Sử dụng ansys phân tích cấu trúc cơ cấu tay quay con trượt trong động cơ đốt trong,đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

LỜI NÓI ĐẦU Những năm gần đây, nhờ sự phát triển của các công cụ toán cùng với sự phát triển của máy tính điện tử, đã thiết lập và dần dần hoàn thiện các phần mềm công nghiệp, sử dụng để

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

……… ………

………

………

………

………

………

………

……… ………

………

………

………

………

………

………

…………

Ngày 01 tháng 05 năm 2012

LỜI CẢM ƠN

Trước khi vào bài thuyết trình chi tiết, nhóm Nghiên Cứu Khoa Học chúng em gồm 2 thành viên xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới nhà trường trước hết, đã tạo điều kiện cho chúng em được có cơ hội học tập và nghiên cứu Tạo ra 1 sân chơi bổ ích cho sinh viên chúng em rèn luyện, qua đó chúng em được trau dồi thêm kiến thức, tầm hiểu biết và các kỹ năng tự nghiên cứu, thuyết trình…Thông qua bài nghiên cứu nhỏ này, chúng em đã thêm tự tin và thêm chững chạc để trở thành các kỹ sư tương lai

Chúng em cũng xin được cảm ơn thầy giáo : Thạc Sĩ Đỗ Thọ Trường là giáo viên hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình làm bài, đã sát sao chỉ bảo và tận tình giúp đỡ

để chúng em hoàn thành tốt bài nghiên cứu

Qua đây, chúng em cũng gửi lời cảm ơn tới các kỹ sư, các anh chị đi trước trên các diễn đàn cơ khí Việt Nam đã trao đổi cho chúng em các kinh nghiệm về phần mềm cũng như các kĩ năng học tập

Bài Nghiên Cứu Khoa Học của chúng em vì mới lần đầu tiếp cận với 1 phần mềm mới và tương đối khó nên còn rất nhiều thiếu sót và có thể còn sai ở 1 số vấn đề vì chưa hiểu hết bản chất của nó.Nhưng đây cũng là thành quả của những công sức mà chúng em

bỏ ra tìm tòi, học hỏi và nghiên cứu Mong rằng qua bài Nghiên Cứu Khoa Học này, sẽ giúp cho các bạn sinh viên ngành kỹ thuật có thêm 1 cái nhìn mới về Ansys và sẽ học tập phần mềm hữu ích này, đưa Ansys thành 1 công cụ không thể thiếu đối với các kỹ sư tương lai

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đây, nhờ sự phát triển của các công cụ toán cùng với sự phát triển của máy tính điện tử, đã thiết lập và dần dần hoàn thiện các phần mềm công nghiệp, sử dụng để giải các bài toán cơ học vật rắn, cơ học thuỷ khí, các bài toán động, bài toán tường minh và không tường minh, các bài toán tuyến tính và phi tuyến, các bài toán về trường điện từ, bài toán tương tác đa trường vật lý ANSYS là một phần mềm mạnh được phát triển và ứng dụng rộng rãi trên thế giới, có thể đáp ứng các yêu cầu nói trên của cơ học

Qua các tính ưu việt trên của phần mềm Ansys, Chúng ta nhận thấy rằng việc tìm hiểu rõ phần mềm sẽ là 1 thế mạnh cho mỗi người kỹ sư để làm cho công việc của mình giảm nhẹ và hiệu quả cao hơn Vì thế trong môi trường đại học, việc nghiên cứu phần mềm cũng là 1 nhiệm vụ cần thiết và có ý nghĩa, nhằm trang bị thêm kiến thức cho công việc sau này

Mục đích của bài Nghiên Cứu Khoa Học mà chúng em đang làm là phân tích lực

cơ cấu tay quay- con trượt bằng phần mềm Ansys, qua đây chúng ta sẽ thấy được sức bền của cơ cấu này bên ngoài thực tế như thế nào mà không phải qua trải nghiệm thực tế, điều này hết sức có ý nghĩa đối với ngành cơ khí nói riêng và đối với các ngành kỹ thuật nói chung

Trong phạm vi là 1 bài Nghiên Cứu Khoa Học này, chúng em chỉ đề cập đến 1 ứng dụng của cơ cấu tay quay – con trượt, đó là cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền – piston trong động cơ đốt trong Dựa trên những kiến thức đã học trong trường và những quan sát thực tế, thông qua sự trợ giúp của phần mềm Ansys Chúng em sẽ mô hình hóa cơ cấu và đưa vào môi trường Ansys để phân tích lực, tính bền cho cơ cấu Thông qua đó, chúng ta

sẽ có cái nhìn tổng quan về sức chịu đựng khi làm việc của cơ cấu ngoài thực tế và đưa ra phương chế tạo và sản xuất hợp lí

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Phân tích động học của cơ cấu Hình 1.2 Phân tích động lực học của cơ cấu Hình 2.1 Giao của Ansys Worbench Interface Hình 2.2 Các mô đun phân tích mà Ansys Worbench hỗ trợ Hình 2.3 Giao diện phần Project Schematic

Hình 2.4 Giao diện của Ansys Worbench Design Modeler Hình 2.5 Nhóm lệnh tạo hình

Hình 2.6 1 số lệnh trong nhóm lệnh tạo khối Hình 2.7 Giao diện của Ansys Worbench Mechanical Hình 2.8 Nhóm lệnh chia lưới

Hình 2.9 Nhóm lệnh xử lí Hình 2.10 Nhóm lệnh phân tích Hình 3.1 Mô hình 3D của trục khuỷu Hình 3.2 Kích thước của trục khuỷu Hình 3.3 ; 3.4 Hình 3D và kích thước Thanh Truyền Hình 3.5; 3.6 Mô hình 3D của Piston

Hình 3.7 Kích thước Piston Hình 3.8 Cơ cấu khi đang tách rời các chi tiết Hình 3.9 Mô hình hoàn chỉnh sau khi lắp ráp Hình 3.10 Chọn vật liệu cho toàn bộ cơ cấu

Hinh 3.11 Cơ cấu sau khi nhập vào Ansys Worbench Hình 3.12 Chia lưới cho cơ cấu

Hình 3.13.Vị trí và độ lớn lực Hình 3.14 Vị trí hóa cứng Hình 3.15; 3.16 Kết quả phân tích biến dạng theo 1 hướng Hình 3.17 Kết quả phân tích theo biến dạng tổng thể Hình 3.18 ; 3.19 Kết quả phân tích theo ứng suất nén

Hình 3.20 Kết quả phân tích của bài toán

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

LỜI CẢM ƠN 2

LỜI NÓI ĐẦU 3

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

MỤC LỤC 5

CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CƠ CẤU TAY QUAY CON TRƯỢT VÀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 7

1.1 Bài Toán Động Học Và Động Lực Học Cơ Cấu 7

1.1.1 Bài toán động học 7

1.1.2 Bài Toán Động Lực Học 10

1.2 Khái Niệm Cơ Bản Và Các Bước Thực Hiện Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn 12 1.2.1 Khái niệm cơ bản 12

1.2.2 Mô Hình Bài Toán 12

1.2.3 Ưu Nhược Điểm Của Phương Pháp 12

1.2.4 Các Bước Thực Hiện 13

1.3 Ứng Dụng Của Phương Pháp 14

CHƯƠNG II : TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM ANSYS 15

2.1 Giới Thiệu Chung về Công Ty ANSYS và Sản Phẩm Phần Mềm Ansys 15

2.1.1 Giới Thiệu Về Công Ty ANSYS 15

2.1.2.Giới Thiệu Về Phần Mềm Ansys 15

2.2 Kết Cấu Chương Trình Và Các Nhóm Lệnh Của Ansys Worbench 19

2.2.1.Ansys Worbench Interface 20

2.2.2 Ansys Worbench Design Modeler 23

2.2.3 Ansys Worbench Mechanical 25

2.3 Ứng Dụng Của Ansys 27

CHƯƠNG III : SỬ DỤNG ANSYS WORBENCH ĐỂ PHÂN TÍCH CƠ CẤU 28

TAY QUAY – CON TRƯỢT 28

3.1 Xây Dựng Mô Hình Cơ Cấu 28

3.1.1 Tổng Quan Về Phần Mềm Unigraphic NX 29

3.1.2 y Dựng Mô Hình 3D Cơ Cấu Tay Quay - Con Trượt 30

3.2 Đặt Lực Và Phân Tích Lực 37

3.2.1 Chọn Vật Liệu 37

3.2.2 Nhập Cơ Cấu 38

3.2.3 Chia Lưới 39

3.2.4 Đặt Lực Và Chọn Chi Tiết Hóa Cứng 40

3.2.5 Giải Toán Theo Các Điều Kiện Cho Trước 41

3.3.Kết Quả 42

KẾT LUẬN 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

PHỤ LỤC 48

CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CƠ CẤU TAY QUAY CON TRƯỢT VÀ

PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 1.1 Bài Toán Động Học Và Động Lực Học Cơ Cấu

1.1.1 Bài toán động học

a) Chuyển vị:

Hình 1.1 Phân tích động học của cơ cấu

- x = ĐCTO – AO = L + R – (Lcosβ + Rcosα) Đặt λ = R/L là tham số kết cấu, thay λ vào trên ta được:

Đây là công thức tính chuyển vị của pittong

- Xét tam giác AOC, ta có:

sin 1

1 2 1 1

sin 2

1 1 sin

1 cos

4 4 2

2 2

/ 1 2

1 1 cos   thay vào (1)

 x =

  



4 cos

.

d

d R

d

dx dt

d d

dx dt

dx v

- Ta lại có: sinβ = λsinα, đạo hàm 2 vế :

d

d d

2 2

cos

sin)

sin(

cos)

cos(

.1

cos

cos)

sin(

cos.)sin(

d

d d

d R

d d

R d

dv dt

d d

dv dt

dv j

)cos(

.R j

- Công thức gần đúng: j = 2R(cosα + λcos2α) = j1 + j2Trong đó: j1 = 2R.cosα

j2 = 2R.λcos2α

1.1.2 Bài Toán Động Lực Học

Trong quá trình làm việc, cơ cấu thanh truyền chịu tác dụng của những lực như: lực quán tính của chi tiết chuyển động, lực do môi chất cháy giãn nở và nén sinh ra (lực khí thể), lực masat và trọng lực Các lực này đều thay đổi cả về độ lớn lẫn phương chiều trừ trọng lực bản thân

Hình 1.2 Phân tích động lực học của cơ cấu

a) Lực quán tính:

- Pj = -m.j = -mR2(cosα + λcos2α) = Pj1 + Pj2Trong đó Pj1 = -mR2cosα lực quán tinh cấp 1

Pj2 = -mR2λcos2α lực quán tính cấp 2

- Chu kỳ của lực quán tính cấp 1 là sau 1 vòng quay trục khuỷu, lực quán tính cấp 2 la sau ½ vòng quay trục khuỷu

b) Lực khí thể:

- Ap suất khí thể: pkt = p – p0Trong đó: pkt – áp suất khí thể

p – áp suất bên trong xilanh

p0 – áp suất bên ngoài xilanh (áp suất khí quyển)

- Lực khí thể: Fkt = pkt.Fp trong đó Fp là diện tích đỉnh pittong

)sin( 

Z = Ptt.cos(α+β) =





cos

)(coss 

- Dời lực T về tâm chốt khuỷu ta được các lực T = T’ = T’’ (hình vẽ) và

cặp lực ( T,T’’) sẽ tạo ra ngẫu lực sinh ra momen làm quay động cơ

h

- FEM – Finite Element Method – Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)

được phát hiện đầu tiên bởi Alexander Hrennikoff (1941) và Richard Courant (1943)

- Phương pháp PTHH là một trong các phương pháp giải các bài toán cơ vật rắn biến dạng , cơ chất lỏng, truyền nhiệt, dao động…

- Phương pháp PTHH là một phương pháp số đặc biệt hiệu quả dựa trên ý tưởng là chia một vật thể phức tạp thành các phần tử nhỏ và đơn giản

- Theo phương pháp PTHH, một miền V được chia thành một số hữu hạn các miền con Ve gọi là phần tử (element), các phần tử này được kết nối với nhau tại các điểm định trước trên biên phần tử gọi là nút (node)

- Trong phạm vi mỗi phần tử đại lượng cần tìm được lấy xấp xỉ dưới dạng

một hàm đơn giản gọi là hàm xấp xỉ (approximation fuction)

- Phương pháp này thích hơp với các bài tán vật lý và kỹ thuật trong đó các hàm cần tìm được xác định trên những miền phức tạp gồm nhiều miền nhỏ có đặc tính hình học hay vật lý khác nhau, chịu những ddieuf kiện biên khác nhau

