IV. Cố định mô hình shell
Lắp chặt hai vành
Đường kính trong và đường kính ngoài của vành trong (Inner ring) tương ứng là 20” và 22”. Đường kính trong và đường kính ngoài của vành ngoài (Outer ring) tương ứng là 21.25” và 24.25”, (độ căng là 0.75”). Khi lắp chúng với nhau, vành trong sẽ bị nén lại còn vành ngoài bị dãn ra. Bạn sẽ tính toán ứng suất và chuyển vị tại mặt tiếp xúc và so sánh kết quả với phương pháp giải tích.
Trong bài này, bạn sẽ học cách:
• Dùng tùy chọn Inertial Relief
• Xác định một điều kiện tiếp xúc lắp chặt Shrink Fit
• Xem các kết quả theo các trục tọa độ
• Liệt kê các kết quả trên các đối tượng được chọn
Tạo một nghiên cứu tĩnh
1. Mở thư mục cài đặt SW\ Examples\ Contact\RingShrinkFit.SLDASM hoặc xây dựng mô hình tương tự và đưa vào assembly.
2. Click nhãn COSMOSWorks Manager. 3. Tạo một nghiên cứu tĩnh với lưới solid.
Đặt các thuộc tính cho nghiên cứu
Các lực tiếp xúc sẽ được cân bằng nội tại, việc kích hoạt chức năng thay thế quán tính (Inertial Relief) sẽ ngăn chặn sự mất ổn định do một số phép giả lập, vì vậy, bạn không cần phải ràng buộc gì thêm.
Kích hoạt tùy chọn thay thế quán tính:
1. Trong cây COSMOSWorks Manager, right-click biểu tương Study và click Properties. Hộp thoại Static xuất hiện.
2. Trên nhãn Options, đặt Solver là Direct sparse và kiểm Use inertial relief. 3. Click OK.
T8i sao ph?i dùng tùy chAn Inertial Relief?
Nếu một mô hình không được ràng buộc đầy đủ thì một lực nhỏ cũng có thể làm mô hình chuyển động cứng tự do. Ngay cả trong trường hợp đã áp dụng các lực cân bằng thì phép tính gần đúng cũng có thể tạo ra sự mất cân bằng nhỏ. Khi dùng tùy chọn này, chương trình sẽ tự động áp dụng các lực để chống lại sự mất cần bằng các lực bên ngoài. Khi bạn kiểm tùy chọn này, chương trình sẽ vẫn chấp nhận, cho dù các ràng buộc mô hình là chưa đầy đủ.
Gán các thuộc tính vật liệu
Bạn sẽ gán các thuộc tính vật liệu của người dùng như sau cho cả 2 vành (ở các bài trước, bạn dùng vật liệu có sẵn trong thư viện. Trong bài này, bạn tạo một vật liệu mới):
Material property Value (units)
EX : Elastic modulus (Modul đàn hồi) 30e6 psi NUXY: Poisson's ratio (Hệ số Poisson) 0.3 DENS: Mass density (khối lượng riêng) 0.28 lb/in3
Xác định tiếp xúc lắp chặt
Bạn sẽ xác định điều kiện tiếp xúc khi lắp chặt giữa đường kính ngoài của vành trong với đường kính trong của vành ngoài.
1. Tạo một cổng nhìn tháo rời như minh họa dưới để làm lộ các bề mặt tiếp xúc.
2. Trong cây COSMOSWorks Manager, right-click Contact/Gaps và chọn Define Contact Set. Bảng thuộc tính Contact Set xuất hiện.
3. Đặt Type là Shrink Fit.
4. Click vào hộp Faces, Edges, và Vertices for Source, rồi click mặt ngoài của vành trong. 5. Click vào hộp Faces for Target, rồi click mặt trong của vành ngoài.
7. Click OK. COSMOSWorks sẽ áp dụng tiếp xúc lắp chặt cho hai bề mặt này.
Tạo lưới mô hình và chạy nghiên cứu
1. Trong cây COSMOSWorks Manager, right-click Mesh và click Create. Bảng thuộc tính Mesh xuất hiện.
2. Chọn in cho Units.
3. Gõ 1 cho Global size. Chiều dày các vành này là 1 inch. Bằng việc đặt cỡ phần tử là 1 inch, bạn buộc cho lưới chỉ có 1 phần tử trên tiết diện vành.
4. Click Options. Hộp thoại Options xuất hiện với nhãn Mesh được kích hoạt. 5. Làm như sau:
a. Chọn: High, Standard, 4 Points và Smooth surface.
b. Hủy: Automatic transition và Enable automatic looping for solids. c. Click OK.
6. Kiểm Run analysis after meshing. 7. Click OK.
Xem các kết quả
Với mô hình đối xứng trục, tốt nhất là xem kết quả trong hệ tọa độ trụ. Đầu tiên, bạn tạo một đường tâm trục tại tâm của 2 vành.
Tạo một đường tâm trục:
1. Click Insert, Reference Geometry, Axis. Bảng thuộc tính Axis xuất hiện. 2. Click công cụ Cylindrical/Conical face.
3. Trong vùng đồ họa, click một bề mặt trụ bất kỳ của hai vành này. 4. Click OK .
Bạn có thể thấy thông báo rằng mô hình đã có thay đổi. Click OK để đóng thông báo này lại.
SolidWorks sẽ tạo ra trục tham chiếu tại tâm của các vành và một biểu tượng Axis1 xuất hiện trên cây FeatureManager.
Xem ứng suất hướng kính: Bạn sẽ xem các ứng suất hướng kính theo trục Axis1.
1. Trong cây COSMOSWorks Manager, right-click thư mục Stress và chọn Define. Bảng thuộc tính
Stress Plot xuất hiện.
2. Trong hộp Display, làm như sau:
a. Click Axis1 trong cây FeatureManager bay ra. Axis1 xuất hiện trong hộp Plane, Axis or Coordinate
System.
b. Đặt Component là SX: X Normal stress. Trong một hệ tọa độ trụ được xác định bởi trục tham chiếu, thành phần ứng suất SX chính là ứng suất hướng kính.
c. Đặt Units là psi.
4. Hủy kiểm Deformed shape. 5. Click OK.
Biểu tượng Plot2 xuất hiện trong thư mục Stress và biểu đồ như minh họa dưới xuất hiện trong vùng đồ họa:
Liệt kê các ứng suất hướng kính
1. Trong cây COSMOSWorks Manager, right-click Plot2 trong thư mục Stress và chọn List Selected.
Hộp List Selected xuất hiện.
2. Click công cụ Filter Faces trên thanh Selection Filter.
3. Trong vùng đồ họa, click mặt ngoài của vành trong và và click Update trong hộp List Selected. Hộp này sẽ liệt kê các ứng suất hướng kính cho tất cả các nút của mặt được chọn. Nó cũng cho biết giá trị ứng suất trung bình là -57,675 psi.
Xem chuyển vị hướng kính: Bạn sẽ xem chuyển vị hướng kính theo trục Axis1.
1. Trong cây COSMOSWorks Manager, right-click thư mục Displacement và chọn Define. Bảng
Displacement Plot xuất hiện.
2. Trong hộp Display, làm như sau:
a. Trong cây FeatureManager bay ra, click Axis1. Axis1 xuất hiện trong hộp Plane, Axis, Coordinate
System.
b. Đặt Component là UX: X Displacement.
c. Đặt Units là in. Trong một hệ tọa độ trụ được xác định bởi trục tham chiếu, thành phần chuyển vị UX chính là chuyển vị hướng kính.
3. Hủy kiểm Deformed shape.
Liệt kê chuyển vị hướng kính trung bình: Dùng lệnh List Selected để tính bán kính tại bề mặt tiếp xúc của 2 vành như sau:
1. Trong cây COSMOSWorks Manager, right-click Plot2 trong thư mục Displacement và chọn List
Selected. Hộp List Selected xuất hiện.
2. Trong vùng đồ họa, click mặt ngoài của vành trong và và click Update trong hộp List Selected. Hộp này sẽ liệt kê các chuyển vị hướng kính cho tất cả các nút của mặt được chọn. Chuyển vị hướng kính trung bình là -0.4248 inch:
3. Trong vùng đồ họa, click mặt trong của vành ngoài và và click Update trong hộp List Selected. Hộp này liệt kê chuyển vị hướng kính trung bình là +0.32569 inch.
4. Click Close.
Tổng các giá trị tuyệt đối của các chuyển vị hướng kính trung bình trong các bước 2 và 4
(0.4248"+0.32569"=0.75049") xấp xỉ với giá trị độ căng giữa 2 vành (0.75"). Theo các kết quả trên, bán kính các mặt tiếp xúc sau khi lắp chặt là 22-0.4248=21.5752 inch hoặc 21.25+0.32569=21.57569 inch.
So sánh các kết quả
Các giải chính xác bài toán này được trình bày trong các tài liệu của Timoshenko, S. P., và Goodier, J. N., "Theory of Elasticity," McGraw-Hill, New York (1970). Bảng dưới đây so sánh cách giải của
COSMOSWorks với lý thuyết: