Hướng dẫn sử dụng phần mềm ANSYS trong tính toán kết cấu công trình - Đại học Thuỷ lợi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH TS NGÔ VĂN THUYẾT (Chủ biên) TS PHẠM NGUYỄN HOÀNG PGS TS vũ HOÀNG HƯNG HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHÂN MỀM ANSYS TRONG TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH NHÀ XUẤT BẢ[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

TS NGÔ VĂN THUYẾT (Chủ biên)

TS PHẠM NGUYỄN HOÀNG - PGS.TS vũ HOÀNG HƯNG

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHÂN MỀM ANSYS TRONG TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI NÓI ĐẦU

pháp phần tử hữu hạn đang được sử dụng phổ biến trên thế giới Phần mềm ANSYS

được dùng đê giải quyêt các bài toán trường ứng suăt - biên dạng, trường nhiệt cho các loại kết cấu công trình, các bài toán tĩnh, dao động, cộng hưởng, on định, va chạm, tiếp xúc, với các loại vật liệu đàn hồi, phỉ tuyến, đàn dẻo, đàn nhớt, ANSYS

trụ, cơ khí chế tạo,

hướng dân sử dụng phân mêm ANSYS đã được xuăt bán Tuy vậy, chưa có nhiều tài

liệu hướng dăn quy trình từng bước thực hiện tính toán các dạng kêt cău công trình cơ

Tài liệu “ Hướng dẫn sử dụng phần mềm ANSYS trong tính toán kết cấu công trình” được biên soạn nhăm cung câp cho bạn đọc quy trình từng bước tính toán bài

toán kết cấu công trình bằng phần mềm ANSYS v.16.0 Các dạng kết cấu công trình cơ

bản với những ví dụ cụ thể như kết cắu dầm liên tục, kết cấu giàn, kết cấu khung

hướng dân xem kêt quả băng phân mêm ANSYS Ngoài ra, một sô phân tử thường

dùng trong ANSYS như phần tử thanh, phần tử liên kết, phần tử vỏ, phần tử tấm, đế

mô phỏng các dạng kết cấu công trình cơ bản cũng được giới thiệu.

Tài liệu này được sử dụng làm bài giảng hướng dân thực hành phân mêm ANSYS

của môn học “ Tin học ứng dụng trong kỹ thuật công trình ” cho sình viên ngành Kỹ thuật công trình của Trường Đại học Thủy lợi và cũng là tài liệu tham khảo cho sinh

viên các khối ngành Công trình của các trường đại học kỹ thuật khác.

Nội dung tài liệu gồm các chương:

Tài liệu này do ba tác giả: TS Ngô Văn Thuyết (chủ biên), TS Phạm Nguyễn

TS Ngô Văn Thuyết: Chủ biên, viết phần mở đầu, chương 1, 3 và phần phụ lục;

Các tác giả chăn thành cảm ơn các đổng nghiệp trong Bộ môn Kêt cấu công trình, Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi; các thầy/cô giáo, các chuyên gia trong

và ngoài trường đã có những lời nhận xét, ỷ kiến đóng góp đê nâng cao chất lượng

CÁC TÁC GIẢ

Phần mở đầuGIỚI THIỆU VỀ PHẦN MÈM ANSYS

1 GIỚI THIỆU CHƯNG VỀ PHẦN MÈM ANSYS

ANSYS là một phần mềm dựa trên phương pháp phàn từ hữu hạn (PTHH) để tínhtoán các bài toán vật lý, toán học, cơ học, kết cấu, truyền nhiệt, điện thế, Phươngpháp PTHH là phương pháp số gần đúng đế giải các bài toán được mô tả bởi các phương trình vi phân đạo hàm riêng trên miền xác định, có hình dạng và điều kiện biên bấtkỳ mà nghiệmchính xác không thể tìm được bằngphương phápgiải tích Nhờứng dụng phương pháp PTHH, các bài toán kỳ thuật với số bậc tự do lớn có thể giải được một cách dễ dàngtrong ANSYS

Phần mềm ANSYS được ứng dụng rộng rãi trong tính toán, thiết kế kết cấu côngtrình ở nhiều lĩnh vực như xây dựng, thủy lợi, giao thông, địa chất khoáng sản, côngtrình quốc phòng, hàngkhông vũ trụ, chế tạo cơkhí, tàu thủy, điện tử, Trong cácbài toán kết cấu, phầnmềm ANSYS dùng đểgiải các bài toán trườngứng suất -biến dạng, trường nhiệt cho các kết cấu, giải các bài toán dạng tĩnh, dao động, cộng hưởng, bàitoán ổn định, bài toán va chạm, bài toán tiếp xúc, với các loại vật liệu đàn hồi, phituyến, đàn dẻo lý tưởng, dẻo nhớt, đàn nhớt Với những ưu thế này, ANSYS thường được sửdụng trong học thuật và nghiên cứukhoahọc

Hiện nay, có nhiều trường đại học và viện nghiên cứu trên thế giới sử dụng phần mềm ANSYS trong giảng dạy và nghiên cứu ỚViệt Nam, phầm mềm ANSYS đã bắt đầu được ứng dụng trong những năm gần đâyđế phân tích các bài toán kết cấu trong ngành công trình thủy lợi - thủy điện, công trình xâydựng dândụng, hàng không quốcphòng, cơkhí chế tạo, và có xu hướng ứng dụng rộng rãi hơn trong lĩnh vực nghiêncứu khoa học ỡ các trường đại học và các đơn vị thiết kế kết cấu công trình trong những năm tới đây Với xu hướng này, việc đưaphần mềm ANSYSvàogiảngdạy cho sinhviêncác ngành kỹ thuật công trình của các trường đại học kỹ thuật là cần thiết

Từ khi ra đời những năm 1970, phần mềmANSYS không ngừng được cải tiến, nângcấp công năng ngày càng lớn mạnh Hiện nay, phần mềm ANSYS đã phát triển đến phiên bản ANSYS V19.0 Trong tài liệu này, tập trung khai thác phần mềm ANSYSvló.o đế tính toán cáckết cấu công trình cơ bản như kếtcấu dầm liêntục, kết cấu giàn, kết cấu khung - khung sàn, bài toán tấm phẳng, giúp các bạn sinh viênngành kỹ thuật công trình có những kiến thức cơ bản về tính toán kết cấu công trình bằng phần mềm ANSYS phụcvụ làm đồ án tốtnghiệp cũng như phụcvụ cho nghề nghiệp sau này

- Khởi động có lựa chọn mô-đun của nhà sản xuất:

Start Programs File —> ANSYS 16.0 —> Mechanical APDL Product Launcher16.0 Xuất hiện cửa sổ lựa chọn như hình 1 —>Lựa chọnthưmục làm việc và nhập tên bài toán—> NhấnRun để khởi độngphần mềm

A 1 6.0: ANSYS Mechanical APDL Product Launcher [Profile: **■* Last ANSYS Run ***] Hostname: DESKTOP-REIID72 - X I File Profiles Options Tools Links Help

Working Directory: I D:\Bai giang + Giao trinhtANSYS XDDDVChuong 1+2 I Browse

Hình 1, Cửa sô khởi động phần mềm

Lưu ý:

- Khi khởi động nhanh, thư mục làm việc và tên bài toánđược lấy theo mặc định củachương trình Để tránh lưu đè lênbài toán đã có, khi khởi động xong cần thay đổi thưmục làmviệc và tênbàitoán

- Đối với người mới bắt đầulàm quen với phầnmềm ANSYSnên sửdụng cách thứ hai

để khởi động phần mềm như hình 1 Với cách khởi động này, các bài toánđược đặt tên và đưa vào thư mục do người dùng tự định nghĩa Điều này sẽ giúp người dùngtránh được việc lưuđèbài toán mớilên bài toán đã có

2.2 Thoát khỏi phần mềm

Đẻ thoát khỏiphầnmềm ANSYS có thể thựchiện theo các cách:

- Nhấn trực tiếp vào biểu tượng QUIT trên thanh công cụ cửa sổ giao diện phầnmềm

- Utility Menu File—> EXIT

Nhấn vào biểu tượng X ở góc phíatrên bên phảicửa sổ giao diện

Sau khi thực hiện một trong các thao tác trên sẽ xuất hiện cửa sổ như hình 2, lựachọn một trongbốn gợi ý để lưu/không lưu bài toán

Hình 2 Cửa sổ lựa chọn trước khỉ thoát khỏi phần mềm

- Hoặc nhập lệnh /EXIT để thoát khỏi hoàn toàn phần mềm

Lưu ý:Đối với bacách đầu tiên đều yêu cầu trước khi thoát khỏi phần mềm cần lựa chọn cáchlưu/không lưu bài toán Đối với người mới bắt đầu sử dụng nên sử dụng các cáchnày

2.3 Cửa sổ giao diện phần mềm

Sau khi khởi động phần mềm ANSYS 16.0 xuất hiện cửa sổ giao diện như hình 3 Đây còn được gọi là cửa sổ giao diện với người sử dụng GUI (Graphical UserInterface) Trong cửa số hình 3 bao gồm 8 bộphận chính:

© Menu tiện tích (Utility Menu): Trongquá trình thựchiện bài toán, bấtkể lúc nào cũng có thể thao tác với menu này đểthực hiện một chức năng nàođó hoặc đưara một cửa sổ lựa chọn Trong menu này bao gồm 10 thẻ: Lựa chọn đối tượng (Select), hiển thị dữ liệu dạng bảng (List), hiển thị dữ liệu dạng đồ họa (Plot), khống chế hiển thị (PlotCtrls), mặt phang làm việc (Work Plane), tham so (Parameters), lệnh mở rộng (Macro), khống chế menu(MenuCtrl), trợ giúp (Help)

@ Cửa sổ nhập lệnh (Command Prompt): Khi thao tác trong phần mềm ANSYS ngoài sử dụng phương thức GUI (thao thác dùng chuột) vẫncó thể sử dụng nhập lệnh,

các câu lệnh của ANSYS đều có thể nhập qua cửa sổ này Với người mới bắt đầu sử dụng nên kếthợp cả hai phương thức.

Hình 3 Cửa sổ giao diện phần mềm AN SYS 16.0

@ Hiển thị cửa sổ đang an (Raise Hidden): Trong quá trình sử dụng ANSYS, có thể xuất hiện nhiều cửa sổ ví dụ như cửa sổ lựa chọn, cửa sổ định nghĩa hằng số vật liệu nhấn vào biểu tượng này để hiện các cửa sổ đangẩn

® Thanh công cụ (Toolbar): Trên thanh công cụbao gồm một vài lệnh và hàm sốthường sử dụng Người sử dụng có thế theo nhu cầu để thiết lập các nút công cụ, chỉcần dùng chuộtnhấnnútđể thao tác các câu lệnh

® Meu chính (Main Menu): Tất cả quá trình thực hiện phân tích bài toán kết cấu đều cơ bản nằm trong menu này Trongmenu được sắp xếptheo trình tự phân tích bao gồm xử lý số liệu, tính toán, xử lý kết quả thông thường, xử lý kết quả theo thời gian , dấu “+” trước menu thể hiện có thể xuất hiện menu cấp con trong đó

® Nút tiện ích: Đối với các thao tác sử dụng nhiều trong quá trình thực hiện bàitoán hoặc các thao tác cần thiết cho một bài toán, phần mềm ANSYS đưa ra các nútcông cụ đế dùng chuột thựchiện nhanh thao tác

® Màn hình hiển thị: Đây là cửa sổ chính của phần mềm ANSYS, mô hình phân tích, lưới, phổ mầu, đường đẳng kết quả tính toán thông tin hội tụ trong quá trình giải đều hiển thịtrong cửa sổ này

@ Thanh trạng thái: Hiển thị một vài thông tin trong quá trình thao tác GUI đểnhắc nhờ ngườisử dụng.

Trong phưong thức GUI,có 4 cách để thực hiện một thao tác:

3 TRÌNH Tự GIẢI BÀI TOÁN KẾT CẤU BẰNG PHÀN MỀM ANSYS

Có ba phưong thức chính đế giải bài toán kết cấu bằng phần mềm ANSYS, đó làphương thức giao diện đồ họa - người dùng (GUI - GraphicalUser Interface), phươngthức dùng lệnh (COMMAND), phương thức ngôn ngữ lập trình tham số (APDL -ANSYS Parametric Design Language) Với một bài toán, người sử dụng có thể dùng phối họp cả ba phương thức này Tàiliệu này chủ yếu hướng dẫn cho sinhviên (ngườimới làm quen với phần mềm ANSYS) từng bướcthao tácthực hành tính toán một bàitoán kết cấu công trình ngay trên màn hình máy tính bằng cách sử dụng chuột trực tiếp, tức làthực hànhtheo phươngthức GUI Tuy nhiên, có mộtsố bài toán (trình bày trong các chương tiếp theo) mà phần tử sửdụng để mô phỏng kết cấu không cònhiển thị trong cửa số lựachọn trực tiếp bằng chuột, phần tử được lưu trữ trong thư viện dữ liệu phần mềm và chỉ có thế gọi ra bằng câu lệnh COMMAND, thì việc thực hành từng bước tính toán bài toán sẽ được kết họp giữaphương thức GUI và phương thứcdùng lệnh COMMAND Kể từ bản nâng cấp ANSYS v.14.0 trờ lên, có một số phần tử

cơ bản không còn hiển thị trong cửa sổ lựa chọn trực tiếp bằng chuột mà được lưu trữtrong thư viện dữ liệu phần mềm Ngoài ra, trongtất cả các ví dụ tính toán, hướngdẫn thực hiện bài toánbằng phương thức APDL đều được gợi ý tham khảo ởcuối mồi bài toán đế giúp cho sinh viên biết thêm các câu lệnh thực hiện bằng phươngthức APDL tương ứng với các thao tác thực hiện trực tiếp bằng chuột trong phương thức GUI Từ

đó, sinh viên có thể so sánh các phương thức thực hiện bài toán trong ANSYS vàrútranhận xét cho mình về phương thức thực hiện bài toán họp lý nhất

Trinh tự giải bài toán kết cấu công trình bằng phần mềm ANSYS nói chung bao gồm nhiềubước và được chia thànhba nhóm chính là xử lý số liệu, tính toán và xử lýkết quả như dướiđây:

- Định nghĩa loại phân tử;

K, L, A, VLMESH, AMESH,VMESHACEL,D, F, SF

ANTYPE, NROPTTIME, DELTIMESOLVE

- Lựa chọn loại hìnhtínhtoán;

- Thiết lậpcác yêu cầu tính toán;

- Tínhtoán;

(3) Xử lỷ kết quả (/POST):

- Xử lý kết quả thông thường dưới dạng bảng biếu, phổmàu, PLNSOL, PLDISP;

- Xửlýkết quả theothời gian dạng bảng biểu, đồthị, PLVAR;

- Xửlýkết quả dẫn xuất;

- Phân tích kếtquả

4 GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG THỨC NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH THAM SỐ APDL

Mỗi thao tác trong GUI tưongứng với một câu lệnh, các câu lệnh được nhập vào cửa

sổnhậplệnh số® như hình 3.Trong một bài toán, ta có thểsử dụng kết họp giữaphươngthứcGUI và phương thức COMMAND Phươngthức giải các bài toán kết cấu thông quaviệc soạn thảo hoàn toàn bằng các câu lệnh theo một trìnhtự mà không cần dùng chuột trực tiếp trên các cửa sổ giao diện gọi là phương thức ngôn ngữ lập trình tham số APDL Các câu lệnhđượcđược soạnthảotrênmột nền nàođó như Notepad cho file dạng file.txt hoặctrong Word củaMicrosoft Office cho file dạng file.docx Các số liệu đầu vào được thamsố hóa để có thể dễdàngthay đổi cho các bàitoándạng tương tự

Thực hiện bài toántínhtoán kết cấu bằngphương thức APDL có nhiềuưuđiểmhơn

so với phương thức GUL Chang hạn như:

- Khi sử dụng phương thức GUI, việc thực hiện thao tác trực tiếp bằng chuột có thể bị sai hoặc nhầm Trong khi đó, phần mềm ANSYS không tích hợp nútquaytrờ lại (undo) Do đó, trong nhiều trường họp, khi người dùng thao tác sai (hoặc nhầm)một lệnh nào đó, rất khó để quay trờ lại trạng thái liền trước (trước khi thao tác sai) và có thể phải làm lại bài toán từ đầu Tuy nhiên, khi thựchiện bài toán bằng phương thức APDL, việc thực hiện bài toán hoàn toàn bằng các câu lệnh, khi câu lệnh sai (hoặc nhầm)người dùng có thể sửalại và cho chạy lạibài toán một cách nhanh chóng

- Phương thức APDL dễ dàngthayđổi giá trị các tham số và cóthể thực hiện như một ngôn ngữ lập trìnhFORTRAN.

- Khi sử dụng phương thức GUI, việc lưu bài toán là tương đối tốn dung lượng

bộ nhớ máy tính Trong khi đó, khi sử dụng phương thức APDL, mỗi khi cần xem kết quả, người dùng có thế chạy lại, sau đó thoát phần mềm ANSYS vàkhông cần lưu lại bài toán Việc lưu trữ của phương thức nàychỉ là lưu file câu lệnh trên nền file.txt hoặc file.docxcó dung lượng tương đối nhẹ

Tuy có nhiều ưu điểm như vậy, nhưng cũng cần chú ý rằng khi thực hiện tính toán bài toán kết cấu công trình bằng phương thức APDL, các câu lệnh phải được viết chính xác tuyệt đối, không được phép viết sai chính tả, viết sai câu lệnh phần mềm sẽkhồnghiểu vàđưara cảnh báo không chạy được Với nhữngngười dùng đãnắm đượckiến thức cơ bàn về phần mềm ANSYS thì việc sử dụng phương thức APDL để giải quyết các bài toánkếtcấu công trình được khuyếnkhích sử dụngvì tiết kiệm thờigian thực hiện

Giới thiệuvềquytrình chung thực hiện một bài toánbằng phương thức APDL:

! THONG SO DAU VAO

A=2;

!KHOI DONG KHOI xu LY so LIEU

ALLSEL

DK,l,ux,0

ALLSEL

Những ghi chú phải để dấu chấm than (!) phía trước để phần mềm ANSYS hiểu rằng những kí tự phía saudấu chấm than (!) lànhững ghi chú

5 MÔI TRƯỜNG LÀM VIỆC CỦA ANSYS

Chương trình ANSYS là một gói phần mềm có công năng lớn, phân tích thiếtkế tối

ưu, linh hoạt Phần mềm này có thế làm việc trên nhiều môi trường khác nhau như máy PC, NT, UNIX

ANSYS có thể trao đổi số liệu với rất nhiều phần mềm CAD, có thể nhận số liệu hình học đượclàm từ một phần mềm CAD nào đó ví dụ như ProEngineer, SolidWork,NASTRAN, Alogor, I - DEAS, AutoCAD Việc làm này có thể tiết kiệm được thờigian trongquá trình xây dựng mô hình, nâng cao hiệu quả làm việc.

Với các phần mềm CAD có thể tạo file có cáchthức: Pro/E, Unigraphics, CADDS,IGES, SAT và Parasolid, phầnmềm ANSYSđều đủ khả năng tiếp nhận

Chương 1PHÂN TÍCH KẾT CẤU DẦM LIÊN TỤC

1.1 KẾT CẤU DẰM LIÊN TỤC

Kết cấu dầm liên tục khá phổ biến trong công trìnhxây dựng, giao thông Một dầm liên tục thường có hai hay nhiều nhịp được đỡ bời các gối di động, gối cố định hoặc ngàm như hình 1.1 Đe mô phỏng dầm liên tục trong ANSYS, chúng ta thường dùng phần tử thanh Một dầm liên tục gồm nhiều thanh thẳng liên kết với nhau tại các nút ởhai đầu và ở cácnút này có liên kết với nền công trình bằng các liên kết gối diđộng, gối

cốđịnh hoặc ngàm Phần tử thanh có thể có tiết diện không đổi hoặc tiết diện thay đổi

Bảng 1.1 Các phần tử thanh thường dùng để mô phỏng kết cấu dầm liên tục

1.2.1 Phần tử thanh làm việc phẳng BEAM3

BEAM3 là phần tủ’ đơn giản nhất trong các phần tử dùng để mô phỏng kết cấu dầmliên tục hoặc kết cấu khung phang, làphần tử thanh làm việc phangcó khả năng chịukéo,

nén dọc trụcvàchịu uốn Phần tử thanh làm việc phẳng BEAM3 có hai nútở hai đầu,mỗinút có babậc tự dolàchuyểnvịtheo phương X, Y và xoayquanhtrục z như hình 1.2.

