K =T (2.36) Ma tr ận độ cứng của cả hệ tay máy trong hệ quy chi ế u chung xây d ự ng theo công
3.4.2 Giới thiệu phần mềm Cosmos design star
Cosmos là một mô đun tích hợp ngay trong solid Work hoặc nếu cài đặt rời có thể lựa chọn bộ sản phẩm Cosmos design Star, chức năng của phần mềm này cho phép giải bài toán phần tử hữu hạn theo phương pháp chuyển vị, trong khi các phần mềm như Ansys quá nặng về dung lượng và đòi hỏi cấu hình máy tính cao thì cosmos lại không vấp phải vấn đề bản quyền và các vấn đề tương tự, điều này khá bất tiện khi sử dụng Ansys và online. Dưới đây bắt đầu xem xét một số giả thuyết quan trọng khi bắt đầu tính toán với mô hình tuyến tính tĩnh và giới thiệu các bước tính toán trên phần mềm cũng như cách lấy kết quả là chuyển vị của các nút của mô hình nhằm cấu trúc thông số bù.
a. Giả thuyết tĩnh:
Tất cả các lực tác động chậm và tăng dần cho tới khi đạt đủ cường độ. Sau khi đạt
đủ cường độ, lực sẽ giữ không đổi theo thời gian. Giả thiết này cho phép ta bỏ qua các lực quán tính và giảm chấn do khi gia tốc và vận tốc nhỏ thì các lực này là không đáng kể.
b. Giả thuyết tuyến tính:
Quan hệ giữa tải và các đáp ứng sinh ra (chuyển vị, sức căng và ứng suất) là tuyến tính. Ví dụ, nếu tăng tải gấp đôi thì các đáp ứng của mô hình cũng tăng gấp
đôi. Có thể thực hiện các phân tích theo giả thiết tuyến tính nếu:
- Tất cả các vật liệu trong mô hình tuân theo định luật Hooke, rằng ứng suất tỷ lệ
bậc nhất với sức căng. (Ta biết rằng thực tế thì ứng suất không tỷ lệ bậc nhất với sức căng, mà chỉ gần đúng như vậy. Giả thiết này nhằm đơn giản hóa tính toán và kết quả không sai lệch đáng kể với thực nghiệm).
- Các chuyển vị sinh ra là đủ nhỏđể bỏ qua sự thay đổi độ cứng do tải. (Độ cứng của một cấu trúc phụ thuộc vào hình dạng của cấu trúc đó. Khi cấu trúc chịu tải thì hình dạng của nó sẽ thay đổi, thể hiện qua chuyển vị, độ võng và góc xoay. Như
vậy, nhìn chung là độ cứng của cấu trúc sẽ thay đổi khi chịu tải. Nhưng nếu tính toán chi tiết đến như vậy thì bài toán trở nên phức tạp. Giả thiết này nhằm đơn giản
hóa bài toán đối với những trường hợp cấu trúc chỉ có những chuyển vị nhỏ dưới tác động ngoại lực).
- Các điều kiện biên không thay đổi trong quá trình chịu tải. Tải phải bằng hằng số về cường độ, hướng và phân bố. Chúng không thay đổi khi mô hình bị biến dạng. (Điều kiện biên bao gồm tải trọng và các ràng buộc đối với cấu trúc, như bản lề, ngàm, nhiệt độ... Giả thiết này cũng nhằm đơn giản hóa tính toán chứ thực tế không bao giờ như vậy, chúng phải thay đổi khi mô hình biến dạng.)
Như vậy chỉ áp dụng phân tích tĩnh tuyến tính nếu cấu trúc có vật liệu là tuyến tính và tải chỉ gây biến dạng nhỏ cho cấu trúc đó. Tuy nhiên, phần lớn các bài toán sức bền trên thực tếđều thỏa mãn 2 điều kiện này và ta có thể áp dụng để tính toán cho phần lớn kết cấu.
Thực hiện các phân tích tĩnh học trên phần mềm theo các bước sau đây:
1. Để truy cập hộp thoại Study, nhấn chuột phải biểu tượng trên cùng của cây COSMOS Works Manager và chọn Study. Hãy xác định các thuộc tính của nghiên cứu này. Chọn Adaptive để kích hoạt phương pháp h- hoặc p-adaptive nhằm tự động nâng cao độ chính xác của các kết quả.
Hình 3.11: hộp thoại Study và các lựa chọn
Xuất hiện các thư mục như sau ở panel bên trái:
2. Gán vật liệu cho từng khối rắn và nhấn chuột phải biểu tượng của từng đối tượng và chọn Define/Edit Material.
Hình 3.13: Thuộc tính vật liệu
3. Nhấn chuột phải thư mục Load/Restraint, chọn Define để xác định các ràng buộc. Hãy tạo đầy đủ các ràng buộc cho từng vật thể hoặc thông qua các điều kiện tiếp xúc và kết nối để liên kết chúng với các đối tượng khác hay với nền.
4. Xác định các tải, cần phải xác định ít nhất một tải.
5. Với các tổ hợp hoặc mô hình đa khối kiểu robot, hãy dùng các thiết lập điều kiện tiếp xúc chung, thành phần và cục bộđể giả lập sự hoạt động của mô hình. 6. Tạo lưới cho mô hình và chạy nghiên cứu. Trước khi chạy nghiên cứu, có thể
dùng các tùy chọn kết quả Result Options để yêu cầu tựđộng tạo ra các biểu đồ cho toàn bộ hình dạng mô hình. Nếu chạy một nghiên cứu trước khi tạo lưới cho mô hình, chương trình sẽ tự động tạo lưới rồi mới chạy nghiên cứu. Cũng có thể yêu cầu chạy nghiên cứu bằng cách kiểm Run analysis after meshing trong bảng thuộc tính Meshing. 7. Xem các kết quả: • Xem biểu đồ chuyển vị. • Xem biểu đồ sức căng. • Xem biểu đồứng suất. • Xem biểu đồ phản lực.
• Để tạo báo cáo, nhấn chuột phải thư mục Report và chọn Define. • Dùng công cụ kết quả.
Đầu vào cho bài toán phân tích tĩnh tuyến tính cần thực hiện lần lượt thực hiện 4 thủ tục sau đây:
1. Tạo lưới cho mô hình, cần phải tạo lưới cho mô hình trước khi chạy phân tích. Các điều kiện tiếp xúc phải được xác định trước khi tạo lưới. Mỗi sự thay đổi hình dạng, điều kiện tiếp xúc hoặc tùy chọn lưới đều cần tạo lưới lại.
2. Các thuộc tính vật liệu.
• Cần phải xác định Modul đàn hồi Young’s Modulus EX.
• Hệ số Poisson (NUXY) sẽ được coi là bằng không, nếu không được xác
định.
• Thêm vào đó, cũng cần xác định khối lượng riêng (DENS) nếu muốn xem xét tác động của trọng trường hoặc lực ly tâm.
• Cũng như hệ số giãn nhiệt (ALPX) nếu quan tâm đến tải do nhiệt độ khi chọn một vật liệu từ các thư viện vật liệu của SolidWorks hoặc COSMOSWorks, các thuộc tính này sẽđược đưa vào tựđộng. Giá trị mặc định của modul cắt Shear (GXY) được tựđộng tính toán bằng công thức GXY = EX/2(1+NUXY).
Độ bền chảy, độ bền nén và độ bền kéo được dùng làm tiêu chuẩn để đánh giá độ
bền của kết cấu. Chúng không được dùng để tính toán ứng suất. Với các vật liệu dị
hướng có thể xác định riêng các modul đàn hồi, modul cắt, hệ số Poisson hoặc giãn nhiệt theo các hướng khác nhau.
3. Các ràng buộc bao gồm các khống chế đầy đủ để ngăn không cho vật chuyển
động tự do. Nếu mô hình không được ràng buộc thích hợp, hãy dùng tùy chọn Use soft springs to stabilize the model trong hộp thoại Static. Khi nhập tải từ
COSMOSMotion, hãy kiểm tùy chọn Use inertial relief. Những tùy chọn này khả
dụng cho các giải thuật Direct Sparse và FFEPlus. 4. Phải có ít nhất một trong những kiểu tải sau:
• Lực tập trung • Áp suất
• Các chuyển vị bắt buộc khác không • Các lực tự thân (trọng lực và/hoặc ly tâm)
• Nhiệt (xác định nhiệt độ hoặc lấy các profile từ các phân tích nhiệt) • Các tải nhập từ COSMOSMotion
• Nhiệt độ và áp suất nhập từ COSMOSFloWorks
Kết quả của các phan tích tĩnh tuyến tĩnh được thể hiện tùy theo mặc định, các hướng X, Y và Z được xác định theo hệ tọa độ chung. Nếu chọn một tham chiếu khác, những hướng này sẽ theo đối tượng tham chiếu được chọn, các thành phần chuyển vị bao gồm:
• UX = Chuyển vị theo hướng X • UY = Chuyển vị theo hướng Y • UZ = Chuyển vị theo hướng Z • URES = Chuyển vị tổng hợp • RFX = Phản lực theo hướng X • RFY = Phản lực theo hướng Y • RFZ = Phản lực theo hướng Z • RFRES = Phản lực tổng hợp
Đây là mục đích cuối cùng của bước này, sau khi lấy được kết quả chuyển vị của cấu trúc robot chịu tải trọng nhưđã định, có thể chuyển sang bước giải lại bài toán ngược lần thứ hai với đầu vào là điểm sinh cấu trúc từ chuyển vị vừa nhận được và
điểm đích mong muốn.