Mục đính của việc mô hình này là làm giảm nhẹ khối lượng công việc cũng như thời gian tiêu tốn so với khi dùng cách phát sinh trực tiếp. Một số công tác trong việc dựng mô hình theo cách này có thể liệt kê như sau: Xây dựng theo trình tự trên dưới. Theo cách này, đối tượng hình học được xây dựng theo thứ tự: Điểm – Đường – Mặt – Khối.Xây dựng theo trình tự trên xuống.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chương trình phần mềm hỗ trợ cho chúng ta các lệnh xây dựng các đối tượng hình học cơ bản (hình trụ tròn xoay, hình cầu,…). Khi sử dụng các lệnh đố, chương trình sẽ tự động tạo ra các đối tượng tương ứng ở cấp nhỏ hơn (mặt, đường, điểm). Ta có thể kết hợp cả hai cách xây dựng trên cho bất cứ bài toán nào.
Sử dụng các toán tử Boolean.Ta có thể “gọt đẽo” các khối hình học bằng các toán tử Boolean như giao, cắt,…Các toán tử này cho phép làm việc trực tiếp trên các khối hình học để tạo ra các đối tượng có hình dáng phức tạp ( kéo và xoay) . Các toán tử Boolean, dù rất tiện dụng, cũng có thể làm tiêu tốn nhiều thời gian. Trong một số trường hợp, việc sử dụng các công cụ kéo, xoay tỏ ra tiện lợi hơn. Di chuyển các đối tượng hình học. Khi đối tượng có các chi tiết lặp lại ta chỉ cần tạo ra chúng 1 lần và có thể di chuyển, quay và sao chép đến vị trí khác. Việc di chuyển các đối tượng tỏ ra tiện lợi hơn là tay đổi mặt phửng làm việc.
Đây là công tác cuối cùng trong việc xây dựng mô hình, được thực hiện sau khi đã goàn tất việc d ựng hình, đặt các đặc trưng cho phần tử và thiết lập các thông số cho việc sinh lưới. Di chuyển và sao chép nút và phần tử. Việc phát sinh lưới tự động có thuận lợi lớn so với phát sinh trực tiếp nhưng đôi khi tiêu tốn rất nhiều thời gian. Nếu mô hình của chúng ta có những chi tiết giống nhau, ta có thể sao chép hay di chuyển các chi tiết đó sau khi chúng đã được sinh lưới.
Trong chương trình phần tử hữu hạn, tải trọng luôn được đặt tại nút hay đặt lên phần tử. Do đó khi dựng mô hình theo cách này, đôi khi ta không thể làm được điều đó. Tuy nhiên ta có thể đặt các tải trọng này trực tiếp lên mô hình; khi tính toán, chương trình sẽ tự động chuyển tất cả các tải trọng về nủt.
Trước khi sửa đổi, cần xem lại cấp bậc của đối tượng cần sửa đổi vì ta không thể xóa 1 đối tượng nếu nó đi liền với đối tượng cấp cao hươn. Theo đó ta không thể xóa 1 khối nếu nó đã được sinh lưới,1 đường nếu nó đi liền
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn với 1 mặt,… Nếu đối tượng đã được đạt tải xóa đối tượng sẽ xóa luôn tải trọng. cấp bậc của đối tượng được liệt kê theo sơ đồ sau:
Phần tử (và tải phần tử) Nút (và tải nút)
Khối ( và tải trọng lên khối) Mặt (và tải trọng lên mặt) Đường (và tải trọng lên đường) Điểm (và tải trọng lên điểm)
Nếu muốn sửa đổi 1 chi tiết của mô hình khi nó đã được sinh lưới, trước hết ta phải xóa tất cả các nút và phần tử của chi tiết đó bằng các lệnh xCLEAR. Sau đó ta có thể xóa nó hay sửa đổi rồi phát sinh lưới lại.
2.9.5.2. Xây dựng theo trình tự dưới lên.
Điểm là đối tượng cấp thấp nhất được bắt đầu khi dựng mô hình theo cách này. Ta có thể định nghĩa đường, mặt hay khối đi liền với các điểm nhưng không nhất thiết phải đi đúng thứ tự cấp bậc, các đối tượn g trung gian sẽ được tạo ra trong trường hợp cần thiết.
Đường dùng để biểu diễn cạnh của một đối tượng. Tuy nhiên không phải lúc nào ta cũng phải xác định rõ 1 đường, mà chương trình có thể tạo ra nó trong trường hợp cần thiết. Chúng chỉ cần xác định rõ khi ta tạo phần tử đường (phần tử dầm) hay ta muốn tạo ra mặt từ các đường cho trước.
Mặt phẳng dùng biểu diễn các đối tượng phẳng (tấm phẳng hay khối đối xứng trục). các mặt phẳng cũng như cong được dùng biểu diễn các mặt trong không gian (vỏ, các mặt của đối tượng khối 2 chiều). Chúng chỉ cần thiết khi ta muốn tạo các phần tử trong mặt phẳng hay tạo ra khối từ các mặt. Hầu hết các lẹnh cho việc tạo ra mô mặt đều tự động tạo ra các đường và điểm cần thiết; và cũng tuwong tự như vậy cho các lệnh tạo khối.
Dùng biểu diễn các vật thể 3 chiều và chỉ cần thiết khi ta muốn tạo ra các phần tử khối. phần lớn các lệnh tạo khối đều tự động tạo ra các đối tượng cấp thấp hơn cần thiết.
2.9.5.3. Xây dựng theo trình tự trên xuống.
Cao nhất
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Các đối tượng hình học cơ bản. Là các đối tượng có hình dạng quen thuộc (khối cầu hay lăng trụ đểu). Do các đối tượng cấp cao này được tạo ra trực tiếp mà không thông qua các đối tượng cấp thấp hơn nên ta có tên gọi “ xây dựng theo trình tự từ trên xuống”. Cách tạo ra các đối tượng hình học cơ bản:
Có thể dễ dàng tạo ra chúng bằng các lệnh tương ứng: hình chữ nhật (RECTNG), đa giác (PTXY, POLY), đa giác đều (RPOLY), đường tròn hay cung tròn (PCIRC). Các hình tạo bởi các lệnh trên sẽ nằm trong mặt phẳng làm việc và có hướng phù hợp với hệ trục tọa độ mặt phẳng làm việc và phải có diện tích dương. Các hình tiếp giáp nhau có thể tạp ra sự bất liên tục trong mô hình PTHH trừ khi ta nối liền chúng lại bằng các lệnh NUMMRG, AADD hay AGLUE. Ta có thể tạo các đối tượng với các lệnh tương ứng sau: khối lập phương (BRICK), lăng trụ (PTXY,PRISM), lăng trụ vuông (RPRISM), hình nón hay hình nón cụt (CONE), hình cầu (SPHERE), hình xuyến (TORUS), hình trụ (CYLIND). Các đối tượng được tạo ra có vị trí tương đối trong hệ trục tọa độ mặt phẳng làm việc. cũng tương tự như với các mặt phẳng, biên của các khối tiếp giáp nhau có thể tạp ra sự bất liên tục trong mô hình PTHH trừ khi ta nối liền chúng lại bằng các lệnh NUMMRG, VGLUE hay VADD.
2.9.5.4. Sử dụng các phép toán Boolean cho việc “gọt đẽo” mô hình hình học.
Ta có thể “gọt đẽo” mô hình hình học bằng các phép toán Boolean như hợp, giao, phép trừ,… lên hầu như tất cả các đối tượng hình học. Trường hợp ngoại lệ duy nhất là chúng không thể áp dụng cho các đối tượng tạo ra bằng cách ghép nối và một vài phép toán Boolean không thể dùng cho các đối tượng suy biến.
Lưu ý rằng tất cả các tải trọng và đặc trưng phần tử phải được thiết lập sau khi các phép toán Boolean, nếu không chúng có thể bị ảnh hưởng. 2.9.6. Phát sinh lưới.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Thủ tục phát sinh lưới cho nút và phần tử gồm 3 bước chính sau: đặt thuộc tính cho phần tử, đặt thông số cho lưới sẽ phát sinh, phát sinh lưới.Đặt thuộc tính cho phần tử.
Các đặc trưng sau cần phải chỉ định:
Loại phần tử.
- Các hằng số vật liệu (gồm các đặc trưng hình học như chiều dày,…) - Các đặc trưng vât liệu (module đàn hồi, hệ số dẫn nhiệt,…).
Hệ trục tọa độ phần tử.
Đặt thông số cho lưới sẽ phát sinh:
Gồm hình dạng phần tử, vị trí các nút giữa, kích thước lưới sẽ cần thiết khi sinh lưới. Đây là 1 trong các bước quan trọng nhất của quá trình tính toán. Những thông số thiết lập ở bước này sẽ có ảnh hưởng lớn đến độ chính xác cũng như tốc độ tính toán. Các thông số này phải được thiết lập ngay sau khi quá trình mô hình hình học.
Với các bài toán tuyên tính tính toán tĩnh hay tính toán nhiệt, ta có thể để chương trình tự động thiết lập cả các thông số cho quá trình sinh lưới, trong đó các kích thước phần tử được thiết lập sao cho sai số trong quá trình tính toán nhỏ hơn một giá trị đặt trước.
Sinh lưới tự do.