1.2.2 Mô Hình Bài Toán

Với bài toán cơ vật rắn và cơ kết cấu, tùy theo ý nghĩa vật lý của hàm xấp xỉ, ta

có thể phân tích bài toán theo 3 loại mô hình sau:

- Mô hình tương thích: mô hình này xem chuyển vị là đại lượng cần tìm trước và hàm xấp xỉ biểu diễn dạng phân bố của chuyển vị trong phần tử

- Mô hình cân bằng: mô hình này xem ứng suất (hoặc nội lực) là đại lượng

cần tìm trước và hàm xấp xỉ biểu diễn gần đúng dạng phân bố của ứng suất (hoặc nội lực) trong phần tử

- Mô hình hỗn hợp: mô hình này coi chuyển vị và ứng suất là 2 đị lương

độc lập Các hàm xấp xỉ biể diễn gần đúng chuyển vị và ứng suất trong phần tử

1.2.3 Ưu Nhược Điểm Của Phương Pháp

a) Ưu điểm:

- Ưng dụng được cho các bài toan kỹ thuật phức tạp (dễ dàng công thức hóa sau đó số hóa các bài toán kỹ thuật)

- Có thể giải được các bài toán phi tuyến

- Các bước giải được hệ thống hóa một cách rõ ràng nên ứng dụng rộng rãi

- Nếu kết quả mô phỏng được thực hiện tốt thì kết quả nhận được đáng tin

cậy

b) Nhược điểm:

- Kết quả tìm được là xấp xỉ

- Kết quả phụ thuộc vào dạng phân tử và mật độ được chọn tức là phụ thuộc

vào trình độ và kinh nghiệm người giải

1.2.4 Các Bước Thực Hiện

a) Bước 1 - Rời rạc hóa miền khảo sát (chia lưới vật thể):

- Miền khảo sát V được chia thành các miền con Ve tức là các phần tử Các phần này có hình dạng thích hợp Đối với mỗi bài toán cụ thể, số lượng, hình dạng hình học và kích thước các phần tử phải được xác định ngay từ đầu Số điểm nút các phần tử

không được lấy một cách tùy tiện mà phụ thuộc vào hàm xấp xỉ định chọn

- Các phần tử thường có dạng hình học đơn giản, ví dụ như:

b) Bước 2 - Chọn hàm xấp xỉ: chọn dạng hàm xấp xỉ của nó sao cho đơn

giản với tính toán nhưng phải thỏa mãn các tiêu chuẩn hội tụ Ta thường chọn hàm xấp xỉ

g) Bước 7 - Hoàn thiện: từ các chuyển vị tìm được ât tìm nốt các ứng suất và biến dạn g của các phần tử

1.3 Ứng Dụng Của Phương Pháp

Phương pháp Phần tử hữu hạn thường được dùng trong các bài toán Cơ học (cơ học kết cấu, cơ học môi trường liên tục) để xác định trường ứng suất và biến dạng của vật thể

Ngoài ra, phương pháp phần tử hữu hạn cũng được dùng trong vật lý học để giải các phương trình sóng, như trong vật lý plasma, các bài toán về truyền nhiệt, động lực học chất lỏng, trường điện từ

Với sự phát triển nhanh của máy tính, PP PTHH đã trở thành một công cụ mạnh không thể thiếu của các nhà kỹ thuật Hiện nay, nhiều phần mềm phục vụ cho lĩnh vực cơ học vật rắn ra đời Tuy nhiên, để sử dụng tốt các phần mềm này, việc nghiên cứu nhằm nắm rõ bản chất của phương pháp là rất cần thiết

CHƯƠNG II : TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM ANSYS 2.1 Giới Thiệu Chung về Công Ty ANSYS và Sản Phẩm Phần Mềm Ansys

2.1.1 Giới Thiệu Về Công Ty ANSYS

Công ty ANSYS, Inc., được thành lập vào năm 1 70, phát triển và thương mại hóa toàn cầu phần mềm mô phỏng kỹ thuật đang được các kỹ sư và các nhà thiết kế sử dụng trên toàn thế giới trong mọi lĩnh vực công nghiệp và dân dụng Công ty tập trung phát triển các giải pháp linh hoạt cho phép người dùng phân tích thiết kế trực tiếp trên máy tính, cung cấp một môi trường nền chung cho việc phát triển sản phẩm nhanh, hiệu quả với chi phí hợp lý, từ giai đoạn thiết kế ý tưởng cho đến giai đoạn thử nghiệm cuối cùng

và kiểm nghiệm bằng thực tế Công ty và mạng lưới kênh đối tác toàn cầu của mình cung cấp sản phẩm, hỗ trợ kỹ thuật và đào tạo cho người sử dụng phần mềm ANSYS, Inc có trụ sở chính ở Canonsburg, bang Pennsylvania, Hoa Kỳ và có trên 60 điểm bán hàng chiến lược trên khắp thế giới ANSYS, Inc và các chi nhánh có khoảng 1.700 nhân viên

và phân phối các sản phẩm của ANSYS thông qua mạng lưới kênh đối tác ở trên 40 quốc gia

ANSYS hiện có hơn 2000 chuyên gia trong các lĩnh vực phân tích phần tử hữu hạn, tính toán động lực học chất lỏng, điện tử, điện từ Trong số đó có rất nhiều người

2.1.2.Giới Thiệu Về Phần Mềm Ansys

a) Tổng quan về Ansys

Ansys là 1 phần mềm CAE, nó là 1 sản phẩm của công ty ANSYS Với phần mềm này, bài toán cơ kỹ thuật được giải quyết bằng phương pháp phần tử hữu hạn lấy chuyển

vị làm gốc Phương pháp phần tử hữu hạn FEM ( Finite Element Method) không những ngày càng được sử dụng nhiều để giải các bài toán cơ kỹ thuật mà còn được sử dụng rộng rãi ở các lĩnh vực khác trong kỹ thuật và nó mang lại hiệu quả cao Hiện nay phiên bản mới nhất là Ansys 14

Những năm gần đây, nhờ sự phát triển của các công cụ toán cùng với sự phát triển của máy tính điện tử, đã thiết lập và dần dần hoàn thiện các phần mềm công nghiệp, sử dụng để giải các bài toán cơ học vật rắn, cơ học thuỷ khí, các bài toán động, bài toán tường minh và không tường minh, các bài toán tuyến tính và phi tuyến, các bài toán về trường điện từ, bài toán tương tác đa trường vật lý ANSYS là một phần mềm mạnh được phát triển và ứng dụng rộng rãi trên thế giới, có thể đáp ứng các yêu cầu nói trên của cơ học Trong tính toán thiết kế cơ khí, phần mềm ANSYS có thể liên kết với các phần mềm thiết kế mô hình hình học 2D và 3D để phân tích trường ứng suất, biến dạng, trường nhiệt

độ, tốc độ dòng chảy, có thể xác định được độ mòn, mỏi và phá huỷ của chi tiết Nhờ việc xác định đó, có thể tìm các thông số tối ưu cho công nghệ chế tạo ANSYS còn cung cấp phương pháp giải các bài toán cơ với nhiều dạng mô hình vật liệu khác nhau: đàn hồi tuyến tính, đàn hồi phi tuyến, đàn dẻo, đàn nhớt, dẻo, dẻo nhớt, chảy dẻo, vật liệu siêu đàn hồi, siêu dẻo, các chất lỏng và chất khí …

Ansys có rât nhiều mô đun, trong đó mô đun Ansys Workbench cho phép dựng

mô hình (Modelling) 3D, mạnh như các phần mềm dựng hình 3D khác như Inventor, SolidWorks, Catia,Pro – E, NX… Nên dùng Ansys Workbench để mô hình hóa 3D, như vậy, khi mô phỏng, không bị lỗi như sử dụng phần mềm khác để dựng hình 3D Và trong khuôn khổ bài Nghiên Cứu Khoa Học này, chúng ta sẽ sử dụng Ansys Worbench để phân tích cơ cấu tay quay – con trượt

Các mô đun khác là mô đun phân tích kỹ thuật theo các bài toán như tính toán độ bền chi tiết và kết cấu Mechanical, tính toán bài toán nhiệt, tính toán bài toán dòng chảy thủy khí CFX… Tùy theo yêu cầu tính toán mô phỏng mà chọn các mô đun thích hợp

b) Các Mô Đun chính của Ansys

Ansys Multiphysics:

Tích hợp cả hai phương pháp trực tiếp (phương pháp ma trận) và phương pháp nối tiếp (phương pháp vectơ tải trọng) để đưa ra các kết quả mô phỏng chính xác, đáng tin cậy trong mọi lĩnh vực từ các hệ thống làm mát, sản xuất năng lượng, tới công nghệ sinh học và các hệ vi cơ điện tử (MEMS) Phần mềm cũng có khả năng mô phỏng dễ dàng các bài toán tương tác giữa các trường vật lý khác nhau: nhiệt – cơ, dòng chảy – kết cấu hay tĩnh điện – kết cấu với nhiều thuật giải phong phú mà người dùng có thể lựa chọn

Ansys Structural:

Ansys Structural, với khả năng mô phỏng hoàn hảo các kết cấu phi tuyến cũng như tuyến tính sẽ mang lại cho chúng ta các kết quả chính xác và đáng tin cậy.Trong Ansys Structural có đầy đủ các loại phần tử, các mô hình vật liệu tuyến tính hay phi tuyến, mô hình vật liệu không đàn hồi giúp cho phần mềm có thể mô phỏng được các kết cấu lớn và phức tạp Ngoài ra, phần mềm cũng phân tích được sự tiếp xúc trong các mối lắp Người

sử dụng sẽ hoàn toàn cảm thấy thoải mái và dễ dàng tiếp cận các mô hình vật liệu cũng như lựa chọn các tùy chọn giải tối ưu cho bài toán qua giao diện đồ họa kiểu cấu trúc cây Các tùy chọn giải cao cấp hơn được thực hiện qua chức năng tính toán song song.Từ Ansys Structural, người sử dụng cũng có khả năng nâng cấp lên thành Ansys Mechanical khi cần thiết Các phân tích tương tác cao cấp hơn nữa như dòng chảy, điện từ chỉ được tính toán trong gói phần mềm Ansys Multiphysics

Ansys DesignSpace:

Là một gói phần mềm mô phỏng mạnh mẽ, giúp cho các nhà thiết kế và kỹ sư có thể thực hiện toàn bộ công việc của mình từ việc xây dựng ý tưởng, mô hình hóa, và hiện thực hóa các ý tưởng ngay trên bàn làm việc Sử dụng công nghệ Knowledge-Based Automation, phần mềm này được xây dựng dựa trên những kỹ thuật đặc biệt mạnh mẽ của Ansys, những kỹ thuật đã được phát triển suốt 32 năm qua

Sử dụng DesignSpace, các nhà thiết kế có thể rút ngắn thời gian cho ra một sản phẩm và tránh được nhiều sai sót Với DesignSpace, các kỹ sư dễ dàng thực hiện các bài tính kết cấu, nhiệt, động lực học, tối ưu hóa khối lượng, tối ưu hóa chức năng, mô phỏng các dao động, tính toán các hệ số an toàn v.v…

DesignSpace hoàn toàn tương thích với các phần mềm CAD mới nhất và hiện đại nhất hiện nay: Autodesk Inventor, Unigraphics, SolidWorks, Pro/Engineer, và Autodesk Mechanical Desktop Ngoài ra, DesignSpace cũng có khả năng đọc dữ liệu từ CATIA và các định dạng file thông dụng khác như SAT hay Parasolid

Từ các mô hình chỉ gồm một chi tiết hay các mô hình lắp phức tạp, môi trường 3D của DesignSpace mang lại một cái nhìn toàn diện về hệ phần mềm mô phỏng ảo

Ansys workbench:

Khi sử dụng các công cụ có sẵn trong ANSYS Workbech, người sử dụng sẽ tiết kiệm thời gian trong việc giải quyết các yêu cầu mô phỏng Các liên kết 2 chiều với tất cả các hệ thống chủ yếu của CAD được cung cấp một cách hiệu quả để cập nhật từ mô hình CAD với các thông số thiết kế Công cụ chia lưới có sẵn ANSYS Workbench được dựa trên một số thuật toán trong ANSYS đã được phát triển hiệu quả - ví dụ, người kĩ sư phân tích cấu trúc hiện nay có thể tận dụng từ một công nghệ mà chỉ dùng riêng cho người sử dụng CFD và ngược lại Các ứng dụng của ANSYS Workbench Mechanical đã chứng minh một cách hiệu quả bằng các phân tích nhanh chóng Tự động tìm kiếm liên kết là một điểm nổi bật nhất so với giao diện cổ điển ANSYS MechanicaL APDL

