3.2.3.1. Xác định mật độ lưới hợp lý cho mơ hình tính tốn
Bản chất của phương pháp PTHH là rời rạc hố cấu trúc (mơ hình hình học) thành sự kết nối qua các điểm nút của một số hữu hạn các cấu trúc con (các phần tử). Số lượng nút và phần tử của mơ hình được thể hiện qua mật độ lưới chia.
ANSYS là phần mềm tính tốn bằng phương pháp PTHH lấy chuyển vị nút làm gốc, nghĩa là tồn bộ q trình đặt tải, tính tốn, xuất kết quả đều thực hiện tại các nút (nếu có đặt tải lên mơ hình hình học thì khi giải, chương trình cũng tự động chuyển các tải trọng đó về các nút). Do vậy số lượng nút và phần tử của mô hình ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của lời giải. Chọn mật độ lưới chia thích hợp là vấn đề cần thiết trong tính tốn bằng phương pháp PTHH, vì với lưới chia q thơ thì kết quả tính tốn có thể sai nghiêm trọng, và với lưới chia quá mịn có thể tiêu tốn rất nhiều thời gian tính tốn, thậm chí khơng thể thực hiện được với hệ thống máy tính hiện có. Ngồi ra, khi chia lưới q mịn có thể dẫn đến sai số kết quả tích luỹ tăng lên, lời giải khơng hội tụ [8].
Một số biện pháp ứng dụng trong vấn đề chia lưới như sau:
Phương pháp thử: Khởi đầu việc tính tốn với một lưới chia tạm xem
như chấp nhận được. Tính tốn lại với lưới chia nhiều phần tử hơn (2 hay nhiều lần) ở những vùng đặc biệt và so sánh hai kết quả tính. Nếu chúng gần như nhau thì lưới chia như vậy là thích hợp. Chú ý ưu tiên mơ hình có số lượng nút và phần tử ít hơn. Nếu khơng ta tiếp tục tăng số phần tử và tính tốn lại cho đến khi đạt yêu cầu.
Phương pháp so sánh: So sánh kết quả tính tốn sơ bộ với kết quả thực
nghiệm hay kết quả giải tích. Chia mịn lưới hơn ở những vùng có sai số lớn giữa kết quả tính và lời giải tham khảo. Nếu việc thêm phần tử vào lưới chia cho thấy chỉ một phần của cấu trúc cần chia nhỏ lưới PTHH, cần tập trung cho vùng này.
Sử dụng sinh lưới thích ứng kết hợp đánh giá sai số lời giải: Sử dụng
cách sinh lưới thích ứng để tạo ra một lưới chấp nhận được về sai số theo tiêu chuẩn năng lượng. Sai số này sẽ phụ thuộc vào u cầu tính tốn, thường là nhỏ
hơn hoặc bằng 10%. Việc sinh lưới thích ứng chỉ áp dụng được khi mơ hình hố thơng qua các đối tượng hình học.
Các phương pháp thử và so sánh đòi hỏi kinh nghiệm của người dùng chương trình, đồng thời cần có thời gian và sự kiên nhẫn.
Mơ hình tính tốn trong luận văn này được sử dụng đồng thời các phương pháp nêu trên để đánh giá độ mịn lưới chia của mơ hình. Do tính phức tạp của mơ hình hình học, việc chia lưới có qui tắc là khơng thể thực hiện được. Luận văn lựa chọn phương pháp chia lưới tự do, với lựa chọn điều khiển lưới toạ độ tổng thể (Global control) là Basis, độ mịn của lưới chia cấp độ 4.
3.2.3.2. Thiết lập mơ hình tính tốn cẳng tay của tay thuỷ lực
Để thiết lập mơ hình tính tốn (MHPTHH) cần xác định các đặc tính vật liệu và thuộc tính phần tử của nó. Theo tài liệu thiết kế, chế tạo TTL [2], các đặc tính vật liệu của cẳng tay thuỷ lực là thép CT5 có các thơng số kết cấu như sau (bảng 3.3):
Bảng 3.3:Đặc tính vật liệu của cẳng TTL.
STT Thông số Đơn vị Giá trị thông số
1 Môđun đàn hồi Mpa 215.109
2 Hệ số Pốt xơng 0,3
3 Khối lượng riêng Kg/m3 7850
Việc gán phần tử cho mơ hình bao gồm lựa chọn kiểu loại phần tử và hằng số đặc trưng của chúng. Thuộc tính phần tử cần phải đảm bảo được trạng thái ứng suất gắn với thực tế.
Trong thư viện phần tử có sẵn của ANSYS, cẳng tay thuỷ lực có thể mô tả bằng phần tử Solid 186. Phần tử Solid 186 như được mơ tả ở hình 3.10 là phần tử dạng khối- 20 nút. Mỗi nút có 3 bậc tự do tịnh tiến, đó là UX, UY, UZ. Đặc
trưng vật liệu là môdun đàn hồi EX, hệ số Poatxơng PRXY và khối lượng riêng DENS.
Hình3.10. Mơ tả phần tử kết cấu Solid 186
Sau khi đã xác định các thuộc tính phần tử và đặc tính vật liệu của cẳng tay thuỷ lực, tôi tiến hành chia lưới mơ hình hình học để nhận được mơ hình tính tốn cho cẳng tay thuỷ lực. Kết quả nhận được mơ hình tính tốn (MHPTHH) ở hình 3.11.
Các thơng số của mơ hình tính tốn của cẳng tay thuỷ lực được trình bày trong bảng 3.4:
Bảng 3.4. Các thơng số của mơ hình PTHH cẳng tay thuỷ lực
STT Thông số Giá trị thơng số 1 Kiểm sốt lưới toạ độ Tổng thể
2 Độ mịn lưới 4
3 Số nút lưới 96458
4 Tổng số phần tử 49503
5 Số phần tử Solid 186 49503
3.2.3.3. Thiết lập mơ hình tính tốn cánh tay của tay thuỷ lực
Theo tài liệu thiết kế, chế tạo tay thuỷ lực [2], các đặc tính vật liệu của cánh tay thuỷ lực là thép CT5 có các thơng số kết cấu như đã được trình bày trong bảng 3.3. Cũng như cẳng tay thuỷ lực, cánh tay thuỷ lực được mô tả bằng phần tử Solid 186 sẵn có trong thư viện phần tử của ANSYS.
Sau khi đã gán các đặc tính vật liệu và thuộc tính phần tử cho MHHH cánh tay thuỷ lực, tôi thực hiện chia lưới MHHH cánh tay thuỷ lực. Kết quả nhận được mơ hình tính tốn (MHPTHH) cánh tay thuỷ lực thể hiện ở hình 3.12.
Các thơng số của mơ hình tính tốn cánh tay thuỷ lực được trình bày trong bảng 3.5:
Bảng 3.5. Các thơng số của mơ hình PTHH cánh tay thuỷ lực
STT Thông số Giá trị thông số 1 Kiểm soát lưới toạ độ Tổng thể
2 Độ mịn lưới 4
3 Số nút lưới 115060
4 Tổng số phần tử 59820
5 Số phần tử Solid 186 59820
3.2.3.4. Thiết lập mơ hình tính tốn trụ quay của tay thuỷ lực
Để thiết lập mơ hình tính tốn trụ quay của tay thuỷ lực, trước hết cần xác định các đặc tính vật liệu và thuộc tính phần tử của trụ quay. Theo tài liệu thiết kế, chế tạo tay thuỷ lực [2], các đặc tính vật liệu trụ quay của tay thuỷ lực là thép 45 có các thơng số kết cấu như sau (bảng 3.6):
Bảng3.6:Đặc tính vật liệu của trụ quay
STT Thơng số Đơn vị Giá trị thông số
1 Môđun đàn hồi Mpa 210.109
2 Hệ số Pốt xơng 0,29
3 Khối lượng riêng Kg/m3 7850
Trong thư viện phần tử có sẵn của ANSYS , trụ quay của TTL được mô tả bằng phần tử Solid 186. Đặc trưng vật liệu là môdun đàn hồi EX, hệ số Poatxông PRXY và khối lượng riêng DENS.
Sau khi gán các đặc tính vật liệu và thuộc tính phần tử cho trụ quay của TTL, tôi thực hiện chia lưới cho MHHH của trụ quay. Kết quả nhận được mơ hình tính tốn (mơ hình PTHH) của trụ quay như ở hình 3.13.
Hình3.13. Mơ hình tính tốn (MHPTHH) trụ quay của tay thuỷ lực.
Các thơng số của mơ hình tính tốn trụ quay của TTL được trình bày trong bảng 3.7:
Bảng 3.7. Các thơng số của mơ hình tính tốn trụ quay của TTL
STT Thông số Giá trị thông số 1 Kiểm soát lưới toạ độ Tổng thể
2 Độ mịn lưới 4
3 Số nút lưới 35715
4 Tổng số phần tử 21952
5 Số phần tử Solid 21952