Theo cách này, không cần đòi hỏi đặc biệt nào cho mô hình hình học. Các hình dạng phần tử hỗn hợp hay chỉ cá phần tử tam giác (hoặc tứ diện trong bài toán 3 chiều) đều có thể sử dụng. Bằng cách sử dụng lệnh ESHAPE ta có thể yêu cầu chương trình tự động chọn loại phần tử ( thường cho kết quả lưới gồm nhiều loại phần tử) hay yêu cầu chỉ sử dụng phần tử tam giác (hoặc tứ diện trong bài toán 3 chiều).
Sinh lưới ánh xạ.
Ta cũng xó thể yêu cầu ANSYS chỉ sử dụng phần tử tứ giác (hay tứ diện cho bài toán không gian) để tạo ra mmotj lưới ánh xạ. sinh lưới theo cách này đòi hỏi diện tích (hay thể tích) cần sinh lưới phải có hình dạng thảo một số yêu cầu đặc biệt. Chẳng hạn với các phần tử tứ giác: (a) diện tích
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn sinh lưới phải đuwocj bao bởi 3 hay 4 cạnh; (b) số phần tử trên các cạnh đối diện phải bừng nhau; và (c) só chia phần tử phải là số chẵn khi diện tích sinh lưới bị bao bởi 3 đường.
Nếu diện tích sinh lưới bị bao bởi nhiều hơn 4 đường, ta có thể kết hợp (lệnh LCOMB) hay nối (lệnh LCCAT) vài đường để có số đường nhỏ hơn hay bằn g 4. thường thì ta sử dụng lệnh LCOMB (khi có thể sử dụng được) nhiều hơn là lệnh LCCAT. Cũng chú ý rằng lệnh LCOMB có thể áp dụng cho các đường không tiếp tuyến nhưng không nhất thiết 1 nút phải được tạo ra ở chỗ cong trên đường đó.
Để phát sinh lưới cho một khối, ta phải có: khối sinh lưới phải có hình viên gạch (6 mặt), hình nêm hay hình lăng trụ (5 mặt), tứ diện (4 mặt); Phải có số phần tử trên các cạnh đối diện bằng nhau; và (c) số chia phần tử trên các mặt tam giac phải là số chẵn nếu khối sinh lưới là lăng trụ tứ diện.
Cũng tương tự như với đường, ta có thể dùng lệnh cộng (AADD) hay nối (ACCAT) các diện tích nếu muốn giảm số diện tích bao quanh khối cần sinh lưới. Nếu muốn nối các đường bao, trước tiên ta phải nối các diện tích, sau đó mới đến các đ ường nếu có. Cũng tương tự như với các đường, lệnh AADD (nếu có thể sử dụng được) sẽ tiện lợi hơn lệnh ACCAT.
Vài lưu ý về các đường và mặt được nôi: việc nối các đườn và mặt chỉ để sử dụng cho phát sinh lưới ánh xạ, không phải là 1 phép toán “cộng” Boolean. Đây phải là bước cuối cùng trước khi ta thực hiện việc sinh lưới ánh xạ cho mô hình, bởi vậy đối tượng được tạo ra từ việc nối này không phải là đối tượng cho bất cứ lệnh mô hình hình học nào. Ta có thể dễ dàng khôi phục lại trạng thái trước khi thực hiện lệnh nối bằng cách xóa các đường hay mựt tạo ra bởi lệnh này. Cũng cần lưu ý rằng các đường tạo ra khi nối được hiển thị như đườn nét đứt. các đối tượng cho lệnh nối không bị ràng buộc bởi các điều kiện trên. Tuy nhiên, sẽ mất hay bị tách rời khi các đối tượng bậc cao hơn được kết nối.
Nếu việc nối các đối tượng này gây khó khăn cho các phép toán mô hình, ta cũng có thẻ sinh lưới ánh xạ bằng một số cách khác, chẳng hạn như
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn chia mặt hay khối thành các đối tượng thích hợp bằng các phép toán Boolean.
Phát sinh lưới.
Sau khi đã xây dựng mô hình hình học, gán các thuộc tính phần tử, đật thông số lưới, việc sinh lưới phần tử hữu hạn đã sẵn sàng. Tuy nhiên , đầu tiên ta cần lưu lại các số liệu trước khi khởi động việc sinh lưới.
Đôi khi ta cũng có thể cần tạolưới cho mô hình với các phần tử với só chiều khác nhau. Chẳng hạn gắn thêm vào mô hình vỏ các dầm, hay phủ các phần tuer mặt 2 chiều lên các mựt của một khối. điều này vó thể thực hiện thông qua các lệnh sinh lưới thích hợp (LMESH, AMESH,…)
Với các bài toán tiếp xúc phức tạp, ta có thể không dự đoán được phần tử nào của 2 mặt sẽ tiếp xúc nhau. Trong trường hợp này, ta dùng các phần tử tiếp xúc tổng quát để mô hình các mặt tiếp xúc này. Trong mô hình tiếp xúc, ta phải chỉ định một cặp 2 mô hình các mặt tiếp xúc gọi là mặt tiếp xúc, và mặt đích. Khi đó chương trình sẽ tạo ra các phần tử tiếp xuacs giữa 2 mặt này. Ta có thể làm như sau: đầu tiên sinh lưới cho các mặt tiếp xúc. Tiếp đó hóm xác nút của mựt tiếp xúc và mặt đích thành các nhóm. Ta cũng phải đặt thuộc tính cho các phần tử tiếp xúc và dùng lệnh GCGEN để chỉ định măt tiếp xúc và mặt đích và sau đó phát sinh các phần tử tiếp xúc tổng quát giữa 2 mặt chỉ định. Nếu kết cấu được tạo thành từ các khối, chương trình có thể tìm ra được ác vector pháp tuyến của mặt đích cần thiết cho việc tính toán tiếp xuac. Nếu mặt địch được tạo ra từ các phần tử dầm hay vỏ, ta cần chỉ định mặt trên hay mặt dưới của phần tử là mặt tiếp xúc.
Chỉ dùng 1 lệnh GCGEN để tạo ra 1 cặp các mặt tiếp xúc sẽ tạo ra một mô hình tiêpx xúc bất đối xứng. trong trường hợp này 1 mặt phải là mặt tiếp xúc và mặt còn lại là mặt đích. Bằng cách khác, ta có thể dùng 2 lệnh GCGEN để chỉ định mỗi mặt đều là mặt tiếp xúc và mặt đích. Đây là trường hợp tiếp xúc đối xứng.
Thường ta nên sử dụng mô hình tiếp xúc đối xứng hơn vì nó không đòi hỏi phải xác định rõ mặt nào là mặt tiếp xúc, mặt nào là mặt đích. Ngược
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn lại, mô hình tiêpx xúc bất đối xứng đòi hỏi phải tuân theo các quy tắc sau để phân biệc giữa 2 bề mặt:
Nếu vùng tiếp xúc của 1 mặt là phẳng hay lõm và vùng tiếp xúc của mặt kia nhọn hay lồi thì mặt đích phải chọn là mặt phẳng/lõm.
Nếu cả 2 vùng tiếp xúc là phẳng, ta có thể chọn tùy ý.
Nếu cả 2 vùng đều lồi (không có các cạnh nhọn), mựt đích phải là mặt phẳng hơn
Nếu 1 vùng có cạnh nhọn và vùng kia không có, mặt có cạnh nhọn phải là mặt tiếp xúc.
Nếu cả 2 vùng đều có cạnh nhon hay đều gợn sóng, việc lựa chọn mặt đích phụ thuộc vào hình dạng của các bề mặt sau khi tiếp xúc. Trong các trường hợp như vậy, mô hình tiếp xúc đối xứng được sử dụng nhiều hơn. Một số lưu ý cho mô hình tiếp xúc tổng quát.
Các nút của 2 bề mặt tiếp xúc không nhất thiết phải khớp với nhau. Thực ra, nếu các bề mặt tiếp xúc không khớp đến từng nút, thường ta cần đặt giá trị cho hằng số TOLS để tăng số lần giải.
Chương trình phần mềm chỉ cung cấp cho ta phần tử tiếp xúc tuyến tình (không có nút giữa). Nói chung ta chỉ nên dùng phần tử tiếp xúc cho các mặt gồm các phần tử không có nút giữa. Trường hợp ngoại lệ duy nhất chỉ có thể chấp nhận là với bài toán tiếp xúc 2 chiều trong đó các phần tử có nút giữa chỉ được dùng cho bề mặt tiếp xúc.
Kiểm tra hình dạng phần tử.
Các phần tử với hình dạng không thích hợp thường cho kết quả xấu. Vì lý do này, chương trình ANSYS thực hiện quá trình kiểm tra hình dạng phần tử nhằm cảnh báo về các phần tử có hình dáng không thích hợp được tạo ra trong quá trình sinh lưới. Tuy nhiên, đáng tiếc là không có tiêu chuẩn nào thật tổng quát để có thể xác định phần tử có hình dạng không hợp lý. Nói cách khác, 1 dạng phần tử cho kết quả xấu trong quá trình ính toán này có thể cho kết quả chấp nhận được trong quá trình tính toán khác. Do đó ta phải thấy rằng tiêu chuẩn mà ANSYS dùng để xác định hình dạng không
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn hợp lý của phần tử hoàn taonf không bắt buộc. Như vậy việc nhận được thông báo cảnh cáo về hình dạng phần tử không nhất thiết có nghĩa rằng ta có 1 phần tử có hình dạng không hợp lý. Ngược lại, cũng chưa hẳng ra sec