phân tích và đánh giá gói phần mềm ANSYS Workbench

Với đề tài tìm hiểu về gói phần mềm này nhóm chúng em đã học được cách sử dụngmột mô đun của phần mềm,sử dụng vào trính toán,tuy còn nhiều thiếu xót và chưa hoànchỉnh Em xin gửi lời cám

PHẦN I : GIỚI THIỆU

1.1.Giới thiệu về lĩnh vực nghiên cứu

1.2.Giới thiệu về vấn đề nghiên cứu và mục tiêu nghiên cứu

1.2.1.Vấn đề nghiên cứu

1.2.2.Mục tiêu nghiên cứu

PHẦN II: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

2.1.Tổng quan

2.2.Kết luận

PHẦN III: ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU

3.1 Mục tiêu nghiên cứu

3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.3.Ví dụ nghiên cứu

PHẦN IV: KẾT LUẬN

4.1 Đánh giá kết quả

4.2 Đề xuất giải pháp cho các vấn đề tồn tại

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Với đề tài tìm hiểu về gói phần mềm này nhóm chúng em đã học được cách sử dụngmột mô đun của phần mềm,sử dụng vào trính toán,tuy còn nhiều thiếu xót và chưa hoànchỉnh

Em xin gửi lời cám ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong khoa, đặc biệt là Thạc

Sỹ Nguyễn Đình Ngọc đã giúp đỡ để chúng em hoàn thành bài tiểu luận này

PHẦN I : GIỚI THIỆU

1.1.Giới thiệu về lĩnh vực nghiên cứu

Giới thiệu phần mềm ANSYS

Những năm gần đây, nhờ sự phát triển của các công cụ toán cùng với sự phát triển củamáy 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 (Analysis Systems) là một gói phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (Finite Element Analysis, FEA) hoàn chỉnh dùng để mô phỏng, tính toán thiết kế công nghiệp,

đã và đang được sử dụng trên thế giới trong hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật: kết cấu, nhiệt, dòng chảy, điện, điện từ, tương tác giữa các môi trường, giữa các hệ vật lý

Cấu trúc cơ bản một bài tính trong ANSYS Tổng quát cấu trúc cơ bản của một bài tính trong ANSYS, gồm 3 phần chính: tạo mô hình tính (preprocessor), tính toán

(solution) và xử lý kết quả (postprocessor)

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

Hiểu được các bước phân tích này trong ANSYS sẽ giúp ta dễ dàng hơn trong việc giải bài toán của mình Vấn đề đặt ra là làm sao để thể hiện những ý tưởng này trong ANSYS ANSYS cung cấp 2 cách để giao tiếp với người dùng (Graphic User Interface, GUI): công cụ trực quan dùng menu với các thao tác click chuột hoặc viết mã lệnh trong một file văn bản rồi đọc vào từ File/Read input from (ta cũng có thể dùng kết hợp 2 cách này một cách linh hoạt: dùng lệnh tạo cấu trúc, rồi dùng menu khai thác kết quả, ) "

1.2.Giới thiệu về vấn đề nghiên cứu và mục tiêu nghiên cứu

1.2.1.Vấn đề nghiên cứu

Workbench dần được biết đến khi nó bắt đầu đưa ra các dòng làm việc đa cấp, ở đócác hệ phân tích riêng lẻ làm việc với nhau Chẳng hạn, một người dùng có thể khởi độngvới việc mô phỏng một dòng chất để tìm ra áp suất tác động lên các chi tiết Các áp suất

này sau đó có thể tự động sử dụng cho mô phỏng phân tích cấu trúc để tìm ra hiệu suấtcủa các bộ phận đang tính toán Sau đó, khi đã tính toán hình dạng biến dạng, dạng biếnđổi của nó có thể được phản hồi trở lại để xem xét các tác động của nó lên dòng chất Trong các dạng mô phỏng, kiểu phân tích này là phức tạp nhất Hầu hết công nghệ môphỏng dòng chất sử dụng các phương pháp chia lưới, load, và giải hoàn toàn khác so với

mô phỏng cấu trúc

ANSYS 12.0 đưa ra sự sáng tạo, các công nghệ mô phỏng cao cấp trong mỗi môitrường vật lý, cùng với sự cải thiện tốc độ tính toán của máy tính và các tính năng nổi bậtkhác nhằm đưa ra các công nghệ như là chỉnh sửa hình học, chia lưới và xử lý kết quả.Những sự tiến bộ này được miêu tả đơn độc như là những bước tiến chính trong conđường của Simulation Driven Product Development Nhưng ANSYS đã đạt được nhữngbước tiến xa hơn khi đưa tất cả những công nghệ này vào trong một hệ thống mô phỏngchung đầy tính sáng tạo

