Tiểu luận CAE mô phỏng phần tử hữu hạn nhíp xe oto

Tầm quan trọng của nhíp xe trong vận tải Phần mền ANSYS Vật liệu khi làm nhíp Chia lưới trong ANSYS PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT TRONG QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ TRONG QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG PHÂN TÍCH TỐI ƯU TRONG QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ỨNG DỤNG CAE TRONG THIẾT KẾ MƠ PHỎNG ĐỘNG LỰC CỦA NHÍP Ơ TƠ BẰNG ANSYS 19 R3 GVHD: Trần Mai Văn SVTH: Bùi Hồng Tân 18143149 Nguyễn Minh Chiến 18143069 Hồ Chí Minh, 30 tháng năm 2020 BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN Contents LỜI NĨI ĐẦU Mơn học ứng dụng CAE thiết kế đóng vai trị quan trọng chương trình đào tạo kỹ sư cán kỹ thuật CAE viết tắt Computer-Aided Engineering việc sử dụng phần mềm máy tính để mơ hoạt động để cải thiện thiết kế sản phẩm hỗ trợ việc giải vấn đề kỹ thuật cho loạt ngành công nghiệp Điều bao gồm mơ phỏng, xác nhận, tối ưu hóa sản phẩm, quy trình cơng cụ sản xuất Trong tương lai, hệ thống CAE cơng cụ cung cấp thông tin để giúp nhà thiết kế q trình đưa định Mơn học trang bị cho người học kiến thức kỹ thuật mô công nghiệp (CAE – Computer Aided Engineering) với tư cách bước quan trọng trình thiết kế chế tạo sản phẩm Cung cấp cho người học kiến thức kỹ lĩnh vực mô như: - Thiết lập mơ hình mơ (Simulation model) Chọn loại lưới thích hợp (Meshing type) Chọn phương pháp chia lưới thích hợp với mơ hình u cầu thục tiễn - (Meshing method) Đọc, hiểu phân tích kết mơ (Simulation result) BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN - Căn vào kết mơ có thề đưa giải pháp nhằm khắc phục khuyết tật, lỗi phương án cải tiến sản phầm Cuối sinh viên xin chân thành cảm ơn Thầy (Cô) môn, đặc biệt Thầy Trần Mai Văn trực tiếp hướng dẫn, bảo cách tận tình giúp sinh viên hồn thành tốt nhiệm vụ giao Chương 1: Giới thiệu BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN 1.1 Định nghĩa & lịch sử nhíp tơ Nhíp chi tiết đàn hồi xe tơ có tác dụng giảm xóc cho xe gồm thép đàn hồi ghép lại Bộ phận nhíp, nhờ có tính đàn hồi tốt nên giảm chấn động lên phần xe (nhất đoạn đường gồ ghề) Đồng thời, nhíp phải chịu ứng suất chu kì Nhíp phổ biến xe tơ từ năm 60 kỉ XX Ngày nay, nhíp sử dụng xe thương mại hạng nặng xe tải, xe SUV toa xe lửa Đối với xe hạng nặng nhíp có lợi phân bố lực xe lên khung gầm xe Nhíp tơ đơi gọi lò xo elip, lò xo lá, lò xo ép Trung tâm nhíp có hình vịng cung thường gắn vào trục xe, đầu nhíp gắn vào khung Trong số trường hợp, đầu nhíp gắn vào khung xe đầu gắn vào cánh tay Swinging ngắn Kiểu cấu hình nhíp thường có hệ thống treo mềm hơn, cứng nhắc BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN 1.2 Giới thiệu ANSYS 2019 R3 ANSYS Products 2019 cung cấp giải pháp mô kỹ thuật phổ biến, hệ cho phép chuyển đổi kỹ thuật số cách tạo luồng kỹ thuật số ANSYS 2019 R3 tăng tốc, xếp hợp lý đơn giản hóa chu trình thiết kế sản phẩm, từ ý tưởng đến vận hành Ngoài ra, phát