Giáo trình ứng dụng ansys vào bài toán kỹ thuật phần 1

Trang 1

ISO 9001:2000 TS PHAN ĐỨC HUYNH - Th.S NGUYEN HOANG SƠN GIÁO TRÌNH ỨNG DỤNG ANSYS

VÀO BÀI TOÁN KỸ THUẬ]

Ws NHA XUAT BAN

Trang 2

LỜI NÓI ĐÀU

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) từ lâu đã trở thành một trong những phương pháp cơ bản và chính yếu cho việc tính tốn và mơ phỏng

các trạng thái vật lý xảy ra trong các hệ thống kỹ thuật Đồng thời trong

công nghiệp, trong các công trình nghiên cứu tại các trường đại học và

ngay cả trong nghiên cứu quân sự ở nhiều nước trên thế giới, phương

pháp phần tử hữu hạn đã và được xem như là một công cụ hiệu quả nhất Với việc ra đời của phương pháp phần tử hữu hạn, nhiều phần mềm tính toán (dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn) cũng đã ra đời sau đó Trong đó phần mềm ANSYS là một trong những phần mềm lớn và rất mạnh trong việc tính toán ANSYS có thê giải được rât nhiều bài toán

trong nhiều lĩnh vực như cơ học kết cấu, cơ sinh học, cơ, nhiệt, truyền

nhiệt, cơ lưu chất Nhằm giúp ích cho việc học tập, thiết kế, tính tốn, mơ phỏng và có thể là tối ưu hóa các bài toán kỹ thuật cũng như hiểu TỐ hon vé phan mềm ANSYS nên chúng tôi đã biên soạn quyên sách “Ứng dung Ansys vào bài toán kỹ thuật” Quyền sách này sẽ giúp cho bạn đọc có thể dùng phần mềm ANSYS giải được các bài toán cơ bản trong nhiều lĩnh vực của kỹ thuật và từ đó có thể nghiên cứu và giải quyết được những bài toán lớn hơn Trong quá trình biên soạn không thể tránh khỏi những lỗi và sai sót, chúng tôi mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp

của các bạn đọc

Mọi ý kiến đóng góp xin vui lòng liên hệ: Phan Đức Huynh, Bộ môn Cơ Học — Khoa Xây dựng & Cơ học Ứng dụng — Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh

01 Võ Văn Ngân, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh

Email: huynhpd@hcmute.edu.vn

Trang 3

MỤC LỤC CHUONG 1: SƠ LƯỢC VẺ PHƯƠNG PHÁP PHÀN TỬ HỮU HẠN ‹cserrtitekreeEttrrtirrrrirocrc 9 _ L Các bước giải bài toán FEM II n ố II CHUONG 2: TONG QUAN VE PHAN MÈM ANSYS 29 I Khởi động ANSYS .29 Il Giao diện ANSYS .29 TH Lưu trữ và hồi phục IV Cấu trúc bài toán ANSYS Vv VI

CHUONG 4: PHAN TICH DAO DONG

Trang 4

CHUONG 5: UNG DUNG ANSYS VAO BAI TOÁN UNG

SUÁT 147

I Nguyên lý ST Venant

IL Anh hưởng của lỗ tròn đối với sự phân bố ứng suất và

biến dạng trong tam 154

II Tập trung ứng suất do lỗ elip

IV Ứng suất cho bài toán tiếp xúc hai chiều

CHUONG 6: UNG DUNG ANSYS VÀO BÀI TOAN CO

HOC PHA HUY

bố đều,

II Phân tích phá hủy của

CHUONG 7: UNG DUNG ANSYS VÀO BÀI TOÁN LƯU

CHAT 207

I Phân tích dòng chảy trong bộ 207

II Giải bài toán dòng chảy trong kênh có van bướm 2 17 II Phân tích dòng khí xả đi qua một bộ giảm thanh (muffler) 227

IV Phân tích dòng chảy của gió khi đi qua dãy núi Rocky 238

CHUONG 8: UNG DUNG ANSYS vAO BAI TOAN

TRUYEN NEUUBID sscsctssdsnjcsccsestnstonsnsobbcsossessocsbettltoets

I Đặc điểm chung của bài toán truyền HHIỆ sc0622016066i66x IL Bài toán nhiệt truyền qua hai bức tường II Bộ tản nhiệt

IV Bài toán dẫn nhiệt ba c|

Phân tích cơ nhiệt của một thiết bị điện : -+

<

Trang 5

CHUONG 9: ỨNG DỤNG ANSYS VÀO BÀI TOAN TIE

XUC GIU'A CAC CHI TIET MAY

I Lap phép có độ dôi của chốt,

1 Tiếp xúc giữa trụ tròn và hai khải vật thể -.sc5:ssccsse 299

II Tiếp xúc giữa bánh xe & đường ray co 300) CHƯƠNG 10: ỨNG DỤNG ANSYS VÀO BÀI TOÁN TÓI

ƯU HÓA

I Tối ưu hóa bài toán dầm 2D

Il Tối ưu hóa bài toán thanh - dầm 2D

CHƯƠNG 11: ỨNG DỤNG ANSYS VÀO BÀI TOÁN

TƯƠNG TÁC LƯU CHÁT-KÉT CÁU 357

I Luu chat chảy qua một kênh có vật cản sac 357

II Lưu chất chảy qua một kênh thẳng đứng có vật cản 370 CHƯƠNG 12: SỬ DỤNG LỆNH TRONG ANSYS 385 I Những lệnh ANSYS căn bản 225-cccccsccrrxee 385 390

+394 400 Il Bài toán dầm cong

II Bài toán biến dạng phẳng

Trang 6

Chương 1

SƠ LƯỢC VÈ PHƯƠNG PHÁP PHÀN TỬ HỮU HẠN FEM

Như đã biết, tất cả các bài toán kỹ thuật đều có thể biểu diễn ở dạng các phương trình toán học mà điển hình là các phương trình vi phân liên kết với các điều kiện biên Đối với những bài toán đơn giản thì có thể tìm được lời giải chính xác Tuy nhiên, hầu hết các bài toán có phương trình mô tả và biên khảo sát rât phức tạp, do đó việc tìm lời giải chính xác cho bài toán gặp rất nhiều khó khăn, mà đôi lúc không thể giải được Để khắc phục những khó khăn này, nhiều phương pháp sô đã được ra đời Trong những phương pháp số đó, nôi bật và thường dùng nhất là phương pháp phan tir hữu hạn (finite element method) Ý tưởng của phương pháp phần tử hữu hạn là chia vật thể ra thành một tập hữu hạn các miền con (gọi là phần tử) liền nhau nhưng khơng liên kết hồn tồn với nhau trên khắp từng mặt biên của chúng Trường chuyển vị, biến dạng, ứng suất được xác định trên từng phần tử Dạng phân tử có thể là thanh, dầm, giàn, tắm, vỏ, khối

Các phần tử nói kết với nhau qua các nút I CÁC BƯỚC GIẢI BÀI TOÁN FEM

1 Rời rạc hoá miền khảo sát (tạo lưới cho phần tử): chia vật Tra thành nhiều phan | tử sao cho tinh chat vật lí của mỗi phần tử không thay đôi Nếu vật có biên dạng phức tạp thì chia các phần tử ở gân biên sao cho thật nhuyễn

Xây dựng các phương trình phần tử

Lắp ghép các phương trình phần tử và tìm ra ma trận độ cứng Khử các điều kiện biên

Giải hệ phương trình toàn cục am

6

Tính toán các kết quả

I VÍ DỤ 1

Xét một hệ giàn như hình 1.1 Tat cả các thanh đều làm bằng gỗ

với môđun đàn hồi Young E=l 9x10° (Ncm? ) và diện tích mặt cắt

Trang 7

a) b)

Hình 1.1 a) Mơ hình bài tốn, b) Mối liên hệ gữa tọa độ tòan cục và hệ tọa độ địa phương

Giải bài toán này sẽ trải qua ba giai đoạn: tiền xử lý, giải, hậu xử lý

1) Giai đoạn tiền xử lý

a) Nút và phần tử

Xét mỗi thanh giàn là một phần tử, điểm nối chúng lại với nhau là một nút Vì vậy, hệ giàn đã cho có thể chỉ thành 5 nút và 6 phần tử như biểu diễn ở hình 1.1 Sau đây là bảng liệt kê nút và phần tử của hệ giàn: Phần tử Nút ¡ Nút j Góc Ø() (ql) 1 2 0 2) 2 3 135 (3) 3 4 0 (4) 2 4 90 (5) 2 5 45 (6) 4 5 0 Bang 1.1 b) Hệ số độ cứng phân tử

Phần tử (1), @), (4) và (6) có cùng chiều dài, diện tích mặt cắt ngang, môđun đàn hồi, nên hệ số độ cứng tương đương cho mỗi phần tử

được tính: 3

= AE Se =4,22x10° (N/em) (1)

