Phân tích bài toán dao động bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Phân tích bài toán dao động bằng phương pháp phần tử hữu hạnPhân tích bài toán dao động bằng phương pháp phần tử hữu hạnPhân tích bài toán dao động bằng phương pháp phần tử hữu hạnPhân tích bài toán dao động bằng phương pháp phần tử hữu hạnPhân tích bài toán dao động bằng phương pháp phần tử hữu hạnPhân tích bài toán dao động bằng phương pháp phần tử hữu hạn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM VIỆN CƠ KHÍ THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG ĐỀ TÀI PHÂN TÍCH BÀI TOÁN DAO ĐỘNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Chủ nhiệm đề tài : LÊ THỊ THÙY DƯƠNG Hải Phòng, tháng / 2016 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài .3 Mục đích nghiên cứu 3 Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Chương DAO ĐỘNG .4 1.1 Tổng quan 1.1.1 Dao động điều hòa 1.1.2 Dao động tuần hoàn 1.1.3 Dao động hầu tuần hoàn không tuần hoàn 10 1.2 Dao động uốn dầm 12 1.2.1 Thiết lập phương trình vi phân dao động uốn dầm 12 1.2.2 Dao động uốn tự dầm Euler-Bernoulli đồng chất thiết diện không đổi 15 1.2.3 Dao động uốn cưỡng dầm Euler-Bernoulli đồng chất thiết diện không đổi 17 Chương PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN .24 2.1 Tổng quan phương pháp phần tử hữu hạn 24 2.1.1 Giới thiệu chung .24 2.1.2 Xấp xỉ phương pháp phần tử hữu hạn 24 2.1.3 Định nghĩa hình học phần tử hữu hạn 24 2.2 Các phần mềm phân tích kết cấu phương pháp phần tử hữu hạn .27 2.2.1 Phần mềm tính toán kết cấu Sap 27 2.2.3 Phần mềm Catia 28 2.2.4 Phần mềm Unigraphics NX 29 2.2.5 Phần mềm Ansys 31 Chương TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG CỦA DẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 33 3.1 Ứng dụng Ansys giải toán dao động 33 3.2 Bài toán 33 3.3 Giải toán 33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Dao động tượng phổ biến tự nhiên kỹ thuật Các máy, phương tiện giao thông vận tải, tòa nhà cao tầng, cầu bắc ngang qua dòng sông, mạch điện đài, đồng hồ … hệ dao động kỹ thuật Dao động có ảnh hưởng định đến người công trình Với công trình nhà cửa, tàu bè, máy móc thiết bị bị dao động làm ảnh hưởng đến tâm lý người sử dụng, nặng ảnh hưởng đến sức khỏe người sử dụng Với công trình dao động gây tượng mỏi công trình, dẫn đến phá hủy công trình Chính vậy, việc nghiên cứu dao động công trình vấn đề cần nghiên cứu tỉ mỉ Với phát triển phương pháp tính, toán dao động sử lý cách hiệu quả, phương pháp giải toán dao động sử dụng phương pháp số, phương pháp giúp nhà kỹ thuật sử dụng công cụ máy tính vào trình tính toán, giúp thực toán nhanh hơn, xác Với mục đích nghiên cứu áp dụng phương pháp phần tửu hữu hạn, phần tử sử dụng rộng rãi giới toán kỹ thuật nhiều hạn chế Việt Nam, tác giả sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn tính toán dao động dầm, từ tăng độ xác tinh toán, tăng cường viêc ứng dụng tin học tính toán thiết kế công trình Mục đích nghiên cứu - Xác định chuyển vị dầm biết trước tần số dao động phương pháp phần tử hữu hạn Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Các dầm chịu lực Phạm vi nghiên cứu: Xác định chuyển vị dầm biết trước tần số Phương pháp nghiên cứu Mô hình hóa, phân tích Ý nghĩa khoa học thực tiễn Nghiên cứu toán dao động Chương DAO ĐỘNG 1.1 Tổng quan 1.1.1 Dao động điều hòa 1.1.1.1 Các tham số động học dao động điều hòa Dao động điều hòa mô tả phương diện động học hệ thức y(t )  A sin(t   )  A sin (t ) (1.1) Dao động điều hòa gọi dao động hình sin Đại lượng A gọi biên độ dao động Như biên độ dao động giá trị tuyệt đối độ lệch lớn đại lượng dao động y(t) so với giá trị trung bình Đại lượng  (t)  t   gọi pha dao động Góc  gọi pha ban đầu Đại lượng  gọi tần số vòng dao động điều hòa, đơn vị rad/s 1/s Vì hàm sin có chu kỳ 2 nên dao động điều hòa có chu kỳ T  2 (1.2)  Tần số dao động, đơn vị 1/s Hz f  T (1.3) Từ công thức (1.1) ta thấy: dao động điều hòa xác định biết ba đại lượng A,   Mặt khác, dao động điều hòa xác định biết tần số vòng  điều kiện đầu Giả sử có dạng t = 0: y(0)= y0; y (0)  y Khi phương trình (1.1) có y  A sin  ; y  A cos Từ suy A y  y 02    arctg y y (1.4) Để xác định pha ban đầu ta cần ý đến hệ thức sau   arcsin y0 A (1.5) Người ta hay biểu diễn dao động điều hòa (1.1) dạng sau y(t )  C1 cost  C2 sin t (1.6) So sánh biểu thức (1.6) biểu thức (1.1) ta có C1 = Asin; C2 = Acos Từ suy A  C12  C 22 ;   arctg C1 C  arcsin C2 A (1.7) (1.8) Các số C1 C2 xác định từ điều kiện đầu C1 = y0; C2  y  1.1.1.2 Biểu diễn phức dao động điều hòa Hàm điều hòa y(t) xem phần ảo véc tơ phức z quay với vận tốc góc  mặt phẳng số (1.9) z  Aei (t  )  Aei eit  A eit y(t) = Im( z (t ) ) (1.10) i Đại lượng A  Ae gọi biên độ phức Nhờ công thức Euler e i  cos  i sin  y(t )  Im(z (t ))  A Im(e i (t  ) )  A sin(t   ) Ta có 1.1.1.3 Tổng hợp hai dao động điều hòa phương tần số Cho hai dao động điều hòa phương tần số y1 (t )  A1 sin(t  1 ) ; y2 (t )  A2 sin(t   ) Tổng hợp hai dao động điều hòa xác định hệ thức sau y(t )  A1 sin(t  1 )  A2 sin(t   ) Sử dụng định lý cộng hàm số sin ta có y (t )  A1 sin t cos  A1 cost sin   A2 sin t cos  A2 cost sin   (A1cos  A cos )sint  (A1sin  A sin )cost Ta đưa vào ký hiệu A cos  A1 cos1  A2 cos A sin   A1 sin   A2 sin  Thì biểu thức có dạng y(t )  A sin t cos  A cost sin   A sin(t   ) (1.11) Như tổng hợp hai dao động điều hòa phương tần số dao động điều hòa với tần số tần số dao động điểu hòa thành phần, biên độ A góc pha ban đầu  xác định hệ thức sau A  ( A1 cos1  A2 cos )  ( A1 sin 1  A2 sin  )  A12  A22  A1 A2 cos(1   ) (1.12) A1 sin   A2 sin  A1 cos  A2 cos A sin 1  A2 sin    arcsin A   arctg Hoặc (1.13) (1.14) 1.1.2 Dao động tuần hoàn 1.1.2.1 Các tham số động học dao động tuần hoàn Một hàm số y(t) gọi hàm tuần hoàn, tồn số T > 0, cho với t ta có hệ thức y(t + T) = y(t) (2.1) Một trình dao động mô tả mặt động học hàm tuần hoàn y(t) gọi dao động tuần hoàn Hằng số T nhỏ hệ thức (2.1) thỏa mãn gọi chu kỳ dao động Chú ý hàm số y(t) có chu kỳ T hàm số u(t) = y(at) có chu kỳ T/a Thực T u (t  )  a T   y a(t  )  y (at  T )  y (at )  u (t ) a   Biên độ dao động tuần hoàn y(t) định nghĩa biểu thức sau A max y(t )  y(t ) (2.2) Đối với dao động tuần hoàn, tham số động học đặc trưng cho chu kỳ, tần số, biên độ người ta sử dụng tham số giá trị trung bình theo thời gian hàm y(t) chu kỳ Ba loại giá trị trung bình hay sử dụng giá trị trung bình tuyến tính ytt  T T  y(t )dt (2.3) T  giá trị trung bình hiệu dụng T y hd  T y (2.4) (t )dt T  Và giá trị trung bình hiệu chỉnh y hc  T T  y(t ) dt (2.5) T  Trong công thức (2.3), (2.4), (2.5) khoảng lấy tích phân [-T/2, T/2] thay khoảng [t0, t0+T] 1.1.2.2 Tổng hợp hai dao động điều hòa có phương khác tần số với tỷ lệ hai tần số số hữu tỷ Cho hai dao động điều hòa thành phần y1 (t )  A1 sin(1t  1 ) ; y2 (t )  A2 sin(2 t   ) Với 1 T2 p   1  T1 q (p, q = 1, 2, 3…) (2.6) Tổng hợp hai dao động điều hòa xác định hàm y(t )  y1 (t )  y2 (t )  A1 sin(1t  1 )  A2 sin(2 t   ) (2.7) Chu kỳ dao động T1 = 2/1; T2 = 2/2 Từ công thức (2.6) ta suy chu kỳ dao động tổng hợp y(t) T= pT1=qT2 Vậy tổng hợp hai dao động điều hòa phương khác tần số với tỷ lệ hai tần số số hữu tỷ 1:2 = p:q dao động tuần hoàn chu kỳ T= pT1=qT2 Nếu p/q phân số tối giản T bội số chung nhỏ T1 T2 1.1.2.3 Phân tích Fourier hàm tuần hoàn Trong thực tế ta gặp dao động điều hòa túy mà thường hay gặp dao động phức tạp biểu diễn hàm tuần hoàn Một hàm tuần hoàn chu kỳ T=2/ với số giả thiết mà thực tế chấp nhận phân tích thành chuỗi Fourier  y (t )  a0   (a k cos kt  bk sin kt ) (2.8) k 1 Trong a0, ak, bk gọi hệ số Fourier xác định công thức T a0  y(t )dt T 0 T bk   y (t ) sin ktdt , k = 1,2, T0 T ak  y(t ) cos ktdt T 0 (2.9) k= 1,2,… Chuỗi Fourier (2.8) viết dạng chuẩn dao động  y (t )  a0   Ak sin( kt   k ) (2.10) k 1 Với Ak  a k2  bk2  k  arctg ak bk (2.11) Việc phân tích hàm tuần hoàn thành chuỗi Fourier gọi phân tích điều hòa Hằng số a0 gọi giá trị trung bình dao động, số hạng A1sin(t+α1) gọi dao động bản, số hạng Aksin(kωt+αk) gọi dao động bậc k-1(với k>1) hay gọi điều hòa 1.1.2.4 Biểu diễn hàm tuần hoàn miền tần số Ta chọn hệ tọa độ vuông góc, trục hoành biểu diễn tần số (hoặc tần số f), trục tung biểu diễn độ lớn biên độ A điều hòa Việc biểu diễn hàm tuần hoàn y(t) mặt phẳng (, A) gọi biểu diễn hàm tuần hoàn y(t) miền tần số Tập hợp biên độ Ak khai triển Fourier (2.10) hàm tuần hoàn y(t) gọi phổ hàm tuần hoàn y(t) Việc cho biết biên độ Ak điều hòa chưa đủ thông tin hàm y(t), ta chưa biết pha ban đầu điều hòa Tuy nhiên từ biên độ tần số ta giải nhiều vấn đề toán dao động cần nghiên cứu 1.1.2.5 Biểu diễn dao động tuần hoàn mặt phẳng pha Giả sử y(t) đại lượng dao động y (t ) đại lượng dao động Ta xem y(t), y (t ) cách biểu diễn dạng tham số hàm y (y) Ta chọn hệ trục tọa độ vuông góc với trục hoành y, trục tung y Đồ thị hàm y (y) hệ tọa độ vuông góc gọi quỹ đạo pha hay đường cong pha Mặt phẳng ( y, y ) gọi mặt phẳng pha Trong mặt phẳng pha, dao động mô tả dịch chuyển điểm ảnh P( y, y ) Nếu đại lượng dao động tuần hoàn quĩ đạo pha đường cong kín Trường hợp đơn giản dao động tuần hoàn dao động điều hòa Từ phương trình dao động y  A sin(t   ) y  A cos(t   ) Khử t ta phương trình quỹ đạo pha dao động điều hòa + A - + A A A - y A A y A -  y   y      1  A   A  A (2.12) Phương trình (2.12) biểu diễn mặt phẳng pha elip với bán trục A A(Hình trên) Nếu chọn tỷ lệ xích trục hoành trục tung cách thích hợp quỹ đạo pha dao động điều hòa đường tròn Đối với số trình dao động tuần hoàn ta khó biểu diễn phương trình quỹ đạo pha y  f (y) dạng giải tích Trong trường hợp ta phải vẽ quỹ dạo pha cách tính trị số y(tk) y (t k ) Ngày với phát triển tin học việc vẽ quỹ đạo pha thuận tiện đơn giản Chương PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 2.1 Tổng quan phương pháp phần tử hữu hạn 2.1.1 Giới thiệu chung Sự tiến khoa học, kỹ thuật đòi hỏi người kỹ sư thực đề án ngày phức tạp, đắt tiền đòi hỏi độ xác, an toàn cao Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) phương pháp tổng quát hữu hiệu cho lời giải số nhiều lớp toán kỹ thuật khác Từ việc phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng kết cấu khí, chi tiết ô tô, máy bay, tàu thuỷ, khung nhà cao tầng, dầm cầu, v.v, đến toán lý thuyết trường như: lý thuyết truyền nhiệt, học chất lỏng, thuỷ đàn hồi, khí đàn hồi, điện-từ trường v.v Với trợ giúp ngành Công nghệ thông tin hệ thống CAD, nhiều kết cấu phức tạp tính toán thiết kế chi tiết cách dễ dàng Hiện có nhiều phần mềm PTHH tiếng như: ANSYS, ABAQAUS, SAP, v.v Để khai thác hiệu phần mềm PTHH có tự xây dựng lấy chương trình tính toán PTHH, ta cần phải nắm sở lý thuyết, kỹ thuật mô hình hoá bước tính phương pháp 2.1.2 Xấp xỉ phương pháp phần tử hữu hạn Giả sử V miền xác định đại lượng cần khảo sát (chuyển vị, ứng suất, biến dạng, nhiệt độ, v.v.) Ta chia V nhiều miền ve có kích thước bậc tự hữu hạn Đại lượng xấp xỉ đại lượng tính tập hợp miền ve Phương pháp xấp xỉ nhờ miền ve gọi phương pháp xấp xỉ phần tử hữu hạn, có số đặc điểm sau: - Xấp xỉ nút miền ve liên quan đến biến nút gắn vào nút ve biên nó, - Các hàm xấp xỉ miền ve xây dựng cho chúng liên tục ve phải thoả mãn điều kiện liên tục miền khác - Các miền ve gọi phần tử 2.1.3 Định nghĩa hình học phần tử hữu hạn 2.1.3.1 Nút hình học Nút hình học tập hợp n điểm miền V để xác định hình học PTHH Chia miền V theo nút trên, thay miền V tập hợp phần tử ve có dạng đơn giản Mỗi phần tử ve cần chọn cho xác định giải tích theo 24 toạ độ nút hình học phần tử đó, có nghĩa toạ độ nằm ve biên 2.1.3.2 Quy tắc chia miền thành cách phần tử Việc chia miền V thành phần tử ve phải thoả mãn hai qui tắc sau: - Hai phần tử khác có điểm chung nằm biên chúng Điều loại trừ khả giao hai phần tử Biên giới phần tử điểm, đường hay mặt (Hình 1.1) - Tập hợp tất phần tử ve phải tạo thành miền gần với miền V cho trước tốt Tránh không tạo lỗ hổng phần tử 2.1.3.4 Các dạng phần tử Có nhiều dạng phần tử hữu hạn: phần tử chiều, hai chiều ba chiều Trong dạng đó, đại lượng khảo sát biến thiên bậc (gọi phần tử bậc nhất), bậc hai bậc ba v.v Dưới đây, làm quen với số dạng phần tử hữu hạn hay gặp Phần tử chiều Phần tử bậc Phần tử bậc Phần tử bậc hai ba Phần tử hai chiều Phần tử bậc Phần tử bậc hai Phần tử bậc ba Phần tử ba chiều Phần tử tứ diện Phần tử bậc Phần tử bậc hai Phần tử bậc ba 2.1.3.5 Sơ đồ tình toán phương pháp phần tử hữu hạn Một chương trình tính PTHH thường gồm khối sau: Khối 1: Đọc liệu đầu vào: Các liệu bao gồm thông tin mô tả nút phần tử (lưới phần tử), thông số học vật liệu (môđun đàn hồi, hệ số 25 dẫn nhiệt ), thông tin tải trọng tác dụng thông tin liên kết kết cấu (điều kiện biên); Khối 2: Tính toán ma trận độ cứng phần tử k véctơ lực nút phần tử f phần tử; Khối 3: Xây dựng ma trận độ cứng tổng thể K véctơ lực nút F chung cho hệ (ghép nối phần tử); Khối 4: Áp đặt điều kiện liên kết biên kết cấu, cách biến đổi ma trận độ cứng K vec tơ lực nút tổng thể F; Khối 5: Giải phương trình PTHH, xác định nghiệm hệ véctơ chuyển vị chung Q; Khối 6: Tính toán đại lượng khác (ứng suất, biến dạng, gradiên nhiệt độ, v.v.) ; Khối 7: Tổ chức lưu trữ kết in kết quả, vẽ biểu đồ, đồ thị đại lượng theo yêu cầu Sơ đồ tính toán với khối biểu diễn hình sau 26 Đọc liệu đầu vào - Các thông số học vật liệu - Các thông số hình học kết cấu - Các thông số điều khiển lưới - Tải trọng tác dụng - Thông tin ghép nối phần tử - Điều kiện biên Tính toán ma trận độ cứng phần tử k Tính toán véctơ lực nút phần tử f Xây dựng ma trận độ cứng K véctơ lực chung F Áp đặt điều kiện biên (Biến đổi ma trận K vec tơ F) Giải hệ phương trình KQ = F (Xác định véctơ chuyển vị nút tổng thể Q) Tính toán đại lượng khác (Tính toán ứng suất, biến dạng, kiểm tra bền, v.v) In kết - In kết mong muốn - Vẽ biểu đồ, đồ thị Hình 2.2 Sơ đồ khối chương trình PTHH 2.2 Các phần mềm phân tích kết cấu phương pháp phần tử hữu hạn Với phát triển khoa học công nghệ, nhiều phần mềm tính toán theo phương pháp phần tửu hữu hạn sử dụng để tính toán cac toán kỹ thuật 2.2.1 Phần mềm tính toán kết cấu Sap phần mềm tính toán kết cấu sử dụng nhiều Việt Nam, ưu điểm phần mềm mạnh tính toán khung dàn không gian, nhiên lại hạn chế tính toán khung dàn dạng 27 2.2.3 Phần mềm Catia Phần mềm Catia phần mềm hỗ trợ cho công việc thiết kế chi tiết máy người kỹ sư thiết kế Ngoài Catia cung cấp chức lắp ghép chi tiết máy rời rạc thành cụm chi tiết, cấu máy hay máy khí hoàn chỉnh Và sau đó, người sử dụng phần mềm Catia mô chuyển động cụm chi tiết, cấu hay máy khí lắp ráp cách sinh động [3] Sự chuyển đổi môi trường làm việc Catia linh hoạt cách sử dụng công cụ Start giúp cho người thiết kế cảm thấy thoải mái tiết kiệm nhiều thời gian [3] Các modul phần mềm [3] Mechanical Deigsn: Modul cho phép xây dựng chi tiết, sản phẩm lắp ghép khí Shape Design and Styling: Modul cho phép thiết kế bề mặt có biên dạng, kiểu dáng phức tạp lĩnh vực thiết kế vỏ ô tô, tàu biển, máy bay,… Analysis: Module cho phép tính toán kiểm tra mô chi tiết chịu tải trọng môi trường kết cấu liên tục môi trường nhiệt độ Từ cho phép tối ưu kết cấu Manufacturing: Modul cho phép mô trình gia công chế tạo chi tiết thông qua việc lựa chọn dao, chế độ cắt, gá đặt từ cho phép người thiết kế lựa chọn trình chế tạo hợp lý nâng cao chất lượng gia công tiết kiệm vật liệu Equipments and systems: Cho phép xây dựng trang thiết bị, hệ thống nhà máy theo tiêu chuẩn Plant Engineering: Cho phép thiết kế mặt xưởng, nhà máy, dây chuyền sản xuất Đây phần mềm mạnh có khả giải nhiều toán nên yêu cầu cấu hình máy tính phải đảm bảo.Các đối tượng mà CATIA có khả làm việc là: Thiết kế khí: Thiết kế chi tiết cấu tổ hợp sản phẩm dập tấm, bề mặt khung dây, thiết kế khuôn, thiết kế tàu thuỷ, ô tô, máy bay v.v… Thiết kế kiểu dáng hình học 3D với mặt cong Phân tích kết cấu phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) Gia công CNC Thiết kế nhà xưởng Thiết kế hệ thống điện, điện tử, thủy lực Mô động học 28 2.2.4 Phần mềm Unigraphics NX NX hệ thống CAD/CAM/CAE mạnh để mô hình hoá ba chiều sản phẩm khí Hệ thống công cụ hỗ trợ cho nhà thiết kế thực công việc thiết kế sản phẩm cách nhanh chóng xác [4] Phục vụ thiết kế, mô phỏng, lập trình gia công…, cho ngành công nghiệp sản xuất hàng gia dụng dân dụng (balo, dày dép), máy công cụ, máy công nghiệp, ôtô, xe máy, đóng tàu các ngành công nghiệp hàng không thiết kế máy bay, công nghệp vũ trụ….Nhờ vào giải pháp tổng thể, linh hoạt đồng mà NX tập đoàn lớn giới ( Boeing, Suzuki, nissan, Nasa…) sử dụng Đặc biệt Nhật bản, Đức, Mỹ Ấn Độ Unigraphics NX có thị phần lớn so với tất phần mền CAD/CAM khác Với 51 triệu licensed phát hành với 51.000 khách hàng toàn giới NX không đứng đầu mặt công nghệ mà đứng đầu lượng licensed phát hành [4] Các mô đun phần mềm Bao gồm mô đun Model Là mô đun giúp người sử dụng tạo các khối hình học, chi tiết máy dạng 3D Mô đun gồm lựa chọn nhỏ cho người sử dụng Model: tạo chi tiết riêng rẽ Assembly: Tạo thiết bị nối ghép chi tiết riêng rẽ tạo phần Model tạo trực tiếp môi trường Assembly Shape Studio: Tạo chi tiết từ mặt cong, mặt cong mặt cong mặt cong không NX Sheet metal: Tạo chi tiết dạng kim loại Chuyên cung cấp giải pháp thiết kế chi tiết dạng tiêu chuẩn hóa với góc bẻ, bán kính góc lượn hay mép gấp theo tiêu chuẩn quốc tế người thiết kế đặt Phần mềm hỗ trợ đưa tư vấn kỹ thuật người thiết kế chọn nhầm tiêu kỹ thuật Aero Sheet Metal: Tạo chi tiết dạng có mặt mặt cong Routing Logical: Tạo sơ đồ ống từ thư viện phần mềm Phần mềm tư vấn đường tối ưu đường ống hệ thống, tính toán đưa bảng thống kê kích thước, khối lượng thông số kỹ thuật đường ống thiết bị, phân tích định hướng kiểm tra dòng chảy dựa hệ thống tổng thể đường ống Routing Mechanical: Thiết kế đường ống khí 29 Routing Electrical: Tạo sơ đồ điện từ thư viện phần mềm Cho phép tính toán thiết kế hệ thống mạch điện, đường dây điện thiết bị điện cách nhanh chóng Phần mềm tự động tối ưu hoá đường dây dẫn, tiết kiệm thời gian tăng tính khoa học, thẩm mỹ Black: Tạo chi tiết từ file thiết kế trắng Drawing Là mô đun giúp người thiết kế nhanh chóng tạo vẽ kỹ thuật 2D từ khối vật thể xây dựng mô đun Model Mô đun không giúp tạo hình chiếu mà tạo hình cắt, hình cắt trích, hình chiếu riêng phần, ghi kích thước, dung sai… Mô đun bao gồm lựa chọn cho khổ giấy vẽ từ A0 đến A4 Các khung vẽ mặc định kèm với khổ giấy, nhiên người dùng hoàn toàn thay đổi khung vẽ tiêu chuẩn vẽ Simulation Là mô đun giúp người thiết kế mô kiểm tra tính toán toán thiết kế Mô đun xây dựng để tính toán toán thiết kế nhiều lĩnh vực Điện tử, sức bền, dòng chảy… Manufacturing Mô đun giúp người thiết kế dễ ràng thiết lập chương trình, nhiều chiến lược giúp tối ưu đường chạy dao,… hổ trợ Machine Tool Simulation giúp mô gia công mô hình máy thực, giúp kiểm soát tốt hạn chế nguy va đập xảy gia công Đặc biệt NX hổ trợ lập trình gia công tốt cho máy phay trục trục Thư viện possproceser có nhiều poss hệ điều hành tiếng thông dụng Inspection Mô đun giúp người thiết kế kiểm duyệt lại thiết kế theo tiêu chuẩn Mechantronics Concept Design Ship Structures Mô đun rành riêng cho thiết kế kết cấu tàu thủy, giúp người dùng nhanh chóng đưa phương án thiết kế kết cấu thử nghiệm qua mô Chức phần mềm Phục vụ thiết kế, mô phỏng, lập trình gia công…, cho ngành công nghiệp sản xuất hàng gia dụng dân dụng (balo, dày dép), máy công cụ, máy công nghiệp, ôtô, xe máy, đóng tàu các ngành công nghiệp hàng không thiết kế máy bay, công nghệp vũ trụ….Nhờ vào giải pháp tổng thể, linh hoạt đồng mà NX tập đoàn lớn giới ( Boeing, Suzuki, nissan, Nasa…) sử dụng Đặc biệt Nhật bản, Đức, Mỹ Ấn Độ Unigraphics NX có thị phần lớn so với tất phần mền CAD/CAM khác Với 51 triệu licensed phát hành với 51.000 khách hàng toàn giới NX 30 không đứng đầu mặt công nghệ mà đứng đầu lượng licensed phát hành NX hệ thống CAD/CAM/CAE mạnh để mô hình hoá ba chiều sản phẩm khí Hệ thống công cụ hỗ trợ cho nhà thiết kế thực công việc thiết kế sản phẩm cách nhanh chóng xác Hơn nữa, tính mở tính tương thích NX cho phép nhiều phần mềm ứng dụng khác chạy trực tiếp môi trường Autodesk Inventor, Catia, Pro-E, Solid Edge, CADKEY, SoildWorks, Cimatron, kết xuất file định dạng chuẩn để người sử dụng khai thác mô hình môi trường phần mềm phân tích khác Quản lí vòng đời sản phẩm: NX phần PLM, quản lí toản vòng đời sản phẩm từ yêu cầu ban đầu, thông qua thiết kế, chế tạo, bảo trì tái chế Thiết kế sản phẩm đáp ứng qua giai đoạn: từ giai đoạn ý tưởng đến thành phẩm: Teamcenter sử dụng để kiểm soát truy cập liệu tập tin NX Teamcenter cho phép người dùng làm việc thiết kế nhiệm vụ song song thay thiết kế theo trình Ví dụ, số người dùng thiết kế sản phẩm người dùng khác bắt đầu mô yếu tố phân tích hữu hạn nghiên cứu gia công Sản phẩm lắp ráp chứa phận sử dụng lại từ mẫu thiết kế trước phận tiêu chuẩn phận từ thiết kế trước cần sửa đổi Ngoài ra, phận cần thiết kế từ đầu NX giúp bạn thiết kế chỉnh sửa phận bối cảnh lắp ráp để tạo phận phù hợp thích hợp (thao tác.avi) 2.2.5 Phần mềm Ansys ANSYS phần mềm tính toán phân tích toán kỹ thuật mạnh lĩnh vực sản xuất, từ kết cấu đến thủy khí [7] ANSYS giải lớp toán đứng riêng rẽ ( toán ứng suất tuyến tính, kết cấu phi tuyến hình học - vật liệu - phân tử, phân tích toán dao động với phương pháp Modal, phổ, điều hòa, dao động ngẫu nhiên, giải toán uốn tuyến tính phi tuyến, toán nhiệt ổn định, truyền nhiệt, đối lưu, xạ nhiệt, dòng chảy thủy lực, điện từ ) như lớp toán hỗn hợp ( âm - cấu trúc, điện từ, thủy lực - cấu trúc, từ - nhiệt, từ - cấu trúc ) [7] ANSYS có khả tối ưu hóa mô hình phần tử hữu hạn, đưa đầy đủ dạng kết cần thiết kiểm tra độ tin cậy kết