1.1. Giới thiệu về phần mềm Cosmos.
1.1.1. Khái quát chung về phần mềm Cosmosdesignstar.
Cosmosdesignstar là một phần mềm có kiến trúc mở giải quyết đợc nhiều vấn đề khác nhau, có giao diện rất thuận tiện, thân thiện, dễ sử dụng và
đặc biệt có tính hiệu quả rất cao. Nhờ có kiến trúc mở nên nó có khả năng cho phép tích hợp nhiều yếu tố khác nhau nh phân tích phần mềm, sử dụng từng phần theo yêu cầu hoặc bổ xung vào các chơng trình khác.
Sau khi xây dựng mô hình trong hệ thống thiết kế CAD (Autocard, Solidworks, ) và đ… ợc lu lại, ta có thể mở mô hình trong Cosmosdesignstar. Trong Cosmosdesignstar, ta có thể tạo các bài kiểm nghiệm, xác định thuộc tính vật liệu, đặt tải trọng, thêm vào các
điều kiện biên, chia lới rồi chạy và quan sát kết quả.
Trong nhiều năm trở lại đây, phơng pháp phần tử hu hạn đợc xem nh là chiếc chìa khoá trong ngành công nghệ phần mềm, đặc biệt là phần mềm bổ trợ cho các lĩnh vực cơ khí, kiến trúcvà xây dựng. Không ngoại trừ điều này, phần mềm Cosmosdesignstar cũng vậy. Cơ sở phân tích tính toán của phần mềm này đợc lập trình bằng phơng pháp phần tử hữu hạn, thông qua việc tính toán và chia lới mô hình thành các phần tử nhỏ hơn để phân tích, độ mịn của chia lới là tuỳ chọn do ngời sử dụng chọn.
1.1.2. Một số khả năng phân tích trong Cosmosdesignstar.
Cosmosdesignstar cung cấp một số khả năng phân tích các bài toán kỹ thuật đợc thể hiện cụ thể dới đây:
a) Ph©n tÝch tÇn sè
Một trong những đạc điểm chung của cơ hệ là khi dao động nó không dao
động với một tần số nhất định mà dao động với rất nhiều tần số khác nhau, mặt khác trong một số trờng hợp cộng hởng xảy ra gây hại lớn cho cơ hệ do vậy ta thờng tính tần số này để tránh hiện tợng cộng hởng.
Cosmosdesignstarcung cấp công cụ tính toán, phân tích tần số cơ hệ một cách chính xác và hiệu quả.
b) Phân tích nhiệt
Dòng nhiệt luôn đợc truyền từ vật có nhiệt độ cao tới vật có nhiệt độ thấp và có rất nhiều cách truyền nhiệt khác nhau nh dẫn nhiệt, đối lu nhiệt và bức xạ nhiệt. Các cách truyền nhiệt khác nhau thực hiện theo các nguyên lý khác nhau do vậy rất phức tạp khi chúng ta phân tích tính toán sự truyền nhiệt này.Trong thực tế nhiệt độ có ảnh hởng rất lớn đến quá trình phân tích tính toán đối tợng. Cosmosdesignstar cung cấp công cụ hữu ích để giải quyết vấn đề này gọi là công cụ phân tích nhiệt trong Cosmosdesignstar.
c) Phân tích tĩnh tuyến tính
Phân tích tĩnh tuyến tính đợc chấp nhận khi thoả mãn điều kiện sau:
- Tất cả các tải trọng đợc đặt từ từ cho đến khi chúng đạt tới một độ lớn nhất
định, sau đó các tải trọng đợc duy trì không đổi.
- Tất cả các vật liệu tuân theo định luật Hook, ứng suất quan hệ tuyến tính với chuyển vị.
- Các chuyển vị đủ nhỏ để bỏ qua sự thay đổi độ cứng đợc gây ra bởi tải trọng.
- Các điều kiện biên không thay đổi trong suốt quá trình đặt tải trọng, các tải trọng không thay đổi về độ lớn, hớng tác dụng và sự phân bố.
Trong thực tế chúng ta hay dùng cách phân tích này vì đa số các trờng hợp tính toán ta chỉ giới hạn các đối tợng có tính chất tuyến tính, kết quả chạy tính toán nhanh và dễ hơn so với phân tích phi tuyến.
d) Phân tích phi tuyến
Trong phân tích phi tuyến, ngời ta xem nh quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị là tuyến tính, nhng trong thực tế hầu hết các cấu trúc có tính c xử phi tuyến do vậy phân tích tuyến tính chỉ đáp ứng đến độ chính xác nhất định. Trong vài trờng hợp có thể có sai số khá lớn khi phân tích tuyến tính, do vậy ta nên dùng công cụ phân tích phi tuyến để phân tích bài toán. Trong Cosmosdesignstar cung cấp công cụ cho phép thực hiện phân tích tính toán các bài toán phi tuyến.
e) Phân tích uốn tuyến tính
Các mô hình có trục đối xứng thờng có khuynh hớng uốn theo trục của nó d- ới tác dụng của tải trọng. Uốn có thể đợc xem nh biến dạng xảy ra đột ngột khi năng lợng dự trữ trong thanh đợc chuyển thành năng lợng uốn mà không có sự thay đổi lớn nào của tải trọng đặt vào. Theo mặt toán học, khi uốn xảy ra, ma trận tổng độ cứng trở thành ma trận đơn. Trong thực tế hầu hết các đối tợng nghiên cứu đều có dạng đối xứng theo trục do vậy phân tích uốn tuyến tính này rất hay đợc dùng trong các bài toán kỹ thuật.
f) Phân tích dòng chất lỏng và khí
Phân tích dòng dùng để phân tích truyền nhiệt và chuyển động của dòng chất lỏng và khí. Phân tích dòng giải quyết hệ phơng trình toán học thể hiện các chuyển đổi nhiệt và động lợng trong khối chất lỏng chuyển động. Phơng pháp phần tử hữu hạn đợc sử dụng để giải quyết các bài toán liên quan đến chất lỏng, bằng cách chuyển đổi hệ phơng trình vi phân chuyển động của khối chất lỏng thành hệ phơng trình đại số sau đó giải quyết các bài toán xấp xĩ đến độ chính xác nhất định.
Dới đây là danh sách liệt kê các tính chất và chức năng trong CosmosFlow:
+ Tính năng hình học:
- Chỉ có mô hình 3D mới có thể đợc phân tích trong Cosmosflow.
- Toạ độ phân tích tuân theo toạ độ Descartes.
+ Khả năng phân tích dòng:
- Phân tích dòng hỗn loạn và dòng phân lớp . - Phân tích dòng một pha và dòng nhiều pha.
- Phân tích dòng Newton và dòng phi Newton.
- Phân tích dòng trong và dòng ngoài.
- Phân tích các yếu tố cản dòng.
- Phân tích sự giao thoa của các chuyển đổi nhiệt.
- Phân tích khả năng truyền dẫn nhiệt.
- Phân tích luồng nhiệt + Tính năng phân tích dòng:
- Xử lý nhiều chức năng cùng một lúc.
- Giải quyết các ma trận cấp cao không đối xứng.
- Xử lý tích hợp nhiều kết quả.
- Xây dựng các bảng quan sát theo dạng form.
- Hiệu chỉnh các thuộc tính cơ sở tuỳ theo ngời sử dụng.
Khả năng phân tích một hệ phức tạp nh một cái cầu chẳng hạn, đợc thể hiện nh sau:
Hình 3.1: Cosmos phân tích kết cấu dạng khung, dàn
Với các chi tiết phức tạp nh bánh răng,..cũng có thể phân tích đợc bằng phần mềm Cosmos nh sau:
Hình 3.2: Cosmos phân tích chi tiết dạng phức tạp 1.2. Kiểm nghiệm khi cầu trục làm việc bằng phần mềm Cosmos.
Các chi tiết, bộ phận của cầu trục đợc xây dựng trên SolidWorks sau đó chuyển sang phần mềm Cosmos. Để phân tích tĩnh đợc trên Cosmos trớc tiên phải tạo một Study mới sau đó gán vật liệu cho từng bộ phận thích hợp. Xác
định vị trí liên kết cố định và vị trí lực tác dụng. Cuối cùng là chia lới và chạy chơng trình phân tích tự động. Kết quả phân tích dầm chính cầu trục bằng phần mềm Cosmos với các lực tác dụng đợc xác định trên các phần tính toán giải tích ở trên.
Hình vẽ cầu trục trên phần mềm SolidWorks:
Hình 3.3: Hình ảnh cầu trục trên phần mềm SolidWorks Kiểm nghiệm trong trờng hợp vật nâng khởi động hay phanh đột ngột.
Cỏc kết quả kiểm nghiệm cho thấy ứng suất, độ vừng, phản lực liờn kết, biến dạng, hệ số an toàn.. đợc hiển thị bằng bảng màu và giá trị tơng ứng trên thanh giá trị trên của sổ làm việc của Cosmos.
Sơ đồ đặt lực nh sau:
Hình 3.4 : Sơ đồ đặt lực trên phần mềm Cosmos
Sau khi đợc chia lới và chạy chơng trình trên Cosmos ta có kết quả sau:
Hình ảnh sau khi chia lới:
Hình 3.5 : Cầu trục sau khi chia lới ứng suất:
Hình 3.6 : ứng suất Vôn-miss
Nhận xét: ứng suất lớn nhất tác dụng lên dầm chính của cầu trục theo tiêu chuẩn Vôn-Miss là 1,322.108 nhỏ hơn ứng suất chảy của vật liệu làm cầu trục là [σ]ch = 3,45.108. Nh vậy cầu trục thừa bền. Biện pháp hạn chế sự lãng phí vật liệu trong trờng hợp này là giảm số gân tăng cứng trên dầm chính, tăng khoảng cách giữa các gân tăng cứng lên hoặc cũng có thể giảm bề dày của dÇm chÝnh.
Các ứng suất theo ba trục x, y, z nh sau:
Theo trôc x:
Hình 3.7 : ứng suất theo phơng x
Theo trôc y:
Hình 3.8 : ứng suất theo phơng y Theo trôc z:
Hình 3.9 : ứng suất theo phơng z
Cờng độ ứng suất:
Hình 3.10 : cờng độ ứng suất Xét chuyển vị của dầm:
Hình 3.11 : Chuyển vị chung của cầu trục
Nhận xét: Độ võng phải thoả mãn điều kiện 6mm 1000
6000 1000
f ≤ L = = . §é
vừng của dầm tại vị trớ nguy hiểm nhất đợc kiểm nghiệm bằng phần mềm Cosmos là 2,849 mm. Vậy cầu trục đảm bảo điều kiện cứng.
Chuyển vị của cầu trục theo các phơng:
Theo phơng x:
Hình 3.12 : Chuyển vị của cầu trục theo phơng x
Theo phơng y:
Hình 3.13 : Chuyển vị của cầu trục theo phơng y Theo phơng z:
Hình 3.14 : Chuyển vị của cầu trục theo phơng z
Phản lực tính toán chung:
Hình 3.15 : Phản lực tính toán chung Sức căng:
Hình 3.16 : Sức căng của cầu trục
Biến dạng:
Hình 3.17 : Biến dạng của cầu trục Hệ số an toàn:
Hình 3.18 : Hệ số an toàn của cầu trục
Nhận xét: Hệ số an toàn thấp nhất là 2,61 chính là vị trí giữa dầm chính.