Nghiên cứu tự động hóa quá trình thiết kế khung ô tô khách luận văn thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật cơ khí động lực

Vì vậy, các tác giải thường tập trung vào việc tìm kiếm các phương pháp, công cụ thiết kế và mô hình hóa kết cấu khung xương ô tô khách để nghiên cứu tính toán kết cấu và đưa ra phương p

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS: NGUYỄN VĂN BANG

Hà Nội - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây mà công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các phần nội dung, số liệu, kết quả là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công

bố trong bất kì công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 11 năm 2015

Học viên thực hiện

Trần Văn Mừng

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện nghiên cứu, luận văn “Nghiên cứu tự động hóa

quá trình thiết kế khung ô tô khách”, ngoài sự nỗ lực làm việc của bản thân, em

đã nhận được giúp đỡ nhiệt tình từ phía gia đình, thầy cô và tập thể bạn bè giúp em hoàn thành đề tài

Em xin chân thành cảm ơn:

- Ban giám hiệu trường Đại học Giao Thông Vận Tải

- Quý Thầy cô Khoa Cơ khí

- Thầy PGS TS Nguyễn Văn Bang đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành luận văn này

Trong quá trình thực hiện đề tài học viên đã cố gắng thực hiện, đạt được những kết quả nhất định tuy nhiên chắc chắn vẫn còn nhiều sai xót Rất mong nhận được sự góp ý của Quý thầy cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn

Trân trọng cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2

1.1 Sự cần thiết của đề tài 2

1.2 Những vấn đề chung về quá trình thiết kế khung ô tô khách 2

1.3 Hiện trạng nghiên cứu trong và ngoài nước 3

1.3.1 Nghiên cứu trong nước 3

1.3.2 Nghiên cứu ngoài nước 3

1.4 Xác định mục tiêu, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu 4

1.5 Kết luận chương 1 5

CHƯƠNG 2: SỬ DỤNG PHẦN MỀM ANSYS VÀ CATIA TRONG THIẾT KẾ KHUNG XƯƠNG Ô TÔ KHÁCH 6

2.1 Giới thiệu các phần mềm 6

2.1.1 Giới thiệu phầm mềm Ansys 6

2.1.1.1 Tổng quan về Ansys Workbench 8

2.1.1.2 Quy trình thực hiện mô phỏng trên Ansys Wrokbench 11

2.1.2 Giới thiệu phần mềm Catia 12

2.1.2.1 Một số ứng dụng của phần mềm 13

2.1.2.2 Chức năng của các modul chính trong Citia 15

2.2 Ứng dụng các phần mềm trong thiết kế 18

2.2.1 Phần mềm Ansys Workbench 18

2.2.2 Phần mềm Catia 31

2.3 Kết luận chương 2 35

CHƯƠNG 3: TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ KHUNG XƯƠNG Ô TÔ KHÁCH 36