Hình 1,2, Phần tử BEAM3

Số liệu đầu vào củaphầntửBEAM3 cho ờbảng 1.2

Bảng 1.2 Số liệu đầu vào của phần tử BEAM3

Điểm nút I, J

Bậc tự do ƯX, UY, ROTZ

Hằng số thực AREA, IZZ, HEIGHT,SHEARZ, ADDMAS

Tải trọng khối Nhiệt độ:Tl,T2, T3, T4

Tải trọng bề mặt

Áp lực:

Mặt 1 (I-J) (phương pháp tuyến -Y);

Mặt2 (I-J) (phương tiếp tuyến +X);

Mật 3 (I) (phương dọc trục +X);

Mặt4 (J)(phương dọc trục-X)

Đặc tính ứngsuất cứng hóa, biến dạng lớn, phầntử hoạt động không hoạt động

KEYOPT(6)

Lực và mômen đầu ra:

0 Khôngxuấtlựcvàmômen;

1 -Xuấtlựcvà mômen trong hệtọa độ phầntử

KEYOPT(9) Xuấtkết quả số điểm N giữa nút I vàJ (N =0, 1, 3, 5, 7, 9)

KEYOPT(IO)

Dùng lệnh SFBEAM gánvị trí tải trọng cùng với khoảng cách từ đầu I tớitải trọng phân bố:

0 Giá trị chiều dài đoạn này có đơn vị làđộ dài;

1 - Giátrị chiều dàiđoạn này có đơn vị làtỷ số độ dài (0 -H 0)

Số liệu đầu ra đối với phần tử BEAM3 bao gồm những thuộc tính hình học vànhững yếu tố dẫn xuất như thế tích, tọa độ trọng tâm phần tử, ứng suất, biến dạng và nội lực Bảng 1.3 thế hiện mã xuất ứng suất, biến dạng và nội lực của phần tử BEAM3

Bảng 1.3 Mã xuất ứng suất, biến dạng và nội lực của phần tủ’ BEAM3

SBYT ứngsuấtdouốn tại cạnh +Ycủathanh LS 2 5SBYB ứngsuấtdouốn tại cạnh -Ycủa thanh LS 3 6SMAX ứngsuất lớn nhất (ứng suất dọc + ứngsuất uốn) NMISC 1 3SMIN ứngsuấtnhỏnhất(ứngsuất dọc - ứngsuấtuốn) NMISC 2 4EPELDIR Biến dạng đàn hồi dọc trục ở cuối LEPEL 1 4EPELBYT Biếndạng đàn hồi uốn tại cạnh +Ycủathanh LEPEL 2 5EPELBYB Biến dạng đàn hồiuốntại cạnh -Ycủa thanh LEPEL 3 6MFORX Lực trong phần tử theo phương trục X SMISC 1 7MFORY Lực trong phần tửtheophương trục Y SMISC 2 8MMOMZ Mômen trong phần tử theo phương trục z SMISC 6 12

1.2.2 Phần tử thanh đặt trên nền đàn hồi làm việc phắng BEAM54

Phần tử BEAM54 là phần tử thanhtrên nền đàn hồi làm việc phang có thể chịu kéo,nén dọc trụcvà chịu uốn, cóhai nút ờ hai đầu, mỗi nútcó ba bậc tựdo, trong đó có hai chuyển vị thẳng theocác phương X,Yvà một chuyển vị xoay quanh z nhưhình 1.3

Hình 1.3 Phần tử BEAM54

Số liệu đầu vào củaphần tử BEAM54 cho ở bảng 1.4 Lưu ý rằng trong phần khai báo hằng số thực cho phầntử BEAM54, ngoài các đặc trưnghình học của tiếtdiện như phần tử BEAM3 còn cần khai báo hằng số thực về hệ số nền ks Ví dụ câu lệnh khai báo như sau:

Bảng 1.4 Số liệu đầu vào của phần tử BEAM54

Bậc tựdo ux, UY, ROTZ

Hằngsốthực AREA, 1Z,HYT, HYB, AREA, AREAS, ., EFS, ISTRN, ADDMASVật liệu EX, ALPX, DENS, GXY,DAMP

Tải trọng bề mặt

Áp lực:

Mặt 1 (I-J) (phươngpháptuyến -Y);

Mặt2 (I-J) (phương tiếp tuyến+X);

Mặt3 (I) (phương trục +X);

Mặt4(J) (phương trục -Y)

Tải trọng khối Nhiệt độ: T1,T2, T3, T4

Đặc tính ứngsuất cứng hóa, biến dạng lớn, phần tử hoạt động không hoạt động

KEYOPT(6)

Lựa chọnứngsuấtcứnghóa:

0 Khi mở NLGEOM, sửdụngma trận độ cứng hướng cắt chính

1 Khi mở NLGEOMvà SOLCONTROL, sửdụngcùngma trận độcứng hướng cắt

2 Khi đóng SOLCONTROL, không sử dụng cùng ma trận độcứnghướng cắt

KEYOPT(9)

Lực vàmômen đầu ra:

0 Không xuất lựcvàmômen;

1 -Xuấtlựcvàmômen trong hệtọađộ phần tử

KEYOPT(IO)

Dùng lệnh SFBEAM gán tải trọng bề mặt:

0 - Sốliệu gán có đơn vị làđộ dài;

1 - Số liệu gán có đơn vịlàtỷ số độ dài

Số liệu đầu ra: Bàng 1.5 thế hiện mã xuất nội lực củaphần tử BEAM54

Bảng 1.5 Mã xuất nội lực của phần tử BEAM54

MFORX Lực trong phần tửtheo phương trục X SM1SC 1 7MFORY Lực trong phần tử theo phương trục Y SM1SC 2 8MMOMZ Mômen trong phần tử theo phương trục z SMISC 6 12

1.3 VÍ DỤ PHÂN TÍCH KẾT CẤU DẦM LIÊN TỤC

Ví dụ 1.1: Dầm liên tục ba nhịp

Một dầm liên tục ba nhịp có kích thước và chịutải trọng như hình 1.4 Môđun đàn hồi của vật liệu bê tông mác M250 là E = 2.6X107 kN/m2, hệ số Poisson p = 0.2, khốilượng riêng p = 25 kN/m3 Dầm tiết diện chữ nhật kích thước bxh = 0.3x0.6m Tínhtoán chuyến vịvànội lực trong dầm

Hình 1.4 Sơ đô tính toán kêt câu dâm liên tục ba nhịp

F2=40kN

1 1 ,A=2m

(4) Địnhnghĩa phần tử và hằng số thực: Đối với phần mềmANSYS từ V14.0 trở lên, trong cửa sổ giao diện lựa chọn phần tử(vàobằng cách Main Menu —> PreprocessorElement Type Add/Edit/Delete Xuất hiện Element Type Add Xuất hiện bảng Library ofElement Types —> Beam) không có sẵn phần tử BEAM3 mà phần tử này được lưu trữ trong thư viện dữ liệu Vì vậy, ta cần nhập lệnh trong cửa sổCOMMAND (hình 1.5) đểgọi phần tử này ra và khai báo hằng số thực cho phần tử

File Select List Plot PlotCIET,IĨYPE,Ename,KOP1,KOP2,KOP3,KOP4,KOP5,KOP6,INOPR

/\ Create Keypoints in Active Coordinate System

[K] Create Keypoints in Active Coordinate System

Hình 1,7, Cửa sổ tạo điểm trong hệ tọa độ tổng thể

- Tạo điểm đặc trưng: Main Menu Preprocessor Modeling —> Create —> Keypoints —> InActive cs Trong cửa sổ Create Keypoints in Active cs (hình 1.7)

—>Lần lượt nhập các giá trị NPT = 1, X = 0, Y = 0, z =0 —> Apply —> Tương tự nhập các điểm từ 2 đến 6 cho ở bảng dưới đây:

Ket quả tạo 6điểmtronghệtọa độ tổng thể cho ở hình 1.8.

ANSYS

R16.0

g X 2

TINH TOAN NOI LUC DAM LIEN TUC BA NHIP

Hình 1.9 Tạo đường thăng

(7) Xây dựng mô hình phần tửhữuhạn:

- Định nghĩa kích thước phần tử: Main Menu Preprocessor Meshing —> SizeCntrls —> Manualsize —> Global —> Size —> Xuất hiện cửa số Global Element Sizes như hình 1.10 -> SIZE = 0.5 -> OK

0.5 0

/\ Global Element Sizes

[ESIZE] Global element sizes and divisions (applies only

to "unsized" lines)

SIZE Element edge length

NDIV No of element divisions

(used only if element edge length, SIZE, is blank or zero)

Hình LIO Định nghĩa kích thước phần tử

- Chia phần tử: Main Menu—> Preprocessor —> Meshing —>Mesh—> Lines Pick all.Main Menu—> Finish

(8) Gánđiềukiệnbiên và tải trọng:

- Chọn kiểu phân tích: Main Menu Solution Analysis Type —> New Analysis

—> Xuất hiện bản New Analysis Chọn ® Static -> OK

- Gángia tốc trọng trường:

Main Menu Solution —> Define Loads —> Apply -^Structural -> InertiaGravity -> Global-> ACELY= 10 -> OK

- Gán điềukiệnbiêngối đỡ:

Utility Menu PlotCtrls—» Numbering Chọn Keypointnumbers

UtilityMenu—>Plot —> Keypoints

Main Menu —> Solution —> Define Loads —> Apply —> Structural —> Displacement

—> OnKeypoints —> Dùng chuột chọn điểm 1 —> Apply —> Chọn All DOF, VALUE =

0 —> Apply —> Tiếp tục dùng chuột chọn điểm 3, 4 và 6 —> OK —> Chọn UY, VALUE

= 0-> OK

- Gántải trọng tập trung:

Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment

On Keypoints Dùng chuột chọn điểm 2 —> Apply Lab = FY, VALUE = -45Apply—> Tiếp tục dùng chuột chọn điểm5 —> OK —> Lab = FY, VALUE = -40 OK

Hình 1.11 Gán điêu kiện biên

Hình 1.12 Gán tải trọng tập trung

-Gán tải trọng phân bố nhịp giữa dầm:

UtilityMenu—>Plot —> Lines

Utility Menu PlotCtrls —> Numbering Chọn Line numbers

Utility Menu Select —> Entities Trong cửa so Select Entities Lines ByNum/Pick From Full—> OK —> Dùng chuộtlựa chọn đường L3 —> OK

Utility Menu —> Select Entities —> Trong cửa so Select Entities Elements —>Attached to Lines Reselect Pickall OK

Main Menu —> Solution DefineLoads —> Apply Structural —> Pressure —> OnBeams ->Pickall ->LKEY = 1 -> VALI = 15 -> OK

(9) Tínhtoán:

Utility Menu Select Everything

Main Menu —> Solution —> Solve —> Current LS -> Xuất hiện thông báo việc giải bài toán đã hoàn thành“Solutionisdone” Nhấn Close và khai thác kết quả

(10) Ket quả tính toán:

- Xuất biểu đồ nội lực:

General Postproc Element Table Define Table Add Xuất hiện bảng Define Additional Element Table Items nhu hình 1.14 Lab = QI By sequencenum -> SMISC -> SMISC,2 -> Apply -> Lab = QJ -> By sequence num -> SMISC -> SMISC,8 Apply Lab = MI -> By sequence num SMISC SMISC,6 ->Apply —> Lab = MJ —> Bysequence num SMISC —» SMISC,12 -> OK

B Plot Elem Table

B List Elem Table

B Abs Value Option

B Sum of Each Item

B Add Items

B Multiply

B Find Maximum

B Find Minimum

A Element Table Data

Currently Defined Data and Status:

Label Item Comp

ltem,Comp Results data item

Upda

ANSYS

R16.0

Apply I

(For "By sequence num", enter sequence

no in Selection box See Table 4.XX-3

in Elements Manual for seq numbers.)

Hình 1.14 Cửa số định nghĩa xuất kết quả phần tử

General Postproc Contour Plot Line Element Result Xuất hiện bảng Plot Line-ElementResults Labi = QI, LabJ = QJ —> Fact = 1 OK, được biểu đồ lực cắt như hình 1.15

LINE STRESS STEP=1 SUB =1

TINH TOAN NOI LUC DAM LIEN TUC BA NHIP

Hình 1.15, Biêu đô lực căt trong dâm

General Postproc Contour Plot Line Element Result Xuất hiện bảng Plot Line-Element Results Labi =MI, LabJ = MJ Fact = -1 OK, được biểu đồ mômen uốn như hình 1.16

LINE STRESS STEP=1 SUB =1 TIME-1

MIN —75.5095 ELEM=29 MAX =52.3268 ELEM=21

ANSYS

R16.0

-75.5095 -47.1014 -18.6934 9.71467 38.1227

TINH TOAN NOI LUC DAM LIEN TUC BA NHIP

Hình 1,16, Biêu đồ momen uốn trong dầm

- Kiểm tra kết quả góc xoay:

UtilityMenu Plot Keypoints

UtilityMenu-> PlotCtrls —> Numbering Chọn Keypoint numbers

Utility Menu Select —> Entities Trong cửa so Select Entities Keypoints

ByNum/Pick From Full-> OK —> Dùng chuộtlựa chọn điểm 1, 3, 4, 6 —> OK.Utility Menu Select Entities Trong cửa so Select Entities —> Nodes Attached to Keypoints Reselect OK

General Postproc —> List Results —> Nodal Solution —> Xuấthiện cửa so ListNodalSolution Chọn Nodal Solution DOF Solution —> Z-Component of rotation —>

OK, được kết quả góc xoay tại các điểmnútnhưhình 1.17

File

PRINT ROT NODAL SOLUTION PER NODE

***** POST1 NODAL DEGREE OF FREEDOM LISTING *****

LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1 TIME- 1.0000 LOAD CASE= 0 THE FOLLOWING DEGREE OF FREEDOM RESULTS ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM NODE ROTZ

1 0.0000

6 -0.42561E-03

14 0.27677E-03

36 0.26226E-03 MAXIMUM ABSOLUTE UALUES

UALUE -0.42561E-03

Hình 1.17 Chuyến vị góc xoay tại các điểm nủt

- Kiểm tra kết quả mômen uốn:

Utility Menu Plot Elements

Utility Menu-> PlotCtrls -> Numbering —>Chọn Elementnumbers

Utility Menu Select —> Entities —> Trong cửa so Select Entities Elements

By Num/Pick —> From Full —> OK —> Dùng chuột lựa chọn điểm 1, 13,29 OK.General Postproc —> Element Table —> List Elem Table —> Trong cửa so List ElemTable —> Chọn MI, MJ—> OK được kết quả như hình 1.18

Ạ PRETAB File

PRINT ELEMENT TABLE ITEMS PER ELEMENT

***** POSTI ELEMENT TABLE LISTING *****

UALUES

MAXIMUM ELEM

UALUES

UALUE -20.082 -8.3945

Hình 1.18 Giả trị mômen uốn tại các phần tử cạnh gối

Tham khảo hướng dẫn thực hiện bài toán theo phương thức APDL dưới đây:

z L1+L2,0,0

LA LA LA LA

NGAM GOI GOI GOI

DI DI DI

DONG DONG DONG

LSEL,s,,,3

!CHON CAC PHAN TU TREN DAM L3

ALLSEL

ALLSEL

FINISH

Ví dụ 1.2: Dam đặt trên nền đàn hoi

Xác địnhbiểu đồ mômenuốn và lực cắt của dầm trên nền đàn hồi có sơđồ tính toán cho ở hình 1.19 Tiết diện dầm có mặt cắt ngang hình chữ nhật b*h = 1.0x0.8m, với

A = 0.8m2, Iz = 0.04266m4 Cho biết p = 300kN, M = 90kNm, q = 20kNm Vật liệu

bê tông có môđun đàn hồi Eb = 1.94xl07kN/m2, hệ số Poisson = 0.2, hệ số nền

Hướng dẫn thực hiện bài toán theo phương thức GUI:

(1) Khởi động ANSYS

(2) Đặt tênbàitoán:

Utility Menu File —> Change Jobname —> DAMTRENNENDANHOI

(3) Đặt tiêu đề bài toán:

Utility Menu > File > Change Title > TINH TOAN NOI LUC DAM TREN NENDAN HOI

(5) Định nghĩa vật liệu:

Main Menu —> Preprocessor Material Props —> Material Models —> Structural —> Linear —> Elastic —> Isotropic EX = 1.94E7—> PRXY = 0.2 —> OK —> Đóng cửa sổ.(6) Xây dựng mô hìnhhìnhhọc:

- Tạo điếm đặc trưng: Main Menu —> Preprocessor Modeling -> Create —> Keypoints In Active cs —> Trong cửa soCreate Keypoints inActive cs —>Tạo nut

1 vớitọađộ NPT = 1, X = 0, Y =0, z = 0 -> OK

- Sau đó dùng chức năng Copy tạo các điếm 2, 3, 4: MainMenu —> Preprocessor —> Modeling —> Copy —> Keypoint -> Nhấn chuột vào điếm 1 Apply Xuất hiện bảng Copy Keypoints, nhập ITIME = 4 (kể cả điểm copy) vàcopy theo phương X với khoảng cách là DX = 4 Apply, ta có các điếm 1, 2, 3, 4

- Tạo đường: Main Menu —> Preprocessor Modeling Create -> Lines —> Straight Line —> Dùng chuột nhấn vào hai điếm 1 và 2, tương tự2 và 3, 3 và4 -» OK.(7) Xây dựng mô hìnhphầntửhữuhạn:

- Định nghĩa kích thước phần tử: Main Menu Preprocessor Meshing SizeCntrls Manualsize —> Lines All Lines —> Xuất hiện bảng Element Sizes on AllSelected Lines —> Nhập chiều dài SIZE=0.4 —> OK

- Chia phần tử:Main Menu —> Preprocessor —> Meshing Mesh —> Lines —> Pick all.MainMenu Finish.

(8) Gánđiềukiện biên và tảitrọng:

- Chọn kiếu phân tích: Main Menu —> Solution —> Analysis Type New Analysis

—> Xuất hiện bản New Analysis -> Chọn ® Static —> OK

- Gán điều kiệnbiên:

Main Menu Solution —> Define Loads —> Apply —> Displacement —> On Keypoints Chọn điểm 1 —> OK —> Apply u, ROT on KPs như ởhình 1.20 —> Chọn

ux —> Nhập VALUE = 0 (ngoài các liên kết đứng là các lò xo chưa đủ để kết cấu không bị biến hình, cần đặt thêm một liên kết ngang có thể đặt tại vị trí bất kỳ trêndầm đế không bị suy biến trong quá trình giải do thiếu lên kết) —> OK

Hình 1.20 Gán liên kết ngang vào điểm 1

- Gántải trọng phânbốđều q vào đoạn 2 và 3 của dầm:

Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure Chọn các phần tử ở đoạn dầm 2 và 3 (gồm các phần tử dầm từ 11 đến 30 như ở hình1.21 —> OK Xuất hiện bảng Apply PRES on Beams Nhập giá trịtải trọng phân bốđều q = 20kN/m vào nútI VALI =20, còn nút J VALJ để trống như ở hình 1.22—> OK

