IV. Cố định mô hình shell
Phân tích một bồn nhiên liệu
Một chiếc bồn nhôm chứa nhiên liệu có tỷ trọng g = 0.029 lb/in3. Nhiên liệu tác động một áp suất thủy tĩnh thay đổi tuyến tính theo chiều sâu lên thành bồn. Một áp suất tuyến tính (p(y) = g*y) được đặt lên các bề mặt trong bồn tính từ mặt thoáng của nhiên liệu trở xuống, ở đây, y là khoảng cách đo từ mặt thoáng nhiên liệu.
Trong bài này, bạn sẽ học:
• Áp dụng một tải bất đẳng áp
• Tùy biến các biểu đồ kết quả
Tạo một nghiên cứu Shell
Khi chiều dày bồn chứa nhỏ hơn nhiều so vớu các kích thước khác, bạn sẽ giải quyết theo cách mô phỏng bằng lưới shell.
Tạo một nghiên cứu tĩnh học vỏ mỏng:
1. Mở thư mục cài đặt SW\ Examples\ fuel_tank.SLDPRT). Bạn cũng có thể xây dựng mô hình tương tự.
2. Click nhãn COSMOSWorks Manager.
3. Trong cây COSMOSWorks Manager, right-click biểu tượng fuel_tankStudy. 4. Trong Bảng thuộc tính, dưới Name:
a. Gõ non-uniform pressure.
b. Chọn Shell mesh using surfaces từ Mesh type. 5. Dưới Type, click Static.
6. Click OK.
Định nghĩa các Shell
1. Right-click Shells trong cây COSMOSWorks Manager và chọn Define By All Ref Surfaces. 2. Trong Bảng thuộc tính:
b. Đặt Units là in và gõ 1. c. Click OK.
Gán vật liệu
Gán Aluminum Alloy (1060 Alloy) từ thư viện COSMOS Material Library cho bồn chứa.
Cố định bồn chứa
Bạn sẽ cố định đáy bồn như sau:
1. Trong cây COSMOSWorks Manager, right-click Load/Restraint và chọn Restraints. Bảng thuộc tính
Restraint xuất hiện.
2. Đặt Type là Immovable (No translation).
3. Trong vùng đồ họa, click mặt đáy bồn. Face<1> xuất hiện trong hộp Faces, Edges, Vertices for
Restraint.
4. Click OK.
Áp dụng áp suất thủy tĩnh
Các bề mặt của bồn đã được tách tại vị trí mặt thoáng của nhiên liệu để bạn có thể đặt áp suất từ đó trở xuống (nếu bạn tự xây dựng mô hình, cũng cần tách sẵn các mặt thành bồn này như vậy, dùng lệnh
Split để tách). Bạn cần tạo một hệ tọa độ tại mặt thoáng này.
1. Click Insert, Reference Geometry, Coordinate System. Bảng thuộc tính Coordinate System xuất hiện.
2. Trong vùng đồ họa, click điểm như minh họa dưới. Vertex<1> xuất hiện trong hộp Origin.
3. Click vào hộp Y Axis.
4. Trong vùng đồ họa, click cạnh như minh họa dưới. Edge<1> xuất hiện trong hộp Y Axis.
5. Click Reverse Direction để trục Y hướng xuống dưới. 6. Click OK.
Có thể xuất hiện một thông báo rằng mô hình đã thay đổi, click OK để đóng cửa sổ này lại.
6. Click View, Coordinate Systems để thấy hệ tọa độ trong vùng đồ họa như minh họa dưới:
1. Trong cây COSMOSWorks Manager, right-click Load/Restraint và chọn Pressure. Bảng thuộc tính
Pressure xuất hiện.
2. Dưới Pressure Type chọn Normal to selected face.
3. Trong vùng đồ họa, click 4 mặt thành bồn dưới mặt thoáng và mặt đáy.
4. Dưới Pressure Value, đặt Units là English (IPS), gõ 1 vào hộp Pressure Value và chọn Reverse
direction.
5. Kiểm Nonuniform Distribution.
6. Click Coordinate System1 trong vùng đồ họa. Coordinate System1Select a Coordinate system. 7. Gõ 0.029 vào hộp Y và đặt tất cả các trường khác là zero.