3.1 Giới thiệu ô tô khách thiết kế 36

3.2 Tự động hóa thiết kế kết cấu khung xương 41

3.2.1 Quá trình xây dựng mô hình hình học khung xương ô tô khách 42

3.2.1.1 Khung xương mảng sàn 43

3.2.1.2 Khung xương mảng trần 44

3.2.1.3 Khung xương mảng đầu 45

3.2.1.4 Tạo liên kết giữa các mảng khung xương 46

3.2.1.5 Tự động hóa thay đổi bản vẽ kết cấu khung xương 47

3.2.2 Quá trình nhập và chỉnh sửa mô hình 49

3.3 Tự động hóa tính toán bền khung xương 52

3.3.1 Các chỉ tiêu về độ bền 52

3.3.2 Tự động hóa tính toán bền khung xương 55

3.4 Tự động xuất bản vẽ phục vụ chế tạo khung xương 64

3.5 Kết luận chương 3 66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

PHỤ LỤC 69

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Thanh công cụ Tootbox 9

Hình 2.2: Sơ đồ phân tích cơ bản 9

Hình 2.3: Sơ đồ chia sẻ dữ liệu giữa các bộ giải 10

Hình 2.4: Nhập mô hình CAD vào Workbench 11

Hình 2.5: Khung xương xe khách thiết kế bằng Catia 13

Hình 2.6: Động lực học máy bay mô phỏng bằng Catia 13

Hình 2.7: Mô phỏng gia công phay bằng Catia 14

Hình 2.8: Phân tích động lực học bằng Catia 14

Hình 2.9: Thiết kế xây dựng và kiến trúc bằng Catia 14

Hình 2.10: Thiết kế đường ống cấp bằng Catia 15

Hình 2.11: Module Mechanical Design 16

Hình 2.12: Module Shape 16

Hình 2.13: Module Machining 17

Hình 2.14: Module Machining Simulation 17

Hình 2.15: Khởi động Geometry DesignModeler 18

Hình 2.16: Nhập mô hình CAD 19

Hình 2.17: Mô hình CAD 19

Hình 2.18: Boolean mặt đáy 20

Hình 2.19: Boolean các cạnh còn lại 20

Hình 2.20: Tạo Part cho các Boolean 21

Hình 2.21: Quá trình chọn và chỉnh sửa kích thước cho tiết diện 22

Hình 2.22: Gán mặt cắt ngang cho line body 22

Hình 2.23: Mô hình CAD hoàn chỉnh 23

Hình 2.24: Khởi động Static Structural 23

Hình 2.25: Kích thước lưới chia tự động 24

Hình 2.26: Kích thước lưới sau khi làm mịn 25

Hình 2.27: Các tiêu chuẩn chất lượng lưới 25

Hình 2.28: Đặt hạn chế chuyển vị 26

Hình 2.29: Đặt khối lượng tập trung 27

Hình 2.30: Đặt lực trọng trường cho bài toán 27

Hình 2.31: Thư viện vật liệu 28

Hình 2.32: Xuất kết quả quá trình mô phỏng 29

Hình 2.33: Chuyển vị tổng thể khung xe 29

Hình 2.34: Ứng suất toàn bộ khung xe 29

Hình 2.35: Nhập mô hình CAD và gán tiết diện mặt cắt 30

Hình 2.36: Chuyển vị tổng thể khung xe mới 30

Hình 2.37: Ứng suất toàn bộ khung xe mới 31

Hình 2.38: Tạo Part Design 32

Hình 2.39: Vẽ và chỉnh sửa kích thước 33

Hình 2.40: Vẽ các đường thẳng đối xứng 33

Hình 2.41: Tạo mặt phẳng đối xứng 34

Hình 2.42: Vẽ và chỉnh sửa các cạnh 34

Hình 2.43: Khung mô hình xây dựng dạng đường Line 34

Hình 2.44: Bản vẽ mô hình 2D 35

Hình 3.1: Tuyến hình ô tô khách TB115CT – WLFII 36

Hình 3.2: Bố trí khoang hành khách 37

Hình 3.3: Ô tô satxi cơ sở 40

Hình 3.4: Kết cấu khung satxi ô tô cơ sở 41

Hình 3.5: Bảng thông số Excel 43

Hình 3.6: Bản vẽ tổng thế khung xương ô tô khách 47

Hình 3.7: Quá trình thay đổi kết cấu khung xương 48

Hình 3.8: Bản vẽ tổng thế khung xương ô tô khách mới 48

Hình 3.9: Quá trình nhập mô hình CAD từ file Catia 49

Hình 3.10: Tạo Boolean cho các mảng khung xương 50

Hình 3.11: Mô hình 3D mảng nóc 51

Hình 3.12: Mô hình 3D mảng sàn 51

Hình 3.13: Mô hình 3D mảng hông trái và phải 51

Hình 3.14: Mô hình 3D mảng đầu và mảng đuôi 52

Hình 3.15: Mô hình 3D tổng thể kết cấu khung xương ô tô khách 52

Hình 3.16: Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn 57

Hình 3.17: Đặt các hạn chế chuyển vị 59

Hình 3.18: Đặt khối lượng tập trung 59

Hình 3.19: Đặt lực trọng trường cho bài toán 60

Hình 3.20: Chọn vật liệu cho mô hình 60

Hình 3.21: Kết quả mô phỏng chuyển vị tổng thể khung xương 61

Hình 3.22: Kết quả mô phỏng ứng suất tổng thể khung xương 62

Hình 3.23: Thay đổi tiết diện mặt cắt 63

Hình 3.24: Kết quả mô phỏng chuyển vị sau khi thay đổi 63

Hình 3.25: Bản vẽ 2D khung xương mảng sàn 66

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật xe ô tô khách TB115CT – WLFII 37

Bảng 3.2: Các lệnh xây dựng mô hình khung xương mảng sàn 43

Bảng 3.3: Các lệnh xây dựng mô hình khung xương mảng trần 44

Bảng 3.4: Các lệnh xây dựng mô hình khung xương mảng đầu 45

Bảng 3.5: Các lệnh tạo liên kết giữa các mảng khung xương 46

Bảng 3.6: Các lệnh trong quá trình tự động hóa thay đổi kết cấu khung xương 47

Bảng 3.7: Các lệnh trong quá trình tạo liên kết giữa Excel và hàm (fx) 49

Bảng 3.8: Khối lượng các cụm, tổng thành và hành khách 55

Bảng 3.9: Tiêu chuẩn lưới và khối lượng bản thân khung 58

Bảng 3.10: Kết quả mô phỏng chuyển vị tổng thể khung xương 61

Bảng 3.11: Kết quả chuyển vị sau khi tối ưu 64

Bảng 3.12: Các lệnh tạo liên kết giữa các mảng khung xương 64

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, nước ta đang tiến hành công nghiệp hóa và hiện đại hóa với mục tiêu phấn đấu đưa Việt Nam trở thành nước công nghiệp Đã có nhiều chính sách mở cửa đầu tư thu hút vốn đầu tư trong và ngoài nước nhằm phát triển các ngành công nghiệp Trong đó phát triển ngành công nghiệp ô tô được quan tâm sâu sắc, có khả năng đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và hơn thế là vươn

ra khu vực và thế giới

Hiện nay, các doanh nghiệp trong nước đang cố gắng tăng tỉ lệ nội địa hóa nhằm góp phần giảm giá thành phẩm sản phẩm, tăng công ăn việc làm cho lao động trong nước Các công ty trong nước thường nhập xe satxi từ nước ngoài về dựa trên

cơ sở đó tiếp tục hoàn thiện phần khung vỏ và hoàn thiện nội ngoại thất phù hợp với nhu cầu, điều kiện sủ dụng trong nước Trong kết cấu ô tô khách, kết cấu khung xương đóng vai trò hết sức quan trọng, là nơi chứa hành khách, lái xe và hành khách, có ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền vững, dao động và độ an toàn của thân xe Tuy nhiên từ trước tới nay việc tự động hóa quá trình thiết kế còn hạn chế làm cho kết cấu của khung ô tô khách chưa hợp lí (Khối lượng lớn, sức bền và độ cứng còn chưa đồng đều,…vv) và thời gian thiết kế kéo dài Với việc thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu tự động hóa quá trình thiết kế khung ô tô khách” hi vọng sẽ khắc

phục được một phần các khiếm khuyết trên

Đề tài được thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy PGS TS Nguyễn Văn Bang, tại trường Đại học Giao Thông Vận Tải Trong qua trình nghiên cứu học viên không tránh khỏi sai xót, rất mong nhận được sự chỉ vảo từ tất cả Quý thầy

Xin trân trọng cảm ơn!

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Sự cần thiết của đề tài

Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật, các ngành kinh tế làm cho mức sống được nâng lên, nhu cầu đi lại, vận chuyển lại càng được quan tâm hoàn thiện không ngừng Trong các loại phương tiện giao thông hiện đang được sử dụng trên thế giới cũng như ở Việt Nam thì phương tiện giao thông đường

bộ mà đặc biệt ôtô là loại phương tiện được sử dụng phổ biến nhất, do nó có nhiều

ưu điểm hơn so với các loại khác: Cơ động, giá thành rẻ, nhanh gọn

Nhu cầu sử dụng phương tiện tập thể là rất lớn, như vận chuyển ô tô khách liên tỉnh, vận chuyển hành khách cho các công ty xí nghiệp và trường học, Để đáp ứng được nhu cầu của xã hội, các doanh nghiệp trong nước không ngừng nâng cao chất lượng và số lượng phương tiện (Ô tô khách) theo yêu cầu và mục đích sử dụng của khách hàng Do hạn chế về kỹ thuật ô tô trong nước hiện nay nên ô tô khách thường được nhập khẩu nguyên chiếc hoặc nhập phụ kiện từ các hãng nước ngoài

về lắp ráp, tỉ lệ nội địa hóa thấp dẫn đến giá thành còn cao Việc chế tạo khung vỏ ô

tô khách trong nước góp phần đáng kể vào việc tăng tỉ lệ nội địa hóa của các ô tô khách sản xuất và lắp ráp trong nước, góp phần giảm giá thành phẩm, tăng công ăn việc làm trong nước Tuy nhiên từ trước tới nay việc tự động hóa quá trình thiết kế còn hạn chế làm cho kết cấu của khung ô tô khách chưa hợp lí (Khối lượng lớn, sức bền và độ cứng còn chưa đồng đều,…vv) và thời gian thiết kế kéo dài Với việc thực hiện đề tài này hi vọng sẽ khắc phục được một phần các khiếm khuyết trên, ngoài ra làm tài liệu trong giảng dạy và nghiên cứu khoa học