Trang 8

Còn phần tử (2) và (5) có hệ số độ cứng tương đương: 6 k -4- Bx a = 2.98x10° (N/em) e) Ma trận độ cứng phần tử Ở phẩn tử (1), (3) và (6) có góc Ø = 0° (như hình 1.2) Y O < i O} wo II ` 1 Phần tử (1) ¡=3 Phần tử (3) 4 Phần tử (6) Hình 1.2

cos? Ø sin Øcos Ø -cos?Ø —sinØcosØ [KJ?=k sin Øcos Ø sin? Ø —sinØcosØ -—sin°Ø

~cos”Ø —sinØcosØ cos? Ø sin Øcos Ø

—sinØcosØ -—sin°Ø sin ØcosØ sin? Ø

cos?0 sin 0cos0 -cos*0 —sin0cos0

Trang 10

cccccvc Toàn cục: [k] =10° (1.9) + ©còcocccocec Oo 4.22 ©eẨ CC ccccccc ©cẨcCcccccccec cooocooocccoce coooococo —4.22 0 4.22 ©Ẩ CC cCccccccec ©Ẩc©ocCcCcCcCcccec ° ° co c coooocococeo cooooocoocse Phần tử thứ (4): có góc Ø =90° (như hình 1.3) j=4 [pe a‘ i=2 Hinh 1.3

cos* (90) sin (90) cos (90) sin (90)cos (90) sin? (90)

—cos? (90) —sin (90)cos (90)

—sin (90)cos(90) —sin? (90)

[K]” =4.22x10°

—cos” (90) —sin(90)cos(90) —sin (90)cos(90) ~sin” (90)

cos? (90) sin (90)cos (90) sin (90) cos (90) sin* (90)

(1.10)

Trang 11

Địa phương: [K]f Poem (4) _ “Toàn cục: [K] Phần tử thứ (2): có góc Ø= [K]” =2.98x10° 14 —sin(135)cos (135) 000 0 0 1 0 -I 0 000 0-101 [000 0 000 00 000 0000 0 90 000 0 000 0 0 000 422 00 0 422 0 0° 00 0 000 0 0 4 00 0000 0 0 000 0000 0 0 000 422000 422 0 000 0 000 0 0 lo00 0 000 0 90 135° (nhu hinh 1.4) Hinh 1.4

Trang 12

—cos? (135) —sin (135)cos(135)

Trang 14

[KỊ® sĩ [K]"? +[k]° +[KƑ? + [KÉ? Ws [K2 +[k] 42 0+42 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4220 72 0 -49 149 O 0 -149 -149 0 0 0 72 #149 -149 0 422 -149 -149 -| 0 0 -149 149 571 -149 422 0 0 0 (1.19) 0 O 149 -149 -149 149 0 0 0 0 0 0 0 0 +2 0 84 0 +42 0 0 0 0 +2 0 0 0 42 0 0 0 0 -149 -149 0 0 +22 0 571 149 0 0 -149 -149 0 0 0 0 149 149

e) Áp đặt điều kiện biên và tải trọng

Điều kiện biên: nút 1 và 3 bị kẹp chặt nên ¡y= Uy= Uax= U›y= 0

Tải trọng: ngoại lực tác dụng lên nút 4 và 5 theo phương thang

dimg: F4y = —500 N va Fsy=—500 N [K}’ {U}={f} 42 0 42 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 420 72 0 -49 149 0 0 -149 -149 0 0 0 72 142 -149 0 +42 -14 -14 0 0-14 14 571 +149 42 0 0 0 0 0 149 +49 -149 149 0 0 0 0 0 00 0 +2 0 84 0 +42 0 0 0 0 +42 0 0 0 42 0 0 0 0-19-1492 0 0 +42 0 571 149 0 0-1-1492 0 0 0 0 14 14 Ux Uy Ox Uy Ủy Ủy Ux Uy Usy Ủy (1.20)

Từ những điều kiện biên thì phương trình độ cứng toàn cục có thể

khử đi hàng thứ nhất, thứ hai, thứ năm và thứ sáu; cùng với những cột tương ứng Từ đó phương trình độ cứng toàn cục chỉ còn ma trận 6x6 :

Trang 15

3⁄2|2:-ỡ 0, 0 -149 -149](U¿y]} [0 0 72 0 -422 -149 -149||Uy| |0 0 0 844 0 -42 0 ||U 0 10° 0 +422 0 422 0 0 ||u„[ ‘the |-500 (1.21) -149 -149 422 0 571 149 ||Uy| |0 -149 -149 0 0 149 149 ||U,y -500

2) Giai đoạn giải

Giải phương trình (1.22) tìm được:

ie = 0.0035 cm U,, =-0.0102 cm fe = 0.00118 cm Uy =-0.0114cem — |U,, =-0.0195 cm ie = 0.00240 cm (1.22)

Ma trận chuyển vị toàn cục có thể viết là: Uy 0 Uy 0 U,„|_ |-0.0035 U„ | |-0.0102 U 0 {U}= Uy =‡ ạ 7m (123) U,,| |000118 U„| |-00114 Us, | |0.00240 Us| |-0.0195 3) Giai đoạn hậu xử lý

Trang 17

b) Nội lực và ứng suất pháp

Các nội lực phần tử f, va Sic Va bằng nhau và ngược chiều:

dụ =k(u, —w„)

Fig = (typ tu)

Trong công thức (1.26), uix Va uj là chuyển vị tại hai đầu nút của

phân tử ở hệ địa phương (1.26) Mỗi quan hệ giữa chuyền vị địa phương và toàn cục: {U}=[T]{u} (1.27) với [T] là ma trận chuyển đổi và cosØ_ sinØ 0 0 —sinØ cosØ 0 0 TÌ= 1.28 trị 0 0 cos@ sin? (1.28) 0 0 -sinØ cosØ vậy {0}=[T]'{U} Hạ, cosở_ sinØ 0 0 Oy

HH, = —sinØ cosØở 0 - 0 ||Uy„ (129)

uy, 0 0 cosØ sinØ |[U„

Huy 0 0 —sinØ cosØ || Uy

_ Sau khi tính được nội lực, có thể tính được ứng suất pháp cho mỗi

phân tử:

AE

_f k{, —w„) LL (4 -u,) _ :[* ~ity ) (130)

A A A L

Ví dụ, tính nội lực và ứng suất pháp cho phần tử thứ (5) Những dữ

liệu đã có của phần tử thứ (5): Ø=45°, U;y =-0.00355 cm, Uy =-0.01026 cm, Us, = 0.0024 cm va U,, =—0.0195 cm Dau tiên,

tinh chuyén vj dia phuong cua nút 2 và 5:

Trang 18

tạ, cos4Š5 sin45 0 0 —0.00355

May | -sin45 cos45 0 0 ~0.01026 (L3)

Us 0 0 cos45 sin 45 || 0.00240

Us, 0 0 -—sin45 cos45 || ~0.01950

thực hiện phép tính ma trận ta tìm được ; =-0.00976m và

us, =—0.01209 m, thé vao công thức (1.26) và (1.30) sẽ có được nội lực

và ứng suất pháp cho phầmtử thứ (5) lần lược là 696N và §7 N/mỲ

Tương tự tìm được nội lực và ứng suât pháp cho các phân tử còn lại

Il Vi DU 2

Sử dụng phan tử tam giác tuyến tính để xác định chuyên vị của các nút và ứng suât trong các phần tử của một tắm mỏng được ràng buộc chuyển vị và chịu tác dụng của các lực bề mặt như hình 1 6 Ngoài ra tắm mỏng còn đặt trong môi trường nhiệt độ thay đổi A7 = 10°C Tam mong có bê dày 0.5cm, môđun đàn hồi Young E=15x10°N/cm?, hé s6 Possion

v=0.25 và hệ số giãn nở nhiệt = 6x10” re 600N/cm?

Hình L6

Chia tắm mỏng thành hai phần tử tam giác như biểu diễn ở hình

1.7 Tọa độ toàn cục của các nút được cho trong bảng I.2

Trang 19

Nút Tọa độ nút | Chuyển vị nút 1 (0,0) Uy, Ủy 8 (2,0) U;y, U,y 3 (23) Days Usy 4 (1,3) URS Uy Bang 1.2 Hệ toàn cục Hệ địa phương Hình 1.7 a Véc tơ chuyển vị của nút ở hệ toàn cục (global nodal displacement vector) {U}={U,, Uy Uy Uy Usy Uy Usy Ủy ƒ em (132) b Diện tích (area) ` Diện tích của mỗi phần tử: Af) =3cm? RẺ =3/2cm?

c Ma trận thuộc tính vat ligu (material property matrix)

Trang 20

& Ma trận hình dạng phần tir (element shape matrix) Phần tứ thứ nhất vụ =y))~M =y¿—y =-3 - |xp=M -Ì=XT=— yf) =yl) -yl? =y,-y, =3 xy =x) —4) =x, -x,=-1 (1.35) ye =y)-y=y,-y,=0 |X} =x) -a =x,-x =2 , ye 0 x) 0 0| [3 0 3.000 L -—n| 0 oo x +) al 0 -1 0 -1 0 2/(1.36) 22 +) yoy Ụ v) 2 y) -l -3 -l 3 20 Phần tử thứ hai 2) 2) 2) Yay sy =y,-y,=0 [x=x)-=x-x=-I (2) 2) = 2) (2) 2) =

yh) =f - yf? =y,-y, =3 conn =1 ra

Trang 21

e Ma tran d@ ciing phan tit (element stiffness matrix) Phần tử thứ nhất 715 15 -69 -3 -6 -l2 15ễ 35 3 -19 -I§ -l6 “| 69 75 -15 -6 12 [k®]=:a°[s®Ƒ [pI[B°]="= 3 5 (141) 12| -3 -19 -15 35 I&§ -l6 -6 -18 -6 18 12 0 -12 -16 12 -l6 0 32 6 0 -6 -18 0 18 0 l6 -12 -l6 12 0 10°| -6 -12 150 30 -144 -18| (142) Kk?) =a [Bđ " tpI[pBđ) ]=+â [ ] [ TI [ ] 12|-I8 -16 30 70 -12 -54 0 12 -144 -12 144 0 18 O -18 -54 0 54 ff Vector lye ciia méi phan tit (element load vector) {p!}=: thang 0 0 01 O}N (1.43) {p?}=: _ 0 010 N Với t = 05cm, Ty = 1200 N/cm”, 7¿ = -600 N/cm”, L_, =ÝẺ +3 cm và L¡.„ =lem thì vector lực phần tử trở thành: $)}-300V10{1 0 0 0 1 0N (1.44) b£}=-1500 0 0 1 0 IƑN

ø Vector lực nhiệt của mỗi phần tử (thermal load vector)

Bién dang ban dau (initial strain) do sự thay đổi từ nhiệt độ (AT = 10°C, a = 6x10"):

{e}={aaT aA7 0} =10°{60 60 0}" (1.45)

Trang 25

Chương 2

TONG QUAN VE PHAN MEM ANSYS

ANSYS là một phần mềm mạnh được phát triển và dp dung rong rãi trên toàn thế giới, bằng cách sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn

(FEM - finite element method) trong tính toán Những ưu điểm nổi bậc

của ANSYS như sau:

© Giai duge nhiều bài toán như: phân tích kết cấu (tuyến tính và phi tuyến), truyền nhiệt, cơ học chất lỏng, các bài toán âm học và từ trường © _ Thư viện phẩn tử lớn © - Xử lý kết quả cao cấp, cho phép vẽ đồ thị, tính tốn tối ưu © Cóthểsử dụng như một ngôn ngữ lập trình e Khả năng đồ hoạ mạnh và có thể liên kết với các phần mềm CAD/CAM khác

ø - Giảm chỉ phí sản xuất vì có thể tính toán thử nghiệm

I KHOI DONG ANSYS

Như các phần mềm khác thì khởi động ANSYS bằng các cách sau:

Trên thanh Taskbar chon: Start / Programs / ANSYS / ANSYS Product Launcher

s* Click đúp chuột vao biéu tuong “ANSYS Product Launcher” trén

desktop (nêu có)

Sau đó màn hình sẽ xuất hién ctra sé “Launcher”, ké tiếp chọn mục

“File manegement” Trong cửa số mới chọn đường dẫn cho ƒïie cần lưu

gitt (working directory) va dat tén cho bai toan (job name) Sau khi chon xong chon “Run” thi chuong trinh ANSYS sẽ được khởi động

II GIAO DIEN ANSYS

Sau khi khởi động chương trình ANSYS thì màn hình sẽ hiện giao

diện sau:

Trang 26

ẨÑANSYS Hutiphysics Ulty Menu le Elle |e |e |e :pezelzeeisseei

[ek a wera tvn 3 ve ANGYS Caneaerd (BEGIN) [rated Km feat [mm [xem [—

Hình 2.1 Giao diện ANSYS

[A]: MENU TIEN [CH (Utility Menu) a 9 zm me i j a File (quản lý dữ liệu) b Select (chọn lựa) List (liệt kê)

Plot (hiển thị dạng đồ hoạ)

PlotCtrls (lựa chọn trước khi lựa chọn dạng đồ hoạ)

WorkPlane (mat phẳng làm việc)

Parameters (quản lý các thông số)

Macro (tạo các dạng chuẩn)

MenuCtrls (chọn lựa cách hiển thị các Menu) Help (trợ giúp)

[B]: NHAP DU’ LIEU BANG LENH (Input)

Sử dụng cho hướng giao tiếp bằng lệnh [C]: THANH CÔNG CỤ (Toolbar)

“Thường xuyên sử dụng cho hướng giao tiếp bằng chuột

Trang 27

[D]: MENU CHÍNH (Main menu)

Thường xuyên sử dụng trong ANSYS cho hướng giao tiếp bằng chuột

[E]: VÙNG HIẾN THỊ (Graphics)

Hiển thị các kết quả bằng đồ hoạ

Phóng to thu nhỏ đối tượng trên Graphics: cũng như các phần mềm khác thì ANSYS cũng cung cập các công cụ đề có thể di chuyển khung nhìn theo ý muốn Có thê phóng to thu nhỏ hoặc xoay khung nhìn bằng thanh công cụ bên tay phải màn hình hoặc có thể thực hiện theo hộp thoại

băng cách thực hiện theo đường dẫn:

COMMAND: Utility Menu— PlotCtrls— Pan Zoom Rotate Xuất hiện hộp thoại Pan-Zoom-Rorare như biêu diễn ở hình 2.2 Pan-7oom-Rotate fndow [A]: Các hướng nhìn lof ill | [> [B] Các chế độ phóng to thu nhỏ @> [C]: Di chuyén theo bôn phương |ala la la |e le |6 ¿] [DỊ]: Xoay quanh các trục tọa độ [E] Độ lớn di chuyên, xoay, phóng to hoặc thu nhỏ Được tính theo giá a > $6 68 8 ss Rate eRe ©}

TT Dynanie Mode ˆ [F]: Hiển thị mơ

Oz] =] o>}

Hinh 2.2

epee

Trang 28

II LƯU TRỮ VÀ HÒI PHỤC

COMMAND: Uriliy Menu > File — Save as— dat tén file, chon

thư mục —>ØK (dữ liệu lưu với phân mở rộng 1a *.db)

|ANSYS Multiphysics U@l Save DataBase

fle Select Uist Bot Plo Save Database lo Lx_—]

Clear & Start New m= con vd lke Change Jotae Change Directory Change Tie Resume Jobname.db Resume From Save as Jobnare.db

List Files of Type:

Database Files ("db") _v fan

Hinh 2.3

Muốn nở lại bài toán đã tính:

COMMAND: Utility Menu File > Resume from Sau d6 chon file cần mở, sau d6 bam OK

Resume Database

Resume Database Fiom Directories

c:\documents and settings\t Tile db Oc Heth DOCUMENTS ANI BI © Cookies © Desktop © Favortes

List Files of Type: Dives

Database Files ("cb") _v Network

I Ignore parameters on db fle I Suppress auto plotting

Hinh 2.4

Iv CAU TRUC BAI TOAN TRONG ANSYS

Khi tính toán bất kỳ một bài toán ANSYS nào thì cũng qua các công đoạn sau:

1 Tạo mô hình tính - Preprocessing: gồm các bước:

() Dinh nghĩa điểm chính/đường/diện tíchhể tích

Trang 29

(keypoints/lines/areas/volumes),

(ii) Dinh nghia kiéu phan tir (element type) va tinh chất vật

ligu/hinh hoc (material/geometric)

(ii) Tạo lưới đường/diện tich/thé tích (lines/areas/volumes) Mức độ chỉ tiết phụ thuộc số lượng chiều của bài toán, ví dụ

1D, 2D, bất đối xứng, 3D

2 Tinh todn - Solution: đặt tải trọng (lực điểm hoặc áp suất ), các

ràng buộc (độ dịch chuyên, góc xoay) và tính toán

3 Xử lý kết quả - Posiprocessing: các bước bổ sung và xem kết quả Trong phân này có thể bao gồm: ()_ Danh sách chuyển Vị nút (ii) Luc và mômen của các phần tử (iii) Đồ thị chuyển vị (iv) Biéu đồ đường mức ứng suất hoặc nhiệt độ V VÍ DỤ 1

Giải bài toán cho ở ví dụ về giàn đã được cho ở chương 1 bằng ANSYS

Xét một hệ giàn như hình 2.5 Tất cả các thanh đều làm bằng gỗ ai

Trang 30

ANSYS đưa ra hai kiểu phần tử để phân tích bài toán về giàn là: LINKI và LINKS Ò đây đề giải bài toán trên ta dùng phan tir LINK1

Phần tử LINKI là phần tử đối xứng trục, có hai nút @ và j), có hai

bậc tự do (Uy và Uy ), như hình 2.6 Để tìm hiểu thêm về tham số của

phần tử này, ta có thể vao “Help” cla ANSYS T ve I X Hình 2.6 Hình dạng phân tử LINKI 1 Chọn kiểu phần tử COMMAND: Main Menu —> Preprocessor — Element Type + Add/ Edit/Delete

° Nhấp vào Ađđ làm xuất hién cira s6 “Library of Element Types” để chọn các phần tử cần sử dụng

Nhấp chọn Link rồi chọn 2D spar 1, sau đó chon Apply

e — Cửa số “Elemenr Types” xuất hiện dạng phần từ thứ nhất là LINK

¢ Bam Close

2 Nhập diện tích mặt cắt ngang cho từng phần tử giàn

COMMAND: Main Menu— Preprocessor — Real Constans >

Add/ Edit/Delete

e Nhấp vào Add lam xuất hiện cửa số “Element Type for Real Constans”, nhdp chọn phần tử LINK1 roi bam OK

e Cửa số “Real Constans for LINKI" xuất hiện, nhập thông số: AREA = § (lưu ý rằng trong ANSYS không nhập đơn vị mà thay

Trang 31

3 Nhập tính chất vật liệu

COMMAND: Main Menu— Preprocessor —> Material Props > Material Models

° Nhấp d6i vao Structural, Linear, Elastic, va Isotropic lam xuất

hiện hộp thoai “Linear Isotropic Properties forMaterials Number ry s Nhap vao cfc gid tri EX = 1.9e6 va PRXY = 0 © Tit cdc ctra sé 4 Tạo mơ hình tính tốn a) Tao node

COMMAND: Main Menu — Preprocessor —> Modeling — Create — Nodes — In Active CS

COMMAND: MainMenu — Preprocessor + Modeling > Create — Elements —> Auto Numbered —> Thru Nodes

hiện hình mũi tên hướng lên (Ì )

Trang 32

Y Element (1): nhấp node 1 va node 2—>Apply

Element (2): nhấp node 2 va node 3— Apply Element (3): nhap node 3 va node 4—> Apply

v v

Y Element (4): nhap node 2 va node 4— Apply

Vv Element (5): nhap node 2 va node 5—> Apply

v Element (6): nhap node 4 va node 5— OK AN ELEMENTS ELEM NUM / ` ⁄ Z Hình 2.7 5 Áp đặt điều kiện biên và tải trọng

a) Điều kiện biên về chuyển vị

COMMAND: Main Menu — Solhdion —> Define Loads => Apply

— Structural + Displacement — On Nodes

cũng xuất hiện hình mũi tên hướng lên (Ï )

«_ Nhấp chọn node 1 và node 3, rồi bắm ØK, cửa số “Apply U ROT

on Nodes” khac xuat hién

¢ Chon ALL DOF trong 6 Lab2 và nhập giá trị “0” vào ô

Trang 33

bj Lực tập trung — -

COMMAND: Main Menu — Solution > Define Loads + Apply — Structural — Force/Moment — On Nodes

cũng xuất hiện hình mũi tên hướng lên ( Ï )

® - Nhấp chọn nøde 4 và node 5 rồi bam OK, thi cita s6 “Apply F/M

øn Nodes” khác xuất hiện

¢ Chon FY trong 6 4b và nhập giá trị “-500” vào ô VALUE, rồi nhap OK ELEMENTS ELEM NUM Hinh 2.8 6 Giải bài toán

Commands”

7 Xử lý kết quả

COMMAND: Main Menu — General Postproc > Plot Results — Deformed shape — chon muc Def + undeformed

Trang 34

[\ Piot Deformed Shape

[PLDISP] Plot Deformed Shape

KUND Items to be plotted Def + undeformed] C Def + undef edge Appy _ | Hep | Hình 2.9 a) Chuyển vị thẳng đứng

COMMAND: Mai Menu —> General Postproc —> Plot Resulis — Contour Plot — Nodal Solution

Deformed shape with undeformed edge trong 6 Undisplaced shape

COMMAND: Utility Menu — List —> Results — Nodal Solution Sau đó chọn tương tự như trên thì sẽ có bảng số liệu chuyền vị của từng

nút

Trang 35

PRNSOL Command

File

PRINT U NODAL SOLUTION PER NODE

wwe POST1 NODAL DEGREE OF FREEDOM LISTING »*+~ LOAD STEP= 1 SUBSTEP=

TIME= 1.8888 LOAD case 8

THE Ree DEGREE OF FREEDOM RESULTS ARE IN GLOBAL (COORDINAT NODE olds ott, usu a 02588268 82-0 1029 t- 81 900 9-8988 a 19858E- 81 4 11842E-82-4 N 11436E- 81 a 11492E- 81 S 8.23684E-82-0.19522E-01 0.0900 8.19665E-81 MAXIMUM ABSOLUTE UALUES NODE 2 5 8 s VALUE -8.35526E-82-8.19522E-81 68.8888 8.1966SE-81 Hinh 2.11

So sánh với kết quả tính ở chương 1

U;y =-0.0035 m U,, =0.00118 m U,, = 0.00240 m Uy =-0.0102 m Uy =-0.0114m Us, =-0.0195 m

Ta thấy rằng kết quả giải bằng ANSYS phù hợp với kết quả tính ở

chương 1

b) Phản lực

COMMAND: Utility Menu—> List Results — Reaction solution

Kết quả phản lực giải bằng ANSYS cũng phù hợp với kết quả tính

ở chương I

[ÏPRRSOL Command

PRINT REACTION SOLUTIONS PER NODE

suns POST1 TOTAL REACTION SOLUTION LISTING

xe

LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1

TIHE= 1.8808 LOAD CASE= Ø

Trang 36

e) Trường ứng suất và nội lực

Vào “Help” để xem đầu ra của phần tử LIVKI Output Quantity Name ETADLE and ESOL Command Input Hinh 2.13 Lấy nội lực: COMMAND: Main Menu — General Postproc — Element Table — Define Table

Xuất hiện cửa s6 “Element Table Data’

Nhấp vào Ađ¿ làm xuất hiện cửa sé “Define Additional

Element Table Items”

Nhập “AXFORCE” vào ô Lab

Trong phần Irem, Comp kéo thanh cuộn xuống dé chọn mục

By sequence num

Trong 6 ké bén chon SMISC

Trong ô ở dưới thêm số “1” vao nhu sau: “SMISC, 1”, ri bam OK

Lấy ứng suất:

COMMAND: Main Menu — General Postproc — Element

Table — Define Table

40

Trang 37

¢ Nhap vào Add làm xuất hiện cửa số “Define Addirional Element Table Items”

e Nhap “AXSTRESS” vao 6 Lab

e Trong phần /em, Comp kéo thanh cuộn xuống để chọn mục By sequence num e _ Trong ô kế bên chọn LS ° Rồi trong ô ở dưới ta thêm số “1” vào như sau: “L§, 1”, rồi bam OK HPRFTAB Command

PRINT ELEMENT TABLE ITEMS PER ELEMENT

.~wxxe POST1 ELEMENT TABLE LISTING xxx» STAT CURRENT CURRENT

ELEM AXFORCE AXSTRESS 1 -1598.8 187.58 2 1414.2 176.278 3 SI MINIMUM UALUES ELEM 1 1 VALUE -1588.8 187.58 MAXIMUM UALUES ELEM 2 2 VALUE 1414.2 176.78 Hinh 2.14 Xem két qua:

COMMAND: Main Menu — General Postproc — List Results

— Elem Table Data

e _ Rồi bấm ÓK Thì xuất hiện bang PRETAB nhv hinh 2.14

So sánh với kết quả nội lực và ứng suất trên phần tử thứ (5):ở chương | lan luge 1A 696 N va 87 N/m? Kết quả khá phù hợp với kết quả tính ở chương 1

Trang 39

FITEM,2,3 /GO D,PS1X,,0,,,,ALL,,,,, FLST,2,2,1,ORDE,2 FITEM,2,4 FITEM,2,-5 /GO F,P51X,FY,-500 /STATUS,SOLU SOLVE FINISH VI Vi DU 2

Giải bài toán ứng suất phẳng được cho ở ví dụ 2 của chương 1

Sử dụng phần tử tam giác tuyến tính và tứ giác tuyến tính để xác

định chuyển vị của các nút và ứng suất trong các phần tử của một tắm

mỏng được ràng buộc chuyền vị và chịu tác dụng của các lực bể mặt như

hình 2.15 Ngoài ra tim mỏng còn đặt trong môi trường nhiệt độ thay đổi

tir AT = 10°C đến nhiệt độ chuẩn Tắm mỏng có bề dày 0.5cm, médun

Trang 40

1 Nhập tính chất vật liệu

COMMAND: Main Menu — Preprocessor + Material Props > Material Models

Cửa số “Define Material Model Behavior’ sé xuất hiện

Nhấp đôi vao Structural, Linear, Elastic va Isotropic làm xuat hién hộp thoai “Linear Isotropic Properties forMaterials Number 1, Nhập vào các giá trị EX = 15e6 và PRXY = 0.25

Trén cita s6 “Define Material Model Behavior”

Nhấp đôi vào Structural, Thermal Expansion, Secant Coefficient va Isotropic lam xuất hiện hộp thoai “Linear Isotropic Properties forMaterials Number 1” « _ Nhập vào các gid tri APLX = 6e-6, rồi bắm OK © Tắt các cửa số 2 Chọn kiểu phần tử COMMAND: Main Menu — Preprocessor — Element Type > Add/ Edit/Delete

Nhấp vào Add lam xuat hign cia sé “Library of Element Types”

dé chọn các phân tử cân sử dung

Nhap chon phan tir Structural Mass — Solid

Chon kidu phan tir Quad 4node 42 rdi bam OK

Cia sé “Element Types” xuất hiện dạng phần từ PLANE42

Nhấp chon muc Option dé lam xuất hiện cửa số “PLANE42

element type options”

Chon điều kiện Plane strs w/thk trong hộp” thọai “Element

Định dạng
Số trang	179
Dung lượng	10,49 MB