Môi trường ANSYS Workbench hoàn toàn gắn kết các tiến trình mô phỏng thành mộtkhối; điều này không thay đổi với phiên bản 12.0 Trong ANSYS Workbench nguyênbản, người dùng tương tác với các quá trình phân tích như là toàn bộ sử dụng trang nềntảng dự án; thực thi các ứng dụng khác nhau và tìm kiếm các tệp kết quả được chứa trongnhững tiến trình được tạo ra trong suốt các quá trình phân tích Sự liên kết chặt chẽ giữacác ứng dụng thành phần chưa từng có từ trước đến nay đã dễ dàng được cài đặt và thậmchí giải quyết được những bài toán mô phỏng vật lý phức tạp

Trong ANSYS 12.0, trong khi các ứng dụng lõi có thể trông tương tự nhau, chúng đượcgiới hạn với nhau thông qua trang dự án sáng tạo thông tin các khái niệm về dự án đangđược thực thi Sự mở rộng này nằm ở trang tạo dự án ban đầu

Việc xây dựng và tương tác với những hộp thoại là rất dễ hiểu Hộp thoại bao gồm nhữnglựa chọn cho hệ thống ở dạng khối Để thực hiện một mô phỏng cơ bản, ví dụ như làphân tích kết cấu tĩnh, người dùng chỉ vào hệ thống phân tích phù hợp trong hộp thoại và,dùng cách kéo và thả, dưới dạng biểu đồ Các hệ thống cá thể đó bao gồm nhiều ô, mỗi ô

thể hiện một giai đoạn hoặc một bước riêng biệt trong quá trình phân tích Làm việcxuyên suốt hệ thống từ cao tới thấp, người dùng có thể hoàn thành phân tích của mình,bắt đầu với tham biến kết nối mô hình CAD ban đầu và tiếp tục thông qua quá trình xử lýkết quả của mô phỏng Khi mỗi bước được hoàn thành, tiến trình được thể hiện một cách

Môi trường ANSYS Workbench theo dõi sự phụ thuộc giữa các kiểu dữ liệu khác nhautrong dự án Nếu có điều gì thay đổi ở ô trên, biểu đồ hệ thống sẽ thể hiện ở ô dưới cũngcần phải được cập nhật để phản ánh những thay đổi này Cấp dự án cập nhật cơ học chophép những thay đổi này được truyền theo một cách phụ thuộc lẫn nhau trong suốt hệthống ở chế độ khối lệnh, giảm nhanh chóng những yêu cầu cố gắng lập lại những việcnày ở các phân tích trước đó

Tham biến được quản lý ở cấp độ dự án, nó có thể thay đổi mô hình hình học CAD vàcác tham biến hình học, các thông số vật liệu và các giá trị điều kiện biên Các trườnghợp nhiều tham biến có thể được định nghĩa một cách cao cấp và được quảng lý như lànhững điểm thiết kế, tổng và ở dạng bảng trong trang dự án của ANSYS Workbench Các

hệ thống thiết kế có thể được kết nối với những tham biến ở cùng cấp độ dự án này để tựđộng hóa thiết kế, nhưng là thiết kế theo kinh nghiệm, tối ưu hóa mục tiêu của thiết kếsáu sigma

ANSYS Workbench 12.0 thể hiện một bước tiến lớn trong quá trình mô phỏng phầnmềm Bên trong hệ thống khung phần mềm đầy sáng tạo này, các nhà phân tích có thểthực hiện được hàng loạt các công nghệ mô phỏng khác nhau, bao gồm các gói công cụchung cho việc tích hợp CAD, chỉnh sửa hình học và chia lưới Một dạng biểu đồ dự ánmới lạ hướng dẫn người dùng từng bước một trong các phân tích phức tạp, đưa ra cácquan hệ dữ liệu với nhau và nắm bắt một cách tự động các quá trình phân tích Trong lúc

đó, tham biến và môi trường mô hình liên tục trong sự kết nối chặt chẽ phục vụ cho việctối ưu hóa và nghiên cứu thông kê của các kỹ sư nhằm đạt được thiết kế tốt và nhanhnhất

1.2.2.Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là sử dụng phần mềm mô phỏng cấu trúc của trục tronghộp giảm tốc tìm ra vị trí ứng suất lớn nhất trên kết cấu của trục

PHẦN II: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Kĩ sư Riccardo Testi của hãng Piaggio đã sử dụng ANSYS Workbench mô phỏng trục khuỷu của động cơ xe máy.

Ông xem xét mô hình CAD 3-D của một khối động cơ và cân nhắc cách tốt nhất để thựchiện một phân tích kết cấu sử dụng câu lệnh PREP7 Ông có thể chỉnh sửa mô hình hìnhhọc để nó có thể được chia lưới bất cứ lúc nào,theo ông thì các biểu diễn mô hình dầmtrong sự liên kết với các hệ số độ cứng ứng suất (SIFs) là cách tốt nhất để mô hình hóacác trục khuỷu Các bộ phận khác yêu cầu các thiết lập tương tự sử dụng các cách đơngiản hóa và các xấp xỉ

Với cách làm việc như vậy việc thay đổi đáng kể mô hình hình học nhập vào và chế độ chia lưới đã giảm đáng kể, và ông có thể sử dụng các mô hình cũ như là các mẫu cho mô phỏng mới với các phân tích tương tự Khía cạnh này cuối cùng phát triển đáng kể với việc giới thiệu sơ đồ dự án Workbench (Workbench Project Schematic), trong đó các nhóm phân tích liên kết với nhau từ các thủ tục CAE trực quan và dễ hiểu

Lược đồ phân tích trên ANSYS Worbench

Thông qua ANSYS Workbench, ông có thể xác định tải trọng phân bố tại ổ đũa là nơi liên kết trục khuỷu với thanh truyền, cũng như cho phép thiết lập hàm số ma sát – truyền chuyển động từ trục khuỷu tới hệ thống truyền động

Các mô phỏng yêu cầu các mô hình tuyến tính và phi tuyến, các mô hình bao gồm các

mô hình của các thành phần liên quan cùng với bản thân trục khuỷu

Hình 1:Toàn bộ mô hình của hệ thống trục khủy, bao gồm các hạn chế chuyển vị từ xa

Hình 2:Phân tích độ bền được sinh ra từ dữ liệu ứng suất tính toán sử dụng ANSYS

Việc truyền tải ma sát, ông đã sử dụng mô hình phi tuyến, sử dụng tính năng tiếp xúc

cơ học có trong các thiết lập mặc định có nhiều cách theo dõi lỗi hơn so với điều chỉnh giữa các tùy chọn trong “real constants” của dòng CONTA trước đây Ông đã kiểm tra tính hàm số của ma sát tương tác với cả công cụ chuẩn tắc và công cụ tùy biến Cuối cùng là sự định nghĩa dễ dàng với sự hỗ trợ của các tính năng khác của Mechanical – đó là worksheets Những cung cấp này làmột cái nhìn tổng thể về công đoạn mô hình trong một hình thức bảng thu gọn Ông đã kiểm tra các thuộc tính của vật thể bao gồm trong một bản vẽ lắp,

các tính năng của các mặt tiếp xúc hoặc cho phép lượng hóa hậu xử lý Từ mộtbảng, ông đã đi tới đối tượng phân tích liên quan chỉ bằng click chuột đơn giản Các Worksheet đã được chúng minh là một công cụ có giá trị để kiểm tranhững gì đã được hoàn thành

Mặc dù ông không đưa ra các kết quả cụ thể về số liệu nhưng chúng ta cũng có thể biết

được thêm phần mềm đã đưa ra kết quả chính xác.Ta xét mô hình sau để thấy

rã điều đó

Mô hình tính ứng suất chân răng.

Tác giả NGUYỄN VĂN YẾN

Đại học Đà Nẵng

NGUYỄN KHÁNH LINH

Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

- Chọn kiểu phần tử là khối tứ diện, số lượng nút dọc theo một cạnh của biên dạngrăng là 9, đa số các nút tập trung ở phần chân răng, số lượng và hình dạng của cácphần tử như trên Hình 3

- Viết chương trình tính ứng suất trên phần mềm ANSYS, thu nhận kết quả:

Chương trình tính ứng suất như sau (trích đọan):

/PREP7! Bắt đầu môđun tiền xử lý

ET,1,SOLID92 ! Khai báo kiểu phần tử khối

Hình 3: Mô hình tính ứng suất trên răng

F1 F2

MP,EX,1,215000 ! Mô đun đàn hồi theo trục x

MP,NUXY,1,0.3 ! Hệ số Poát xông theo trục x-y

/POST1 ! Bắt đầu môđun hậu xử lý

PRNSOL,S,PRIN ! Biểu diễn kết quả tính toán dưới dạng bảng

FINI ! Kết thúc môđun hậu xử lý

KẾT QUẢ TÍNH TẠI CÁC NÚT

Các nút kiểm tra kết quả: 8, 10, 12, 109, 101, 103 SINT: Cường độ ứng suất

SEQV: Ứng suất tương đương

Nuït σ1 σ2 σ3 SINT SEQV

T

β

σ

1 12

= của phương pháp truyền thống, để tínhứng chân răng cho 17 bộ truyền bánh răng thử nghiệm nêu trên Trong đó, σF là ứng suấtuốn ở tiết diện chân răng của bánh răng

T1 là mô mem xoắn trên trục mang bánh răng dẫn số 1

YF là hệ số dạng răng

KF β là hệ số tập trung tải trọng lên một phần của răng

KFV là hệ số tải trọng động

b là chiều rộng của bánh răng

dW1 là đường kính vòng tròn lăn của bánh răng dẫn số 1

m là mô đun của bánh răng

- Lập đồ thị so sánh kết quả tính toán bằng hai phương pháp của 17 bộ truyền bánhrăng thử nghiệm (Hình 4)

Qua khảo sát kết quả tính toán của 17 bộ truyền bánh răng thử nghiệm, ta nhận thấy:

- Giá trị ứng suất uốn chân răng nhận được từ sử dụng phần mềm ANSYS, nhỏ hơn

so với phương pháp tính truyền thống Điều đó được giải thích như sau: Vì phầnmềm ANSYS dùng để giải bài toán được thiết lập trên cơ sở lý thuyết phần tử hữu

hạn, cho kết quả tính toân ứng suất có độ chính xâc cao Trong khi đó, phươngphâp truyền thống cho kết quả tính ứng suất có độ chính xâc không cao, để đảmbảo an toăn cho bânh răng được thiết kế, người ta đê tăng giâ trị của câc hệ số tínhtoân, dẫn đến kết quả tính nhận được thường lă cao hơn so với giâ trị ứng suấtthực tế trín răng

- Kết quả tính toân ứng suất uốn chđn răng của bânh răng, nhận được từ hai phươngphâp tính, sai khâc nhau không nhiều, vă có tỷ lệ thuận Điều đó chứng tỏ rằng:dùng phần mềm ANSYS để tính ứng suất chđn răng, với mô hình tính níu trín,cho kết quả tính toân ổn định vă có độ chính xâc tương đối cao Như vậy, chúng ta

có thể yín tđm sử dụng phần mềm ANSYS để xâc định ứng suất uốn chđn răngbânh răng trong băi toân kiểm tra bền bộ truyền bânh răng, hoặc thiết kế bânhrăng

Kết quả tính ứng suất theo hai phương pháp

Hình 5: So sânh kết quả tính ứng suất uốn chđn răng bằng

phương phâp truyền thống vă dùng Phần mềm ANSYS

1: Tính theo

phương phâp truyền thống

2: Tính theo

phần mềm ANSYS

1

2

4 KẾT LUẬN

Tính ứng suất uốn chân răng bánh răng bằng sử dụng phần mềm ANSYS,phải trải qua nhiều bước tính phức tạp, mất thời gian Song kết quả tính toánnhận được có độ tin cậy cao, vì bài toán, giải trong phần mềm ANSYS, đượcthiết lập trên cơ sở lý thuyết phần tử hữu hạn, một phương pháp số đặc biệt,cho phép tính toán tương đối chính xác ứng suất của vật rắn chịu tải Tínhứng suất uốn chân răng bằng phần mềm ANSYS sẽ cung cấp thêm mộtphương pháp tính, hỗ trợ cho các kỹ sư thiết kế bộ truyền bánh răng đủ bền

và có tính kinh tế cao

PHẦN III: ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU

• Quá trình tiền xử lí: mô hình hình học, tiếp xúc, chia lưới, hệ tọa độ …

• Phân tích kết cấu tĩnh:

- Thiết lập phần tử phân tích

- Khai báo tiếp xúc

- Áp đặt tải và điều kiện biên,

- Khai thác kết quả

1:Thiết lập phân tích

Có thể chọn phần tử phẳng, phần tử khối, phần tử bậc thấp, phần tử bậc cao sao cho phù hợp với hình dạng, kích thước và kiểu chịu tải của vật thể cần tìm ứng suất Sau khi chọn kiểu phần tử, cần phải khai báo các hằng số thực phù hợp với phần tử đã chọn Các hằng số thực có thể là chiều dày, chiều cao, diện tích mắt cắt, mô men quán tính của mắt cắt,

Để thêm tính dẻo kim loại, nhấp đúp chuột vào hoặc RMB và kích vào nút Edit

Nó sẽ mở ra hộp kỹ thuật dữ liệu cho việc thêm và chỉnh sửa các vật chất khác nhau liênquan đến các mô đun hoạt động