Dùng những phương pháp cũ trước đây như cơ lý thuyết, sức bền vật liệu để tính toán thì chưa gần với điều kiện thực tế vì thế cần có công cụ khác đáp ứng được vấn đề này đó là: ANSYS có thể nói là công cụ phân tích các phần tử hữu hạn tốt có thể liên kết với các phần mềm thiết kế mô hình học 2D và 3D để phân tích trường ứng suất biến dạng có thể xác định độ bền mỏi và độ phá hủy của chi tiết một cách chính xác và có độ tin cậy cao.
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN ỨNG DỤNG CAE TRONG CƠ KHÍ BÁO CÁO PHÂN TÍCH CƠ CẤU UỐN DÂY KIM LOẠI SỬ DỤNG ANSYS *** GVHD: Thầy Trần Mai Văn SVTH: Trần Thái Bảo - 18146077 Trần Anh Vũ -18146259 Phạm Nhật Minh -18146174 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2021 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG : GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan hoạt động uốn dây Trong xu Cơng nghiệp hóa – Hiện đại hóa nay, Khoa học - Kỹ thuật phát triển ngày nhanh chóng, góp phần nâng cao suất lao động, thay dần sức lao động người Sự phát triển dẫn đến nhiều chủng loại máy đời nhằm phục vụ cho nhu cầu thiết yếu người Trong đó, máy uốn ứng dụng nhiều công nghiệp, đặc biệt lĩnh vực xây dựng Trong ngành xây dựng trước đây, việc uốn chi tiết sản phẩm thép chủ yếu làm tay, vừa tốn thời gian, vừa tốn nhiều sức lao động người công nhân suất, hiệu mang lại không cao Ngày với hỗ trợ máy móc, cơng việc trở nên nhẹ nhàng suất tăng lên gấp bội Do giảm chi phí sản xuất ngành xây dựng Trên thị trường có nhiều loại máy uốn khác nhau, từ thủ công, bán tự động tự động Ở Việt Nam xuất nhiều loại máy uốn khác nhau, hầu hết sản phẩm nhập từ bên ngồi nên đơi lúc nhu cầu khách hàng nhiều hạn chế đặc biệt giá thành cao Dùng phương pháp cũ trước lý thuyết, sức bền vật liệu để tính tốn chưa gần với điều kiện thực tế cần có cơng cụ khác đáp ứng vấn đề là: ANSYS nói cơng cụ phân tích phần tử hữu hạn tốt liên kết với phần mềm thiết kế mơ hình học 2D 3D để phân tích trường ứng suất biến dạng xác định độ bền mỏi độ phá hủy chi tiết cách xác có độ tin cậy cao Hình 1 Giới thiệu cấu Geometry 1.2 Giới thiệu ANSYS ANSYS công cụ thiết kế mô kỹ thuật mạnh mẽ, vượt trội việc mô tương tác học thực tế cách kết hợp sử dụng phân tích phần tử hữu hạn (FEA) Do đó, sử dụng bước chu trình sản xuất sản phẩm; từ giai đoạn thiết kế sơ đến bước cuối tối ưu hóa ANSYS cung cấp cơng cụ để sản phẩm kiểm sốt bước chu kỳ sản xuất 1.3 Ứng dụng cơng cụ ANSYS vào phân tích chi tiết - Chủ đề phân tích: hoạt động uốn dây - Máy uốn ống sắt thép chuyên dùng để uốn sắt, thép inox theo yêu cầu người dùng, nhờ có máy mà cơng việc đẩy nhanh tiến độ nhiều, tiết kiệm nhiều loại chi phí so với cách uốn ống thơng thường Hiệu suất hoạt động với suất cao, độ uốn ống xác, tạo sản phẩm nhanh tốt Cho sản phẩm theo yêu cầu người dùng - Sử dụng phần mềm ANSYS để phân tích biến dạng của vật liệu uốn thơng qua việc qua tính tốn vật liệu, chia lưới, …, giúp người ta hiểu đặc tính hoạt động uốn dây dựa vào để đưa giải pháp tối ưu hóa cải thiện nâng cao trình sản xuất 1.4 Cách trình bày mục tiêu báo cáo - Bài báo cáo viết dựa q trình mơ phần mềm ANSYS 2021 R2 Do viết trình bày cụ thể chi tiết hình ảnh trích xuất từ phần mềm nên độ xác cao - Trong phân tích mơ chi tiết này, mục tiêu nghiên cứu đầu sau: Total Deformation, Directional Deformation, Equivalent Stress, Equivalent Elastic Strain, Equivalent Plastic Strain CHƯƠNG : CƠ SỞ DỮ LIỆU Chương trình bày số khái niệm, sở lý thuyết liệu đầu vào liệu đầu ra, giúp người đọc hiểu sở liệu trước tới phần phân tích 2.1 Dữ liệu đầu vào Xây dựng liệu đầu vào giải thích cách xây dựng bao gồm: Loại phân tích (Analysis Type), Hình học chi tiết (Geometry), Vật liệu (Material), Điều kiện biên (Boundary Condition), Chia lưới (Mesh), Cài đặt cách phân tích (Analysis Setting) 2.1.1 Loại phân tích (Analysis Type): - Hệ thống phân tích dùng Ansys: Static Structural - Loại phân tích: Chọn loại phân tích 3D dụng cụ có nhiều chi tiết nhỏ nên sử dụng phân tích 2D 2.1.2 Hình học chi tiết (Geometry): Cơ cấu cần phân tích có hình dạng bên dưới: Hình Geometry chi tiết Đơn vị: Hình 2 Đơn vị 2.1.3 - Vật liệu (Material): Structural Steel: dùng cho chi tiết wheel lever Density :7850 kg/m3 Tensile yield strength:250MPa Young ‘s modulus:200000Mpa Poisson ‘s ratio :0.3 - Hình Vật liệu cho wheel lever Riêng wire có ba trường hợp - Copper Alloy (Non Linear) : Hợp kim đồng + Density : 8300 kg/m3 + Tensile yield strength: 250 MPa + Young ‘s modulus :110000 MPa + Poisson ‘s ratio:0.34 Hình Vật liệu hợp kim đồng cho dây (wire) - Aluminium Alloy (Non Linear) : Hợp kim nhôm + Density :2770 kg/m3 + Young ‘s modulus :71000 MPa + Poisson ‘s ratio:0.33 Hình Vật liệu hợp kim nhôm cho dây (wire) - Magnesium Alloy ( Non Linear) Hợp kim Magie + Density :1800 kg/m3 + Young ‘s modulus :45000 MPa + Poisson ‘s ratio:0.35 10 - Tiếp xúc ma sát – Dây ( wire) với bánh xe (wheel) : Hình Tiếp xúc ma sát dây (wire) với bánh xe (wheel) - Revolute Joint (Khớp quay) tạo cho đòn bẩy (lever) quay quanh trục z (Rz) Hình 10 Revolute Joint -Khớp quay 13 2.1.4.2 Fixed Support - Bánh xe (wheel) giữ cố định để hạn chế chuyển động bánh xe (wheel) Hình 11 Fixed Support wheel - Cố định mặt dây (wire) để ngăn di chuyển khỏi bánh xe (wheel) Hình 12 Fixed Support wire 14 2.1.4.3 Joint – Rotation - Cần gạt địn bẩy (lever) cung cấp với góc quay 140 độ Hình 13 Joint – Rotation 2.1.5 Chia lưới 2.1.5.1 Chia lưới tự động toàn cục - Chúng ta sử dụng lưới tetrahedrons để chia cho toàn mơ hình Hình 14 Sử dụng lưới tetra 15 2.1.5.2 Chia lưới Face Sizing - Sử dụng để chia lưới bề mặt bên ngồi trụ địn bẩy (lever cylinder ) dây (wire) với Element size 2.2 mm, tức mắc lưới bề mặt chọn có khoảng cách mắc lưới (Nodes) 2.2 mm Hình 15 Chia lưới Face Sizing 16 - Face Sizing : Chọn loại Sphere of Influence với element size 0,8mm xác định cho khu vực nằm bán kính 7mm xung quanh trung tâm hình cầu hệ tọa độ Hình 16 Chia lưới Face Sizing 17 2.1.6 Analysis Setting (Điều chỉnh phân tích): Mơ chạy bước bước đặc 8,solver type direct,bước thời gian ban đầu đặt thành 0,1s, Bước thời gian tối thiểu đặt thành 0.01s Bước thời gian tối đa đặt thành 0,2s,biến dạng lớn nên cho phép Large Deflection On Hình 17 Analysis Setting 18 Từ bước thứ hai đến bước thứ tám loại Direct , Large Deflection On xác định theo thời gian Bước thời gian tối thiểu ( Mininum Time step ) đặt thành 1e-2 giây Bước thời gian tối đa (Maxinum) đặt thành giây Hình 