ANSYS Workbench có thể tự động thêm vào những câu lệnh bởi APDL Ví dụ như, Khi tìm kiếm thiết kế tự động, một người sử dụng có thể dễ dàng sử đổi dạng hình học của mô hình bằng cách chỉnh sửa các tham số thiết kế trong mô hình CAD Trong các trường hợp phân tích như ứng suất hay phân tích ứng suất dư, tất cả các dữ liệu sẽ được

liên kết chia sẻ với nhau để được xử lý tự động giúp cho người dùng tập trung vào thiết

kế một sản phẩm tốt hơn thay vì phải quan tâm tới quảnh lý thông tin dữ liệu xử lý

c) Các bước giải toán với Ansys

Việc phân tích trong Ansys gồm 3 bước chính: Pre-processing, Solution, processing:

Post-Ngoài 3 bước chính trên, quá trình phân tích bài toán trong ANSYS còn phải kể đến quá trình chuẩn bị (preferences) chính là quá trình định hướng cho bài toán Trong quá trình này ta cần định hướng xem bài toán ta sắp giải dùng kiểu phân tích nào (kết cấu, nhiệt hay điện từ ), mô hình hoá như thế nào (đối xứng trục hay đối xứng quay, hay

mô hình 3 chiều đầy đủ ), dùng kiểu phần tử nào (Beam, Shell Plate )

Pre-processing: Tiền xử lý bao gồm:

 Xây dựng mô hình ( Model generation )

 Định nghĩa loại phần tử ( Define element type)

 Định nghĩa vật liệu ( Define material)

 Chia lưới – tạo mô hình phần tử hữu hạn ( Meshing)

Solution: Giải ,bao gồm:

 Xác định loại phân tử ( Analysis type)

 Áp đặt tải trọng và các điều kiện biên ( Specify loads and boundary conditions)

 Các solver của phần mềm thực hiện giải

Post-processing: Hậu xử lý bao gồm:

 Phân tích hình ảnh hoặc đưa ra kết quả

 Kiểm tra kết quả

Do trong khuôn khổ đề tài này, chúng ta chỉ quan tâm nhiều đến mô đun Ansys Worbench nên sau đây chúng ta sẽ đi sâu vào mô đun này, kết cấu chương trình cũng như cách làm việc trong môi trường Ansys Worbench, phiên bản lựa chọn là Ansys Worbench 12.0

2.2 Kết Cấu Chương Trình Và Các Nhóm Lệnh Của Ansys Worbench

Workbench 12.0 là một giao diện người dùng hoàn toàn mới và phương pháp tương tác cho phép người dùng đưa ra các thao tác mô phỏng mang tính chất đồ họa cao

Về giao diện người dùng, đã có một danh mục các hệ thống phần mềm phân tích có licence, gồm cả các hình đã được sử dụng Chẳng hạn, có các biểu tượng cho phần lớn các mô phỏng như cấu trúc tĩnh, modal, buckling tuyến tính, tối ưu hóa hình dạng (tất cả đều sử dụng mã chính của Ansys), sau đó là một số ứng dụng khác bao gồm, dòng chất ( với các lựa chọn cho cả Fluent và CFX), động lực học tường minh (với Autodyn),v.v…

Tính năng cao cấp hơn là việc người dùng kéo thả các mục từ các danh mục để xây dựng lên nhiệm vụ mô phỏng Sử dụng các hệ thống phân tích sẵn có làm khởi điểm, người sử dụng chỉ việc kích đúp vào hệ thống mong muốn, bổ sung thêm các biến số đầu vào và khai báo các biến theo yêu cầu Không xét tới đó là các thông tin vật liệu từ một library, việc nhập CAD geometry, hay bổ sung thêm các tải, lực cản và các điều kiện biên, mỗi hệ thống sử dụng bộ soạn thảo chuyên dụng riêng nên người sử dụng không cần phải xem xét lại nhiều Trong suốt quá trình này, người sử dụng được cung cấp các phản hồi nhanh chóng về thông tin cái gì đã được xác đinh, và cái gì cần bổ sung