Ngành công nghiệp ô tô hiện nay ngày càng thay đổi mạnh mẽ về kết cấu nhằm đáp ứng những nhu cầu vận chuyển, đi lại của con người bên cạnh đó yếu tố

an toàn, giá thành cũng được hết sức quan tâm Trong kết cấu ô tô khách, khung vỏ

là bộ phận hết sức quan trọng dùng để chứa lái xe, hành khách và hàng hóa Việc thiết kế khung ô tô phải hợp lí về hình dạng, khí động lực học, tính thẩm mĩ cao, đảm bảo độ bền vững, chống rung ồn mang tới cảm giác an toàn, thoải mãi cho lái

xe và hành khách

Quá trình thiết kế khung ô tô khách trong nước thường dựa trên các thiết kế

đã có sẵn của nước ngoài, việc thiết kế giảm trọng lượng và tính toán độ bền vững thường dựa trên các khung ô tô này sau khi đưa vào sản xuất và lắp ráp Hai quy trình này không diễn ra đồng dẫn tới việc khung ô tô khách trong nước khối lượng lớn, độ bền không đồng đều, tính kinh tế chưa cao và thời gian thiết kế còn dài,…

Do đó đòi hỏi phải có một liên kết giữa hai quy trình này nhằm giảm thiểu các khiếm khuyết trên

1.3.1 Nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, các hướng nghiên cứu thiết kế cải tiến, tối ưu hóa khung xương

ô tô khách chủ yếu tập trung tính toán mô phỏng trạng thái bền, tính ổn định và tính năng an toàn bị động của ô tô (Khi sảy ra va chạm) hoặc tính bền trên cơ sở các xe

ô tô khách đã được đưa vào sản xuất Một số đề tài tốt nghiệp thực hiện thiết kế khung xương ô tô khách dựa trên thiết kế đã có sẵn của các hãng nước ngoài mà không cần tính toán bền cho khung xương Việc nghiên cứu quá trình tự động hóa thiết kế khung xương ô tô khách vẫn chưa được thực hiện, hiện tại cũng chưa thấy một công trình nghiên cứu hay bài báo cáo khoa học nào liên quan được công bố

Do vậy, việc nghiên cứu góp phần tăng tỉ lệ nội địa hóa ô tô khách sản xuất và lắp ráp trong nước, đảm bảo độ bền vững, giảm giá thành phẩm và thời gian thiết kế là hết sức cần thiết

1.3.2 Nghiên cứu ngoài nước

Nghiên cứu thiết kế khung xương ô tô là khâu nghiên cứu quan trọng không thể thiếu trong việc nghiên cứu thiết kế ô tô Trên thế giới việc nghiên cứu tính toán

lý thuyết cũng như tiến hành thử nghiệm để thiết kế và hoàn thiện khung xương ô tô khách đã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Việc thử nghiệm đối với khung xương ô tô khách thường được tiến hành tại các nhà máy, cơ sở nghiên cứu của các hãng ô tô lớn trên thế giới do chi phí cho việc này rất cao Vì vậy, các tác giải thường tập trung vào việc tìm kiếm các phương pháp, công cụ thiết kế và mô hình hóa kết cấu khung xương ô tô khách để nghiên cứu tính toán kết cấu và đưa ra phương pháp thiết kế tối ưu Các hướng nghiên cứu được thực hiện qua các đề tài như:

- Nghiên cứu ảnh hưởng của cửa sổ, độ cứng của khung xương và vỏ đến

độ bền vững của xe ô tô khách của Josifina Falck [5]

- Nghiên cứu ứng dụng máy tính vào việc thiết kế khung xương xe ô tô khách của Hussein, Hussein MA; Harrich Alexader [6]

Các kết quả nghiên cứu của các tác giả nước ngoài đã tương đối hoàn thiện, tuy nhiên đó là nghiên cứu bản quyền của các công ty hoặc chưa được công bố rộng rãi, sâu sắc nên cần phải có những nghiên cứu riêng về vấn đề này

- Mục tiêu nghiên cứu:

Nghiên cứu tự động hóa quá trình thiết kế khung ô tô khách sản xuất lắp rắp tại Việt Nam bằng cách sử dụng dụng các phần mềm Ansys và Catia Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng trong thiết kế sản xuất, lắp ráp khung xương ô tô khách trong nước và dùng làm tài liệu tham khảo trong giảng dạy và nghiên cứu khoa học

- Đối tượng nghiên cứu:

+ Đối tượng nghiên cứu của đề tài là khung xương ô tô khách chịu tải ½ sản xuất lắp ráp tại Việt Nam

+ Những phần mềm ứng dụng, sử dụng trong quá trình thực hiện đề tài và các vật liệu gán vào kết cấu khung xương ô tô khách để thực hiện nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu:

Thực hiện tự động hóa quá trình thiết kế kết cấu và tính toán bền khung xương để hợp lí hóa về kết cấu, về khối lượng, về độ bền, về độ cứng của khung ô tô khách phù hợp với điều kiện công nghệ trong nước Đề xuất các kết quả ngiên cứu có khả năng ứng dụng vào việc chế tạo khung xương ô tô khách tại các nhà máy sản xuất lắp ráp trong nước

- Phương pháp nghiên cứu:

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp, gồm các bước sau: + Nghiên cứu lý thuyết: Xây dựng mô hình 3D khung xương ô tô khách bằng phần mềm Catia, sử dụng lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng và tính toán bền khung xương ô tô khách đã thiết kế

+ Nghiên cứu mô phỏng: Trên cơ sở phân tích kết quả mô phỏng tiến hành đánh giá và tối ưu hóa thiết kế, từ đó đưa ra được quy trình thiết kế khung xương ô

tô khách hợp lý

1 Phân tích được tình hình nghiên cứu thiết kế khung xương ô tô khách trong nước Từ đó đưa ra mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phạm vi và phương pháp nghiên cứu

2 Đưa ra phương pháp tính toán thiết kế và ứng dụng các phần mềm vào quá trình tự động hóa quá trình thiết kế khung ô tô khách

3 Phân tích, đánh giá kết quả mô phỏng thu được Từ đó tối ưu hóa khung xương ô tô khách theo yêu cầu đặt ra

số kết cấu không cần thiết, giảm được chi phí sản xuất, giảm được các công đoạn kiểm tra đánh giá Trước đây, các phần mềm dùng để thiết kế cơ khí, lắp ráp và mô phỏng động lực học thường không thể tính toán được các bài toán cơ học vật rắn, cơ học thủy khí, các bài toán tính bền kết cấu, các bài toán động, các bài toán tuyến tính và phi tuyến,các bài toán về điện từ trường, các bài toán tương tác đa vật lý,… Ngược lại, các phần mềm ứng dụng trong tính toán thì không có khả năng thiết kế,

mô phỏng và lắp ráp Những năm gần đây, nhờ việc phát triển của các phần mềm công nghiệp và sự hợp tác của các nhà cung cấp phần mềm đã giải quyết được các vấn đề được đặt ra Catia một phần mềm được ứng dụng mạnh trong việc thiết kế cơ khí, lắp ráp và mô phỏng động học,… kết nối và tương tác hai chiều được với phần mềm Ansys ứng dụng rộng dãi trong các lĩnh vực kỹ thuật vũ trụ, hàng không, công nghiệp ô tô, kết cấu – cơ học,… đưa các ngành công nghiệp nói chung và công nghiệp ô tô nói riêng ngày càng phát triển

2.1.1 Giới thiệu phầm mềm Ansys

Ansys là một trong nhiều chương trình phần mềm công nghiệp, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM – Finite Element Method) để phân tích các bài toán vật lý – cơ học, chuyển các phương trình vi phân, phương trình đạo hàm riêng

từ dạng giải tích về dạng số, với việc sử dụng rời dạc hóa và gần đúng để giải

Việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, các bài toán kỹ thuật về cơ, nhiệt, thủy khí, điện từ, sau khi mô hình hóa và xây dựng mô hình toán học, cho phép giải chúng với điều kiện biên cụ thể với số bậc tự do lớn

Với bài toán kết cấu, phần mềm Ansys dùng để giải các bài toán trường ứng suất, biến dạng, trường nhiệt cho các kết cấu Ansys có thể giải các bài toán dạng

tĩnh, dao động, cộng hưởng, bài toán ổn định, bài toán va đập, bài toán tiếp xúc Các bài toán được giải cho các dạng phần tử kết cấu thanh, dầm, 2D và 3D, giải các bài toán với các vật liệu đàn hồi, đàn hồi phi tuyến, đàn dẻo lý tưởng, dẻo nhớt,… Để bắt đầu giải bài toán ta đi chọn kiểu phần tử phù hợp với bài toán cần giải Ansys cung cấp trên 200 kiểu phần tử khác nhau, mỗi kiểu phần tử tương ứng với một dạng bài toán Khi chọn một phần tử, bộ lọc sẽ chọn các môđun tính toán phù hợp

và đưa ra các yêu cầu về việc nhập các tham số tương ứng để giải Cùng với việc chon phần tử thì Ansys cũng yêu cầu chọn dạng bài toán riêng cho từng phần tử Việc tính toán cũng phụ thuộc vào vật liệu được chọn, mỗi bài toán cần đưa ra mô hình vật liệu, cần xác lập rõ vật liệu đàn hồi hay dẻo, là vật liệu tuyết tính hay phi tuyến, với mỗi vật liệu cần nhập đủ các thông số vật lý của vật liệu Ansys là phần mềm giải các bài toán bằng phương pháp số, chúng giải trên mô hình hình học thức

Vì vậy, cần đưa vào mô hình hình học đúng Ansys cho phép xây dựng các mô hình hình học 2D và 3D, các kích thước thực, hình dáng được giản đơn hóa hoặc mô hình như vật thật Ansys có khả năng mô phỏng theo mô hình hình học với các điểm, đường, diện tích và mô hình phần tử hữu hạn với các nút và phần tử Hai dạng mô hình được trao đổi và thống nhất với nhau để tính toán Ansys là phần mềm giải bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn nên sau khi dựng mô hình hình học, Ansys cho phép chia lưới phần tử do người sử dụng chọn hoặc tự động chia lưới Số lượng nút và phần tử quyết định đến độ chính xác của bài toán nên cần chia lưới càng nhỏ càng tốt Việc chia nhỏ phần tử này còn phụ thuộc vào năng lực từng phần mềm Nếu sử dụng phiên bản công nghiệp số nút và phần tử có thể đến con số hàng trăm nghìn, phiên bản dại học đến chục nghìn

Để giải một bài toán bằng phần mềm Ansys, cần đưa vào các điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho mô hình hình học Các ràng buộc và các ngoại lực hoặc nội lực (lực, chuyển vị, nhiệt độ,…) được đưa vào tại từng nút, từng phần tử trong

mô hình hình học

Sau khi xác lập các điều kiện bài toán, để giải chúng, Ansys cho phép chọn các dạng bài toán Khi giải các bài toán phi tuyến, vấn đề đặt ra là sự hội tụ của bài toán Ansys cho phép xác lập các bước lặp để giải bài toán lặp với độ chính xác cao

Để theo dõi bước tính, Ansys cho biểu đồ quan hệ các bước lặp và độ hội tụ Các

kết quả tính toán được ghi lưu vào các file dữ liệu Việc xuất dữ liệu được tính toán

và lưu trữ, Ansys có hệ hậu xử lý rất mạnh, cho phép xuất dữ liệu dưới dạng đồ thị, ảnh đồ thị, để có thể quan sat trường ứng suất và biết dạng, đồng thời cũng cho phép xuất kết quả dưới dạng bảng số

Việc Ansys có hệ hậu xử lý mạnh đã đem lại một thế mạnh để các phân mềm khác phải xử dụng Ansys là một phần mềm liên kết xử lý phân tích trường ứng suất – biến dạng và các thông số vật lý khác

2.1.1.1 Tổng quan về Ansys Workbench

Ansys Workbench là gói phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (FEA – Finite Element Analysis) hoàn chỉnh được dùng để mô phỏng, tính toán, thiết kế được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực kĩ thuật trên toàn thế giới Nó có thể xem như là một công cụ quản lý dự án, đây là một giao diện tổng quát cấp cao nhất để liên kết các công cụ phần mềm của Ansys Workbench giúp xử lý các dữ liệu truyền giữa các công cụ của Ansys như: Mô hình – Lưới – Bộ giải – Hậu xử lý Việc này giúp

đỡ rất nhiều trong việc quản lý dự án Một cách trực quan hóa, ta có thể nhìn thấy một dự án được xây dựng như thế nào mà không cần lo lắng về các tệp trên ổ cứng (mô hình, lưới, kết quả,…) Vì Workbench có thể quản lý các ứng dụng độc lập và truyền dữ liệu giữa các ứng dụng giúp dễ dàng thực hiện các nghiên cứu thiết kế cho bài toán tối ưu thiết kế

- Thanh công cụ chính trong Ansys Workbench: Các tùy chọn hiển thị trong thanh Toolbox hiển thị tất cả các hệ phân tích mà ta có thể sử dụng

+ Analysis Sistems: Là các khung phân tích tạo sẵn bao gồm các ứng dụng riêng lẻ cần thiết cho quy trình phân tích cơ bản

+ Componnent Systems: Là các khối xây dựng ứng dụng riêng lẻ cho mỗi giai đoạn của một phân tích

+ Design Exploration: Cung cấp các công cụ tối ưu thiết kế và khai thác tìm hiểu các đáp ứng tham số

Hình 2.1: Thanh công cụ Tootbox

- Sơ đồ phân tích cơ bản: Để bắt đầu một quy trình phân tích cơ bản, người

dùng kéo một Analysis Systems lên cửa sổ Project Schematic để đưa ra một quy

trình phân tích cơ bản, gồm tất cả các bước cần thiết cho một phân tích điển hình Quy trình phân tích từ trên xuống dưới, khi hoàn thành từng bước biểu tượng phía bên phải sẽ thay đổi

Hình 2.2: Sơ đồ phân tích cơ bản

- Chia sẻ dữ liệu giữa các bộ giải: Worbench có thể được sử dụng để truyền dữ liệu giữa các bộ giải Ví dụ trong phân tích tương tác 1 chiều FSI, chúng

ta truyền các tải từ mô phỏng CFD trong Fluent sang hệ phân tích Mechannical để thực hiện một phân tích ứng suất Kết nối vuông chỉ ra rằng mô hình được tạo ra trong A2 (Mô hình CFD) đang được chia sẻ với B3 (Mô hình FEA), kết nối hình tròn chỉ ra rằng các kết quả CFD đang được truyền như một điều kiện đầu vào để được sử dụng cho phân tích ứng suất FEA

Hình 2.3: Sơ đồ chia sẻ dữ liệu giữa các bộ giải

- Kết nối các mô hình CAD: Ansys Workbench cho phép người dùng có thể nhập file CAD dạng trung gian hoặc file CAD gốc được tạo ra từ các phần mềm: Catia, Inventor, SolidWork, NX,… Các phần mềm này có thể tương tác 2 chiều với nhau, người dùng thay đổi được các tham số hình và tham số hóa các liên

kế như: Kích thước hình học hoặc vị trí của các đặc điểm hình học, hiệu chỉnh các chi tiết mô hình bằng cách thêm vào hoặc bớt đi các chi tiết Sau khi nhập và chỉnh sửa mô hình từ hệ thống CAD theo ý muốn, ta đã có thể sử dụng mô hình này cho quá trình phân tích mô phỏng

Hình 2.4: Nhập mô hình CAD vào Workbench

2.1.1.2 Quy trình thực hiện mô phỏng trên Ansys Wrokbench

Khi bắt đầu giải một bài toán bằng phần mềm Ansys Workbench cần đưa các điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho mô hình, các rằng buộc, các nội lực hoặc các ngoại lực (lực, chuyển vị, nhiệt độ,…) vào từng nút, từng phần tử trong mô hình

hình học Để bắt đầu một quy trình phân tích cơ bản, người dùng kéo một Analysis

Systems lên cửa sổ Project Schematic để đưa ra một quy trình phân tích cơ bản,

gồm tất cả các bước cần thiết cho một phân tích điển hình Quy trình phân tích từ trên xuống dưới, khi hoàn thành từng bước biểu tượng phía bên phải sẽ thay đổi Các bước giải của một quy trình mô phỏng được thực hiện như sau:

- Mô hình hình học: Thiết kế chỉnh sửa hình học, mô hình hóa hình học 3D nhờ các phần mềm sau đó chuyển mô hình cho workbench

- Chia lưới phần tử: Dùng phương pháp phần tử hữu hạn để giải các bài toán phân tích, tính bền cho kết cấu Vì vậy cần phải chia lưới phần tử Số lượng nút

và phần tử quyết định đến độ chính xác của bài toán, nên chia lưới càng mịn càng tốt, nhưng việc chia lưới này phụ thuộc vào năng lực của từng phiên bản Ansys

- Thiết lập giả và giải: Xác định các điểm, các mặt cố định hoặc chuyển động với số bậc tự do nào đó, nhập lực tác dụng với lực tập trung, lực phân bố, momen,…

+ Chọn mô hình vật liệu cho từng chi tiết: nhập các thuộc tính cơ học, nhiệt

và các thuộc tính khác cho từng chi tiết và kết cấu Ansys workbench cho phép nhập thuộc tính vật liệu không phải là các giá trị có định về giới hạn đàn hồi, giới

hạn chảy, mà cho phép nhập quan hệ ứng suất và biến dạng, quan hệ đó là quan hệ phi tuyến và phụ thuộc vào nhiệt độ và tốc độ biến dạng Ansys workbench cho quan hệ ứng suất và biến dạng của một số vật liệu thông dụng nhưng cũng cho người dùng tự nhập các giá trị đường cong thực nghiệm của người dùng

+ Chọn phương pháp giải: Bài toán tính bền tĩnh hay động, bài toán bền mỏi hay dao động, bài toán tác động nhiệt đơn thuần hay bài toán đồng tác động cơ nhiệt,…

+ Cho chạy chương trình để máy tính giải

- Khai thác và sử lý kết quả: Vào result để chọn các kết quả cần phân tích (Chuyển vị, ứng suất, biến dạng,… theo yêu cầu người dùng) Sau đó ta so sánh kết quả với các tiêu chuẩn bền để kiểm tra kết cấu xem đủ bền chưa, chỗ nào thừa, chỗ nào hư hỏng từ đó điều chỉnh lại kết cấu để tránh sai hỏng, dư thừa vật liệu

Khi ta xác lập được điều kiện cho bài toán, Ansys Workbench cho phép chọn dạng bài toán phù hợp Đối với các bài toán phi tuyến sự hội tụ là yếu tố rất quan trọng của bài toán Ansys Workbench đã giải quyết được vấn đề này, phần mềm cho các bước lặp và hội tụ để theo dõi các bước giải Các kết quả tính toán được lưu vào các file dữ liệu Ansys Workbench cho phép xuất dữ liệu dưới dạng đồ thị, ảnh

đồ, để có thể quan sát được trường ứng suất, biến dạng, trường nhiệt, xuất ra kết quả dưới dạng bảng số để kiểm tra, đánh giá

2.1.2 Giới thiệu phần mềm Catia

Catia được viết tắt từ cụm từ ( Computer Aided Three Dimensional Interactive Application) Có nghĩa là “ Xử lý tương tác trong không gian ba chiều

có sự hỗ trợ của máy tính”, Catia là một bộ phần mềm thương mại phức hợp CAD/CAM/CAE được hãng Dassault Systemes ( Đây là một công ty của Pháp phát triển phần mềm chuyên dùng thiết kế máy bay) phát triển và IBM là nhà phân phối trên toàn thế giới Catia được viết bằng ngôn ngữ C++ Phần mềm Catia là hệ thống CAD/CAM/CAE 3D hoàn chỉnh và mạnh mẽ nhất hiện nay, là tiêu chuẩn của thế giới khi giải quyết hàng loạt các bài toán lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau như:

Cơ khí, tự động hóa, công nghiệp ô tô, xây dựng, tàu thủy và cao hơn là công nghiệp hang không Nó giải quyết công việc một cách triệt để, từ khâu thiết kế mô hình CAD (Computer Aided Design) đến khâu sản xuất dựa trên cơ sở CAM

(Computer Aided Manufacturing), khả năng phân tích tính tians, tối ƣu hóa lời giải dựa trên chức năng CAE (Computer Aided Enginneering) của phần mềm Catia

2.1.2.1 Một số ứng dụng của phần mềm

Catia đƣợc chia làm 3 cấp độ:

- Cấp độ 1 ( Platform 1): Bao gồm các modul hỗ trợ thiết kế

- Cấp độ 2 ( Platform 2): Bao gồm modul hỗ trợ thiết kế và phân tích, mô phỏng

- Cấp độ 3 ( Platform 3): Bao gồm modul trong cấp độ 2 và các module phân tích chính xác trong công nghiệp nặng nhƣ: Hàng không, ô tô, đóng tàu,…

