Modul này cho phộp người dựng cú thể chuẩn bị những thao tỏc để cho quỏ trỡnh giải bao gồm xõy dựng mụ hỡnh hỡnh học, định kiểu phần tử, lựa chọn mụ hỡnh vật liệu, chia lưới phần tử hữu hạn, đặt tải...
* Xõy dựng mụ hỡnh hỡnh học.
Dựng mụ hỡnh hỡnh học trong ANSYS workbench cú thể theo 2 khả năng: Xõy dựng trực tiếp và xõy dựng giỏn tiếp.
Phương phỏp thứ nhất là cú thể dựng trực tiếp mụ hỡnh hỡnh học trờn giao diện đồ hoạ của ANSYS workbench thụng qua cỏc lệnh mụ hỡnh. Nếu
mụ hỡnh bao gồm cỏc khối đơn giản thỡ cú thể dựng trực tiếp mụ hỡnh bằng cỏc khối cơ sở rồi sử dụng cỏc phộp toỏn lụgic để cú thể tạo được những mụ hỡnh phức tạp hơn. Nếu mụ hỡnh phức tạp thỡ thao tỏc bắt đầu từ cỏc điểm, rồi từ đú dựng thành đường, miền và khối thụng qua cỏc lệnh xử lý về đồ hoạ trong ANSYS workbench. Phương phỏp này cú ưu điểm là toàn bộ dữ liệu của mụ hỡnh hỡnh học của bài toỏn được đưa vào trực tiếp nờn khụng cú sai lệch khi chuyển đổi dữ liệu.
Phương phỏp thứ hai là xõy dựng mụ hỡnh từ những phần mềm thiết kế mạnh như Pro/ Engineer, Catia, SolidWork rồi liờn kết với Ansys workbench để đưa mụ hỡnh hỡnh học vào. Ưu điểm của phương phỏp này là cú thể dựng được những mụ hỡnh rất phức tạp nhưng trong quỏ trỡnh chuyển đổi lại gõy ra một sai số nhất định, đặc biệt rất khú điều khiển toạ độ cũng như tương quan vị trớ giữa cỏc bộ phận.
* Định kiểu phần tử
* Chọn kiểu phần tử là một bước quan trọng, nú xỏc định những đặc trưng dưới đõy của phần tử:
+ Bậc tự do (Degree of Freedom, DOF). Vớ dụ: Một kiểu phần tử nhiệt cú một DOF: TEMP (nhiệt độ), trong khi một kiểu phần tử kết cấu cú thể cú tới 6 DOF: UX, UY, UZ, RX, RY, RZ (ba thành phần chuyển vị dài theo trục và ba thành phần chuyển vị gúc quanh ba trục).
+ Dạng phần tử: hỡnh lục diện, hỡnh tứ diện, hỡnh tứ giỏc, hỡnh tam giỏc... + Khụng gian: 2D hoặc 3D.
+ Dạng giả thiết của trường chuyển vị: bậc nhất hoặc bậc hai.
Ansys cú một thư viện gồm hơn 150 kiểu phần tử để người dựng lựa chọn. * Phõn loại phần tử:
+ Cỏc phần tử một chiều:
- Phần tử thanh (Spar): LINK8, LINK180…
- Phần tử lũ xo (Spring)
+ Cỏc phần tử vỏ: SHELL51, SELL61, SELL163... + Cỏc phần tử khối 2D: PLANE25, PLANE42,...
- Dựng để tạo mụ hỡnh mặt cắt ngang của những đối tượng khối 3D. - Phải được mụ hỡnh hoỏ trong mặt phẳng X-Y của hệ toạ độ Đề cỏc tổng thể.
- Tất cả cỏc tải đều nằm trong mặt phẳng X-Y, và cỏc ứng xử (cỏc chuyển vị) cũng nằm trong mặt phẳng X-Y.
- Ứng xử của phần tử cú thể thuộc một trong cỏc bài toỏn sau: ứng suất phẳng, biến dạng phẳng, đối xứng trục, điều hoà đối xứng trục.
+ Cỏc phần tử khối 3D: SOLID92, SOLID95,SOLID164, SOLID185,... - Dựng cho những kết cấu mà do mụ hỡnh hỡnh học, vật liệu, tải, hoặc do yờu cầu kết quả chi tiết khụng thể mụ hỡnh hoỏ bằng những phần tử đơn giản hơn.
- Dựng để khi mụ hỡnh hỡnh học được nhập từ cỏc hệ CAD 3D, mà nếu chuyển sang mụ hỡnh 2D hoặc vỏ thỡ sẽ mất nhiều thời gian.
+ Một số dạng phần tử đặc biệt: COMBIN14, MASS21, MATRIX50... ANSYS workbench cũn cú khả năng cho phộp người dựng định nghĩa phần tử riờng tuỳ từng trường hợp cụ thể. Ngoài ra đối với từng bài toỏn ANSYS phõn chia thành cỏc lớp phần tử riờng như lớp phần tử dựng cho bài toỏn cấu trỳc, lớp phần tử dựng cho bài toỏn phõn tớch dũng chảy, lớp phần tử dựng cho bài toỏn nhiệt...Phần tử dựng trong mỗi lớp bài toỏn cú những yờu cầu riờng cũng như cỏc thụng số đầu vào và đầu ra khỏc nhau.
* Mụ hỡnh vật liệu
Mỗi phõn tớch đũi hỏi nhập vào một vài thuộc tớnh vật liệu: Mụ đun đàn hồi Ex đối với những phần tử kết cấu, độ dẫn nhiệt Kxx đối với những phần tử nhiệt...
ANSYS workbench cung cấp cho người dựng thư viện vật liệu với rất nhiều mụ hỡnh vật liệu khỏc nhau ứng dụng trong cỏc bài toỏn khỏc nhau: mụ hỡnh vật liệu đẳng hướng, dị hướng, đàn hồi phi tuyến, dẻo phụ thuộc tốc độ biến dạng, siờu đàn hồi...
* Chia lưới phần tử
Cú hai phương phỏp chia lưới chớnh: chia tự do và cú qui tắc. + Chia tự do như (hỡnh 3.2 a):
- Khụng hạn chế dạng phần tử. - Lưới khụng đi theo bất kỡ mẫu nào.
- Thớch hợp cho những dạng thể tớch và diện tớch phức tạp
(a) (b)
(a) (b)
a. Phương phỏp chia lưới tự do b. Phương phỏp chia lưới cú quy tắc Hỡnh 4.1 Cỏc phương phỏp chia lưới
+ Chia lưới cú qui tắc (hỡnh 3.2 b):
- Hạn chế dạng phần tử: dạng tứ giỏc cho diện tớch và dạng lục giỏc cho thể tớch.
- Cú một mẫu đều đặn với những dóy phần tử rừ rang.
- Thớch hợp duy nhất cho những thể tớch hoặc diện tớch "đều đặn" vớ dụ như hỡnh chữ nhật hay hỡnh hộp.
Tuỳ từng bài toỏn và đặc điểm cụ thể người dựng cú thể quyết định chia lưới theo một trong hai kiểu trờn. Kiểu chia lưới tự do thường được ỏp dụng trong bài toỏn kết cấu, kiểu chia lưới cú qui tắc thường được ỏp dụng trong bài toỏn phõn tớch biến dạng lớn.
* Mật độ lưới:
Nguyờn tắc cơ bản của FEA là khi số phần tử (mật độ lưới) tăng lờn, thỡ lời giải FEA càng tiến gần đến lời giải chớnh xỏc. Tuy nhiờn, khi số phần tử tăng lờn thỡ thời gian tớnh toỏn và nhu cầu về tài nguyờn mỏy tớnh cũng tăng lờn. Vớ dụ nếu cần giỏ trị chớnh xỏc của ứng suất sẽ cần một lưới chia mịn, khụng bỏ qua cỏc chi tiết hỡnh học tại cỏc vị trớ quan trọng của kết cấu. Nếu chỉ quan tõm đến chuyển vị (độ vừng chẳng hạn) hoặc ứng suất danh định thỡ lưới chia tương đối thụ là đủ và cỏc chi tiết hỡnh học nhỏ cú thể bỏ qua.