Kết cấu chương trình chính của Ansys Worbench được chia làm 3 phần :

Ansys Worbench Interface Ansys Worbench Design Modeler Ansys Worbench Mechanical

2.2.1.Ansys Worbench Interface

Hình 2.1 Giao của Ansys Worbench Interface

Đây là môi trường làm việc tổng quan nhất trong Ansys Worbench, nó giúp người dùng quản lí được phương thức sử dụng các mô đun phân tích, cơ cấu cần phân tích, quá trình phân tích, kết quả, các khai báo ban đầu…

Vì là môi trường làm việc tổng quan nên nó chỉ có thể quản lí được quá trình phân tích chứ không thể tác động trực tiếp đến quá trình phân tích

Trong Ansys Worbench Interface, có 2 phần cần chú ý nhất và cũng là nơi chúng

ta làm việc nhiều nhất đó là phần Toolbox và Project Schematic

a) Toolbox : trong phần này, chúng ta chú ý hơn cả là các tùy chọn trong

Analysis Systems

Các tùy chọn nhỏ trong Analysis Systems chính là các mô đun chúng ta cần sử dụng để phân tích bài toán theo đúng yêu cầu đề ra Ở đây, Ansys Worbench đưa ra cho chúng ta rất nhiều mô đun nhỏ , thích hợp với nhiều loại yêu cầu và công việc cần phân tích

Hình 2.2 Các mô đun phân tích mà Ansys Worbench hỗ trợ

Chúng ta có thể liệt kê 1 số mô đun và ứng dụng của nó trong công việc phân tích : +) Electric : sử dụng rộng rãi trong ngành điện

+) Explicit Dynamic : sử dụng để phân tích các chuyển động

dạng xung +)Thermal – Electric: sử dụng trong ngành điện tử +)Static Structural : dùng để phân tích các cơ cấu tĩnh +)Fluid Flow : nghiên cứu và phân tích dòng chảy +)Transient Structural : phân tích chuyển động…

b) Project Schematic

Hình 2.3 Giao diện phần Project Schematic

Đây chính là phần quản lí quá trình làm việc của chúng ta Môi trường làm việc này cho phép chúng ta gọi nhiều mô đun cùng 1 lúc và cho phép liên kết các mô đun với nhau bằng phương thức kéo thả, đây là ưu điểm rất lớn của Ansys Worbench

Trong project schematic cho phép chúng ta quản lí toàn bộ quá trình phân tích , thứ tự của quá trình cũng được hiện thị lên màn hình như hình minh họa.Các bước phân tích 1 cơ cấu như sau :

1 Gọi Mô đun phù hợp với công việc phân tích

2 Khai báo đầu vào cho cơ cấu ( Engineering Data)

3 Nhập cơ cấu cần phân tích ( Geometry)

4 Chia lưới cho cơ cấu ( Model)

5 Chọn các tùy chỉnh phù hợp cho cơ cấu ( Setup)

6 Tiến hành phân tích cơ cấu theo các cài đặt ở trên ( Solution)

7 Lấy kết quả bài toán (Results)

1 điểm mạnh của Ansys Worbench mà chúng ta cần chú ý đó là ngoài việc tạo nên 1 cơ cấu trực tiếp trong môi trường của Ansys thì chúng

ta có thể vẽ cơ cấu bằng 1 phần mềm 3D khác rồi đưa vào Ansys để phân tích bằng việc lựa chọn Import trong phần Geometry

2.2.2 Ansys Worbench Design Modeler

Đây là môi trường vẽ các cơ cấu của Ansys Worbench, tuy không mạnh bằng các phần mềm hỗ trợ vẽ 3D khác nhưng Design Modeler hỗ trợ chúng ta khá nhiều lệnh và điều quan trọng là cơ cấu vẽ trực tiếp trong Ansys sẽ ít bị lỗi hơn so với nhập từ 1 phần mềm vẽ 3D khác

Hình 2.4 Giao diện của Ansys Worbench Design Modeler

Vì đây cũng là 1 môi trường vẽ 3D nên các nhóm lệnh của nó cũng tương

tự như các phần mềm vẽ 3D khác

Các nhóm lệnh chính trong Design Moeler :

a) Nhóm lệnh tạo hình : Sketching Toollboxes