0 - X2 W Y1: 0 - Y2 H & OK

Circle → Solid Circle

Radius = R & OK

Operate → Booleans → Subtract → Areas

Click vào Areas bị trừ (Rectangle) & Apply Click vào Areas trừ (Circle) & OK

4 Tạo lưới (Meshing).

Command:

ANSYS Main Menu

Meshing → Mesh Tool

Click on the Lines Set button Chọn lines 2 & 3 & Apply

NDIV = 8 & Apply

Chọn lines 9 & 10 & 5 & Apply

NDIV = 12 & OK

Nhấn nút Mesh Click chọn Area & OK

5 Đặt tải trọng và các điều kiện biên:

Command:

ANSYS Main Menu

Solution → Define Loads → Apply → Structural

Displacement → Symmetry B.C → On Lines

Chọn lines 9 & 10 & OK

Pressure → On Lines

Chọn line 5 & OK

VALUE load PRES value = 30MPa & OK

6 Thực hiện tính toán:

Command:

ANSYS Main Menu → Solution → Solve → Current LS

Nhấn OK -> Close

7 Xem kết quả đối với hình dạng kích thước ban đầu:

Command:

General Post Proc → Plot Results → Contour Plot → Nodal Solution

→ Stress & Von Mises (SEQV) & OK

* Sắp xếp ứng suất của những node từ lớn nhất tới nhỏ nhất:

List Results → Sorted Listing → Sort Nodes → Stress & von Mises (SEQV) & OK

8 Tạo các bảng kết quả để sử dụng trong quá trình tối ưu:

* Khai báo ứng suất lớn nhất cho quá trình tối ưu:

ANSYS Utility Menu

Parameters → Get Scalar Data → Results Data & Global Measures & OK

Stress & von Mises Name of Parameter to be defined: SMAX OK

ANSYS Main Menu

* Tạo bảng danh sách thể tích các phần tử:

General Postproc → Element Table → Define Table

Add

Lab: VOLUME

Geometry & Elem volume VOLU OK

Close

* Tính toán thể tích chung của tấm phẳng:

Sum of Each Item & OK → Close SSUM Command window

ANSYS Utility Menu

Parameters → Get Scalar Data → Results Data & Elem Table Sums & OK

Name of Parameter to be defined: VOLUME → OK

9 Ghi lại log file để ANSYS tính toán trong suốt mỗi bước của qui trình tối ưu: File → Write DB Log File → Enter: Plate & OK

10 Tiến hành qui trình tối ưu hóa:

ANSYS Main Menu

Design Opt → Analysis File → Create & OK

→ Assign → Type Plate & OK

Tên của Log file được lưu lại ở bước vừa rồi.

11 Nhập các biến thiết kế và khoảng giá trị của chúng để hiệu chỉnh trong quá trình tối ưu:

Design Variables

Add

Select H

MIN = 0.2 MAX = 0.25 & Apply

Select W

MIN = 0.2 MAX = 0.25 & Apply

Select R

MIN = 0.02 MAX = 0.045 & Apply

Select T

MIN = 0.002 MAX = 0.005 & OK

Đóng cửa sổ Design Variable

12.Nhập giá trị giới hạn để thiết kế( ứng suất lớn nhất) :

State Variables → Add

Chọn SMAX

MAX = 53.19 & OK

13 Khai báo mục tiêu để tối ưu (VOLUME):

Objective

[OPVAR] Define Objective Function: VOLUME

NAME Parameter Name: Chọn VOLUME & OK

14 Chọn kiểu phương pháp mà ANSYS sử dụng để tối ưu và số lần lặp mà nó sử dụng:

Method/Tool

Chọn Sub-Problem & OK

Maximum Iterations ( Số lần lặp nhiều nhất) : 15 & OK

15 Chạy quá trình tối ưu:

Run

Cửa sổ Begin Execution of Run xuất hiện , click OK

Đóng của sổ Execution Summary and Note

16 Xem kết quả của số lần lặp:

Design Sets

List & OK

17 Đồ thị cho các biến thiết kế với ứng suất cực đại của mỗi lần lặp

Đóng cửa sổ OPLIST Command

Graphs/Tables

XVAROPT: Select SMAX NVAR : Select H, R, T, and W & OK

18 Nhập các thống số từ lần lặp tối ưu nhất , giải và xem kết quả

ANSYS Utility Menu

Parameters

Scalar Parameters

Selection enter: H = & Accept

Selection enter: W = & Accept

Selection enter: R = & Accept

Selection enter: T = & Accept

Close

ANSYS Main Menu

Solution → Solve → Current LS & OK

General Post Proc → Plot Results → Contour Plot → Nodal Solution

→Stress & Von Mises (SEQV) & OK

]