Hướng dẫn sử dụng phần mềm ABAQUS

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG ABAQUS/CAE COMPUTER AID b Tìm tần số dao động tự nhiên f n , mode dao động c Nghiên cứu ảnh hưởng của việc chia lưới CÁCH TIẾN HÀNH Bước 1: Tạo mô hình, trong bước n

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG ABAQUS/CAE (COMPUTER AID

b) Tìm tần số dao động tự nhiên f n , mode dao động

c) Nghiên cứu ảnh hưởng của việc chia lưới

CÁCH TIẾN HÀNH

Bước 1: Tạo mô hình, trong bước này các bạn sẽ được tiếp xúc với các công cụ modeling

của Abaqus, có thể là 2D hoặc 3D tùy theo yêu cầu

Bước 2: Xác định vật liệu và section hoặc profile, profile dùng cho model 2D, section dủng

cho model 3D

Bước 3: Tạo một bộ lắp hoàn chỉnh (assembly)

Bước 4: Xác định các bước phân tích và yêu cầu xuất kết quả

Bước 5: Xác định điều kiện biên và đặt tải

Bước 6: Chia vùng trong mẫu hiện thời của part( chỉ cần khi có yêu cầu đặc biệt, sẽ có

trong những bài toán phức tạp hơn)

Bước 7: Chia lưới cho assembly

Bưóc 8 : Tạo, chạy và quan sát một tác vụ

Bước 9: Quan sát kết quả

Bước 10: Xuất kết quả ra dạng văn bản

BƯỚC 1

Bước đầu tiên của một bài toán bao giờ cũng là phải tạo một mô hình, tạo một mô hình như

trong hình vẽ, chú ý đây là vật thể 3 chiều nên ta sẽ vẽ theo cách extrude mặt cắt với độ sâu

bằng chiều dài dầm

 Khởi động chương trình Abaqus, chọn tab create model database sẽ xuất hiện

module tạo mô hình đơn (part) với các công cụ của một chưong trình Cad và

thiết kế dựa theo tham số (parameter) double-click vào mục part trong model 1,

hộp thoại create part xuất hiện, đặt tên là canbeam (cantilever beam) và chọn

các thông số mặc định theo hình sau:

Giải thích: D là cho mô hình 3D, kiểu deformable có thể biến dạng được, phần

base feature thì chọn solid extrude để tạo 1 khối rắn bằng cách đẩy 1 mặt cắt

nào đó Approximate size thì chọn như thế này: độ chia lưói (grid) trong môi

trường vẽ sẽ chia làm sao cho thuận lợi trong quá trình vẽ, do đó chọn độ chia lưới

phải dựa theo mô hình cần tạo, vì mô hình càng phức tạp thì độ chia lưới phải đủ

nhỏ để dễ dàng bắt điểm trong khi modeling, tôi chọn 2 vì chiều dài model là 1m và

không chi tiết phức tạp, chú ý là thứ nguyên dùng trong Abaqus là theo SI

Bấm continue để ra khỏi hộp thoại create part

 Không gian tạo mô hình hiện ra với mật độ lưới thưa để dễ quan sát Trước hết

vẽ một mặt cắt chữ nhật kích thước 15  2 cm Chọn nút vẽ hình chữ nhật, sau

đó vẽ một hình xung quanh gốc tọa độ của lưới quan sát 2 hình bên dưới, sau

khi vẽ hình chữ nhật nhấn ESC để thoát khỏi lệnh vẽ hình chữ nhật.( chú ý: vẽ

đại hình chữ nhật ko cần quan tâm kích thước )

Hình chữ nhật vừa vẽ chưa có kích thước, bây giờ ta sử dụng tính năng tham số của

Abaqus để hiệu chỉnh kích thước

Hình trên chỉ một cụm tính năng của model 2D, theo thứ tự từ trái qua phải, trên

xuống dưới là (tự động ràng buộc, ràng buộc, tự động thêm kích thước, thêm kích

thước, sửa kích thưóc và quản lý tham số)

Chọn nút thêm kích thước để thêm 2 kích thước cho hình chữ nhật

Sau khi click vào nút thêm kích thước, click chọn cạnh trái như hình vẽ, sau đó rê

chuột ra ngoài và chọn chổ đặt kích thước, click lần nữa để đặt kích thước, dưới

không gian vẽ là 1 thanh hiện trạng, yêu cầu nhập kích thước, ta nhập kích thước

theo thứ nguyên (m) là 0.02m và cạnh còn lại là 0.15m sau khi đặt 2 kích thước

dùng nút scroll của chuột để phóng to thu nhỏ không gian nhìn, sao cho có hình như

sau:

Chú ý: ta nhìn vào 4 góc của hình chữ nhật thì thấy 4 kí hiệu vuông góc chứng tỏ

hình chữ nhật này đã được ràng buộc đầy đủ (full constraint) vì ta dùng lệnhh vẽ

hình chữ nhật nên Abaqus đã tự động đặt ràng buộc, nếu ta dùng lệnh vẽ line thì khi

tạo hình chữ nhật(chưa thật chính xác) thì phải áp ràng buộc cho nó(dùng nút đặt

đặt thiếu hoặc dư ràng buộc cho một phác thảo(sketch) 2D thì Abaqus sẽ báo lỗi và

không cho qua bước tạo part

Sau khi đầy đủ ràng buộc thì click done dưới thanh tình trạng để thoát khỏi chế độ

phác thảo

Hộp thoại edit base extrusion xuất hiện, điền thông số như hình vẽ:

Depth =1 chỉ chiều sâu extrude là 1 mét, khi dùng lệnh này tao sẽ tạo ra được

cantilever beam có dạng như yêu cầu

chú thích thêm: include twist là extrude 1 phác thảo theo bước xoắn, ví dụ 1 điểm

quay 1 vòng thì khoảng các giữa điểm đó trước và sau khi quay 1 vòng là thông số

cần nên các thông số này là 0

Nhấn ok sẽ có được mô hình màu xám như sau:

Để ý trục tọa độ 1 2 3 trong không gian vẽ là hệ trục toàn cục (global) trong mỗi

part đều có một hệ trục xyz cục bộ (local)

BƯỚC 2 : XÁC ĐỊNH VẬT LIỆU VÀ TÍNH CHẤT MẶT CẮT

hộp thoại edit material ta đặt tên cho vật liệu, trường hợp này là thép, rồi chọn các mục như hình sau(vật liệu đàn hồi):

Sau đó ta điền thông số module đàn hồi và hệ số poisson vào Chọn loại vật liệu đẳng hướng là isotropic Các thông số còn lại giữ mặc định

Click ok, quan sát vào phần material, nếu có số 1 phía sau thì vật liệu

Chọn vật liệu vừa xác lập là thép, chấp nhận giá trị 1 cho plane stress/strain thickness Click ok hoàn tất

Sau khi xác định tính chất mặt cắt thì ta phải chỉ định nó vào trong

part như thế nào để Abaqus hiểu mà phân tích( assign sections

properties)

Mở cây model như hình sau sẽ thấy được tính năng chỉ định mặt

cắt(partscanbeam)

Double-click vào Section Assignments chuyển sang khung vẽ,

Abaqus yêu cầu chọn vùng để chỉ định mặt cắt, vì bài này ta chưa tạo partitions(phân vùng) cho part nên chỉ cần click vào part là chọn toàn

bộ part, khi part được tô nổi bằng khung dây đỏ thì nhấn nút chuột giữa hoặc nhấn done dưới khung vẽ để kết thúc việc chọn, hộp thoại

Edit Section Assignment xuất hiện,chọn canbeamsection vừa tạo,

định section bằng màu xanh lá

BƯỚC 3: TẠO BỘ LẮP( CREATE AN ASSEMBLY)

Một bộ lắp chưá đựng các phần tử hình học bao gồm các mô hình phần tử hữu hạn,

mỗi mô hình của ABAQUS/CAE chứa một bộ lắp đơn, nhưng khi tạo part thì nó

chưa có, vì vậy ta phải tạo một mẫu mới (instance) của part trong module assembly

để sử dụng cho mô hình

Mở rộng mục Assembly trong model tree, double-click vào instances như trong hình vẽ để tạo instances

Trong hộp thoại create instance chọn part canbeam, có 2 tùy chọn là

Dependent và Independent, Dependent là chia lưới ngay trên part,

còn Independent là chia lưới trên instances của part, một part có thể

có nhiều instance, chọn auto offset from orther other instance để tạo

part luôn, trong những bài toán nhiều chi tiết, phần độc lập sẽ cho phép ta chia lưới khác nhau với mỗi instance, nếu chia lưới luôn cả part thì tất cả các instance đều giống nhau

Vậy trong bài này ta chọn như hình vẽ:

Click OK Abaqus sẽ tạo instanse cho part, màu của instance là màu xanh dương, để ý rằng khi tạo ra một instance nào thì nó đều có hệ tọa

độ địa phương xyz, trong trường hợp này sẽ trùng phương với hệ toàn cục

BƯỚC 4: CÁC BƯỚC PHÂN TÍCH VÀ YÊU CẦU XUẤT KẾT QUẢ

Trong phần này bạn sẽ phải xác định bước phân tích Vì sự tương tác, tải lực

và điều kiện biên có thể ảnh hưởng lẫn nhau, do đó ta phải xác định

bước phân tích trước các điều kiện này Trong bài này ta xác định bước

single static và general, thêm nữa là yêu cầu xuất kết quả của việc phân tích,

kết quả xuất ra dưới dạng output database (*.odb) file

create step xuất hiện, đặt tên bước là canbeamload, chấp nhận procedure type là General Trong mục scroll thì chọn Static, General

Click OK

thông tin mô tả Description là : Đạt tải 50 N tại mũi , chấp nhận giá trị

mặc định còn lại trong tab basic, chuyển qua tab incrementation, ta

thấy trong tab này có phần chọn số gia tối đa là 100 (giữ mặc định),

còn trong phần kích thước số gia có 3 mục, bắt đầu, nhỏ nhất, và lớn

nhất, tự động Abaqus sẽ chọn số các thông số này dựa vào time

period trong tab basic, initial và maximum luôn bằng time period,

còn minimum là 1E-5, ta có thể thay đổi thông số initial là 0.1 Ok để

tạo bước

Tạo thêm bước tần số, cách làm như sau: double-click lại mục step, sửa

tên là tần số, trong procedure type chọn linear perturbation, chọn

frequency trong ô bên dưới và click continue:

Trong hộp thoại edit step, ghi tên mô tả trong description la tan so, ta thấy

Nlgeom off nghĩa là bỏ qua biến dạng lớn, trong eigensolver có 3 lực chọn,

lanczos, subspace và AMS, thường dùng 2 phương pháp đầu,

trong trường hợp mô hình tính toán có nhiều bậc tự do, nghĩa là sẽ có

nhiều mode dao động riêng ứng với các tần số, subspace cho kết quả

nhanh và tốt trong trường hợp ít mode riêng(nhỏ hơn 20) và ngược lại

Trong bài này mode dao động không nhiều do đó chọn subspace, khi

chọn subspace thì tab thứ 2 cho phương pháp lanczos mờ đi, chọn trị

thúc bước tần số

vì sau cùng chúng ta sẽ dùng module visualization để quan sát kết quả nên

cần phải xác định những dữ liệu cần xuất ra file cơ sở dữ liệu phục vụ cho

mục đích đó, thông thường thì Abaqus sẽ dùng trường dữ liệu trước đó để áp

dụng, nhưng ta nên tự tạo và xoá trường dữ liệu xuất cũ đi (history output

request)

Cách xác định trường dữ liệu xuất ra file *.odb

Trong model tree click phải vào Field Output Requests và chọn manager

canbeamload và tan so vừa tạo ở trên)

Hộp thoại Field Output Requests Manager xuất hiện có dạng như sau:

Chọn vào created trong phần bước canbeamload, click edit Trong hộp thoại

Edit Field Output Request sẽ cho chọn các kết quả cần tính, ta quan sát một

phần trong hộp thoại:

Ta thấy có 5 lựa chọn được đánh dấu, vì ta chỉ muốn tìm ứng suất và chuyển

vị, do đó bỏ chọn 3 thông số còn lại (toggle off strains, forces/reactions và

contact)

2 mục còn lại chấp nhận mặc định như hình sau:

Click Ok để quay lại hộp thoại Edit Field Output Request :

Tiếp tục chọn created trong bước tan so, click edit:

Chấp nhận giá trị mặc định, vì tần số chỉ thay đổi trong dao động chuyển vị,

do đó Abaqus chỉ có 1 lựa chọn khi ta click edit

Click ok sau đó click Dismiss để thoát khỏi hộp thoại

Chý ý: Dissmis và Cancel, cancel là bỏ một tác vụ, còn Dissmis là thoát khỏi

hộp thoại khi chấp nhận tác vụ!

Dưới Field Output Request là history output request, ta nên xóa phần này

trước khi đi tiếp khi thấy nó có giá trị 1 phiá sau (đã nói tại sao), tiến hành:

Click phải, chọn manager, hộp thoại edit xuất hiện, chọn nút Delete , chọn

yes, rồi click Dismiss để thoát

BƯỚC 5: ĐẶT ĐIỀU KIỆN BIÊN VÀ ĐẶT TẢITrong bài này thì ta thấy bên trái canbeam là ngàm chặt, bên phải thì chịu

một tải tập trung, vậy điều kiện biên sẽ được đặt tại biên trái và tải lực đặt

bên phải

Double-click vào BCs trong model tree, hộp thoại Create Boundary

Condition xuất hiện:

Đặt tên là Ngam bien trai, chọn bước là initial cho điều kiện ban đầu, nhưng trong đa số bài toán điều kiện biên chọn là canbeamload cũng như nhau vì tác dụng của các bước không ảnh hưởng điều kiện biên

Các thông số còn lại chọn theo hình trên Click continue để sang chế

độ chọn vùng gán điều kiện biên

Rê chuột vào vùng mô hình và chọn mặt trái, gần gốc tọa độ toàn cục

Khi thấy mặt bên trái có màu đỏ thì nó được chọn, và sau đó nhấn

Done

Khi click done thì hộp thoại Edit điều kiện biên hiện ra, chọn ràng

buộc 6 bậc tự do là encastre, Ok để gán điều kiện biên

Khi có điều kiện biên thì Abaqus kí hiệu giống hình sau:

Để dễ dàng xem mô hình thì chọn nút công cụ pan và rotate trên toolbar

Trong phần chọn loại tải, chọn surface traction, click continue

Dưới vùng vẽ yêu cầu chọn mặt, lúc này ta cần phải quay mô hình để

dễ dàng chọn mặt phẳng bên phải, xong rồi chọn, khi thấy mặt phẳng

tô đỏ thì click Done qua bước kế tiếp

Hộp thoại edit load hiện ra

Chọn mặc định phân bố đều và cắt mặt bằng lực

cắt(distribution=uniform,traction=shear) ,trong phần Direction là

chỉ phương của lực, chọn như sau:

Chọn chế độ bắt nút tạo phương, khi chọn global và click edit… thì

Abaqus chuyển qua màn hình của model cho phép chọn phương vector lực chọn 2 nút như chỉ dẫn sau, theo thứ tự trên xuống dưới

Theo hình trên thì phương vector là (0,-1,0), ngược chiều phương y

Sau khi nhập phương vector, quay lại hộp thoại edit load, nhập giá trị

lực vào phần Magnitude=50 giống hình dưới, Ok hoàn tất đặt tải

Khi thấy lực đặt như hình sau là đạt yêu cầu

BƯỚC 6: CHIA VÙNGHiện bài này không cần chia vùng

BƯỚC 7: CHIA LƯỚITrước khi tiến hành ta nói sơ về vấn đề chia lưới, chia lưới một model

có nhiều cách chia và tùy vào vật liệu mà ta có các dạng phần tử trong Abaqus, nhưng cơ bản về chia lưới thì như thế này:

Xem hình dưới đây

Các phần tử dùng chia lưới với 1D,2D và 3D, ta chủ yếu sử dụng 2D

và 3D, chúng được phận loại theo tuyến tính hay bậc 2, và trong mỗi loại với 2D thì có phần tử 3 nút và 4 nút, trong 3D thì có tứ diện, lục

và ngũ diện cách chia lưới phức tạp theo từng model, vì thế Abaqus cung cấp 3 phương pháp chia lưới là theo kết cấu(structured), cách tự do(free) và cách quét(swept) Linh hoạt trong cách tạo và ít nhiều có

kinh nghiệm thì mới có thể sử dụng phương án chia lưới hiệu quả nhất

Bài này ta chia lưới đơn giản theo kết cấu vì model không phức tạp

Trong model tree mở rộng partsrồi canbeam và double-click vào mesh, khi đó ta chuyển sang module meshing

Abaqus cung cấp công cụ hạt giống(seed) để làm cơ sở chia lưới, ta

làm như sau:

Vào menu Seed  chọn part Hộp thoại global seed hiện ra, chọn giá trị approximate global size

như sau:

Ví dụ: chiều dài thanh là 1 m, nếu chọn approximate global size là

0.1 thì toàn bộ chiều dài thanh chia làm 10 phầ, mỗi phần là 10cm nếu

chọn là 0.02 thì sẽ được 50 phần mỗi phần là 2cm, bằng chiều rộng

mặt cắt, như vậy sẽ tốt hơn Vậy ta chọn như hình vẽ, ok hoàn tất seed part

Trên menu mesh chọn element type, hộp thoại xuất hiện:chọn như

hình sau:

Vì tải không đổi nên chọn Standard, ứng suất cho mô hình 3D, phần tử hình học là tuyến tính (giống viên gạch), dưới cuối hộp thoại cho ta kí hiệu của loại phần tử là C3D8R

Chấp nhận các mặc định, OK

vì ta chỉ có một part không phân vùng nên ta chỉ cần click chọn toàn

bộ part Chọn meshpart trong menu, Yes là hoàn tất chia lưới

BƯỚC 8: TẠO, CHẠY VÀ KIỂM TRA 1 TÁC VỤ Trước khi tiếp tục ta nên đổi tên model-1 trong model tree thành Elastic, dùng chuột phảirename

Double-click mục Jobs trong model tree, đặt tên là canbeam và chấp nhận model vừa đặt tên là Elastic, click continue

Hộp thoại edit job hiện ra, chọn một câu mô tả, ví dụ như trong hình, chấp nhận mặc định và OK

Đợi một lúc thì Abaqus thông báo là Abort!,

Vì đây là mô hình 3D có tính chất mass, do đó ta phải khai báo tính chất khối cho vật liệu

Quay lại mục materials trong model tree, click phải vào thep và chọn

edit

Chọn tab general, chọn density

Điền thông số khối lượng riêng cho vật liệu thép là 7800kg,OK hoàn tất

Sau đó ta Submit lại Jobs canbeam, thông báo Overwrite để ghi đè

lại cái hỏng trước đó, chọn ok và chọn yes trong thông báo history output

Lần này sau job canbeam sẽ có chữ complete

Click phải vào jobs canbeam và chọn monitor, xuất hiện hộp thoại sau:

Đôi khi có cảnh báo tronh warning nhưng có thể ko quan trọng

Click Dismiss chấp nhận

BƯỚC 9: QUAN SÁT KẾT QUẢ

Có 2 cách coi kết quả:

1: là chọn visualization trong mudule như hình vẽ

Sau đó vào fileopen dữ liệu dạng canbeam.odb

2: click phải vào job canbeam chọn result, thì cách này nhanh hơn,

Abaqus tự động mở canbeam.odb Sau cùng sẽ có màn hình này

Để quan sát theo đúng mặt phẳng thì chọn viewtool box, Sau đó chọn view theo mặt phẳng 2 3

ta cần quan sát các mode dao động trước, chọn như sau:

Xuất hiện hộp thoại:

Có 6 mode dao động với tần số xác định, ta sẽ xem từng dạng bằng cách chọn từng cái, khi chọn từng mode thì sẽ ra ngoài quan sát, chọn các công cụ như sau(dùng tool tip để biết tính năng) để vẽ