Cấu trỳc của phần mềm ANSYS gồm 3 mụ đun lớn:
- Tiền xử lý (preprocessing): mụ đun này cho phộp tiến hành cỏc bước như xõy dựng mụ hỡnh cho phụi, chày cối, chọn kiểu phần tử, chọn mụ hỡnh, vật liệu, chia lưới và điều khiển lưới, xỏc định kiểu tiếp xỳc, cặp tiếp xỳc.
61
- Giải bài toỏn/ xử lý (solution/ Analysis): Trong mụ đun này, ta tiến hành đặt điều kiện biờn và giải.
- Hậu xử lý (Postprocessing): Lấy và phõn tớch kết quả ở dạng tổng quỏt, phõn bố ứng suất, biến dạng, chuyển vị..
Mụ đun tiền xử lý:
Tiền xử lý là mụ đun đầu vào bao gồm: - Xõy dựng mụ hỡnh hỡnh học
- Định kiểu phần tử
- Lựa chọn mụ hỡnh vật liệu - Chia lưới phần tử hữu hạn -Xõy dựng bài toỏn tiếp xỳc Mụ đun giải:
Mụ đun này cho phộp xỏc định cỏc loại tải trọng cũng như cỏc điều kiện biờn cú thể ỏp đặt vào mụ hỡnh. Cỏc điều kiện biờn này được suy ra từ điều kiện chịu tải của vật thể trong thực tế.
- Đối với bài toỏn phõn tớch cấu trỳc, tải cú thể là: chuyển vị theo cỏc phương, lực tỏc dụng theo cỏc phương (bao gồm lực khối, lực mặt), ỏp suất, nhiệt độ (cho trường hợp biến dạng nhiệt) và gia tốc trọng trường.
- Đối với bài toỏn nhiệt, tải cú thể là: nhiệt độ, tốc độ truyền nhiệt, nhiệt đối lưu…
- Đối với bài toỏn từ, tải được hiểu là: dũng từ, thế từ…
- Đối với bài toỏn điện, tải được hiểu là: Hiệu điện thế, cường độ dũng điện.. - Đối với bài toỏn dũng chảy, tải cú thể là: vận tốc dũng chảy, ỏp suất dũng.
Tải trọng ỏp đặt vào mụ hỡnh trong ANSYS được chia thành một số dạng cơ bản: ràng buộc cỏc bậc tự do (DOF constrains), lực (được coi là lực tập trung), lực bề mặt, lực khối, lực quỏn tớnh, và tải trọng dạng hỗn hợp couple-field.
Trong bài toỏn kết cấu, điều kiện ràng buộc cỏc bậc tự do cú thể là sự hạn chế những chuyển vị xỏc định hoặc điều kiện biờn đối xứng, đú là ràng buộc về
62
nhiệt độ trong bài toỏn nhiệt, đú là điều kiện về dũng chảy trong bài toỏn phõn tớch dũng chảy.
Giỏ trị lực được coi là lực tập trung đặt vào cỏc nỳt trờn mụ hỡnh. Đú là lực hoặc mụ men trong bài toỏn phõn tớch cấu trỳc, tốc độ dũng nhiệt trong bài toỏn nhiệt. Lực quỏn tớnh cú thể là gia tốc trọng trường, vận tốc gúc, gia tốc gúc. Tải trọng dạng coupled- field là trường hợp đặc biệt của cỏc dạng tải trọng nờu trờn, trong đú kết quả của dạng phõn tớch này cú thể sử dụng làm tải trọng cho dạng phõn tớch khỏc. Vớ dụ cú thể sử dụng kết quả tớnh toỏn lực từ thúa trong bài toỏn từ như là lực bề mặt trong phõn tớch cấu trỳc.
Tải trọng và điều kiện biờn trong ANSYS cú thể đặt trờn mụ hỡnh khối solid (trờn cỏc keypoint, đường, mặt) hoặc cú thể đặt trờn mụ hỡnh phần tử hữu hạn (trờn nỳt hoặc trờn phần tử).
