giới thiệu công cụ xây dựng mô hình và tính bền mỏi khung xe
Chơng 3 Tính bền mỏi khung xe ch-551 bằng phần mềm ansysworkbench 3.1. Giới thiệu công cụ xây dựng mô hình và tính bền mỏi khung xe. 3.1.1 Tổng quan về phần mềm SolidWorks 2005. SolidWorks là một phần mềm CAD-3D đợc sử dụng rộng rãi trong nghành cơ khí chế tạo máy. Đặc biệt với các phiên bản Solid Works từ 2005 trở đi trong toolbox của chúng có hệ thống th viện tơng đối đầy đủ về một số chi tiết cơ khí theo tiêu chuẩn. Với hệ thống th viện này trợ giúp cho ngời thiết kế có thể nhanh chóng tạo ra đợc một số chi tiết cơ khí nh các bánh răng, các ổ bi, ổ trợt, bu lông, đai ốc, vòng đệm, vít, đinh tán .chỉ bằng lệnh Create Part và nhập các thông số của chi tiết đó. Điều này rút ngắn đợc rất nhiều thời gian thiết kế và có độ chuẩn xác cao. Ngoài ra phần mềm SolidWorks còn cho phép trao đổi dữ liệu với nhiều phần mềm thông dụng khác nh : Pro/Eng, Inventor, SolidEdge và một đặc điểm rất quan trọng là các file dữ liệu của phần mềm này tơng thích với nhiều phần mềm phân tích kết cấu. 34 Dao diện chính của phần mềm SolidWorks nh sau: Hình 3.1: Giao diện chính của phần mềm SolidWorks Việc ứng dụng phần mềm SolidWorks đã tăng nhanh tốc độ thiết kế, việc thay đổi kích thớc, kết cấu các chi tiết rất dễ dàng và nhanh chóng do đó rút ngắn đợc thời gian từ thiết kế đến chế tạo. Một đặc điểm khá nổi bật của phần mềm SolidWorks là quá trình xuất các bản vẽ kỹ thuật, bản vẽ lắp, các hình chiếu trên bản vẽ kỹ thuật, các định chuẩn trong việc ghi kích thớc, các ký hiệu mang tính trực quan cho phép chúng ta dễ thể hiện ý tởng và cũng tơng thích với các tiêu chuẩn quốc tế. Phần mềm ANSYS Workbench và SolidWorks hoàn toàn tơng thích với nhau, do đó khi xây dựng mô hình trên SolidWorks rất thuận lợi cho việc tính toán trên ANSYS Workbench. 35 Môi trờng làm việc Các nút lệnh Dữ liệu về cấu trúc của mô hình 3.1.2 Tổng quan về phần mềm ANSYS Workbench 9.0. ANSYS Workbench là một phần mềm công nghiệp, sử dụng phơng pháp phần tử hữu hạn để phân tích các bài toán vật lý- cơ học, chuyển các phơng trình vi phân, phơng trình đạo hàm riêng từ dạng giải tích về dạng số, sử dụng phơng pháp rời rạc hóa và gần đúng để giải các bài toán. Nhờ ứng dụng phơng pháp phần tử hữu hạn, các bài toán kỹ thuật đợc mô hình hóa và mô phỏng toán học, cho phép lý giải trạng thái bên trong của vật thể khi chịu một tác động bên ngoài. Là một chơng trình mạnh, tính cho các phần tử kết cấu 2D và 3D, giải các bài toán kết cấu, nhiệt, điện từ . Mỗi loại vật liệu đợc đa thành một mô hình hình học, với các cách chia các phần tử phù hợp. Các mô hình vật lý của vật liệu đợc xác định bằng các hằng số đặc trng hình học, các mô men quán tính, các giá trị đặc trng của mặt cắt, hệ số poatson, hệ số dẫn nhiệt . ANSYS Workbench có modul Design để thiết kế 2D, 3D các chi tiết, bên cạnh đó nó có thể giao tiếp dễ dàng với hầu hết các phần mềm CAD nh: AutoCAD, SolidWorks, Autodesk Inventor, ProE, Mechanical Destop . để tận dụng đợc những điểm mạnh của các phần mềm này. (Trong đề tài tôi tiến hành xây dựng mô hình khung xe bằng phần mềm SolidWorks sau đó chuyển sang môi trờng Simulation của ANSYS Workbench để giải bài toán về kết cấu). Trong phần mềm ANSYS Workbench có modul Fatigue Tool, đây là môđun chuyên tính bền mỏi kết cấu. Việc áp dụng môđun này đối với bài toán đánh giá độ bền mỏi khung xe có nhiều thuận lợi. Mô hình khung xe đã xây dựng bằng phần mềm SolidWorks, nên việc chuyển sang ANSYS Workbench để tiến hành tính toán đợc thực hiện một cách dễ dàng. 36 Giao diện chính của ANSYS Workbench (Phần Simulation) nh sau: Hình 3.2: Giao diện chính của ANSYS Workbench. Đây là giao diện rất thân thiện với ngời dùng, các công cụ thể hiện một cách trực quan dễ hiểu, các thao tác đơn giản. 37 Môi trờng làm việc Vùng dữ liệu về cấu trúc của mô hình, dạng kết quả Vùng dữ liệu thông số vật liệu, lực, liên kết 3.2. Giới thiệu mô đun Fatigue tool. 3.2.1 Cách sử dụng. Để có thể sử dụng mô đun Fatigue tool khi tính bền mỏi cần thực hiện theo một số bớc cơ bản sau đây: - Bớc 1: Khởi động ANSYS Workbench Hình 3.3: Các mô đun của phần mềm AnsysWorkbench 1. Mô hình hình học (Geometry) 2. Mô hình tính toán (Simulation) 3. Mô hình phần tử hữu hạn (Finite Element Model) 4. Mô hình chia lới (CFX-Mesh) 5. Dự án rỗng (Empty Project) Sau đó vào mô đun tính toán (Simulation) và tiến hành các bớc tiếp theo. - Bớc 2: Chạy mô hình hình học đã xây dựng 38 H×nh 3.4: Ch¹y m« h×nh h×nh häc trong phÇn mÒm AnsysWorkbench - Bíc 3: Chia líi s H×nh 3.5: M« h×nh chia líi 39 - Bớc 4: Đặt tải và chọn các ràng buộc Hình 3.6: Mô hình đặt lực - Bớc 5: Tính toán với Simulation Tại đây ta chọn dạng xuất kết quả tính bền thông thờng, sau đó tiến hành giải với Solve Hình 3.7: Giải bài toán tính bền 40 Bớc 6: Sử dụng mô đun Fatigue tool Hình 3.8: Sử dụng mô đun Fatigue Tool - Bớc 7: Khai báo các thông số đầu vào Hình 3.9: Khai báo cho tính bền mỏi 41 - Bớc 8: Chọn các dạng xuất kết quả tính mỏi Hình 3.10: Các dạng xuất kết quả - Bớc 9: Xử lý các kết quả thu đợc Hình 3.11: Tuổi thọ tính theo số chu kỳ mỏi 42 3.2.2 Các khai báo. a. Khai báo về vật liệu (Meterials). Trong khai báo về vật liệu có hai tuỳ chọn nh sau: - Khai báo cấu trúc vật liệu của kết cấu Hình 3.12: Các đặc trng vật liệu thép 45X + Khai báo mô đun đàn hồi (Youngs Modulus) + Khai báo hệ số poát xong (Poissions Ratio) + Khai báo khối lợng riêng (Density) + Khai báo hệ số giãn nở nhiệt (Thermal Expansion) + Dạng đờng cong mỏi (Alternating Stress) có các thuộc tính: Phép nội suy (Interpolation) có 3 loại: Linear, Semi-Log, Log-Log Kiểu đờng cong mỏi (Mean Curve Type): Theo ứng suất trung bình (Mean Stress)và theo tỷ số (R-Ratio). Số liệu của đờng cong mỏi (Alternating Stress Curve Data). Giá trị ứng suất và chu kỳ của đờng cong mỏi (Alternating Stress vs. Cycles ). 43 [...]... và độ bền khung xe ôtô Đây là phơng pháp tính bền tĩnh khung xe Phơng pháp này đợc đa ra sau những nghiên cứu về đặc điểm kết cấu và điều kiện sử dụng của khung xe (vấn đề mô hình tính toán, phản lực từ mặt đờng, phổ mặt đờng) Với các phơng pháp trên thì mô hình tính khung rất đơn giản, trong trờng hợp này khung xe thờng đợc mô tả nh một dầm chịu uốn ngang phẳng với giả thiết cơ bản của sức bền vật... định bằng việc khai báo các đặc trng của phần tử - Khung xe chịu các phản lực từ mặt đờng thông qua các gối đỡ nhíp - Khung xe đợc mô tả bằng một lới các nút và các phần tử trong không gian Các nút đợc xác định bằng các toạ độ trong hệ toạ độ OXYZ Các phần tử này đợc xác định bởi nút giới hạn chúng và các đặc trng thiết diện, đặc trng vật liệu chế tạo chúng 3.3.3 Khai báo các tuỳ chọn và tham số tính mỏi. .. ngời sử dụng hoặc các gói chơng trình phần mềm có sẵn có giao diện đồ hoạ rất thuận tiện cho ngời sử dụng Các phần mềm phân tích kết cấu ứng dụng phơng pháp phần tử hữu hạn đợc sử dụng rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực Trên thế giới đã có nhiều phần mềm phân tích cấu trúc dựa trên cơ sở phơng pháp phần tử hữu hạn nh: AnsysWorkbench, VisualNastran, Sap, Các phần mềm này có thể chạy trên nhiều môi trờng... đun Fatigue tool tính bền mỏi khung xe ôtô CH-551 3.3.1 Xây dựng mô hình hình học a Khái niệm mô hình Mô hình tính của một kết cấu là sự mô tả kết cấu đó với các giả thiết xác định nhằm đánh giá kết cấu về một khía cạnh nhất định Các mô hình tính thờng đợc sử dụng để đơn giản hoá quá trình khảo sát nhng vẫn phản ánh đợc các đặc 55 trng cơ bản của kết cấu Nh phần trên đã đề cập khung xe là kết cấu đa... vào mục đích sử dụng phần mềm chơng trình Khi xây dựng mô hình phần tử hữu hạn của khung xe thờng sử dụng các giả thiết dới đây: - Khung xe là kết cấu không gian bao gồm các dầm dọc, dầm ngang và các chi tiết phụ trên nó đợc liên kết với nhau thành một khối liên tục - Trọng lợng các cụm tổng thành tác dụng trực tiếp lên khung tại các các vị trí lắp đặt chúng - Tự trọng của khung xe có thể giả thiết... 3.13: Đờng cong mỏi của vật liệu + Khai báo độ bền kéo và nén (Tensile, Compressive Strength) - Khai báo thuộc tính nhiệt của vật liệu (Thermal) + Tính dẫn nhiệt (Thermal Conductivity) - Khai báo thuộc tính điện từ của vật liệu (Electromagnetics) + Độ từ thấm (Relative permeability) + Suất điện trở (Resistivity) - Khai báo hệ số bền mỏi ( 0 Kf 1): Đây là hệ số thu nhỏ độ bền mỏi Đờng cong mỏi là sự điều... và tham số tính mỏi khung xe CH-551 a Ví dụ tính - Chọn vật liệu Đối với khung xe này vật liệu là thép hợp kim 45X có các đặc trng thể hiện trong Hình 3.12 và đờng cong mỏi tơng ứng thể hiện trên Hình 3.13 Hệ số bền mỏi Kf = 1 - Chọn dạng tải trọng Dạng đồ thị Fully Reversed (r=-1) và hệ số tỷ lệ là 1 59 - Khai báo tuỳ chọn Kiểu phân tích theo đồ thị SN-Goodman và ứng suất thành phần là trị số ứng suất... quát về mô hình phần tử hữu hạn Mô hình phần tử hữu hạn chính là sự kết hợp giữa mô hình hình học, tải trọng tác dụng và các ràng buộc Việc xây dựng mô hình phần tử hữu hạn qua một số bớc cơ bản sau: - Xây dựng mô hình hình học bằng phần mềm SolidWorks - Chuyển mô hình hình học sang phần mềm ANSYS Workbench - Tiến hành gán tải trọng và các ràng buộc cho mô hình hình học Theo phơng pháp phần tử hữu hạn... Phơng pháp phần tử hữu hạn là phơng pháp tính gần đúng, nó cho phép giải các bài toán phức tạp với các kết cấu đa dạng b Mô hình hình học Hình 3.26: Mô hình hình học khung xe CH-551 Đây là mô hình đợc xây dựng trong phần mềm SolidWorks, trong mô hình này các yếu tố về kích thớc và trọng lợng của vật liệu đã đợc thể hiện Mô hình hình học là một yếu tố không thể thiếu để xây dựng mô hình phần tử hữu... có trạng thái ứng suất rất phức tạp, do đó việc giải bài toán tính khung rất khó khăn Các mô hình tính xây dựng đợc có mối quan hệ chặt chẽ với các phơng pháp và công cụ đợc sử dụng để nghiên cứu nó Ví dụ để đánh giá độ bền uốn tĩnh của khung xe có rất nhiều phơng pháp nh : - Phơng pháp mặt cắt là phơng pháp thờng đợc sử dụng trong sức bền vật liệu để giải các bài toán dầm chịu lực Theo phơng pháp . Fatigue tool Hình 3 .8: Sử dụng mô đun Fatigue Tool - Bớc 7: Khai báo các thông số đầu vào Hình 3.9: Khai báo cho tính bền mỏi 41 - Bớc 8: Chọn các dạng. trong toàn bộ phần tính toán mỏi. + SN-None Hình 3. 18: Kiểu phân tích theo đờng cong SN-None + SN-Goodman 48 H×nh 3.19: KiÓu ph©n tÝch theo ®êng cong