hành cho phép khách hàng làm nhiều với mô thời gian ngắn – thông qua cải tiến cho công cụ tiền xử lý hậu xử lý, hiệu suất người giải tích hợp sản phẩm Chuyển đổi kỹ thuật số tác động đến ngành công nghiệp cách chuyển đổi sản phẩm cách chúng phát triển Bộ phần mềm chia thành hai phần chung Công nghệ mô phỏng, bao gồm công cụ mô phân tích mạnh mẽ phần Cơng nghệ dịng cơng việc, sử dụng để liên lạc phận khác phân tích song song vấn đề khác BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN Trong chương trình bày số khái niệm sở lý thuyết liệu đầu vào, tham số mô phần mềm ANSYS 2019 R3 Từ đưa tiến trình phân tích, số đánh giá kết 1.3 Các vấn đề cần giải tiểu luận Vấn đề nghiên cứu nhíp ô tô Nhíp sử dụng nhiều chiếm phần lớn nghành vận tải giới Nó giải vấn đề nam giải trước mà giới ln tìm kiếm, hệ thống giảm sốc cho xe cách tốt so với nguyên lí hoạt động đơn giản Để giải trường hợp phương pháp số Phần mềm ANSYS áp dụng để phân tích ứng suất biến dạng chi tiết Chọn thành phần để phân tích biến dạng tồn phần , ứng suất tương đương, lỗi cấu trúc Từ đưa số kiến nghị cho chi tiết BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN Chương 2: Cơ sở liệu BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN 2.1 Dữ liệu đầu vào Giải thích số khái niệm hình học vật liệu, ứng suất, điều kiện biên…Tính tốn để biết vùng lực tác động nằm khoảng 2.1.1 Loại phân tích Hệ thống phân tích: Kết cấu động Loại phân tích: 3D 2.1.2 Biên dạng hình học Hình 1: Tổng quan 3D BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN Hình 2: Hình chiếu cạnh Hình 3: Hình chiếu đứng BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN 2.1.3 Vật liệu Thép cacbon thép có hai thành phần sắt cacbon, ngun tố khác có mặt thép cacbon khơng đáng kể Thành phần phụ trợ thép cacbon mangan (tối đa 1,65%), silic (tối đa 0,6%) đồng (tối đa 0,6%) Lượng cacbon thép giảm độ dẻo thép cacbon cao Hàm lượng cacbon thép tăng lên làm cho thép tăng độ cứng, tăng thêm độ bền làm giảm tính dễ uốn giảm tính hàn Hàm lượng carbon thép tăng lên kéo theo làm giảm nhiệt độ nóng chảy thép Dựa điều kiện yêu cầu làm việc chi tiết , chọn loại thép cacbon cao, lượng cacbon khoảng 0.6-0.99% bền vững , sử dụng để sản xuất nhíp , với độ bền kéo lớn chịu cường độ làm việc cao , với số liệu cụ thể sau: - Khối lượng riêng: 7850 Kg/m3 Nhiệt dung riêng: 434 J/(kg·K) Hệ số giản nở nhiệt: + Hệ số nở dài α 20 oC (10-6 K-1): 10.8 + Hệ số nở thể tích αv 20 oC (10-6 K-1): 32.4 - Tỉ lệ Poisson: 0.29 Modun Young: 2.12E + 11 Pa Bulk Modulus: 1.6825E+11 Pa Shear Modulus: 7.61E+18 Pa Giới hạn chảy: 2.5E+08 Pa Tensile Yield Strength: 7.61E + 08 Pa Tensile Ultimate Strength: 1.07E + 09 Pa 2.1.4 Điều kiện Fixed support: 10 BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN  Bảng trình bày ảnh hưởng ứng suất lưới thay đổi Case MESH Nodes 2.5 3.5 4.5 Thỏa điều kiện hội tụ 112160 78438 43515 32721 24420 17970 Elements 592294 418364 251648 190982 147357 110283 Force (N) 3000 Equivalent Stress ( MPa) 483 480 511 486 518 498 (1) Khoảng lưới từ 2.5-5 mm lưới loại Multizone với độ mịn cao hồn tồn tiến hành phân tích ứng suất , chuyển vị … khoảng lưới nằm khoảng hội tụ kết  Khảo sát hội tụ khoảng nhỏ từ 4.3 – 4.8 mm Case MESH Nodes 3.8 3.9 4.1 4.2 214450 193613 32721 184169 161847 Elements 36764 32994 190982 31382 27132 17 Force (N) 3000 Equivalent Stress ( MPa) 502 490 486 481 478 BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN ( Thỏa điều kiện hội tụ ) 2.2 Dữ liệu đầu Tùy vào yêu cầu người thiết kế mà kết q trình phân tích chuyển vị, ứng suất tập trung theo hướng khác nhau, độ bền kéo, nén…từ đưa nhận định thiết kế chi tiết, từ đưa phương pháp thiết kế sử dụng chi tiết thuận lợi ổn định độ bền chi tiết 2.2.1 Total Deformation: Chuyển vị (Biến dạng toàn phần) 18 BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN Thơng qua kết phân tích ta thấy phần chuyển vị lớn ( thể màu đỏ hình ), nơi đặt lực ( 30000 N) với giá trị chuyển vị 1.3119 mm 19 BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN Nơi chuyển vị lớn nơi đặt trục bánh xe , chuyển vị lớn suy chuyển động xe hoạt động êm giảm chấn tốt phải đảm bảo thỏa điều kiện độ võng vật liệu Scope: Scoping Method: Geometry Selection Geometry: All bodies Definition: Type: Total deformation Calculate history time: Yes Suppressed: No Result: Minimum: 0mm Maximum: 1.3119 mm Averagre: 0.77219 mm Minimum occurs on: Solid Maximum occurs on: Solid Information: Time, load step, substep, iterison number: 2.2.2 Equivalent Stress (Ứng suất tương đương) Đặc trưng ba thành phần ứng suất pháp ba thành phần ứng suất tiếp.Là đại lượng vô hướng, thường sử dụng cơng việc thiết kế cho phép biết trạng thái ứng suất có chi tiết , thuận lợi cho việc đánh giá độ bền chi tiết … 20 BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN Scope: Scoping Method: Geometry Selection Geometry: All bodies Definition: Type: Equivalent stress Calculate history time: Yes Suppressed: No Intergration point result: Display option: Averaged Averaged across body: No Result: Minimum: 4.1849e-003 MPa Maximum: 486.11 MPa Averagre: 49.842 MPa Minimum occurs on: Solid Maximum occurs on: Solid Information: Time, load step, substep, iterison number: Ứng suất tập trung lớn phần cổ trục nhíp tăng lực thêm bị phá hủy với lực (=30000N) ta có Maximum: 486.11 MPa Và 4.1849e-003 MPa với ứng suất không ảnh hưởng đến độ bền kéo vật liệu Nên chi tiết hoàn toàn hoạt động ổn định khoảng lực 30000N 2.2.3 Structural errors: ( Lỗi cấu trúc ) 21 BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN Thơng qua kết q trình phân tích , giúp ta biết lỗi cấu trúc chi tiết , thuận lợi việc thiết kế thay đổi cấu trúc Scope: Scoping Method: Geometry Selection Geometry: All bodies Definition: Type: Structural Error Calculate history time: Yes Suppressed: No Intergration point result: Display option: Averaged Averaged across body: No Result: Minimum: 9.0772e-010 mJ Maximum: 2.9548 mJ Total: 153.92 mJ Minimum occurs on: Solid Maximum occurs on: Solid Information: Time, load step, substep, iterison number: Kết nhận Maximum: 2.9548 mJ lực 30000N , lỗi cấu trúc chi tiết nhỏ khơng đáng kể, chi tiết tiến hành sản xuất 22 BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN Chương 3: Phân tích Từ số liệu thực tế có đầu chương , ta tiến hành phân tích diện rộng , thay đổi giá trị lưới thay đổi giá trị lực , để đánh giá khả làm việc chi tiết điều kiện 23 BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN 3.1 Bảng so sánh số liệu Case 10 11 12 13 14 15 MESH Nodes Element s 2.5 112160 592294 78438 418364 3.5 43515 251648 32721 190982 4.5 24420 147357 17970 110283 32721 190982 Force (N) 30000 20000 23000 26000 30000 33000 36000 40000 Equivalent Total Structural Stress Deformation Error ( MPa) ( mm ) ( mJ ) 483 1.3129 0.94581 480 1.3123 1.8093 511 1.3111 2.5869 486 1.3119 2.9548 518 1.3103 4.1829 498 1.3105 3.3302 324 0.8746 1.3132 372 1.0058 1.7368 421 1.1370 2.2194 486 1.3119 2.9548 534 1.4431 3.5753 583 1.5743 4.2549 648 1.7492 5.2529 3.2 Ảnh hưởng từ Lưới (Mesh) 3.2.1 Lựa chọn giá trị Lưới Kích thước mắc lưới vấn đề lớn q trình mơ phần từ hữu hạn phần mền Ansys Vì cần phải lựa chọn loại lưới kích thước mắc lưới phù hợp cho tốn khác Với loại kích thước lớn mơ cho ta kết khơng xác so với thực tế ( kết xấu ) Với loại lưới có kích thước mắc lưới nhỏ cho kết tốt, điều dẫn tới việc máy tính bạn bị tải, có 24 BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN thể dẫn đến việc khơng nhận kết Vì vậy, bạn khơng thể biết xác toán bạn cần phải chia lưới tốt Để giải vấn đề chia lưới mô này, cần phải thực theo số mẹo sau đây: - Thực phân tích nhiều loại kích thước mắc lưới khác Lưu ý nơi có xảy biến dạng, ứng xuất cao nên tính chỉnh lưới - vùng Thu thập tất số liệu phân tích từ loại lưới khác nhau: Kết quả, số - lượng nút, thời gian tính tốn Đối với tốn kích thước mắc lưới tối đa chọn (mm), số lưới thơ tính tốn nhanh chóng ngược lại đưa kết tính tốn khơng xác Kích thước phần tử tối thiểu 2.5 (mm) kích thước nhỏ nên kết tính tốn tốt 3.2.2 Phân tích biểu đồ Structural Error( mJ ) Lỗi cấu trúc chi tiết thay đổi so với loại lưới maximum = 4.1829 mj không ảnh hưởng lớn đến chi tiết chi tiết dùng sản xuất Equivalent Stress 25 BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN Trong biểu đồ đường thể ảnh hưởng lưới đến Equivalent Stress Sự tăng giảm ổn định khoảng từ lưới 2.5 – lưới Sự xác kết dựa vào độ mịn lưới chia Vì sơ đồ nằm khoảng hội tụ nên giá trị không thay đổi đáng kể, xoay quanh giá trị Total Deformation Theo biểu đồ ta thấy, chuyển vị theo lưới khơng thay đổi Do đó, thay đổi lưới không ảnh hưởng đến chuyển vị chi tiết Cho thấy khoản hội tụ giá trị khơng thay đổi kết đung so với thực tế 3.3 Ảnh hưởng từ Lực (Force) 3.3.1 Lựa chọn giá trị Lực Nhíp xe sử dụng rộng rãi công nghiệp vận tải, cụ thể dùng làm hệ thống nhúng ( Giảm chấn ) cho xe Nó chịu lực lớn hoạt động Nó liên kết trục bánh xe với khung dầm xe chịu lực tác dụng phía ( Bao gồm tải trọng xe tải trọng hàng hóa xe ) lực phía ( lực tác động đường gồ ghề ) Vì người ta chắn khơng thể biết tải trọng xác 26 BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN Để đảm bảo độ tin cậy nhíp xe dãy lực lựa chọn để đặt vào nhíp 20000N – 40000 N 3.3.2 Phân tích biểu đồ Structural Error Sự tăng trưởng biểu đồ cách đặt lực tác động đến lỗi cấu trúc Lỗi cấu trúc tăng tương đối Lý lực tăng, độ bền vật liệu ngày yếu, dẫn đến dễ biến dạng yếu tố khác Do đó, lỗi cấu trúc tăng lực tăng Equivalent Stress Tương tự lỗi cấu trúc, ứng suất tương đương tăng theo lực Do đó, lực lớn ứng suất tăng Vì độ bền kéo 761 MPa mà lực 40000 N ứng suất 648 < 761 ( MPa) nằm khoảng an toàn, chi tiết làm việc ổn định Ngoài ra, lực cịn tăng thêm khoảng tối ưu < 40000 N Chi tiết hồn tồn hoạt động tốt khoảng lực từ 20000-40000 N 27 BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN Total Deformation Giá trị q trình dịch chuyển nhíp phụ thuộc hồn tồn vào tải trọng mà nhíp phải chịu Chiều tăng lực tỉ lệ thuận với dịch chuyển nhíp Giá trị tăng cao 1.7492 mm, thấp 0.8746mm Khoảng dịch chuyển 0.8746 mm Dễ thấy gia tăng chuyển vị ta tăng lực dễ dàng nhận gầy phần định luật HOOKE 28 BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN Chương 4: Kết luận Sự đời Ansys giúp giải vấn đề dễ dàng nhanh chóng cách tính tốn mơ trực tiếp máy tính Và thực nhiều 29 BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN phân tích nhiều khía cạnh khác nhau, cho thấy tổng quan kết tốn Trong báo cáo chúng tơi đưa số ý kiến sau: - Rất hữu ích việc xem xét tình đặt lực hợp lí cho chi tiết, vi - áp dụng dễ thay đổi thơng số chuyển vị, ứng suất … Chọn kích thước mắc lưới hợp lí nhanh chóng Như phần tích chương : - Chi tiết hoạt động tốt khoảng lực < 40000 N Kết phần tích đạt yêu cầu hội tụ Bề dày thành phù hợp với điều kiện làm việc chi tiết Chi tiết tiến hành sản xuất Tài liệu tham khảo Bài kì mẫu – ĐỖ THỊ THU HIỀN https://drive.google.com/file/d/1zzwKVpT5apvXLw6xzDNRzhBxbt4a25-M/view? usp=sharing 30 BUI HONG TAN – NGUYEN MINH CHIEN Bài kì mẫu – PHAN VĂN NHUẬN- https://drive.google.com/file/d/1IdMPpQwu9djzlnQHLuOu6xO8xiNCaPf/view?usp=sharing Cách chia lưới ansys : http://daotaocadcam.info/cac-hinh-thuc-tao-luoi-trongphan-mem-ansys/ Hhlee : http://myweb.ncku.edu.tw/~hhlee/Myweb_at_NCKU/ANSYS2019.html 31 ... – NGUYEN MINH CHIEN Contents LỜI NÓI ĐẦU Mơn học ứng dụng CAE thiết kế đóng vai trị quan trọng chương trình đào tạo kỹ sư cán kỹ thuật CAE viết tắt Computer-Aided Engineering việc sử dụng phần... xuất Trong tương lai, hệ thống CAE cơng cụ cung cấp thơng tin để giúp nhà thiết kế trình đưa định Môn học trang bị cho người học kiến thức kỹ thuật mô công nghiệp (CAE – Computer Aided Engineering)... mô phần mềm ANSYS 2019 R3 Từ đưa tiến trình phân tích, số đánh giá kết 1.3 Các vấn đề cần giải tiểu luận Vấn đề nghiên cứu nhíp tơ Nhíp sử dụng nhiều chiếm phần lớn nghành vận tải giới Nó giải