H Apply PRES on Beams

[SFBEAM] Apply Pressure (PRES) on Beam Elements

VALJ Pressure value at node J (leave blank for uniform pressure) Optional offsets for pressure load IOFFST Offset from I node JOFFST Offset from node

Hình 1.22 Gán tải trọng phân bố đều vào dầm

-Gán tải trọng tập trung P:

Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment

—>On Keypoints —> Nhấn chuột vào điểm 1,3^- Nhấn OK —> Xuấthiện Bảng Apply F/M on KPs như ở hình 1.23 —> Chọn FY, nhập giátrị của lực VALUE = -300 mang dấu âm(-) dochiều của lực pngược với chiều dương của trục Y Apply

Hình 1.23 Gán tải trọng tập trung vào dầm

- Gán mômen uốn M:

Tiếp tụcchọn diêm 2 và gán mômen M = 90kNm nhưở hình 1.24 với VALUE = 90

và mang dấu (+) do chiều của vectơ mômen M cùng chiều dương trục z, tương tự chọn điểm 4 và gán mômen M = -90kNm với VALUE = -90 mang dấu âm (-) dochiều củavectơmômenM này ngược với chiều dương trụcz

Hình 1.24 Gán mômen tập trung M vào điếm 2 trên dầm

Hình 1.25 Hình dạng biên dạng của dâm

- Biểu đồ mômen uốn, lực cắt:

General Postprocessor Element Table Define Table Define Additional Element Table Items —> Với đối tượng xuất là biểu đồ mômen uốn, nhập mã đầu 1 là

MI với SMISC,6 —> Apply —> Nhập mã đầu J là MJ với SMISC,12 —> Apply Vớiđối tượng xuất là biểu đồ lực cắt, nhập mã đầu I là QI với SMISC,2 —> Apply; nhập

mã đầu Jlà QJ vớiSMISC,8

General Postproc Contour Plot Line Element Result —> Xuất hiện bảng Plot Line-Element Results Labi =MI, LabJ= MJ Fact = -1 -> OK, được biểu đồ mômen uốn như hình 1.26

Hình 1.26 Biêu đô mômen uỏn

General Postproc -> Contour Plot —> Line Element Result Xuất hiện bảng Plot Line-Element Results —> Labi = QI, LabJ = QJ —> Fact = 1 —> OK, được biểu đồ lực cắtở hình 1.27.

Tham khảo hướng dân thực hiện bài toán theo phương thức APDL:

ANTYPE, 0

1.4 BÀI TẬP ÁP DỤNG

Bài tập 1.4.1:

Xác định nội lực và chuyển vị của dầm đơn có kích thước và chịu tải trọng như ởhình 1.28 Vật liệu bê tông mác M200 có môđun đàn hồi E = 2.4xl07kN/m2, hệ sốPoisson p, = 0.2, khối lượng riêng p = 25 kN/m3

0.2^

o

Hình 1.28 Sơ đồ tỉnh toán bài tập 1.4.1

Đáp án:Trongtínhtoáncó kể đến trọng lượng bản thân dầm, kích thước chia là0.2m

MIN =20 ELEM=11 MAX =20 ELEM=16

ANSYS

R14.5

JUN 19 2019 15:34:20 PLOT NO 1

DAM DON

20

Hình 1.30 Biêu đô lực dọc

LINE STRESS STEP=1 SUB =1 TIME=1

OI PL MLN =-24.75 ELEM=1 MAX =17.75 ELEM=25

ANSYS

R14.5

JUN 19 2019 15:34:41 PLOT NO 1

DAM DCN

-24.75 „„„-15.3056 _ -5.86111 „„3.58333 _ 13.0278

Hình 1.31 Biêu đồ lực cắt

LINE STRESS STEP=1 SOB =1 TIME=1

MI MJ MIN — 118E-12 ELEM=1 MAX =46.5 ELEM=n

R14.5

JON 19 2019 15:35:04 PICT NO 1

Hình 1.32 Biêu đô momen uôn

Hình 1.33 Sơ đô tỉnh toán bài tập 1.4.2

Đáp án:Trongtính toán khôngkể đến trọng lượng bàn thân, kích thước chia là0.5m

STEP=1 TIME=1

01 QJ MIN =-67.3312

ANSYS R14.5

J0N 20 2019 18:03:17

PTOT NO 1

-67.3312 -42.8867 _ -18.4423 _ 6.00218 _ 30.4466 -55.1089 -30.6645 -6.22004 18.2244 42.6688

□CN

Hình 1.34 Biếu đồ lực cắt

Hình 1.35 Biêu đồ mômen uốn

Bài tập 1.4.3:

Xác định chuyển vị, mômen uốn, lực cắt của dầm liên tục hai nhịp có sơ đồ tínhtoán cho ờ hình 1.36, tiết diện chữ IN-30 có diện tích tiết diện A = 46.5cm2, mômen quán tính Iz = 7080cm4, chiều cao dầm h= 30cm Vật liệu thépCCT34 có E = 2.1xl08kN/m2, Ị1 = 0.3

Hình 1.36 Sơ đô tỉnh toán bài tập 1.4.3

Chương 2PHÂN TÍCH KẾT CẤU GIÀN

2.1 KẾT CẤU GIÀN

Kết cấugiàn là một kết cấuchịu lực được tố hợp bời các phần tử kết cấu dạng thanh quy tụ và liên kết với nhau tại các nút (mắt) giàn Trong tính toán, giả thiết rằng trụccủa các phần tử thanh giàn đồng quy tại tim nút giàn, tải trọng tập trung đượcđặt trực tiếp vào nút giàn; các phần tử thanh giàn được liên kết với nhau tại nút giàn và xem nút giàn là khóp; bỏ qua trọng lượng bản thân giàn Với những giả thiết trên, nội lực trong các thanh giàn chỉ có lực dọc(kéo hoặc nén)

Trong mô phỏngkết cấugiàn bằng phần mềm ANSYS, cóthể coi mỗi thanh giàn làmộtphần tử, các thanh đượcliên kếtvới nhau tại nút giàn bằng liên kết khớp ANSYScung cấp các phần tử có khả năng mô phỏng cácthanh của kết cấu giàn từ phầntửliên kết làm việc phang như phần tử LINK1 đến phần tử liênkết làm việc không giannhư phần tử LINK180 Phần tử LINK1 dùng để mô phỏng cho những hệ kết cấu giàn phang, phần tử LINK 180 nên dùng để mô phông cho các hệ kết cấu giàn không gian Như đã nói ở chương 1, với các bảnnâng cấp ANSYS V14.0 trở lên, các phần tử làm việcphang (LINK1) được phần mềm lưu trữtrongthư viện dữ liệu và chỉ có thế gọira

sử dụng bằng câu lệnh theo phương thức COMMAND hoặc APDL; trong cửa sổ giaodiện lựa chọn trựctiếp bằng chuột theo phươngthức GUI, chúngta chỉ có thể lựa chọncác phần tử làm việc không gian (LINK180) Dưới đây giới thiệu một số phần tử liên kết để môphỏng các thanh của kết cấu giàn như LINK1, LINK180

Bảng 2.1 Các phần tử liên kết thường dùng trong kết cấu giàn

2-D LINK1 -Phầntử liên kết 2 nút

3-D LINK180 Phần tử liên kết 2 nút

2.2 CÁC PHẦN TỬ LIÊN KẾT

2.2.1 Phần tử liên kết làm việc phẳng LINK1

Phần tử LINK1 là phần tử liên kết làm việc phang, có khả năng chịukéo hoặc nén dọc trục nhưng khôngcókhả năng chịu uốn Phần tử LINK1 có hai nút ờ hai đầu, mỗi

nút có hai bậc tự do là chuyển vị thẳng theo phương trục X, Y như hình 2.1 Phần tửnày thườngdùng đểmôphỏng các thanhtrong hệ kết cấu giàn phẳng.

Hình 2.1 Phần tử LINK1

Số liệu đầu vào củaphần tửliên kết làm việc phẳng LINK1 cho ở bảng 2.2 Phần tửLINK1 có dạng thanh thẳng được định vị trong hệ tọa độ tổng thể thông qua hai điểm nút và J Đặc trưng hình học mặt cắtngang phần tử LINK1 được khaibáo thông qua hằng số thực (gồm diện tích mặtcắt ngang và biến dạng tương đối ban đầu) Phần tửLINK1 có các đặc tính đặcbiệt như tính dẻo, từ biến,giãn nở, ứng suất cứng hóa,biến hình lớn và phầntử hoạt động - không hoạtđộng

Số liệu đầu racủaphần tửLINK1 bao gồmnhững thuộc tínhhình học và những yếu

tố dẫn xuất như thể tích, tọa độ trọng tâm phần tử, lực dọc, ứng suất, biến dạng dọc trục Bảng 2.3 thể hiện mã xuất ứng suất, biến dạng vànộilực củaphần tử LINK1

Bảng 2.2 Số liệu đầu vào của phần tử LINK1

Điểm nút I, J

Bậc tự do ux,UY

Hằng sốthực AREA (diệntích mặt cắt), ISTRN (biến dạng ban đầu)

Đặc trưng củavật liệu EX, ALPX, DENS, DAMP

Tải trọng bề mặt Khôngcó

Tải trọngkhối Nhiệt độ: T(I), T(J)

Đặc tính Dẻo, từ biến,dãn nở, ứngsuấtcứng hóa, biếndạng lớn, chuyển

vị lớn, phầntửhoạtđộng không hoạt động

Bảng 2.3 Mã xuất ứng suất, biến dạng và nội lực của phần tử LINK1

SAXL ứngsuất dọc trục trong phầntử LS 1

EPELAXL Biến dạng đàn hồidọc trục trong phần tử LEPEL 1

MFORX Lực dọc trong phần tử theo phương trục X SMISC 1

2.2.2 Phần tử liên kết làm việc không gian LINK180

Phần tử LINK180 là phần tử có khả năng chịu kéo hoặc nén dọc trục, có hai nút ởhai đầu, mồi nút có ba bậc tự do là các chuyển vị thẳng theo phuơng X, Y, z nhu hình2.2 Phần tửnày cho phép tùy chọn chỉ chịukéo hoặc chỉ chịu nén Phần tử LINK180

có khả năng giải quyết các bài toán đặc biệt như dẻo, tù’ biến, xoay, chuyển vị lớn vàbiến dạng lớn Phần tử LINK180 có thế dùng đế mô phỏng trong nhiều bài toán kỹthuật khác nhau như mô hình thanh giàn không gian, cáp, liên kết, lò xo, mô phỏngthanh thép trong cấu kiệnbê tông cốt thép,

Hình 2.2 Phần tử LINK180

Phần tử LINK180códạng thanh thẳng đượcđịnhvị trong hệ tọa độ tống thể thông quahai điểm nút I vàJ Đặc trưng hình học mặt cắtngang phần tử LINK180 được khai báo thông qua hằng số thực (diện tích mặt cắtngang, gán khối lượngtrên đơnvị chiều dài và lựa chọnthuộctính kéo hoặc nén hoặc cả hai) hoặc khai báo thông qua tiết diện phần tủ’

Số liệu đầura của phần tử LINK 180 bao gồm những thuộc tính hình học và nhữngyếu tố dẫn xuất như tọa độ trọng tâm phần tử, lực dọc, ứng suất, biến dạng dọc trục Bảng 2.4 thể hiện mã xuất ứng suất, biếndạng và nội lực của phần tử LINK180

Bảng 2.4 Mã xuất ứng suất, biến dạng và nội lực của phần tử LINK180

FORCE Lực dọc trong hệtọađộphần tử SMISC 1

2.3 VÍ DỤ PHÂN TÍCH KẾT CẤU GIÀN

Ví dụ 2.1: Ket cấu giàn phang

Một giàn phang có kích thước và chịu tải trọng như hình 2.3 Môđun đàn hồi của vật liệu thép CCT34 là E = 2.1x10s kN/m2, hệ số Poisson p = 0.3, khối lượng riêng

p = 78 kN/m3 Các thanh giàn có diện tích mặt cắt ngang như nhau với A = 6 cm2 =6x10’4 m2 Tính toán chuyểnvịvànội lực các thanh giàn

Hình 2.3 Sơ đổ tính toán giàn phăng

Hướng dẫn thực hiện bài toán theo phương thức GUI:

(1) Khởi độngANSYS

(2) Đặt tênbài toán:

UtilityMenu—> File—> Change Jobname —> GIANPHANG-1

(3) Đặt tiêu đề bài toán:

Utility Menu-> File-> Change Title -> TINH TOANNOI LUCGIANPHANG.(4) Định nghĩa phần tửvàhằng số thực:

Đối với phần mềm ANSYS từ V14.0 trở lên, trong cửa số giao diện lựa chọn phần

tử (vào bằng cách Main Menu Preprocessor Element Type —> Add/Edit/DeleteXuất hiện Element Type —> Add Xuất hiện bảng Library of Element TypesLink) không có sẵn phần tử LINK1 mà phần tử này được lưu trữ trong thư viện dữliệu Vì vậy, ta cần nhập lệnh trong cửa so COMMAND để gọi phần tửnày ra và khai báo hằng số thực chophần tử Chọn hệ đơnvị là kN, m

(6) Xây dựng mô hìnhphầntửhữuhạn:

- Tạo điểmnút: