Tài liệu trình bày ví dụ tính toán kết cấu thanh theo phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng phần mềm ANSYS qua việc dùng menu, sử dụng phần mềm ANSYS qua việc sử dụng ngôn ngữ lập trình. Qua ví dụ, cho thấy ưu điểm của việc sử dụng ngôn ngữ lập trình trên nền phần mềm ANSYS. Với cách sử dụng này, cho phép giải bài toán với kết cấu và tải trọng phức tạp. Ưu điểm thể hiện rõ hơn trong bài toán thiết kế, cho phép khảo sát nhiều lớp bài toán mà không phải thao tác phức tạp.
Ví dụ: Giải toán theo cách để đánh giá ưu điểm phần mềm ANSYS sử dụng phương pháp lập trình: Cho trục bậc chịu tác dụng lực P = 10 N Biết tiết diện đoạn A1=2 10-5 m2; A2 = 10-5m2; chiều dài đoạn l1 = l2 = l = 0,1m ; môđun đàn hồi: E1 = E2 = 1011 N/m2 Hãy xác định chuyển vị B C; biến dạng, ứng suất đoạn trục AB, BC Hình 1.1 Trục bậc Lời giải theo lý thuyết phần tử hữu hạn: Chia trục làm hai phần tử: 2 Bảng ghép nối phần tử thiết lập sau: Xác định ma trận độ cứng phần tử 1: k1 2:k2 Ma trận độ cứng chung K: −4 0 4 K = −4 + −2 ÷ ÷.10 N / m −2 0÷ Véctơ lực nút chung F: F = (0 10) T Hệ phương trình phần tử hữu hạn: −4 Q1 R ÷ ÷ 104. −4 + −2 ÷ ÷ Q ÷ = ÷ 0 ÷ ÷ −2 0÷ Q3 10 Áp đặt điều kiện biên: Do Q1 = (liên kết ngàm A), ta loại dòng cột hệ phương trình Cuối ta thu hệ phương trình: −2 Q 104. ÷ ÷ = ÷ −2 Q3 10 Xác định chuyển vị, biến dạng, ứng suất Giải hệ phương trình ta được: Q = 2,5.10 −7 m Q3 = 7,5.10 −7 m Áp dụng công thức ta tìm phản lực liên kết: R = 10 4.( −4Q ) = −10N Biến dạng tính cho phần tử ε1 = (−q1 + q ) / l = 2,5.10 −7 / 0,1 = 2,5.10−6 ε2 = (−q + q ) / l = 5.10 −6 Ứng suất tính cho phần tử σ1 = E.ε1 = 5.105 N / m σ2 = E.ε = 106 N / m LỜI GIẢI TRÊN PHẦN MỀM ANSYS KHI SỬ DỤNG MENU: Chọn kiểu phần tử là: BEAM188 Preprocessor >Element type>Add/Edit/Delete>Add>BEAM188>OK Hình 1.3 Chọn kiểu phần tử Nhập thông số hình học cho trục bậc - Tại menu chọn: Main Menu > Preprocessor > Sections >Beam > Common sections Xuất hộp thoại Beam Tool, Offset to chọn Centroid Sub-type : Hình dạng mặt cắt ngang dầm, chọn hình tròn R: Bán kính hình tròn N : Số đoạn chia theo chu vi đường tròn ngoài, ≤ N ≤ 120 (thông số làm thay đổi độ xác N lớn độ xác lớn), mặc định N=8 Bài toán chọn N=20 T= Số đoạn chia theo bán kính Mặc định T=2 Nhấn Apply Nhấn Preview để xem đặc trưng hình học trục Hình 1.4 Nhập thông số hình học cho đoạn trục thứ Sau ID chọn để nhập thông số cho đoạn dầm thứ Kết thúc nhấn OK Hình 1.5 Nhập thông số hình học cho đoạn trục thứ hai Khai báo thông số vật liệu: Material Properties: EX: 2e11 N/m2 PRXY: Preprocessor > Material Props > Material Models > Structural > Linear > Elastic > Isotropic > Nhập 2e11 cho EX cho PRXX Hình 1.6 Khai báo thông số vật liệu Tạo nút phần tử: Preprocessing > Modeling > Create > Nodes > In Active CS Hình 1.7 Nhập vị trí nút phần tử NODE # 1: X=0, Y=0, Z=0 NODE # 2: X=0 1, Y=0, Z=0 NODE # 3: X=0 2, Y=0, Z=0 Nhập dòng sau bấm APPLY, kết thúc chọn OK Tạo phần tử Hình 1.8 Chon thông số hình học cho đoạn trục Tạo đoạn dầm thứ Main Menu > Preprocessor >Modeling>Elements>Auto Numbered>Thru Nodes Kích chuột trái vào nút nút Hình 1.9 Mô hình đoạn trục thứ Tương tự đoạn dầm thứ tạo nút nút Ta Hình 1.10 Lựa chọn thông số hình học cho đoạn trục thứ hai Áp đặt điều kiện biên lực tác dụng - Điều kiện biên: Tại nút ngàm Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Nodes> Chọn nút Tại hộp thoại Appply U ROT on Nodes chọn ALL DOF (Hạn chế tất bậc tự do) Hình 1.11 Áp đặt điều kiện biên nút Hình 1.12 Đặt lực nút DISPLACEMENT VALUE : giá trị chuyển vị ban đầu, mặc định -Đặt lực :Solutions > Define Loads > Apply > Structural > Force/Moment > On Nodes> Chọn nút Tại hộp thoại Apply F/M on Nodes Lab : Chiều tác dụng lực Chọn FX (lực kéo dọc trục) VALUE: Giá trị lực Nhập 10 Kết thúc đặt lực nhấn OK Giải toán: Main Menu > Solution > Solve > Current LS Xem biến dạng ứng suất Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot> Nodal Solution Select DOF solution> UX Hình 13 Biến dạng chuyển vị UX Chọn Deformed+Undeformed -> OK - Để thị trục bậc dạng 3D hình dạng thật Trên công cụ Menu chọn:Plot>Elements>PlotCtrls>Style>Size and Shape Tại hộp thoại Size and Shape Display of element: kích on để bật chế độ hiển thị Xuất kết dạng ảnh : File>Report Generator>Append>OK Hình 1.14 Xuất kết Hình 1.15 Kết biến dạng chuyển vị UX Hình 1.16 Kết ứng suất SX Q = 2,5.10−7 m σ1 = 5.105 N / m −7 Q = 7,5.10 m σ2 = 106 N / m Kết toán : Như kết giải toán ANSYS với kết giải đại số dựa phương pháp phần tử hữu hạn GIẢI BÀI TOÁN SỬ DỤNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH TRÊN NỀN ANSYS TITLE, VI DU LAP TRINH /PREP7 ET, 1, BEAM188 !Khai báo kiểu phần tử MP, EX, 1, !Khai báo moodun đàn hồi E=2E11 MP, PRXY, 1, !Khai báo hệ số Poisson K, !Định nghĩa điểm K, 2, ! Định nghĩa điểm K, 3, ! Định nghĩa điểm L, 1, !Nối điểm L, 2, !Nối điểm TYPE, !Chọn kiểu phần tử SECNUM, !Chọn đoạn thẳng thứ SECT, 1, BEAM, CSOLID !Chọn mặt cắt ngang hình tròn SECD, 52313E-3, 20 !Khai báo bán kính R1=2 52313E-3 LMESH, TYPE, SECNUM, SECT, 2, BEAM, CSOLID SECD, 78412E-3, 20 LMESH, ALLSEL FINISH /SOLU! Bắt đầu giải DK, 1, ALL !Áp đặt điều kiện điểm ngàm FK, 3, FX, 10 ! Đặt lực điểm SOLVE !Giải FINISH !Kết thúc chương trình Hình 1.18 Kết toán chương trình Bảng 1.1 Bảng so sánh giá trị chuyển vị, biến dạng, ứng suất PP Chuyển vị Biến dạng Ứng suất Q1 (m) Q2 (m) ε1 ε2 σ1 σ2 PTHH 2,5.10 −7 7,5.10 −7 2,5.10−6 5.10−6 5.105 106 Menu 2,5.10 −7 7,5.10−7 2,5.10−6 5.10−6 5.105 106 Lập trình 2,5.10 −7 7,5.10 −7 2,5.10−6 5.10−6 5.105 106 [...]...Như vậy kết quả giải bài toán bằng ANSYS đúng với kết quả giải bằng đại số dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn GIẢI BÀI TOÁN SỬ DỤNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH TRÊN NỀN ANSYS TITLE, VI DU LAP TRINH /PREP7 ET, 1, BEAM188 !Khai báo kiểu phần tử MP, EX, 1, !Khai báo moodun đàn hồi E=2E11 MP, PRXY, 1,... FX, 10 ! Đặt lực tại điểm 3 SOLVE !Giải FINISH !Kết thúc chương trình Hình 1.18 Kết quả bài toán của chương trình Bảng 1.1 Bảng so sánh giá trị chuyển vị, biến dạng, ứng suất PP Chuyển vị Biến dạng Ứng suất Q1 (m) Q2 (m) ε1 ε2 σ1 σ2 PTHH 2,5.10 −7 7,5.10 −7 2,5.10−6 5.10−6 5.105 106 Menu 2,5.10 −7 7,5.10−7 2,5.10−6 5.10−6 5.105 106 Lập trình 2,5.10 −7 7,5.10 −7 2,5.10−6 5.10−6 5.105 106