1. Giới thiệu chung.
ANSYS là phần mềm công nghiệp vạn năng dựa trên cơ sở của phơng pháp phần tử hữu hạn để phân tích và tính toán các bài toán Vật lý - Cơ học. Thực chất của phơng pháp phần tử hữu hạn là sử dụng phơng pháp rời rạc hoá, chuyển các phơng trình vi phân, phơng trình đạo hàm riêng từ dạng giải tích về dạng số để giải các bài toán trên.
ANSYS có thể giải các bài toán đàn hồi, dẻo trong phân tích kết cấu, bài toán nhiệt, bài toán dòng chảy của chất lỏng nén đợc và chất lỏng không nén đợc. Ngoài ra, chơng trình có thể tính cho các vật liệu từ, bài toán âm thanh…
2. Kết cấu chơng trình.
Về mặt cấu trúc, ANSYS chia ra thành 3 môđun lớn đó là:
o Môđun tiền xử lý (preprocessing).
o Môđun giải (solution).
o Môđun hậu xử lý (postprocessing).
2.1. Môđun tiền xử lý (preprocessing).
Môđun này cho phép ngời sử dụng có thể chuẩn bị những thao tác cần thiết để chuẩn bị cho quá trình giải bao gồm: xây dựng mô hình hình học, xác định kiểu phần tử, lựa chọn mô hình vật liệu, chia lới phần tử hữu hạn, điều khiển lới và đặt bài toán tiếp xúc.
• Xây dựng mô hình hình học.
Xây dựng mô hình hình học trong ANSYS có thể theo hai cách: xây dựng trực tiếp trên ANSYS hoặc xây dựng gián tiếp thông qua các phần mềm khác.
Phơng pháp thứ nhất là có thể dựng trực tiếp mô hình hình học trên giao diện đồ hoạ của phần mềm mô phỏng thông qua các lệnh dựng mô hình. Ph- ơng pháp này có u điểm là toàn bộ dữ liệu mô hình hình học của bài toán đợc đa trực tiếp vào nên không có sai lệch khi chuyển đổi dữ liệu.
Phơng pháp thứ hai là xây dựng mô hình từ những phần mềm thiết kế mạnh nh PRO/ENGINEER, CATIA, SOLIDWORK rồi liên kết với ANSYS để đa mô hình hình học vào. Phơng pháp này có u điểm là có thể xây dựng đ- ợc những mô hình rất phức tạp, nhng nhợc điểm của phơng pháp này là trong
quá trình chuyển đổi lại gây ra một số sai khác nhất định, đặc biệt là rất khó điều khiển toạ độ cũng nh tơng quan vị trí.
• Lựa chọn kiểu phần tử
Sử dụng phần tử Solid92 là phần tử 3D kiểu tứ diện vào mụ hỡnh hỡnh học của piston động cơ M504 dạng đơn giản húa ta cú được mụ hỡnh piston động cơ M504 dưới dạng phần tử hữu hạn như hỡnh:
Hình 4.4: Mô hình hình học piston M504
• Lới phần tử và điều khiển lới thích ứng.
ANSYS cung cấp cho ngời sử dụng khả năng chia lới và điều khiển lới một cách dễ dàng sau khi xây dựng mô hình hình học. Các khả năng chia lới của ANSYS là: chia lới theo kiểu tự do (free meshs) và chia lới theo kiểu bản đồ (mapped meshs). Mỗi kiểu chia lới có những u điểm và nhợc điểm riêng, chia lới kiểu tự do thờng đợc áp dụng trong bài toán tính toán kết cấu và bài toán nhiệt, chia lới kiểu bản đồ thờng đợc áp dụng trong bài toán phân tích biến dạng lớn.
Hình 4.5: Chia lới mô hình tính trờng nhiệt độ 2.2. Môđun giải (solution).
Môđun này cho phép xác định các loại tải trọng cũng nh các điều kiện biên có thể áp đặt vào mô hình, sau đó tiến hành giải.
o Đối với bài toán nhiệt, tải có thể là nhiệt độ, tốc độ truyền nhiệt, nhiệt đối lu...
o Tải trọng nhiệt áp đặt vào mô hình trong ANSYS đợc chia thành một số dạng cơ bản: nhiệt độ bề mặt, nhiệt độ xung quanh, tốc độ dòng nhiệt.
o Điều kiện ràng buộc các bậc tự do trong bài toán nhiệt là ràng buộc về nhiệt độ.
o Giá trị lực đợc coi là lực tập trung đặt vào các nút trên mô hình, đó là tốc độ dòng nhiệt trong bài toán nhiệt
2.3. Môđun hậu xử lý (postprocessing).
Hậu xử lý là khâu rất quan trọng trong bớc phân tích bài toán, bởi vì sau khi tính toán mô phỏng cần phải biết các kết quả tính toán có phù hợp với thực tế hay không? Trờng phân bố nhiệt độ trong vật thể phân bố thế nào? Mô hình lới phần tử hữu hạn đã tối u hay cha?
ANSYS cung cấp hai môđun hậu xử lý để lu trữ kết quả phân tích tính toán, nhằm trả lời những câu hỏi trên. Đó là môđun xử lý kết quả tổng quát POST1, và môđun xử lý kết quả theo thời gian POST26. Kết quả của bài toán phân tích cấu trúc đợc lu vào file Jobname.RST, kết quả của bài toán phân tích nhiệt đợc lu vào file Jobname.RTH, kết quả của bài toán phân tích dòng chảy đợc lu vào file Jobname.RFL…