18 Analysis Setting 19 2.2 Dữ liệu đầu (OUTPUT) - Các đầu cần nghiên cứu gồm: Equivalent Stress, Equivalent Elastic Strain 2.2.1 Equivalent Stress (Ứng suất tương đương): - Cho phép tổng hợp thành phần ứng suất trục tọa độ, xem tương đương với ứng suất tối đa có tính thực tế Người ta thường dùng Ứng Suất Von-Mises (Equivalence Stress) cho vật liệu kim loại 2.2.2 Equivalent Elastic Strain (Biến dạng đàn hồi tương đương): - Đầu cho thấy giới hạn cho giá trị biến dạng mà chi tiết phục hồi trở lại hình dạng ban đầu loại bỏ tải trọng 20 CHƯƠNG : KẾT QUẢ Thể q trình phân tích chọn lọc để đưa kết việc phân tích, để có nhìn tổng quan đề tài, báo cáo mở rộng thêm việc thay đổi lưới để so sánh kết với 3.1 Kết chia lưới (Mesh) - Kết sau chia lưới : Hình Lưới sau chia Sau chia lưới tự động cho toàn vật thể sử dụng face sizing mặt tiếp xúc dây kim loại (wire) với vật thể bánh xe (wheel) wire với địn bẫy (lever) chất lượng lưới trung bình 70% số khơng cao chất lượng lưới dây kim loại (wire) chỗ tiếp xúc dây với đòn bẫy (lever) với bánh xe (wheel) cao xấp xỉ 100% Với yêu 21 cầu đề phân tích hoạt động uốn dây với chất lượng lưới ta tin tưởng dùng để tính tốn 22 Hình Chất lượng lưới 3.2 Kết đầu Case - Copper Alloy (Non Linear) - Equivalent Stress Max - 650.02 Mpa Hình 3 Ứng suất tối đa vật liệu dây đồng 23 - Equivalent Strain Max - 0.005947 mm/mm Hình Độ biến dạng tối đa dây đồng Case - Aluminium Alloy (Non Linear) - Equivalent Stress Max – 455.99 Mpa Hình ứng suất tối đa dây nhôm 24 - Equivalent Strain Max - 0.0064502 mm/mm Hình Độ biến dạng tối đa dây nhôm Case - Magnesium Alloy ( Non Linear) - Equivalent Stress Max - 489.09 Mpa Hình ứng suất tối đa dây Magie 25 - Equivalent Strain Max - 0.010894 mm/mm Hình Độ biến dạng tối đa dây Magie - Dựa vào liệu đầu vào kết hợp q trình mơ chi tiết ANSYS, chọn phân tích trường hợp vật liệu dây khác bên Trong đó: + Equivalent Stress (MPa) : ứng suất tương đương (MPa) + Equivalent Strain (mm/mm): biến dạng tương đương (mm/mm) - Phân tích ảnh hưởng trên: Việc thay đổi vật liệu dây uốn cho kết tính tốn khác , ta thấy độ biến dạng tương đương giảm theo độ cứng vật liệu ứng suất tương đương 26 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN Trình bày kết luận rút từ q trình mơ dựa theo u cầu đề tài: • • Ứng suất tương đương tối đa dây Hợp kim đồng tối thiểu dây Hợp kim Nhôm Độ biến dạng tương đương tối đa dây Hợp kim Magie tối thiểu dây Hợp kim đồng • Ứng suất lớn dây (wire) góc uốn • Qua q trình phân tích ta thấy với cơng cụ hỗ trợ tính tốn nhanh có độ tin cậy giúp ta đưa kết xác so với phương pháp cũ trước 27 ... Sizing 16 - Face Sizing : Chọn loại Sphere of Influence với element size 0,8mm xác định cho khu vực nằm bán kính 7mm xung quanh trung tâm hình cầu hệ tọa độ Hình 16 Chia lưới Face Sizing 17 2.1 .6 Analysis... nâng cao trình sản xuất 1.4 Cách trình bày mục tiêu báo cáo - Bài báo cáo viết dựa q trình mơ phần mềm ANSYS 2021 R2 Do viết trình bày cụ thể chi tiết hình ảnh trích xuất từ phần mềm nên độ xác cao. .. (lever) chất lượng lưới trung bình 70% số khơng q cao chất lượng lưới dây kim loại (wire) chỗ tiếp xúc dây với đòn bẫy (lever) với bánh xe (wheel) cao xấp xỉ 100% Với yêu 21 cầu đề phân tích hoạt