Một số ứng dụng của phần mềm Catia:

- Catia trong thiết kế cơ khí: Ứng dụng này cho phép thiết kế các chi tiết cơ khí, tạo lập sản phẩm lắp ghép, thiết kế hàn, thiết kế khuôn, thiết kế kim loại tấm, thiết kế khung dây và bề mặt, xuất bản vẽ 2D từ bản vẽ 3D có sẵn,…

Hình 2.5: Khung xương xe khách thiết kế bằng Catia

- Catia trong lắp rắp và mô phỏng động lực học

Hình 2.6: Động lực học máy bay mô phỏng bằng Catia

- Ứng dụng trong lập trình và mô phỏng gia công

Hình 2.7: Mô phỏng gia công phay bằng Catia

- Ứng dụng trong phân tích động lực học

Hình 2.8: Phân tích động lực học bằng Catia

- Ứng dụng trong kết cấu xây dựng và kiến trúc

Hình 2.9: Thiết kế xây dựng và kiến trúc bằng Catia

- Ứng dụng trong thiết kế đường ống cấp

Hình 2.10: Thiết kế đường ống cấp bằng Catia

2.1.2.2 Chức năng của các modul chính trong Citia

Phầm mềm Catia được tích hơp trên 170 module, đủ để đáp ứng nhu cầu sử dụng trong tất cả các ngành nghề như: Cơ khí, ô tô, hàng không, kiến trúc, điện – điện tử, hệ thống đường ống, quản lý vòng đời sản phẩm… Các module này người dùng có thể mua riêng để đáp ứng với nhu cầu phù hợp của các ngành nghề

Đối với từng mục đích sử dụng thì người dùng tìm hiểu từng chắc năng riêng của các module đo Trong ngành cơ khí chúng ta sử dụng một số module chính như:

- Module Mechanical Design: Chuyên sử dụng cho việc thiết kế cơ khí

Các module con và chức năng của chúng:

+ Part Design: Thiết kế chi tiết

+ Assembly Design: Tạo lập sản phẩm lắp ghép

+ Weld Design: Thiết kế hàn

+ Mold Tooling Design: Thiết kế khuôn

+ Drafting: Xuất bản vẽ 2D từ bản vẽ 3D có sẵn

+ Sheet Metal Design: Thiết kế kim loại tấm

+ Wireframe and Surface Design: Thiết kế khung dây và bề mặt

Hình 2.11: Module Mechanical Design

- Module Shape: Chuyên sử dụng cho việc thiết kế tạo hình bề mặt Các

module con và chức năng của chúng:

+ FreeStyle: Thiết kế bề mặt, khối rắn tự do

+ Imagine & Shape: Thiết kế bề mặt, hình khối từ ảnh chụp

+ Generative Shape Design: Thiết kế bề mặt, hình khối tiến hóa

Hình 2.12: Module Shape

- Module Machining: Chuyên sử dụng cho việc thiết lập và mô phỏng

chương trình gia công Các module con và chức năng của chúng:

+ Lathe Machining: Thiết lập và mô phỏng chương trình gia công tiện + Prismatic Machining: Thiết lập và mô phỏng chương trình gia công phay trên máy phay 3 trục

+ Surface Machining: Thiết lập và mô phỏng chương trình gia công phay mặt cong

+ Advanced machining: Thiết lập và mô phỏng chương trình gia công phay trên máy phay 4, 5 trục

Hình 2.13: Module Machining

- Module Machining Simulation: Chuyên sử dụng cho việc thiết lập và

mô phỏng máy CNC Các module con và chức năng của chúng:

+ NC Machine Tool Simulation: Mô phỏng máy CNC

+ NC Machine Tool Buider: Thiết lập máy CNC

Hình 2.14: Module Machining Simulation

2.2 Ứng dụng các phần mềm trong thiết kế

2.2.1 Phần mềm Ansys Workbench

Ansys Workbench có giao diện trực quan, giúp người dùng dễ dàng sử lý các thao tác trong quá trình xây dựng và chỉnh sửa mô hình cũng như quá trình mô phỏng Ứng dụng Ansys Workbench trong quá trình thiết kế khung xương ô tô khách bao gồm:

- Ansys DesignModeler: Đây là công cụ xây dựng mô hình hình học dựa

trên tham số, cũng cho phép người dùng nhập mô hình CAD có sẵn cho quá trình

mô phỏng, đơn giản hóa và hiệu chỉnh hình học thích hợp cho việc chia lưới

- Ansys Mechanical: Đây là công cụ giúp người dùng thực hiện quy trình

phân tích mô phỏng dựa trên lý thuyết phần tử hữu hạn Ansys Mechanical có các module chính như: Fluid Dynamics, Structural Mechanics, Electromagnetics, Systems and Multiphysics

Trong phạm vi đề tài này cái ta cần quan tâm là module phân tích cấu trúc tĩnh và khả năng nhập, chỉnh sửa mô hình CAD có sẵn phục vụ cho quá trình mô phỏng Qua đó ta đi phân tích kết quả, đánh giá được mô hình khung ô tô khách mà

ta đang cần thiết kế

Quá trình nhập và chỉnh sửa mô hình

Để bắt đầu nhập mô hình CAD cho quá trình mô phỏng và cũng để bắt đầu

một quy trình phân tích cơ bản, người dùng kéo module Geometry từ cửa sổ

Component Systems lên cửa sổ Project Schematic, ta nhấn chuột phải vào Geometry chọn nhánh Edit Geometry để mở cửa sổ Geometry DesignModeler

Hình 2.15: Khởi động Geometry DesignModeler

Sau khi mở được của sổ Geometry DesignModeler, tại [maim menu] Units

cho phép chọn các hệ đơn vị phù hợp: meter, centimeter, milimeter, micrometer,

foot, inch Ta bắt đầu nhập mô hình CAD có sẵn bằng cách vào [maim menu] File chọn Import External Geometry File, tại của sổ Open ta có thể lựa chọn file CAD

cần thiết

Hình 2.16: Nhập mô hình CAD

Ta đi thiết lập cài đặt tại cửa sổ Details View, nhánh Operation chọn Add

Frozen, nhánh Line Bodies chọn Yes cho phép hiện thị kiểu mô hình dạng đường

Để hoàn tất quá trình nhập mô hình ta nhấn chuột trái vào lệnh Genarate hoặc nhấn