theo tiêu lượng [7] ANSYS cho phép thí nghiệm số mô số, từ đưa giải pháp nhằm hoàn thiện mô hình [7] 31 ANSYS có khả liên kết với phần mềm khác : Pro/Eng, FLOTRAN để phân tích thẩm định thiết kế, có khả sử dụng thiết kế chương trình khí khác để phân tích thông qua kĩ thuật IGES [7] Với phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin, việc áp dụng ứng dụng công nghệ thông tin vào tính toán phân tích toán kỹ thuật giúp kỹ sư giảm thời gian thiết kế, đảm bảo thiết kế xác trực quan Với nhiệm vụ đề tài, tác giả sử dụng phần mềm Ansys để thực đề tài 32 Chương TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG CỦA DẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 3.1 Ứng dụng Ansys giải toán dao động Để phân tích toán dao động Ansys ta làm theo trình tự sau: - Sử dụng mô đun Modal - Chọn vật liệu - Mô hình hóa kết cấu dầm, sử dụng mô đun Design Modeler Ansys để môn hình hóa, dùng phần mềm mô hình hóa Solidwork, Inventor, Catia… - Chia phần tử - Thực giải toán - Xuất kết 3.2 Bài toán Tìm tần số dạng dao động riêng dầm chữ nhật hình 3.1 Dầm có kích thước L = 2,3 m; B = 0,04 m; H = 0,06 m đặt hai gối đỡ tựa Vật liệu dâm thép kết cấu có mô đun đàn hồi E = 200 Gpa hệ số Poisson  = 0,3 Hình Bài toán 3.3 Giải toán Mô hình chia lưới (hình 3.2) Cài đặt toán (hình 3.3) 33 Hình Mô hình tính chia lưới Hình 3 Cài đặt gối đỡ Kết toán: Dạng dao động thứ 1: Chuyển vị lớn 0,21421 ứng với tần số dao động 17,298 Hz (hình 3.4) Hình Dạng dao động thứ Dạng dao động thứ 2: Chuyển vị lớn 0,23979 ứng với tần số 58,533 Hz (Hình 3.5) Hình Dạng dao động thứ 34 Dạng dao động thứ 3: Chuyển vị lớn 0,21414 ứng với tần số dao động 69,098 Hz (hình 3.6) Hình Dạng dao động thứ Dạng dao động thứ 4: Chuyển vị lớn 0,20924 ứng với tần số dao động 155,07 Hz (hình 3.7) Hình Dạng dao động thứ Dạng dao động thứ 5: Chuyển vị lớn 0,22856 ứng với tần số dao động 160,38 Hz (hình 3.8) Hình Dạng dao động thứ 35 Dạng dao động thứ 6: Chuyển vị lớn 0,21389 ứng với tần số dao động 274,76 Hz (hình 3.9) Hình Dạng dao động thứ 36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Tác giả nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn, áp dụng phương pháp vào tính toán dao động dầm đặt hai gối đỡ Kết tính toán trình bày phù hợp với quy luật Việc ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn tính toán dao động cho kết xác mà mang lại lợi ích kinh tế, phương pháp giúp ta tối ưu hóa dẫn đến tối ưu hóa vật tư sản xuất Hướng nghiên cứu đề tài áp dụng phương pháp vào tính toán công trình thực tế 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Khang, Dao đông kỹ thuật, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2004 [2] Ansys Inc, Ansys mechanical APDL Structure analysis guide, 2013 [3] Trần Ích Thịnh, Ngô Như Khoa, Phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Hà Nội, 2007 [4] T J R Hughes, The finite element method, Chicago: Dover Publication, 2000 38 [...]... các phần tử 2.1.3.4 Các dạng phần tử Có nhiều dạng phần tử hữu hạn: phần tử một chiều, hai chiều và ba chiều Trong mỗi dạng đó, đại lượng khảo sát có thể biến thiên bậc nhất (gọi là phần tử bậc nhất), bậc hai hoặc bậc ba v.v Dưới đây, chúng ta làm quen với một số dạng phần tử hữu hạn hay gặp Phần tử một chiều Phần tử bậc Phần tử bậc Phần tử bậc hai ba nhất Phần tử hai chiều Phần tử bậc nhất Phần tử. .. một phần mềm tính toán phân tích các bài toán kỹ thuật mạnh trong mọi lĩnh vực sản xuất, từ kết cấu đến thủy khí [7] ANSYS có thể giải các lớp bài toán đứng riêng rẽ ( bài toán ứng suất tuyến tính, kết cấu phi tuyến hình học - vật liệu - phân tử, có thể phân tích các bài toán dao động với các phương pháp Modal, phổ, điều hòa, dao động ngẫu nhiên, giải các bài toán uốn tuyến tính và phi tuyến, bài toán. .. hai chiều Phần tử bậc nhất Phần tử bậc hai Phần tử bậc ba Phần tử ba chiều Phần tử tứ diện Phần tử bậc nhất Phần tử bậc hai Phần tử bậc ba 2.1.3.5 Sơ đồ tình toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn Một chương trình tính bằng PTHH thường gồm các khối chính sau: Khối 1: Đọc các dữ liệu đầu vào: Các dữ liệu này bao gồm các thông tin mô tả nút và phần tử (lưới phần tử) , các thông số cơ học của vật liệu (môđun... Chương 2 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 2.1 Tổng quan về phương pháp phần tử hữu hạn 2.1.1 Giới thiệu chung Sự tiến bộ của khoa học, kỹ thuật đòi hỏi người kỹ sư thực hiện những đề án ngày càng phức tạp, đắt tiền và đòi hỏi độ chính xác, an toàn cao Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) là một phương pháp rất tổng quát và hữu hiệu cho lời giải số nhiều lớp bài toán kỹ thuật khác nhau Từ việc phân tích trạng... giả sử dụng phần mềm Ansys để thực hiện đề tài này 32 Chương 3 TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG CỦA DẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 3.1 Ứng dụng Ansys trong giải các bài toán dao động Để phân tích bài toán dao động trong Ansys ta làm theo trình tự sau: - Sử dụng mô đun Modal - Chọn vật liệu - Mô hình hóa kết cấu dầm, có thể sử dụng mô đun Design Modeler của Ansys để môn hình hóa, hoặc dùng các phần mềm mô hình... quả bài toán: Dạng dao động thứ 1: Chuyển vị lớn nhất là 0,21421 ứng với tần số dao động là 17,298 Hz (hình 3.4) Hình 3 4 Dạng dao động thứ 1 Dạng dao động thứ 2: Chuyển vị lớn nhất là 0,23979 ứng với tần số là 58,533 Hz (Hình 3.5) Hình 3 5 Dạng dao động thứ 2 34 Dạng dao động thứ 3: Chuyển vị lớn nhất là 0,21414 ứng với tần số dao động là 69,098 Hz (hình 3.6) Hình 3 6 Dạng dao động thứ 3 Dạng dao động. .. toán theo phương pháp phần tửu hữu hạn được sử dụng để tính toán cac bài toán kỹ thuật 2.2.1 Phần mềm tính toán kết cấu Sap là một trong những phần mềm tính toán kết cấu được sử dụng nhiều nhất hiện nay ở Việt Nam, ưu điểm của phần mềm là mạnh về tính toán các khung dàn không gian, tuy nhiên lại hạn chế trong tính toán khung dàn dạng tấm 27 2.2.3 Phần mềm Catia Phần mềm Catia là một phần mềm hỗ trợ cho... hệ phương trình KQ = F (Xác định véctơ chuyển vị nút tổng thể Q) Tính toán các đại lượng khác (Tính toán ứng suất, biến dạng, kiểm tra bền, v.v) In kết quả - In các kết quả mong muốn - Vẽ các biểu đồ, đồ thị Hình 2.2 Sơ đồ khối của chương trình PTHH 2.2 Các phần mềm phân tích kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn Với sự phát triển của khoa học công nghệ, rất nhiều phần mềm tính toán theo phương pháp. .. đổi có thể xem như là tổng hợp của hai dao động với biên độ biến đổi Dao động với biên độ biến đổi theo quy luật A(t )  A0 e t Có một vai trò quan trọng trong lý thuyết dao động Nếu < 0 thì dao động tắt dần, nếu >0 dao động tăng dần 11 1.2 Dao động uốn của dầm Khi nghiên cứu dao động uốn của dầm, ta giả thiết rằng mặt cắt của dầm đối xứng qua hai trục Chẳng hạn mặt cắt của dầm có dạng hình tròn,... con ve được gọi là các phần tử 2.1.3 Định nghĩa hình học và các phần tử hữu hạn 2.1.3.1 Nút hình học Nút hình học là tập hợp n điểm trên miền V để xác định hình học các PTHH Chia miền V theo các nút trên, rồi thay miền V bằng một tập hợp các phần tử ve có dạng đơn giản hơn Mỗi phần tử ve cần chọn sao cho nó được xác định giải tích duy nhất theo các 24 toạ độ nút hình học của phần tử đó, có nghĩa là các