IV. kiểm nghiệm bền khung xe bằng phần mềm ansys
1.Xây dựng mô hình
Để xây dựng mô hình chính xác của khung xe ta chọn ph−ơng pháp xây dựng mô hình hình học sau đó chia l−ới để tạo mô hình phần tử hữu hạn. Cần chú ý rằng để giải quyết bài toán phần tử hữu hạn chúng ta cần có nút và phần tử chứ không chỉ là mô hình hình học, mô hình hình học không tham gia vào lời giải phần tử hữu hạn. Mô hình hình học của dầm dọc là một đoạn thẳng trong không gian đ−ợc xây dựng thông qua các điểm chốt của mô hình khung xe. Trong bài toán này các điểm chốt là các điểm nút của dầm hoặc các điểm đặt lực.
Đề án tổt nghiệp 2008 Tr−ờng ĐHGTVT
Sau khi có mô hình hình học ta tiến hành định nghĩa thuộc tính của phần tử. Kiểu phần tử đ−ợc chọn để mô tả các đoạn dầm là phần tử Beam 188. Hằng số đặc tr−ng của phần tử Beam 188 là đặc tr−ng hình học mặt cắt ngang của dầm dọc. Thuộc tính vật liệu ở đây là môdun đàn hồi và hệ số Poát-xông. Sau đó ta tiến hành gán phần tử Beam 188 cho các đoạn thẳng với tiết diện mặt cắt t−ơng ứng rồi chia l−ới để tạo mô hình phần tử hữu hạn.
2. Đặt tải và giải bài toán:
Sau khi xây dựng song mô hình phần tử hữu hạn ta tiến hành áp đặt tải trọng ,điều kiện biên rồi giải bài toán.
3. Khai thác kết quả:
Ta có thể lấy kết quả d−ới dạng bảng hoặc d−ới dạng biểu đồ
4. Kiểm tra tính đúng đắn của kết quả:
III.3. Nhận xét
Hiện nay với việc sử dụng các công cụ tin học vào việc tính toán thiết kế ô tô đảm bảo tính chính xác, đồng thời giảm bớt thời gian công sức của ng−ời thiết kế nhất là với việc tính bền khung xe. Ngoài ra với việc sử dụng các phần mềm tính bền mà một trong những phần mềm mà ngày càng đang đ−ợc ứng dụng triển khai ở n−ớc ta trong lĩnh v−ợc công nghiệp là phần mềm ANSYS. Ngoài việc sử dụng phần mềm để tính bền cho khung d−ới tác động của tải trọng tĩnh mà ta còn có thể kiểm nghiệm khung d−ới tác dụng của tải trọng động với mức độ chính xác cao so với các ph−ơng pháp cổ điển mà ta còn có thể kiểm tra va đập của khung xe, kiểm tra mô phỏng các ứng sử nh− khi bị đá rơi, đất đè,… mà việc tr−ớc đây khó có thể thực hiện hoặc rất vất vả cho ng−ời thiết kế kiểm tra.
Đề án tổt nghiệp 2008 Tr−ờng ĐHGTVT
IV. kiểm nghiệm bền khung xe bằng phần mềm ansys
IV.1. Giới thiệu về phần mềm ANSYS, các lĩnh vực áp dụng
Phần mềm Ansys do Công ty phần mềm Ansys ( Hoa Kỳ) phát triển, là một gói phần mềm hoàn chỉnh dựa trên ph−ơng pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng ứng sử của một hệ vật lý khi chịu tác động của các loại tải trọng khác nhau. Phép phân tích các phần tử hữu hạn là một ph−ơng pháp nhờ sự trợ giúp của máy tính để xác định ứng suất, biến dạng của các kết cấu. Ph−ơng pháp này chia kết cấu thành các khối nhỏ với dạng chuẩn đã biết, sau đó bài toán tổng thể sẽ đ−ợc giải quyết bằng việc sử dụng một phần tử liên kết. Phần mềm phân tích sẽ tự động tạo ra các biểu thức, ph−ơng trình để giải bài toán đặt ra và đ−a ra những kết quả cần thiết.
Phần mềm Ansys có nhiều tiện ích, giúp cho ng−ời sử dụng tính toán thiết kế nhanh chóng các nội dung nghiên cứu. Đồng thời cũng cho phép liên kết với một số ch−ơng trình phần mềm khác.
Do sử dụng ph−ơng pháp phần tử hữu hạn, ANSYS có thể giải nhiều dạng bài toán với các vật liệu và điều kiện biên khác nhau. Gốc của các bài toán này là hệ ph−ơng trình vi phân đạo hàm riêng, ph−ơng trình toán lý … có xét đến xác suất độ tin cậy và bài toán tối −u. Ch−ơng trình cho kết quả d−ới dạng đồ hoạ. Tr−ờng ứng suất và biến dạng đ−ợc đ−a ra d−ới dạng ảnh, cho phép quan sát và nhận biết đ−ợc tr−ờng phân bố của các giá trị vật lý nghiên cứu.
Chính vì vậy phần mềm Ansys đã đ−ợc sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật :
- Phân tích kết cấu : đ−ợc sử dụng để xác định tr−ờng chuyển vị, biến dạng, ứng suất và các phản lực.
- Động lực học biến dạng lớn : dùng để mô phỏng biến dạng rất lớn khi lực quán tính đóng vai trò quyết định.
Đề án tổt nghiệp 2008 Tr−ờng ĐHGTVT
- Phân tích nhiệt : dùng để xác định tr−ờng phân bố nhiệt độ trong một vật thể, l−ợng nhiệt mất đi hoặc tăng lên, gradient nhiệt và dòng nhiệt.
- Phân tích điện từ : đ−ợc sử dụng để tính toán từ tr−ờng trong các thiết bị điện tử, trong phân tích tĩnh điện tần số thấp và tần số cao.
- Tính toán động lực học dòng chảy : để xác định phân bố l−u l−ợng và nhiệt độ trong một dòng chảy.
- Phân tích t−ơng tác giữa các tr−ờng vật lý : xem xét t−ơng tác giữa hai hoặc nhiều tr−ờng vật lý khác nhau.
Hiện nay Ansys đã và đang đ−ợc sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh lực công nghiệp nh− :
- Công nghiệp vũ trụ, hàng không. - Công nghiệp ô tô.
- Y sinh.
- Xây dựng và cầu đ−ờng. - Điện tử và thiết bị điện tử.
- Máy móc, thiết bị công nghiệp nặng. - Các hệ vi cơ - điện tử.
- Dụng cụ thể thao.
*Trong lĩnh vực thiết kế tính toán ô tô nói riêng, Ansys có thể giải quyết nhiều bài toán khác nhau nh− : tính bền và tối −u kết cấu, thiết kế vỏ xe, tính toán khí động học ô tô, thiết kế nội thất… (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
IV.2. các b−ớc giải bài toán trong ansys.
Ch−ơng trình ANSYS có khả năng phân tích nhiều loại bài toán khác nhau từ các bài toán đơn giản, tuyến tính đến các bài toán phức tạp, phi tuyến cũng nh− các quá trình quá độ.
Thông th−ờng quá trình phân tích trong ANSYS có 3 b−ớc: 1. Xây dựng mô hình (Preprocessing)
Đề án tổt nghiệp 2008 Tr−ờng ĐHGTVT 2.Giải bài toán (Solution)
3.Hiển thị các kết quả (Postprocessing)
1. Xây dựng mô hình
Xây dựng mô hình là một công việc t−ơng đối phức tạp và chiếm nhiều thời gian khi giải bài toán bằng Ansys.
Có hai ph−ơng pháp để xây dựng mô hình tính toán : - Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn trực tiếp :
Theo ph−ơng pháp này các nút và phần tử đ−ợc ng−ời dùng trực tiếp tạo ra bằng các câu lệnh trong Ansys hoặc từ một số phần mềm khác. Ph−ơng thức này rất dễ hiểu và đặc biệt phù hợp với các mô hình đơn giản nh−ng với các mô hình phức tạp thì ph−ơng pháp trực tiếp trở nên rất cồng kềnh đôi khi đòi hỏi một nỗ lực thời gian lớn.
- Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn thông qua mô hình hình học :
Ph−ơng pháp này tốn nhiều thời gian hơn nh−ng cho phép chúng ta sử lý tốt hơn các mô hình phức tạp. Điểm cơ bản của ph−ơng pháp này là ta phải dựng mô hình hình học sau đó chia l−ới để tạo mô hình phần tử hữu hạn
Để xây dựng đ−ợc mô hình hình học chúng ta có thể nhập mô hình hình học vào Ansys từ nhiều ch−ơng trình đồ hoạ khác hoặc xây dựng trực tiếp trong Ansys.
Sau khi xây dựng mô hình hình học của vật thể, chúng ta tiến hành tạo mô hình phần tử hữu hạn bằng cách chia l−ới. Cần chú ý rằng để giải quyết bài toán phần tử hữu hạn chúng ta cần có nút và phần tử chứ không chỉ là mô hình hình học, mô hình hình học không tham gia vào lời giải phần tử hữu hạn.
Có ba b−ớc để tạo l−ới phần tử - Định nghĩa các thuộc tính phần tử
- Xác định các thông số điều khiển việc chia l−ới. - Tạo l−ới.
Đề án tổt nghiệp 2008 Tr−ờng ĐHGTVT
Thuộc tính phần tử là những đặc tr−ng của mô hình phần tử hữu hạn mà ng−ời dùng phải thiết lập tr−ớc khi chia l−ới, nói cách khác định nghĩa thuộc tính vật liệu giúp chúng ta mô hình hoá bài toán cần giải. Chúng bao gồm :
+ Các kiểu phần tử. + Các hằng số đặc tr−ng. + Các tính chất của vật liệu.
Trong đó chọn kiểu phần tử là một b−ớc rất quan trọng, nó xác định những đặc tr−ng d−ới đây của phần tử :
+ Bậc tự do (Degree of Freedom, DOF) : Ví dụ nh− một phần tử kết cấu có thể có 6 bậc tự do : 3 thành phần chuyển vị dài theo 3 trục UX, UY, UZ, 3 thành phần chuyển vị góc quanh 3 trục ROTX, ROTY, ROTZ.
+Dạng phần tử : Hình lục diện, hình tứ diện, hình tam giác. + Không gian : 2D hoặc 3D.
+ Dạng giả thiết của tr−ờng chuyển vị : Bậc nhất hoặc bậc hai.
Ansys có một th− viện chứa hơn 150 kiểu phần tử khác nhau để ng−ời dùng lựa chọn. Các phần tử thông dụng bao gồm :
+ Các phần tử một chiều (line elements). + Các phần tử vỏ (shells).
+ Các phần tử khối 2D (2D solids). + Các phần tử khối 3D (3D solids).
Sau khi chọn kiểu phần tử, chúng ta nhập các hằng số đặc tr−ng để bổ sung các đặc tr−ng hình học cho phần tử và nhập các thuộc tính vật liệu cần thiết rồi tiến hành chia l−ới.
Nguyên tắc cơ bản của phần tử hữu hạn là khi số phần tử (mật độ l−ới) tăng lên lời giải càng chính xác. Tuy nhiên khi số phần tử tăng lên thì thời gian tính toán và nhu cầu về tài nguyên máy tính cũng tăng lên một cách khủng khiếp.
Đề án tổt nghiệp 2008 Tr−ờng ĐHGTVT
2. Giải bài toán
Trong quá trình giải bài toán , có hai b−ớc chính là - Đặt tải lên mô hình. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Giải bài toán.
Trong phần mềm Ansys, chúng ta có thể định nghĩa năm loại tải :
- Những ràng buộc (DOF) : áp đặt bằng DOF, ví dụ nh− chuyển vị trong một phân tích ứng suất hoặc nhiệt độ trong một phân tích nhiệt.
- Tải tập trung (Concentrated Load) : Tải đặt vào điểm.
- Tải bề mặt (Surface Load) : Tải phân bố trên toàn bộ một bề mặt. - Tải vật thể (Body Load) : Tải thể tích hoặc tải tr−ờng.
- Tải quán tính (Inertia Load) : Tải khối l−ợng kết cấu hoặc tải quán tính. Có thể đặt tải lên mô hình hình học hoặc đặt trực tiếp trên mô hình phần tử hữu hạn. Đặt tải lên mô hình hình học nhanh hơn và không phụ thuộc vào l−ới phần tử nh−ng lực đặt lên không hiển thị đ−ợc ra mô hình. Cũng cần chú ý rằng dù cho cách đặt tải thế nào thì quá trình phân tích cũng cần phải có tải trên mô hình phần tử hữu hạn, vì thế tải đặt trên mô hình hình học sẽ đ−ợc tự động chuyển đến các nút và phần tử trong quá trình giải.
Sau khi đặt tải chúng ta giải bài toán bằng câu lệnh Solver. Chú ý rằng một phép phân tích tuyến tính tĩnh với một b−ớc tải chỉ yêu cầu một lời giải nh−ng với một phép phân tích phi tuyến hoặc tức thời có thể yêu cầu rất nhiều lời giải khác nhau. Đối với những bài toán này ph−ơng pháp mà chúng ta chọn để giải sẽ rất quan trọng.
Các ph−ơng pháp giải bài toán trong Ansys có thể đ−ợc phân loại thành ba dạng sau :
- Các ph−ơng pháp khử trực tiếp. - Các ph−ơng pháp lặp.
Đề án tổt nghiệp 2008 Tr−ờng ĐHGTVT
Đối với bài toán có nhiều điều kiện tải trọng, chúng ta có thể chọn một trong hai cách giải : Giải cho tất cả các tải đồng thời trong một b−ớc tải hoặc đặt riêng từng điều kiện tải trọng và giải nhiều b−ớc tải.
3. Hiển thị các kết quả
Xử lý kết quả là b−ớc cuối cùng trong quá trình phân tích phần tử hữu hạn. Từ các kết quả thu đ−ợc ta sẽ đ−a ra các quyết định về thiết kế nên cần khai thác kết quả một cách cẩn thận, đồng thời phải kiểm định lại kết quả.
Ansys có hai cách khai thác kết quả :
- POST1 : cách khai thác kết quả thông th−ờng, sẽ cho ta một tập hợp kết quả trên toàn bộ mô hình.
- POST26 : cách khai thác kết quả theo thời gian, để khai thác kết quả theo thời gian tại những điểm đ−ợc chọn trên mô hình. Cách này th−ờng áp dụng cho phân tích tức thời và phi tuyến.
IV.3.các phần tử sử dụng trong tính toán khung xe
Bài toán tính bền khung xe ô tô là bài toán phân tích kết cấu tuyến tính tĩnh với một b−ớc tải. Ph−ơng pháp giải bài toán này trong Ansys là t−ơng đối đơn giản. Công việc khó khăn nhất là chúng ta phải mô tả chính xác mô hình khung xe cũng nh− hệ thống treo của xe ô tô.
Sau khi nghiên cứu và lựa chọn trong th− viện phần tử của ANSYS, em nhận thấy có hai loại phần tử thích hợp với công việc xây dựng mô hình khung xe và mô tả hệ thống treo. Đó là phần tử COMBIN14 và BEAM 188.