Xác định tải bất đẳng áp
Ở trên đã nêu công thức p(y)=0.029*y, ở đây, giá trị bằng số được xác định theo tỷ trọng của nhiên liệu. Áp suất tác động vuông góc với các bề mặt được chọn và bắt đầu bằng zero tại mặt thoáng rồi tăng tới giá trị lớn nhất tại đáy. Áp suất phân bố theo biểu đồ sau:
8. Click OK. COSMOSWorks sẽ áp dụng một áp suất thủy tĩnh lên các mặt được chọn và tạo một biểu tượng trong thư mục Load/Restraint.
Tạo lưới cho mô hình
1. Trong cây COSMOSWorks Manager, right-click Mesh và click Create. Bảng thuộc tính Mesh xuất hiện.
2. Click Options. Hộp thoại Options xuất hiện. 3. Làm như sau:
a. Chọn: High, Standard, 4 Points, Automatic shell surface re-alignment, và Smooth surface. b. Hủy: Automatic transition và Enable automatic looping for solids.
c. Click OK.
4. Click OK để xác nhận các giá trị Global Size và Tolerance mặc định. Quá trình tạo lưới bắt đầu. Khi tạo lưới xong, lưới sẽ hiển thị trong vùng đồ họa.
Chạy nghiên cứu và xem các kết quả
Hãy chạy nghiên cứu. Khi phân tích xong, bạn sẽ xem một số kết quả như sau:
Xem ứng suất tương đương (von Mises) của các mặt trên:
(Nhớ lại rằng với lưới shell thì ta cần xem ứng suất cả mặt trên và mặt dưới của mỗi tấm mỏng) 1. Trong cây COSMOSWorks Manager, click dấu cộng (+) cạnh thư mục Stress. Plot1 xuất hiện. 2. Right-click Plot1 và chọn Show. Biểu đồ ứng suất von Mises stresshiển thị trong vùng đồ họa. 3. Right-click Plot1 lần nữa và chọn Edit Definition. Bảng thuộc tính Stress Plot xuất hiện. 4. Trong hộp Display, làm như sau:
a. Đặt Units là psi.
b. Chắc chắn rằng Top xuất hiện trong Shell Face. 5. Click OK.
6. Đặt lại tên Plot1 là Top von Mises.
7. Double-click Top von Mises. Biểu đồ ứng suất von Mises hiển thị:
Với các nghiên cứu vỏ mỏng, biểu đồ ứng suất von Mises mặc định hiển thị ở mặt trên của mô hình.
Xem các kết quả ở mặt dưới mô hình
1. Trong cây COSMOSWorks Manager, right-click thư mục Stress và chọn Define. Bảng thuộc tính
Stress Plot xuất hiện.
a. Đặt Units là psi.
b. Đặt Shell Face là Bottom.
3. Click nhãn Property để trải rộng nó ra. 4. Trong hộp Property, làm như sau:
a. Click kiểm Include title text và gõ một tiêu đề cho biểu đồ, ví dụ, von Mises Stress on the Bottom
Faces of the Tank.
b. Click kiểm Associate plot with name view orientation rồi chọn *Isometric từ trình đơn thả xuống. 5. Click OK. Biểu tượng Plot2 xuất hiện trong thư mục Stress.
6. Đặt lại tên Plot2 là Bottom von Mises.
7. Double-click Bottom von Mises. Biểu đồ ứng suất von Mises hiển thị:
Lưu ý rằng ứng suất trên và dưới của các mặt có khác nhau chút ít.
Tùy biến các biểu đồ
COSMOSWorks cho phép bạn tùy biến các biểu đồ kết quả.
1. Trong COSMOSWorks Manager, right-click Bottom von Mises trong thư mục Stress và chọn Chart
Options. Bảng thuộc tính Chart Options xuất hiện.
2. Dưới Display Options, kiểm Show min annotation and Show max annotation. Các ghi chú ứng suất von Mises cực tiểu và cực đại xuất hiện trên biểu đồ.
3. Dưới Position/Format, click để đặt cột giá trị bên trái biểu đồ.
Mises chuyển thành màu đỏ và vùng bên trên màu xanh. 6. Click OK . Biểu đồ như minh họa dưới xuất hiện: