Điều này bao gồm mô phỏng, xác nhận và tối ưu hóa các sản phẩm, quy trình và công cụ sản xuất.Các lĩnh vực ứng dụng của CAE trong các ngành công nghiệp và trong đời sống là không có giới
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KĨ THUẬT GIAO THÔNG
***
BÀI BÁO CÁO HỌC TẬP MÔN CÔNG NGHỆ CAD/CAE
CHỦ ĐỀ: PHÂN TÍCH CAE VỀ CHI TIẾT MŨI KHOAN
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: HUỲNH LÊ HỒNG THÁI
SINH VIÊN: HỒ VIẾT HÒA
MSSV: 62130594
LỚP: 62.CKDL
Nha Trang, ngày 12 tháng 01 năm 2021
Trang 2MỤC LỤC
I Giới thiệu chung 3
1 Giới thiệu CAE 3
2 Giới thiệu về chi tiết mũi khoan 3
3 Công dụng 3
II Các bước phân tích CAE 3
III Phân tích CAE chi tiết mũi khoan 4
1 Bước 1: Xây dựng mô hình 3D bằng SolidWorks 4
2 Bước 2: Chọn kiểu phân tích 4
3 Bước 3: Nhập các thông số đầu vào cho chi tiết 4
4 Bước 4: Thiết lập điều kiện biên 5
5 Bước 5: Chọn độ lớn lực và mặt phẳng đặt lực 5
6 Bước 6: Chia lưới 6
7 Bước 7: Phân tích kết quả 7
IV Tìm hiểu về ảnh hưởng của vật liệu, độ lớn lực, hướng đặt lực, chia lưới đến kết quả 8
1 Bài toán 1: Xét sự ảnh hưởng của vật liệu 8
2 Bài toán 2: Xét sự ảnh hưởng của độ lớn lực 11
3 Bài toán 3: Xét sự ảnh hưởng của hướng đặt lực 14
4 Bài toán 4: Xét sự ảnh hưởng của cách chia lưới 16
V Kết luận 22
1 Độ bền 22
2 Kiến nghị 22
Trang 3I Giới thiệu chung:
1 Giới thiệu về CAE:
CAE (Computer Aided Engineering) là công nghệ sử dụng hệ thống máy tính để
phân tích các chức năng của sản phẩm do CAD tạo ra, cho phép các nhà thiết kế mô phỏng, tính toán cách sản phẩm sẽ hoạt động. Sao cho thiết kế có thể được tinh chỉnh và tối ưu hóa phù hợp với các điều kiện thực tế
Điều này bao gồm mô phỏng, xác nhận và tối ưu hóa các sản phẩm, quy trình và công cụ sản xuất.Các lĩnh vực ứng dụng của CAE trong các ngành công nghiệp và trong đời sống là không có giới hạn: Hàng không – vũ trụ, quốc phòng, năng lượng, kiến trúc – xây dựng, cơ khí, thiết bị công nghiệp, hàng tiêu dùng, công nghệ cao, vận tải, khoa học đời sống, sinh học – y học … Thậm chí là trong các quy trình, tiện ích dịch vụ, giáo dục…
- MỤC TIÊU:
o Tìm được ứng suất, chuyển vị, biến dạng của cơ cấu cần phân tích
o Xét sự ảnh hưởng của các yếu tố vật liệu, độ lớn về lực, phương đặt lực, chia lưới cơ cấu cần phân tích
o Tối ưu hóa cơ cấu
- MỤC ĐÍCH:
o Kiểm tra tính bền của chi tiết mũi khoan
o Mô phỏng hình dáng kết cấu trước khi chế tạo
2 Giới thiệu về chi tiết mũi khoan:
Mũi khoan là một chi tiết không thể thiếu trong máy khoan, nó đóng vai trò như lưỡi cắt trong
máy cắt sắt
Định nghĩa mũi khoan
Nhìn vào hình dáng bên ngoài có thể thấy mũi khoan có cấu tạo gồm 2 phần là phần
chuôi và phần làm việc
Trang 4 Phần chuôi: Để gắn mũi khoan vào máy khoan.
Phần làm việc: Đảm nhận nhiệm vụ cắt gọt và khoét lỗ trên bề mặt vật liệu Vì
vậy phần làm việc của mũi khoan cũng được chia thành 2 bộ phận là lưỡi cắt chính (tức là phần đầu của mũi khoan, nó sắc lẹm và đóng vai trò quyết định
máy khoan có khoan lỗ được hay không) và lưỡi cắt phụ (nằm trên các rãnh xoắn, vai trò tạo hình và đưa vật liệu thừa ra khỏi lỗ khoan)
Mũi khoan trên là mũi khoan gỗ xoắn thông dụng twist có cấu tạo đặc biệt
Là loại mũi khoan thông dụng dùng được cho cả khoan sắt, khoan gỗ, khoan bê
tông… Một số kích thước phổ biến như: 6mm, 8mm, 10mm, 12,7mm, 15mm và 16mm
Thường được làm từ thép hợp kim có độ cứng cao, giá bán cho mỗi loại mũi thường
sẽ phụ thuộc vào thương hiệu và vật liệu sản xuất Đối với các sản phẩm của Trung Quốc giá có thể chỉ từ 100,000 VND cho đến 500,000 VND Với các thương hiệu đến
từ Nhật Bản, Châu Âu… thì giá có thể lến đến tiền triệu cho mỗi mũi khoan
3.Công dụng
Chức năng chính của mũi khoan là để khoét lỗ trên bề mặt vật liệu như trên gỗ, đá, gạch, kim
loại, nhựa…
II Các bước phân tích CAE:
Để phân tích CAE chi tiết mũi khoan ta thực hiện các bước sau:
o Bước 1: Xây dựng lại mô hình 3D bằng Solidworks
o Bước 2: Chọn kiểu phân tích
o Bước 3: Nhập các thông số đầu vào của chi tiết
o Bước 4: Thiết lập các điều kiện biên
o Bước 5: Chọn mặt phẳng đặt lực
o Bước 6: Chia lưới
III Phân tích CAE chi tiết mũi khoan :
1 Bước 1: Xây dựng mô hình 3D bằng Solidworks.
Trang 5Bản vẽ 2D của chi tiết Cờ lê (như hình 1)
Hình 1: THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC 2D CỦA MŨI KHOAN
- Từ hình 1 ta xây dựng mô hình 3D bằng Solidworks (như hình 2)
Hình 2: MÔ HÌNH 3D MŨI KHOAN TRÊN SOLIDWORKS
2 Bước 2: Chọn kiểu phân tích:
- Để phân tích về ứng suất, chuyển vị, biến dạng dưới tác dụng của lực tĩnh ta chọn kiểu phân tích static (tĩnh)
3. Bước 3: Nhập các thông số đầu vào của chi tiết
Trang 6Trên thực tế các chi tiết mũi khoan tùy vào mục đích và điều kiện sử dụng khác nhau mà chúng cũng được chế tạo từ các vật liệu khác nhau.
- Trong bài toán này ta chọn chi tiết được chế tạo từ vật liệu alloy steel (thép hợp kim) có thông số như bảng 1
Bảng 1: THÔNG SỐ VẬT LIỆU
4. Bước 4: Thiết lập điều kiện biên
Chọn các mặt phẳng cố định trong khi làm việc: theo điều kiện là việc của mũi khoan ta chọn bề mặt mũi nhọn cuối mũi khoan khi tác dụng với trong quá trình làm việc là mặt phẳng cố định (như hình 3)
HÌNH 3: THIẾT LẬP ĐIỀU KIỆN BIÊN
5 Bước 5: Chọn độ lớn lực và mặt phẳng đặt lực:
Trong thực tế khi chi tiết làm việc thì momen xoắn tác dụng lên phần đầu của mũi khoan hướng lên trên hay xuống phía dưới thì tùy vào mục đích sử dụng Trong bài này ta phân tích nó là momen xoắn hướng từ trên xuống
Vì của mũi khoan có thể khoét lỗ trên bề mặt vật liệu như trên gỗ, gạch, kim
loại, … nên ta cho ta chọn momen xoắn là 60N
Trang 76 Bước 6: Chia lưới
Chọn kiểu chia lưới tự động của Solidworks (như hình 5) và thông số chia lưới (như bảng 2)
-Tăng mức độ chính xác của phân tích với những chi tiết mà không làm chậm quá trình tính toán đi nhiều
-Khắc phục một số lỗi khi một số part yêu cầu kích cỡ phần tử lớn hơn phần tử trung bình cần thiết của lưới
Hình 5: Chia lưới mặc định của solidworks
Bảng 2: Thông số chia lưới mặc định của Solidworks
7 Bước 7: Phân tích kết quả:
-Bài toán này cho ta phân tích ứng suất ,chuyển vị ,biến dạng
Trang 8A)Ứng suất
Hình 6: Kết quả phân tích ứng suất trên solidworks.
Dựa vào kết quả phân tích trên ,ta xác định đươc ứng suất cho phép =4.110e + 05.Ứng suất max=6.204e + 08 N/m2, b)Chuyển vị
Dựa vào kết quả phân tích ta xác định được điểm chuyển vị lớn nhất là phần đầu của mũi khoan nơi giao nhay của mũi khoan và đầu kẹp mũi khoan có độ lớn max là 1,348e-03
Trang 9c)Biến dạng
Hình 8.Kết quả phân tích kết quả biến dạng
Dựa vào kết quả phân tích xác định được các điểm có biến dạng lớn nhất là phần thân xoắn của mũi khoan có độ lớn
là 1.232e-06
IV Tìm hiểu về ảnh hưởng của vật liệu, độ lớn lực, hướng đặt lực, chia lưới đến
kết quả phân tích:
1 Bài toán 1: Xét sự ảnh hưởng của vật liệu đến kết quả phân tích:
- Ở bài toán này ta giữ nguyên chi tiết, kiểu phân tích, chia lưới như ở phần III nhưng thay đổi vật liệu chi tiết: Cast carbon steel (đúc thép cacbon) có bảng thông
số như bảng 3
Property Cast carbon steel
(đúc thép cacbon) Alloy steel(thép hợp kim) Units
Elastic Modulus 2e+11 2.1e+11 N/m^2
Yield Strength 248168000 620422000 N/m^2
Trang 10Thermal Conductivity 30 50 W/(m.K)
>>>> Ta thu được các kết quả về ứng suất,chuyển vị và biến dạng của kim loại tấm
Hình 9: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT CỦA SOLIDWORKS
Dựa vào kết quả phân tích trên ,ta xác định đươc ứng suất cho phép =4.015e + 05.Ứng suất max=2.482e + 08 N/m2, b)Chuyển vị
Trang 11Hình 10.Kết quả phân tích chuyển vị
Dựa vào kết quả phân tích ta xác định được điểm chuyển vị lớn nhất là phần đầu của mũi khoan nơi giao nhay của mũi khoan và đầu kẹp mũi khoan có độ lớn max là 1,447e-03 c) Biến dạng
Hình 11.Kết quả phân tích biến dạng
Trang 12Dựa vào kết quả phân tích xác định được các điểm có biến dạng lớn nhất là phần thân xoắn của mũi khoan có độ lớn
là 1.288e-06
Kết luận :
Thông số Alloy steel Cast carbon steel
Ứng suất Max cho phép 6.204e + 08 2.482e + 08
KẾT LUẬN: Khi thay đổi vật liệu từ Alloy steel (thép hợp kim) sang vật liệu Cast carbon
steel (đúc thép cacbon) thì chỉ thay đổi về ứng suất Max cho phép từ 6.204e + 08 N/m^2 và 2.482e+08 N/m^2 và các thông số khác về ứng suất, chuyển vi, biến dạng thì gần sấp xĩ nhau
2 Bài toán 2: Xét sự ảnh hưởng của độ lớn lực đến kết quả phân tích
Ở bài toán này ta giữ nguyên vật liệu alloy steel, chi tiết, kiểu phân tích, chia lưới như ở phần III nhưng thay đổi độ lớn lực F= 80 (N)
KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT, CHUYỂN VỊ, BIẾN DẠNG.
Hình 12: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT
Trang 13Ứng suất lớn nhất có độ lớn 5.479e+05 ( N/m2) Ứng suất cho phép lớn nhất =6.204e+08 ( N/m2)
Hình 13: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ
- Dựa vào kết quả phân tích ta xác định được chuyển vị lớn nhất có độ lớn 1.797e-03 tại vị trí đầu phần của mũi khoan
Hình 14: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG
- Dựa vào kết quả phân tích ta xác định được các điểm có biến dạng lớn nhất là ở giữa thân đến phần cuối mũi khoan có độ lớn là 1.643e-06
Trang 14KẾT LUẬN: Khi thay đổi độ lớn lực tác dụng F= 60 (N) thành F= 80 (N) thì thay đổi các thông số về ứng suất, chuyển vị, biến dạng như sau:
Ứng suất Max cho phép 6.204e + 08 6.204e+08
Nhìn vào bảng ta có thể thấy ứng suất của 60N tăng từ 4.110e+05 lên 5.479e+05, chuyển vị và biến dạng cũng tăng theo, còn ứng suất max cho phép thì không thay đổi.
- Ta có bảng kết quả phân tích ứng suất, chuyển vị, biến dạng của các lực F=20N, F= 40N, F= 60N, F= 80N, F= 100N của vật liệu alloy steel như bảng 5
Bảng 5: THÔNG SỐ ỨNG SUẤT, CHUYỂN VỊ, BIẾN DẠNG CỦA LỰC 100, 200, 300,
400, 500
Thông số F=20 (N) F=40 (N) F=60 (N) F=80 (N) F=100 (N) Ứng suất 1.370e+05 2.740e+05 4.110e+05 5.479e+05 6.849e+05 Chuyển vị 4.493e-04 8.987e-04 1.348e-03 1.797e-03 2.247e-03 Biến dạng 4.108e-07 8.215e-07 1.232e-06 1.643e-06 2.054e-06 Ứng suất Max
cho phép 6.204e+08 6.204e+08 6.204e+08 6.204e+08 6.204e+08
TỪ BẢNG TA CÓ BIỂU ĐỒ VỀ MỐI QUAN HỆ GIỮA ĐỘ LỚN LỰC VÀ ỨNG SUẤT SINH RA TRÊN MŨI KHOAN (như hình 15)
Trang 15Biểu đồ 1:Mối quan hệ giữ Lực và chuyển vị
Biểu đồ 2: Mối quan hệ của Lực và ứng suât
Trang 16Biểu đồ 3 : Mối quan hệ giữa Lực và Biến dạng
3 Bài toán 3: Xét sự ảnh hưởng của hướng đặt momen xoắn đến kết quả phân tích:
- Ở bài toán này ta giữ nguyên chi tiết, kiểu phân tích, chia lưới như ở phần III nhưng thay đổi hướng đặt lực ngược chiều như hình 18
Hình 18: CHỌN HƯỚNG ĐẶT LỰC
Trang 17a Ứng suất:
Hình 19: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT
- Ứng suất lớn nhất có độ lớn bằng 4.110e+05 ( N/m2) ứng suất cho phép lớn nhất là 6.204e+08 ( N/m2)
Hình 20: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ CỦA SOLIDWORKS
- Dựa vào kết quả phân tích ta xác định được chuyển vị lớn nhất có độ lớn 1.348e-03 tại vị trí phần đầu mũi khoan
c Biến dạng:
Trang 18Hình 21: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH BIẾN DẠNG TRÊN SOLIDWORKS
- Dựa vào kết quả phân tích ta xác định được các điểm có biến dạng lớn nhất là trên mặt phẳng giao nhau phần giữa và phần cuối của mũi khoan có độ lớn là 1.232e-06
KẾT LUẬN: Khi thay đổi chiều của momen xoẵn tác dụng thì ta nhận thấy ứng xuất Max cho
phép và chuyển vị ,ứng suất, biến dạng đều không thay đổi (như bảng 6)
Bảng 6: SO SÁNH ẢNH HƯỞNG CỦA HƯỚNG ĐẶT LỰC
4 Bài toán 4: Xét sự ảnh hưởng của chia lưới đến kết quả phân tích:
- Ở bài toán này ta giữ nguyên chi tiết, kiểu phân tích, hướng đặt lực, các điều kiện biên như
ở phần III nhưng thay đổi cách chia lưới
V Kết luận:
1 Độ bền.
- Khi thay đổi vật liệu Alloy steel (thép hợp kim) thành Cast carbon steel (đúc thep cacbon )ta thấy ứng suất , chuyển vị , biến dạng thay đổi ít nhưng ứng suất max thì thay đổi nhiều từ 6.204e + 08 xuống còn 2.482e + 08
- Độ lớn lực khi thay đổi từ 60 (N) lên 80 (N) cho thấy chi tiết mũi khoan có độ bền giảm dần khi lực tăng
- Ảnh hưởng của chiều đặt momen xoắn ngược lại với chi tiết cho thấy ứng suất và chuyển vị , biến dạng và cả ứng suất max đều không thay đổi gì
Trang 19- Qua phân tích ta thấy việc chia lưới có ảnh hưởng lớn đến ứng suất, chuyển vị, biến dạng
2 Kiến nghị.
- Để chi tiết có các thông số tốt hơn về hệ số an toàn, ứng suất, biến dạng, chuyển vị thì
ta có thể áp dụng các cách sau:
o Tăng kích thước chi tiết lên
o Thay đổi các vật liệu có các thông số kỹ thuật tốt hơn
o Giảm đường kính góc bo giữa thân và đầu chi tiết