Đặt tải trờn mụ hỡnh khối cú những thuận lợi sau đõy: - Cú thể thay đổi lưới phần tử mà khụng cần phải đặt lại tải
- Thuận lợi hơn vỡ mụ hỡnh khối bao gồm ớt thực tế hơn mụ hỡnh phần tử hữu hạn, do vậy việc lựa chọn cỏc thực thể và đặt lực dễ dàng hơn, đặc biệt là khi dựng giao diện đồ họa.
Tuy nhiờn cũng cú một số điểm khụng thuận lợi sau:
- Hệ tọa độ và hướng tỏc dụng lực giữa mụ hỡnh khối và mụ hỡnh phần tử hữu hạn khụng giống nhau.
- Khụng thuận tiện trong thao tỏc chuyển đổi dữ liệu phõn tớch. - Đặt ràng buộc trờn keypoint rất khú khăn, yờu cầu sự khộo lộo. Mụ dun hậu xử lý:
Hậu xử lý là khõu rất quan trọng trong bước phõn tớch bài toỏn, bởi vỡ sau khi tớnh toỏn mụ phỏng cần phải biết cỏc kết quả tớnh toỏn cú phự hợp với thực tế hay khụng. Trường phõn bố ứng suất biến dạng trong vật thể phõn bố ra sao? Mụ hỡnh lưới phần tử hữu hạn đó tối ưu hay chưa?
63 Xây dựng mô hình hình học cho dụng cụ và phôi Chia l-ới phần tử cho dụng cụ và phôi
Xây dựng mô hình vật liệu, mô hình tiếp xúc và các điều kiện
biên
Mô phỏng quá trình tạo hình nhờ tính toán PTHH Kết thúc quá trình Đánh giá kết quả mô phỏng Cập nhập mô hình hình học Chia l-ới phần tử
Thay đổi các điều kiện biên
Hỡnh 4.1. Cỏc bước giải bài toỏn bằng phần mềm ANSYS Bước 1: Xõy dựng mụ hỡnh, cỏc lệnh trong tiền xử lý Preprocessor.
Bước này sẽ tạo ra mụ hỡnh phần tử hữu hạn bằng cỏch xõy dựng mụ hỡnh thực rồi rời rạc húa mụ hỡnh đú để tạo được mụ hỡnh phần tử hữu hạn. Cụ thể bao gồm một số bước sau: chọn kiểu bài toỏn, định nghĩa kiểu phần tử, định nghĩa cỏc thụng số hỡnh học của mỗi phần tử, gỏn thuộc tớnh vật liệu, xõy dựng mụ hỡnh hỡnh học, chia lưới theo yờu cầu, tạo cặp và đặt điều kiện tiếp xỳc…
64
- Xõy dựng mụ hỡnh hỡnh học:
Dựng mụ hỡnh hỡnh học trong Ansys cú thể theo hai khả năng: xõy dựng trực tiếp, xõy dựng giỏn tiếp.
Phương phỏp thứ nhất là cú thể dựng trực tiếp mụ hỡnh hỡnh học trờn giao diện đồ họa của phần mềm mụ phỏng thụng qua cỏc lệnh dựng mụ hỡnh.
Phương phỏp thứ hai là xõy dựng mụ hỡnh từ những phần mềm thiết kế mạnh như Pro-engineer, Catia, Solidwork rồi liờn kết với Ansys để đưa mụ hỡnh hỡnh học vào.