F5

Hình 2.17: Mô hình CAD

Trong quá trình thiết kế, có rất nhiều cụm chi tiết, các đường thẳng tạo thành các mặt phẳng mảng hông, mặt phẳng mảng nóc, mặt phẳng mảng đáy,… Để đơn giản hóa, dễ dàng quản lý cũng như thuận tiện cho quá trình mô phỏng, ta sẽ gộp chúng vào cùng một dạng mặt phẳng hoặc cùng một nhóm có các tính chất tương tự

mà ta mong muốn Bắt đầu bằng [maim menu] Create chọn Boolean ta bắt đầu

chọn nhóm đối tượng mong muốn bằng việc giữ Ctrl và kịch chuột vào các đường, sau khi chọn xong tại cửa sổ Details View nhánh Tool Bodies chọn Apply, nhấn F5 hoặc nhấn chuột trái vào lệnh Genarate để hoàn tất Tương tự ta có thể tạo ra nhiều

nhóm đối tượng khác nhau với số đối tượng không cố định và đổi tên nhóm thuận tiện cho việc quản lý

Hình 2.18: Boolean mặt đáy

Hình 2.19: Boolean các cạnh còn lại

Giả sử các mặt phẳng mảng nóc, mảng hông, mảng đáy, … được gia công từng mảng sau đó được hàn lại thành khung xe ô tô khách, trong mô hình hóa là các Boolean khác nhau Để các mảng này hay các Boolean trong mô hình CAD được liên kết (hàn liền) tạo thành một khung ô tô khách hoàn chỉnh ta tạo cho chúng vào

chung một Part: Giữ Ctrl và nhấn chuột trái chọn các nhóm đối tượng cần thiết, nhấn chuột phải chọn Form New Part, trong Shared Topology Method của cửa sổ

Hình 2.20: Tạo Part cho các Boolean

Khung xương ô tô khách thường được thiết kế bằng các thanh kim loại có tiết diện khác nhau như: Hình vuông, hình chữ U, hình tròn hoặc hình chữ nhật,…

Ta đi chọn kích thước, loại mặt cắt các thanh kim loại gán vào các đường của mô hình CAD trên, để phục vụ cho việc mô phỏng và chế tạo, sản xuất và lắp ráp Quá trình này, thực hiện trên Ansys Workbench giúp cho người dùng có thể thay đổi một các dễ dàng các dạng tiết diện và kích thước của các thanh kim loại gán vào mô hình CAD, giúp cho việc chia lưới dễ dàng hơn Đây là một điểm nhấn khác với quá trình thiết kế trước kia là các khối hình học của mô hình CAD đã được vẽ sẵn muốn thay đổi chúng, ta phải thay đổi lại việc thiết kến rất mất thời gian Bắt đầu bằng

[maim menu] Create chọn Cross Section, trong nhánh này cho phép ta chọn các

dạng tiết diện như: Vuông đặc, tròn đặc, Chữ U, chữ T, chữ I, chữ H, vằn khăn, hộp vuông hoặc tự thiết kế một tiết diện theo ý muốn… Sau khi chọn được các tiết diện,

ta đi thay đổi thông số kích thước tại cửa sổ Details View của thiết lập Thực hiện

gắn các mặt cắt ngang qua các bước: Chọn các line body trên cây thư mục Tree

Outline, trên cửa sổ Details View xuất hiện một thuộc tính Cross Section, nhấn

chuột vào ô này và chọn mặt cắt ngang mong muốn từ danh sách xổ xuống Để hiện

thị toàn bộ các Cross Section ta bắt đầu bằng [maim menu] View, chọn nhánh

Cross Section solids Chọn thanh kim loại có tiết diện hộp vuông 20x18x2 cho mặt

đáy và tiết diện hộp vuông 10x8x2 cho các cạnh còn lại

Hình 2.21: Quá trình chọn và chỉnh sửa kích thước cho tiết diện

Hình 2.22: Gán mặt cắt ngang cho line body

Toàn bộ quá trình trên cho người dùng một mô hình CAD với đầy đủ các tham số hình học phục vụ cho quá trình mô phỏng Trong quá trình phân tích, đánh giá kết quả mô phỏng, muốn thay đổi các tham số cần thiết ta chỉ cần chỉnh sửa một

trong số khâu nào đó của cả quá trình, sau đó Refresh lại ta có các kết quả tính toán

mới

Hình 2.23: Mô hình CAD hoàn chỉnh

Quy trình phân tích kết cấu

Để bắt đầu một quy trình phân tích kết cấu tĩnh, người dùng kéo module

Static Structural từ cửa sổ Analysis Systems lên cửa sổ Project Schematic Mô

hình CAD hoàn chỉnh dùng để phân tích được chia sẻ từ module Geometry ta vừa chỉnh sửa, hoặc nhấn chuột phải vào nhánh Geometry chọn Import Geometry chọn Browse để mở cửa sổ Open chọn mô hình CAD ta đã chỉnh sửa Nhấn đúp chuột vào nhánh Model mở cửa sổ Static Structural Mechanical bắt đầu phân

tích Để động bộ đơn vị với mô hình CAD ta đi chọn đơn vị cho quá trình phân tích:

Chọn thanh công cụ Unit, chọn Metric (mm, kg, N, s, mV, mA)

Hình 2.24: Khởi động Static Structural

- Chia lưới mô hình và kiểm tra chất lượng lưới:

Lưới bao gồm các nút và các phần tử biểu diễn hình học của mô hình

- Chia lưới: Nhấn chuột phải vào nhánh Model chọn Refresh, chọn

Update lưới sẽ tự động được chia Ngoài ra Ansys Workbench cung cấp cho người

dùng một số điều khiển lưới cục bộ giúp chia lưới hiệu quả hơn cụ thể như:

 Phương thức chia lưới – Method Control: Cung cấp tùy chọn dạng lưới

mà vật thể có thể sẽ được chia (Tam giác hay tứ giác, tứ diện hay lục diện

…)

 Điều khiển kích thước – Sizing Control

 Điều khiển kích thước vùng tiếp xúc – Contact Sizing Control

 Điều khiển làm mịn lưới – Refinnement Control

 Chia lưới có cấu trúc – Mapped Face Meshing

 Điều khiển tương xứng lưới – Match Control

 Bỏ qua hình học nhỏ - Pinch

 Điều khiển chia lưới lớp – Inflation Control

Hình 2.25: Kích thước lưới chia tự động

Với hầu hết các bài toán phân tích kết cấu tĩnh, các giá trị của lưới được chia

tự động đã phù hợp để giải, người dùng không cần thiết lập thêm để tiết kiệm thời gian và nguồn tài nguyên Tuy nhiên để cho kết quả chính xác hơn người dùng nên

làm mịn lưới: Nhấn chuột vào nhánh Mesh, tại cửa sổ Defaults thanh trượt

Relevance cho phép làm mịn bằng hoặc làm thô cách điều chỉnh mức từ “-100” đến

“100”, mức “0” là mặc định lưới được chia tự động, độ mịn tăng dần theo thông số

của thanh trượt Điều khiển này áp dụng khi tính năng Use Advanced Size

Function để là OFF

Hình 2.26: Kích thước lưới sau khi làm mịn

- Kiểm tra tiêu chuẩn chất lượng lưới:

Các bài toán khác nhau và các bộ giải khác nhau có yêu cầu chất lượng lưới

khác nhau Trong Mesh Metric cho phép ta lựa chọn các tiêu chuẩn chất lượng

lưới, hiện thị các thông tin lưới: Giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất, trung bình và độ lệch

Hình 2.27: Các tiêu chuẩn chất lượng lưới

Ansys Workbench cung cấp danh sách các tiêu chuẩn chất lượng lưới Mesh Metrics như:

 Maximum Corner Angle

 Skewness

 Orthogonal Quality

- Thiết lập giả và giải:

Đây là quá trình người dùng đi thiết lập các điều kiện biên, các tùy chọn giả

và giải, xây dựng mô hình vật liệu phù hợp với yêu cầu bài toán đặt ra Trong bài toán này, ta giả sử bỏ qua tác động của mặt đường, áp suất gió lên khung xương xe thiết kế

Giả sử mô hình CAD ta đang thiết kế là khung xương xe ô tô dự thi xe sinh thái, được liên kết cố định với hệ thống treo hay gọi cách khác là bị hạn chế chuyển

vị theo phương thẳng đứng Ta đi thiết lập cho giả định này: Nhấn chuột phải vào

nhánh Static Structural, chọn Insert, chọn Displacement ( Hạn chế chuyển vị) đặt vào bốn điểm cố định của hệ thống treo Nhấn chuột vào Displacement, tại cửa sổ

Defaults nhấn chọn 4 điểm như hình vẽ Apply tại Geometry, chuyển vị theo

phương Z đặt bằng “0”

Hình 2.28: Đặt hạn chế chuyển vị

Khi đưa vào sử dụng ta sẽ đặt lên mặt đáy khung xương xe một khối lượng tập trung của người lái, động cơ và các thiết bị khác Ta đi đặt khối lượng tập trung

cho khung xương xe, giả sử là là 100kg: Nhấn chuột phải nhánh Geometry, chọn

Insert, chọn Point Mass, tại cửa sổ Defaults nhập giá trị 100kg cho Mass Point Mass chịu tác dụng của gia tốc, gia tốc trọng trường, vận tốc quay Ngoài ra không

có loại tải trọng nào tác dụng lên khối lượng tập trung

Hình 2.29: Đặt khối lượng tập trung

Xe có đặt khối lượng nên sẽ chịu tác dụng của lực trọng trường, lực trọng trường được tự động tính theo đơn vị của bài toán, hướng tác dụng được chọn theo

yêu cầu người dùng đặt ra Nhấn chuột phải nhánh Static Structural, chọn Insert, chọn Standard Earth Gravity, tại cửa sổ Defaults chọn –Z Direction cho

chúng ta nhiều loại vật có các thuộc tính khác nhau, ngoài ra Ansys Workbench cũng cho phép người dùng tạo ra thư viện vật liệu cho riêng mình với các thuộc tính

thiết lập riêng Để bắt đầu: Nhấn đúp chuột vào nhánh Engineering Data, chọn

Engineering Data Sources, chọn thư viện vật liệu thường dùng General Materials, chọn Structural Steel bằng các nhấn chuột vào dấu “+”, hoàn tất quá

trình chọn vật liêu ta nhấn chuột vào dấu “x” của Engineering Data để đóng cửa sổ thư viện vật liệu Nhấn chuột phải nhánh Geometry, chọn nhóm đối tượng ta cần gán vật liệu, chọn Structural Steel cho Assignment tại cửa sổ Defaults Do ta

chọn một loại vật liệu là sắt, nên mô hình được tự động chọn gán vật liệu này

Hình 2.31: Thư viện vật liệu

Sau khi hoàn thành việc thiết lập ta nhấn chuột vào lệnh Solve để chạy máy

tính giải bài toán đặt ra

Hình 2.32: Xuất kết quả quá trình mô phỏng

Hình 2.33: Chuyển vị tổng thể khung xe

Hình 2.34: Ứng suất toàn bộ khung xe

Sau khi có kết quả người dùng so sánh với các tiêu chuẩn để đánh giá Trong trường hợp các kết quả không hợp lý dẫn tới việc người dùng phải thay đổi kết cấu

về chi tiết, về tiết diện mặt cắt, vật liệu Ta chỉ cần Refresh lại các quá trình để xuất

ra kết quả mô phỏng mong muốn

- Nhập và chỉnh mô hình từ CAD tại nhánh Geometry trong cửa sổ

Project Schematic, chỉ cần Refresh lại các tham số từ mô hình CAD sẽ tự động

cập nhật trong DesignModeler Người dùng có thể gán tiết diện mặt cắt mới hình

vằn khăn 10x8x2 cho mô hình

Hình 2.35: Nhập mô hình CAD và gán tiết diện mặt cắt

- Nhánh Model trong cửa sổ Project Schematic chọn Refresh và Update

mô hình CAD mới được tự động cập nhật với đầy đủ tham số Tất cả các quá trình

chia lưới, quá trình thiết lập giả được giữ nguyên Chọn lệnh Solve để thực quá

trình giải và xuất ra kết quả mô phỏng với mô hình CAD mới đưa vào

Hình 2.36: Chuyển vị tổng thể khung xe mới

Hình 2.37: Ứng suất toàn bộ khung xe mới

2.2.2 Phần mềm Catia

Phần mềm Catia là hệ thống CAD/CAM/CAE 3D hoàn chỉnh và mạnh mẽ nhất hiện nay, là tiêu chuẩn của thế giới khi giải quyết hàng loạt các bài toán lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: Cơ khí, tự động hóa, công nghiệp ô tô, xây dựng, tàu thủy và cao hơn là công nghiệp hang không Nó giải quyết công việc một cách triệt để, từ khâu thiết kế mô hình CAD (Computer Aided Design) đến khâu sản xuất dựa trên cơ sở CAM (Computer Aided Manufacturing), khả năng phân tích tính toán, tối ưu hóa lời giải dựa trên chức năng CAE (Computer Aided Enginneering) của phần mềm Catia

Phầm mềm Catia được tích hơp trên 170 module, đủ để đáp ứng nhu cầu sử dụng trong tất cả các ngành nghề như: Cơ khí, ô tô, hàng không, kiến trúc, điện – điện tử, hệ thống đường ống, quản lý vòng đời sản phẩm… Trong phạm vi đề tài

này ta đi nghiên cứu ứng dụng module Mechanical Design trong việc thiết kế

khung xương ô tô khách

- Các lệnh chính trong môi trường Sketch: Môi trường Sketch được hiểu là một dạng vẽ phác các đối tượng 2D trên một mặt phẳng trước khi tạo các đối tượng 3D Sketch giúp người dùng tạo nhanh các đối tượng 2D như đường tròn, đa giác, biên dạng,… Từ một Sketch ta có thể dựng các đối tượng 3D, người dùng có thể gán ràng buộc hình học và ràng buộc kích thước cho các đối tượng, có thể hiệu chỉnh các đối tượng trong một sketch dễ dàng