- Phần tử:
Ansys cung cấp cho người dung thư viện phần tử với nhiều loại phần tử khỏc nhau. Cỏc loại phần tử dung trong bài toỏn kết cấu như phần tử thanh: LINK1, LINK8, LINK180…, phần tử dầm: beam3, beam 54, beam23…, phần tử phẳng 2D, Plane42, plane82…, phần tử khối 3D: Solid95, solid 185…, phần tử toỏn kộp: plane13, solid98, fliud29…; phần tử dung cho bài toỏn tường minh động: plane162, shell 163…
Một cỏch tổng quỏt sự phõn chia hỡnh dạng phần tử cú 4 loại cơ bản là điểm, đường, miền, khối. Phần tử dạng điểm được xỏc định bởi một nỳt, vớ dụ như phần tử khối lượng, phần tử dạng đường được xỏc định bằng một đường thẳng hoặc một cung nối giữa hai nỳt, phần tử dạng miền cú hai dạng là miền tứ giỏc và miền tam giỏc, cũng cú thể là dạng khối 2D hoặc dạng tấm, phần tử dạng khối cú thể là khối tứ diện hoặc khối hộp dung để tớnh toỏn đối với cỏc mụ hỡnh khối 3D. Ngoài ra ANSYS cũn cú khả năng cho phộp người dung định nghĩa phần tử riờng tựy trường hợp cụ thể.
- Mụ hỡnh vật liệu:
ANSYS cung cấp cho người dựng thư viện vật liệu với rất nhiều mụ hỡnh vật liệu khỏc nhau dung ứng dụng trong cỏc bài toỏn khỏc nhau.
Bài toỏn cấu trỳc biến dạng lớn là bài toỏn phi tuyến. Phõn tớch cấu trỳc với mụ hỡnh vật liệu phi tuyến bao gồm cỏc mụ hỡnh vật liệu chảy dẻo, dóo, đàn hồi phi tuyến, siờu đàn hồi, đàn nhớt.
65
Mụ hỡnh vật liệu mà quan hệ ứng suất biến dạng trong ứng xử của vật liệu là phi tuyến, cú nghĩa ứng suất là hàm phi tuyến của biến dạng được gọi là vật liệu phi tuyến. Mụ hỡnh vật liệu phi tuyến trong ANSYS bao gồm cỏc loại sau:
Dẻo khụng phụ thuộc vào tốc độ biến dạng
Dẻo phụ thuộc vào tốc độ biến dạng: cho phộp xỏc định quan hệ ứng suất biến dạng phụ thuộc thời gian, thường được ỏp dụng cho mụ hỡnh dẻo nhớt.
Dóo
Đàn hồi phi tuyến Siờu đàn hồi Đàn nhớt Bờ tụng
Bước 2: Áp dụng lực, chuyển vị cỏc điều kiện biờn khỏc và tiến hành giải, sử dụng cỏc lệnh trong SOLUTION.
Bước này cho phộp xỏc định cỏc loại tải trọng cũng như cỏc điều kiện biờn cú thể ỏp đặt vào mụ hỡnh.
Đối với bài toỏn phõn tớch cấu trỳc, tải cú thể là: chuyển vị theo cỏc phương lực tỏc dụng theo cỏc phương (bao gồm lực khối, lực mặt), ỏp suất, nhiệt độ (cho trường hợp biến dạng nhiệt) và gia tốc trọng trường.
Đối với bài toỏn nhiệt, tải cú thể là: nhiệt độ, tốc độ truyền nhiệt, nhiệt đối lưu. Đối với bài toỏn từ, tải được hiểu là: dũng từ, thế từ.
Đối với bài toỏn điện, tải được hiểu là: hiệu điện thế, cường độ dũng điện. Đối với bài toỏn dũng chảy, tải cú thể là: vận tốc dũng chảy, ỏp suất dũng.
Tải trọng ỏp đặt vào mụ hỡnh trong ANSYS được chia thành một số dạng cơ bản: ràng buộc cỏc bậc tự do (DOF constrains), lực (được coi là lực tập trung), lực bề mặt, lực khối, lực quỏn tớnh, và tải trọng dạng coupled-field.
Bước 3: Hiển thị kết quả: sử dụng cỏc lệnh hậu xử lý POSTPROCESSOR. Hậu xử lý là khõu rất quan trọng trong bước phõn tớch bài toỏn, bởi vỡ sau khi tớnh toỏn mụ phỏng cần phải biết cỏc kết quả tớnh toỏn cú phự hợp với thực tế hay
66
khụng. Trường phõn bố ứng suất biến dạng trong vật thể phõn bố ra sao. Mụ hỡnh lưới phần tử hữu hạn đó tối ưu hay chưa?