Ứng dụng phần mềm ansys để tính toán thiết kế kết cấu chi tiết máy

ANSYS có thể giải được các bài toán tuyến tính, phi tuyến trong các lĩnh vực cơ học vật rắn, cơ học lưu chất, cơ sinh học, truyền nhiệt, … Đề tài ―Ứng dụng phần mềm ANSYS để tính toán t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS ĐỂ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU CHI

TIẾT MÁY

Mai Quốc Việt (MSSV: 1110447)

Ngành: Cơ khí chế tạo máy – Khóa: 37

Tháng 5/2015

LỜI CẢM ƠN

Bốn năm học đại học đã cho chúng tôi nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu,

đóng góp quan trọng để chúng tôi thực hiện và hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp

Ngoài sự nổ lực của bản thân, chúng tôi đã nhận được sự quan tâm, động viên và giúp

đỡ của gia đình, người thân, thầy cô và bạn bè về nhiều mặt

Chúng tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Trước hết, xin cảm ơn các

giảng viên, các cán bộ viên chức của Khoa Công Nghệ, trường Đại Học Cần Thơ nói

chung và bộ môn Kỹ Thuật Cơ Khí nói riêng đã giúp đỡ, hỗ trợ tôi tận tình trong suốt

quá trình làm luận văn Tiếp theo, chúng tôi muốn gửi đến gia đình và người thân -

những chỗ dựa vững chắc cho chúng tôi về vật chất, tinh thần và cả chuyên môn Đặc

biệt, tôi xin trân trọng cảm ơn Th.s Mai Vĩnh Phúc, người đã tận tình hướng dẫn chúng

tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn Cuối cùng, chúng tôi xin

cảm ơn tập thể lớp cơ khí chế tạo máy khóa 37 trường Đại Học Cần Thơ đã góp ý, giúp

đỡ và động viên tạo điều kiện cho tôi về mặt vật chất và tinh thần để hoàn thành luận

văn

Sinh viên thực hiện

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) từ lâu đã trở thành một trong những

phương pháp cơ bản và chính yếu cho việc tính toán và mô phỏng các trạng thái vật lý

xảy ra trong các hệ thống kỹ thuật Với việc ra đời của Phương pháp phần tử hữu hạn

(PP PTHH) nhiều phần mềm tính toán (dựa trên PP PTHH) cũng đã ra đời Trong đó

có ANSYS là một trong những phần mềm lớn và mạnh mẽ trong việc tính toán mô

phỏng

Trên thế giới phần mềm ANSYS đã trở thành phần mềm chủ yếu và được ứng

dụng rộng rãi đễ phân tích và mô phỏng trong ngành Cơ khí chế tạo, Xây dựng, …

Phần mềm ANSYS được phổ biến ở Việt Nam hơn khoảng mười năm trở lại đây

ANSYS có thể giải được các bài toán tuyến tính, phi tuyến trong các lĩnh vực cơ học

vật rắn, cơ học lưu chất, cơ sinh học, truyền nhiệt, … Đề tài ―Ứng dụng phần mềm

ANSYS để tính toán thiết kế kết cấu chi tiết máy‖ giới thiệu tổng quan các mô đun

sản phẩm của hãng ANSYS Technology, trình bày các bước phân tích một bài toán

trong ANSYS, ứng dụng ANSYS vào tính toán thiết kế kết cấu chi tiết máy

Do đề tài còn khá mới mẽ ở Việt Nam, tài liệu nghiên cứu còn hạn chế nên chỉ

tập trung vào việc phân tích và mô phỏng ứng suất, biến dạng của các chi tiết máy quan

trọng trong hệ thống truyền động cơ khí

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ĐỀ TÀI ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH vi

DANH MỤC BẢNG ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.1.1 Khái niệm thiết kế 1

1.1.2 Nội dung và trình tự thiết kế máy 5

1.1.2.1 Nội dung thiết kế máy 5

1.1.2.2 Trình tự thiết kế máy 5

1.1.2.3 Một số đặt điểm trong tính toán thiết kế chi tiết máy 6

1.2 Sơ lượt về Phương pháp phần tử hữu hạn 8

1.3 Tổng quan về phần mềm ANSYS 9

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU ANSYS/ANSYS MECHANICAL 19

2.1 Giới thiệu ANSYS/ANSYS Mechanical 19

2.2 Cách cài đặt ANSYS 26

2.3 Khởi động ANSYS 15 28

2.4 Giao diện ANSYS 15 28

CHƯƠNG 3: TRÌNH TỰ PHÂN TÍCH BÀI TOÁN TRONG ANSYS 31

3.1 Bài toán tổng quát 31

3.2 Bài toán tĩnh 33

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU CHI TIẾT MÁY 48

4.1 Giới thiệu 48

4.2 Tính toán thiết kế bánh răng trụ răng thẳng 49

4.2.1 Giới thiệu bộ truyền bánh răng 49

4.2.2 Cơ sở lý thuyết tính toán bánh răng trụ răng thẳng 51

4.2.3 Mô hình và lắp ráp bánh răng trụ răng thẳng 53

4.2.4 Lập mô hình phần tử hữu hạn 58

4.2.4.1 Thiết lập thông số vật liệu 59

4.2.4.2 Xác định vùng tiếp xúc 60

4.2.4.3 Chia lưới phần tử hữu hạn 61

4.2.4.4 Đặt ràng buộc và tải trọng 62

4.2.5 Kết quả và thảo luận 63

4.2.9.1 Ứng suất uốn ở chân răng 63

4.2.9.2 Ứng suất tiếp xúc trên bề mặt răng ăn khớp 66

4.3 Tính toán thiết kế trục 68

4.3.1 Giới thiệu 69

4.3.2 Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế trục khi biết trước kích thước theo chiều dọc trục 71

4.3.3 Mô hình trục 72

4.3.4 Lập mô hình phần tử hữu hạn 73

4.3.4.1 Thiết lập thông số vật liệu 73

4.3.4.2 Chia lưới phần tử hữu hạn 74

4.3.4.3 Đặt tải trọng 75

4.3.5 Kết quả và thảo luận 75

4.4 Tính toán ứng suất tiếp xúc của ổ lăn 82

4.4.1 Giới thiệu 82

4.4.1.1 Cấu tạo ổ lăn 82

4.4.1.2 Phân loại 83

4.4.1.3 Ưu nhược điểm của ổ lăn: 84

4.4.2 Cơ sở lý thuyết tính toán ứng suất tiếp xúc trong ổ lăn 85

4.4.3 Mô hình ổ lăn 86

4.4.4 Lập mô hình phần tử hữu hạn 87

4.4.4.1 Thiết lập thông số vật liệu 88

4.4.4.2 Xác định vùng tiếp xúc 88

4.4.4.3 Chia lưới phần tử hữu hạn 89

4.4.4.4 Đặt ràng buộc và tải trọng 90

4.4.5 Kết quả và thảo luận 91

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94

5.1 Kết luận 94

5.2 Kiến nghị 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Quá trình thiết kế 2

Hình 1 2 Sơ đồ thiết kế 3

Hình 1 3 Xe ô tô thể thao được kết hợp giữa thiết kế mỹ thuật và chức năng 4

Hình 1 4 Bố trí kết cấu máy phay điều khiển chương trình số phụ thuộc vào sự phối

hợp chuyển động giữa các bộ phận máy 4

Hình 1 5 Phân tích ứng suất biến dạng bằng ANSYS 10

Hình 1 6 Thiết kế một kết cấu trung tâm của một cần cẩu thủy lực cân bằng 11

Hình 1 7 Các đường đồng mức nhiệt độ và đường dòng từ một phân tích truyền nhiệt

liên hợp (CHT) thực hiện bằng ANSYS FLUENT và sau đó được xử lý trong

CFD-Post 12

Hình 1 8 Động cơ đốt trong được mô hình hóa bằng ANSYS FLUENT 13

Hình 1 9 Điện trường trong bộ lọc khoang mô phỏng bởi HFSS 14

Hình 1 10 Mô hình bình chứa dầu và cột dây điện sử dụng các công cụ mô hình hóa

bằng phần tử dầm trong ANSYS DesignModeler 15

Hình 1 11 ANSYS được tích hợp trong SolidWorks 17

Hình 2 1 ANSYS Mechanical cho phép khả năng tính toán các bài toán lớn như chi

tiết khung xe ô tô 19

Hình 2 2 Tự động chia lưới phần tử hữu hạn vật thể - vật thể, mô hình lắp ghép điện

thoại phức tạp cho phân tích thả rơi 20

Hình 2 3 Tự động nhận dạng tiếp xúc được thực hiện khi mô hình được nhập Courtesy

Pratt & Miller 21

Hình 2 4 Hình vẽ phân ra miền tính toán của khối động cơ 24

Hình 2 5 Biểu đồ đường viền trên vật thể 25

Hình 2 6 Các kết quả có thể được hiển thị trên bất cứ bộ phận nào của vật thể 25

Hình 3 1 Trình tự để giải một bài toán trong ANSYS 32

Hình 4 1 Bộ truyền bánh răng côn thẳng 48

Hình 4 2 Các dạng bộ truyền bánh răng đầu tiên 50

Hình 4 3 Ứng suất tiếp xúc trên bề mặt răng 52

Hình 4 4 Nhập thông số hình học bánh răng dẫn và bánh răng bị dẫn 54

Hình 4 5 Bánh răng dẫn 55

Hình 4 6 Bánh răng bị dẫn 56

Hình 4 7 Bánh răng dẫn với một răng 57

Hình 4 8 Bánh răng trụ răng thẳng đã được lắp ráp 58

Hình 4 9 Thông số vật liệu thép C40 59

Hình 4 10 Xác định tiếp xúc 60

Hình 4 11 Chia lưới phần tử hữu hạn mô hình 3D 61

Hình 4 12 Chia lưới phần tử hữu hạn mô hình 2D 62

Hình 4 13 Ràng buộc và tải trọng 63

Hình 4 14 Ứng suất uốn mô hình 3D 64

Hình 4 15 Ứng suất uốn mô hình 2D 65

Hình 4 16 Ứng suất tiếp xúc mô hình 3D 67

Hình 4 17 Ứng suất tiếp xúc mô hình 2D 67

Hình 4 18 Trục truyền 69

Hình 4 19 Trục tâm 69

Hình 4 20 Trục khuỷu 70

Hình 4 21 Trục mềm 70

Hình 4 22 Trục tâm 70

Hình 4 23 Trục trơn 70

Hình 4 24 Trục bậc 70

Hình 4 25 Mô hình trục 73

Hình 4 26 Thông số thép C45 74

Hình 4 27 Chia lưới phần tử hữu hạn 74

Hình 4 28 Ràng buộc và tải trọng 75

Hình 4 29 Biểu đồ Mô men uốn và xoắn 77

Hình 4 30 Biến dạng trục 79

Hình 4 31 Ứng suất tương đương 79

Hình 4 32 Ứng suất theo phương z 80

Hình 4 33 Ứng suất xoắn 80

Hình 4 34 Hệ số an toàn 81

Hình 4 35 Cấu tạo ổ lăn 83

Hình 4 36 Lực tác dụng lên ổ 85

Hình 4 37 Ổ bi đỡ chặn 46307 86

Hình 4 38 Mô hình ổ bi đỡ chặn sau khi cắt 87

Hình 4 39 Thông số vật liệu thép Crom SUJ2 88

Hình 4 40 Xác định vùng tiếp xúc 89

Hình 4 41 Chia lưới phần tử hữu hạn 90

Hình 4 42 Ràng buộc và tải trọng 90

Hình 4 43 Bán kính cong của con lăn và vòng trong 92

Hình 4 44 Ứng suất tiếp xúc 93

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4 1 Thông số thép C40 tôi cải thiện 50

Bảng 4 2 Thông số hình học bánh dẫn 53

Bảng 4 3 Thông số hình học bánh bị dẫn 53

Bảng 4 4 Thông số bánh dẫn 58

Bảng 4 5 So sánh ứng suất uốn lớn nhất thu được từ công thức Hertz và ANSYS 15 65 Bảng 4 6 So sánh ứng suất tiếp xúc lớn nhất thu được từ công thức Hertz và ANSYS15 68

Bảng 4 7 Thông số thép C45 71

Bảng 4 8 So sánh các giá trị ứng suất giữa ANSYS và Sức bền vật liệu 81

Bảng 4 9 Thông số thép Crom SUJ2 82

Bảng 4 10 So sánh ứng suất tiếp xúc lớn nhất thu được từ công thức Hertz và ANSYS15 93

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề

1.1.1 Khái niệm thiết kế

Thiết kế là một quá trình của các ý tưởng sáng tạo và truyền đạt những ý nghĩa

này cho người khác bằng một hình thức dễ hiểu Công cụ truyền đạt được sử dụng phổ

biến nhất là đồ họa, có thể bao gồm: hình ảnh, mô hình, bản vẽ…

Trong ngành cơ khí thì ta có thể định nghĩa thiết kế là quá trình biến đổi các

khái niệm và ý tưởng thành máy móc hữu ích Vị trí thiết kế máy và thiết kế cơ khí

được thể hiện trong hình 1.1

Hình 1 1 Quá trình thiết kế

Tổ chức giải quyết các vấn đề là lĩnh vực có thứ bậc, bao gồm các vòng tròn

nằm trong như hình 1.1 Giải quyết vấn đề không phải là bài toán thiết kế bởi vì nó

không phải là quá trình phát triển sản phẩm hoặc quá trình Ví dụ như khi giải quyết

vấn đề về luật pháp thì nó không giống như vấn đề thiết kế

Trong cấu trúc như hình 1.1 ta thấy được nhiều dạng thiết kế không liên quan

đến cơ sở kỹ thuật Ví dụ, thiết kế nội thất, thiên về nghệ thuật nhiều hơn là dựa trên

các kiến thức về khoa học và kỹ thuật Nhưng trong lĩnh vực thiết kế kỹ thuật lại thiên

về các vấn đề có liên quan đến nhiều môn học của các ngành kỹ thuật khác nhau như:

cơ khí, điện, xây dựng, môi trường, hóa học… Hai vùng nhỏ nhất trên hình 1.1 là thiết

kế cơ khí và thiết kế máy

Phạm vi thiết kế trong hình 1.1 có thể khai triển như sơ đồ hình 1.2 Khi đó,

thiết kế được sử dụng với hai mục đích chính: diễn đạt xúc cảm cá nhân và phát triển

sản phẩm hoặc quá trình, có thể biểu diễn theo sơ đồ bên dưới

Hình 1 2 Sơ đồ thiết kế

Ngành thiết kế liên quan cảm xúc cá nhân là hội họa, điêu khắc, thời trang, một

phần thiết kế kiến trúc… từ cái đẹp đến sở thích

Thiết kế mỹ thuật liên quan đến quan sát và cảm xúc đối với sản phẩm: mẫu mã,

hình dạng bên ngoài, màu sắc… là đối tượng của ngành Mỹ thuật công nghiệp

Thiết kế chức năng liên quan đến chức năng của sản phẩm hoặc quá trình Công

việc của người kỹ sư liên quan đến thiết kế chức năng

Hình 1 3 Xe ô tô thể thao được kết hợp giữa thiết kế mỹ thuật và chức năng

Lĩnh vực thiết kế máy là một tập hợp con của thiết kế cơ khí, và tập trung vào

kết cấu và chuyển động máy (H.1.4)

Hình 1 4 Bố trí kết cấu máy phay điều khiển chương trình số phụ thuộc vào sự phối

hợp chuyển động giữa các bộ phận máy

1.1.2 Nội dung và trình tự thiết kế máy

Máy được thiết kế ra phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật mà trước hết là năng

suất, độ tin cậy và tuổi thọ, giá thành và khối lượng (trọng lượng) máy Ngoài ra tùy

từng trường hợp cụ thể, còn có thể có các yêu cầu như: khuôn khổ kích thước nhỏ gọn,

chuyển động ổn định, thao tác sử dụng dễ dàng, hình thức đẹp v.v…

1.1.2.1 Nội dung thiết kế máy

Thiết kế máy nhằm thỏa mãn các yêu cầu trên là một công việc phức tạp, mà nội

dung chủ yếu bao gồm các vấn đề:

 Xác định nguyên tắc hoạt động và chế độ làm việc của máy được thiết kế

 Lập sơ đồ chung toàn máy và các bộ phận máy, thỏa mãn các yêu cầu cho trước

 Xác định lực, Mô men tác dụng lên các bộ phận máy và đặt tính thay đổi của tải

trọng theo thời gian

 Chọn vật liệu chế tạo các chi tiết máy

 Tiến hành tính toán về động học, động lực học, về khả năng làm việc, tính toán

kinh tế v.v…, định hình dạng, kích thước tất cả các bộ phận và chi tiết máy

 Quy định về công nghệ chế tạo các chi tiết máy và lắp ráp các bộ phận máy

 Lập thuyết minh và các chỉ dẫn về sử dụng và sửa chữa máy

Trong quá trình thiết kế, việc lựa chọn kết cấu phải dựa trên cơ sở đảm bảo tính

hợp lí về các mặt kỹ thuật và kinh tế Thông thường muốn đạt được một kết cấu hợp lí,

cần phải nghiên cứu, phân tích một số phương án, đánh giá và so sánh để tìm ra

phương án tốt nhất, đáp ứng đầy đủ nhất các yêu cầu đã được đặt ra

1.1.2.2 Trình tự thiết kế máy

Thiết kế chi tiết máy là một phần công việc trong quá trình thiết kế máy, thường

được tiến hành theo trình tự như sau:

 Lập sơ đồ tính toán , trong đó kết cấu đã được đơn giản hóa, các lực tác dụng

được coi như tập trung hoặc phân bố theo một quy luật nào đó

 Xác định tải trọng tác dụng lên chi tiết máy

 Chọn vật liệu thích hợp với điều kiện làm việc của chi tiết máy, khả năng gia

công và có xét đến các yếu tố kinh tế (giá thành, vấn đề cung ứng vật liệu, tuổi thọ cần

thiết, v.v…)

 Tính toán các kích thước chính của chi tiết máy theo các chỉ tiêu chủ yếu về khả

năng làm việc Các tính toán này thường là tính toán sơ bộ, bởi vì chỉ dựa trên các sơ

đồ đã được đơn giản hóa, các nhân tố về tải trọng và ứng suất chưa được đánh giá

chính xác v.v…

 Dựa theo tính toán và các điều kiện chế tạo, lắp ghép v.v… vẽ kết cấu cụ thể với

chi tiết máy với đầy đủ kích thước, dung sai, độ nhám bề mặt, các yêu cầu đặc biệt về

công nghệ (nhiệt luyện, mạ, ép tăng bền v.v…)

 Tiến hành tính toán kiểm nghiệm theo các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc

cụ thể là xác định hệ số an toàn tại các tiết diện nguy hiểm, xác định biến dạng, nhiệt

độ của bộ phận máy, v.v… và so sánh với các trị số cho phép Nếu thấy không thỏa

mãn các chỉ tiêu quy định, phải sữa đổi lại kích thước, kết cấu và kiểm nghiệm lại

1.1.2.3 Một số đặt điểm trong tính toán thiết kế chi tiết máy

 Điều kiện làm việc của chi tiết máy thường rất phức tạp, do đó không phải bao

giờ cũng có thể phân tích được tường tận và quy về được các công thức chính xác Để

giải quyết những khó khăn trong tính toán (thí dụ như sự phức tạp về hình dạng chi tiết

máy và về các hiện tượng xảy ra khi các chi tiết máy tác dụng tương hỗ nhau, các yếu

tố tải trọng rất khó xác định chính xác, v.v…) người ta thường dùng các giả thiết nhằm

đơn giản hóa vấn đề và đưa ra những phương pháp tính toán và có tính chất quy ước,

những công thức gần đúng hoặc những công thức kinh nghiệm Vì vậy, bên cạnh

những công thức chính xác, trong tính toán chi tiết máy thường dùng các công thức gần

đúng hoặc công thức kinh nghiệm

 Cũng bởi vì lúc suy diễn công thức gần đúng ta dựa vào một số giả thiết, còn

công thức kinh nghiệm thì được thiết lập trên cơ sở thực nghiệm, cho nên chúng không

có tính chất tổng quát Khi sử dụng các công thức gần đúng hoặc kinh nghiệm cần chú

ý điểm nảy và không được áp dụng chúng một cách tùy tiện

 Sai số trong trính toán theo công thức gần đúng và công thức kinh nghiệm được

bù lại bằng cách chọn hợp lí ứng suất cho phép hoặc hệ số an toàn

 Thiết kế chi tiết máy nhiều khi phải tiến hành tính toán sơ bộ và sau đó kiểm

nghiệm lại

 Trường hợp dễ xác định ứng suất, có thể sau một lần tính toán là quyết định kích

thước của chi tiết máy Nhưng thường rất khó xác định chính xác lực tác dụng Do đó

phải dùng bước tính sơ bộ để định kích thước một cách gần đúng, rồi vẽ kết cấu chi tiết

máy, tính chính xác trị số ứng suất và tiến hành kiểm nghiệm Nếu tính toán kiểm

nghiệm cho thấy ứng suất sinh ra trong chi tiết máy hoặc gần bằng ứng suất cho phép,

việc thiết kế được coi là hoàn thành Nếu ứng suất tính ra nhỏ hơn hoặc lớn hơn ứng

suất cho phép khá nhiều, cần phải thay đổi kết cấu và kích thước rồi kiểm nghiệm cho

tới khi nào phù hợp Thường thì người ta kiểm nghiệm theo hệ số an toàn, xem hệ số

an toàn của chi tiết máy được thiết kế có gần với hệ số an toàn cho phép hay không

 Những kích thước chủ yếu tại các tiết diện nguy hiểm (chịu ứng suất lớn) được

xác định bằng tính toán Các kích thước còn lại được định theo các điều kiện về kết

cấu, công nghệ, lắp ghép, v.v… dựa vào kinh nghiệm hoặc hướng dẫn trong tài liệu và

sổ tay thiết kế

 Có nhiều phương án thiết kế máy hoặc chi tiết máy Để đánh giá đúng phương

án nào là tốt nhất, phải xét đến tất cả các vấn đề: các chỉ tiêu về khả năng làm việc,

chọn vật liệu, yêu cầu về tính công nghệ, tiêu chuẩn hóa, giá thành

 Chọn được phương án tốt nhất, xác định được kết cấu có lợi nhất là công việc

phức tạp, đòi hỏi người thiết kế phải biết vận dụng một cách linh hoạt, sáng tạo nhựng

kiến thức lí thuyết kết hợp với những kinh nghiệm rút ra từ thực tiễn sản xuất

Vậy vấn đề đặt ra cho các kỹ sư thiết kế là phải làm như thế nào để công việc

thiết kế trở nên trở nên chính xác và chi phí là thấp nhất Hay sau khi thiết kế, phải

kiểm tra, thử nghiệm và chế tạo như thế nào để mang lại hiệu quả kinh tế cao và thỏa

mãn những điều kiện kỹ thuật Tất cả những vấn đề đó đã dẫn con người đến việc

nghiên cứu và tạo ra một công cụ để giải quyết hữu hiệu bài toán mà thiết kế và kiểm

nghiệm đặt ra

1.2 Sơ lượt về Phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn (PP PTHH) là một trong những phương pháp số

đặc biệt có hiệu quả để tìm dạng gần đúng của một hàm chưa biết trong miền xác định

V của nó Tuy nhiên PP PTHH không tìm dạng xấp xỉ của hàm cần tìm trên toàn miền

V mà chỉ trong những miền con Ve (phần tử) thuộc miền xác định V Do đó phương

pháp này thích hợp với hàng loạt bài toán vật lý và kỹ thuật trong đó hàm cần tìm được

xác định trên những miền phức tạp gồm nhiều vùng nhỏ có đặt tính hình học, vật lý

khác nhau, chịu những điều kiện biên khác nhau Phương pháp ra đời từ trực quan phân

tích kết cấu rồi được phát triển một cách chặc chẽ và tổng quát như một phương pháp

biến phân hay phương pháp dư có trọng số nhưng được xấp xỉ trên mổi phần tử

Trong PP PTHH miền V được chia thành môt số hữu hạn các miền con, gọi là

phần tử Các phần tử này được nối kết với nhau tại các điểm định trước trên bên phần

tử gọi là nút Trong phạm vi phần tử đại lượng cần tìm được lấy xấp xỉ trong dạng một

hàm dơn giản được gọi là các hàm xấp xỉ (approximatiopn function) Và các hàm xấp

xỉ được biểu diển qua các giá trị của hàm (và có khi cả các giá trị của đạo hàm của nó)

tại các điểm nút trên phần tử Các giá trị này được gọi là các bậc tự do của phần tử và

được xem là ẩn số cần tìm của bài toán

Với bài toán cơ vật rắn biến dạng và cơ cấu tùy ý thep nghĩa vật lý của hàm xấp

xỉ, người ta có thể phân tích bải toán theo ba loại mô hình sau:

 Trong mô hình tương thích: Người ta xem chuyển vị là đại lượng cần tìm trước

và hàm xấp xỉ biểu diển gần đúng dạng phân bố của chuyển vị trong phần tử Các ẩn số

được xác định từ phương trình thiết lập trên cơ sở nguyên lý thế năng toàn phần dừng

hay nguyên lý biến phân Larange

 Theo mô hình cân bằng: Hàm xấp xỉ biểu diển gần đúng dạng phân bố của ứng

suất hay nội lực trong phần tử Các ẩn số được xác định từ hệ phương trình thiết lập

trên cơ sở nguyên lý năng lượng hệ toàn phần dừng hay nguyên lý biến phân về ứng

suất (nguyên lý Castigliano)

 Theo mô hình hỗn hợp: Coi các đại lượng chuyển vị ứng suất là hai yếu tố độc

lập Các hàm xấp xỉ biểu diển gần đúng dạng phân bố của chuyển vị lẫn ứng suất trong

phần tử Các ẩn số được xác định từ phương trình thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến

phân reisner

Sau khi tìm được các ẩn số bằng việc giải một hệ phương trình đại số vừa nhận

được thì cũng có nghĩa ta tìm được các xấp xỉ biểu diễn đại lượng cần tìm trong tất cả

các phần tử Và từ đó cũng tìm được các đại lượng còn lại

Trong ba mô hình trên, mô hình tương thích được sử dụng rộng rãi nhất

1.3 Tổng quan về phần mềm ANSYS

Dựa trên thuật toán của phương pháp phần tử hữu hạn, nhiều phần mềm mô

phỏng đã ra đời, cho phép giải quyết hầu hết các bài toán thường gặp trong các nghành

kỹ thuật ANSYS, sản phẩm của hãng ANSYS Technology được thành lập năm 1970,

do nhóm nghiên cứu của Dr.John Swanson, hệ thống tính toán Swanson (Swanson

Analysis System) tại Mỹ là một ví dụ điển hình về những phần mềm như vậy Các bài

toán cơ học vật rắn, cơ học thủy 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 phần mềm mạnh và được ứng dụng rộng rãi

trên thế giới, có thể đáp ứng các yêu cầu nói trên của cơ học ANSYS có thể phân tích

trường ứng suất, biến dạng, trường nhiệt độ, tốc độ dòng chảy, có thể xác định được độ

mòn, mỏi và phá hủy 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 …

Hình 1 5 Phân tích ứng suất biến dạng bằng ANSYS

ANSYS Technology cung cấp khá nhiều sản phẩm khác nhau phục vụ cho nhiều

lĩnh vực khác nhau:

Structural Mechanics: Giải pháp Structural Mechanics từ ANSYS cung cấp

khả năng mô phỏng cho tất cả các khía cạnh kết cấu của sản phẩm, bao gồm phân tích

tuyến tính tĩnh cho phép khai thác ứng suất hoặc biến dạng, phân tích dao động điều

hòa xác định các đặt tính dao động, cho tới các hiện tượng phi tuyến tức thời nâng cao

liên quan tới các ảnh hưởng động học và các ứng xử phức tạp

Hình 1 6 Thiết kế một kết cấu trung tâm của một cần cẩu thủy lực cân bằng

Tất cả người dùng từ các nhà thiết kế tới các chuyên gia đều có thể có nhiều lợi

ích từ việc sử dụng giải pháp ANSYS Structural Mechanic Độ chính xác của kết quả

đạt được thông qua thư viện mô hình vật liệu có sẵn rộng rãi, số lượng của thư viện các

phần tử, các giải thuật mạnh mẽ và khả năng mô hình hóa cho tất cả các sản phẩm – từ

các bộ phận riêng rẽ cho tới các bản lắp ghép phức tạp với hàng nghìn bộ phận tương

tác với nhau thông qua các tiếp xúc hoặc các quan hệ chuyển động

Giải pháp ANSYS Structural Mechanic cũng cung cấp một công cụ dễ sử dụng

để giúp các nhà phát triển sản phẩm tập trung vào phần quan trọng nhất của quá trình

mô phỏng là thấu hiểu các kết quả và tác động của biến đổi thiết kế trên mô hình

Multiphysics: Giải pháp phân tích đa môi trường của ANSYS Multiphysics cho

phép các kỹ sư và các nhà thiết kế tạo ra các mẫu thử ảo cho các thiết kế của họ hoạt

động dưới điều kiện đa môi trường vật lý giống như môi trường làm việc thực của sản

phẩm Khi nhu cầu về mô phỏng mở rộng, các doanh nghiệp phải có khả năng dự đoán

chính xác các sản phẩm của họ sẽ có ứng xử như thế nào trong môi trường thực tế nơi

mà sản phẩm chịu tương tác đồng thời của nhiều trường vật lý Phần mềm công nghiệp

hàng đầu ANSYS cho phép các kỹ sư, các nhà khoa học mô phỏng sự tương tác giữa

cơ học kết cấu, truyền nhiệt, dòng chảy chất lỏng và điện từ học trong cùng một môi

trường mô phỏng kỹ thuật duy nhất

Hình 1 7 Các đường đồng mức nhiệt độ và đường dòng từ một phân tích truyền nhiệt

liên hợp (CHT) thực hiện bằng ANSYS FLUENT và sau đó được xử lý trong CFD-Post

Fluid Dynamics: Các giải pháp động lực học chất lỏng ANSYS là một bộ sản

phẩm toàn diện cho việc mô hình hóa dòng chất lỏng và các hiện tượng vật lý liên quan

khác Phần mềm này đưa ra các khả năng phân tích dòng chất lỏng chưa từng có, cung

cấp tất cả các công cụ cần thiết để thiết kế và tối ưu thiết bị mới và sửa chữa các hệ

thống đã được lắp đặt Bộ động lực học ANSYS chứa đồng thời phần mềm tính toán

động lực học chất lỏng với mục đích chung và các sản phẩm đặc biệt bổ sung cho các

ứng dụng công nghiệp đặt thù

Hình 1 8 Động cơ đốt trong được mô hình hóa bằng ANSYS FLUENT

Các công cụ phân tích chất lỏng mục đích chung đã nổi tiếng là các sản phẩm

ANSYS CFX và ANSYS FLUENT, bây giờ cũng sẵn có trong gói ANSYS CFD

ANSYS CFD cung cấp sự truy cập tới một mảng chưa từng thấy của các mô hình vật

lý dòng chất lỏng, cho phép phân tích thiết bị với sự tin tưởng tuyệt đối Công nghệ

ANSYS CFD có khả năng mở rộng cao, cung cấp hiệu quả tính toán song song trên

hàng nghìn nhân xử lý ANSYS CFD cũng bao gồm công cụ xử lý kết quả dòng chất

lỏng ANSYS CFD – Post đầy đủ các tính năng Công cụ này có thể được dùng cho

phân tích định lượng cao cấp và hiển thị chất lượng cao Khi ANSYS CFD được dùng

kết hợp với phần mềm ANSYS Mechanical các bài toán tương tác chất lỏng – kết cấu

phức tạp có thể được giải quyết

Các sản phẩm động lực học chất lỏng ANSYS có độ tương thích cao, và được

thiết kế để ăn khớp hiệu quả trong các quá trình Mô Phỏng Định Hướng Phát Triển Sản

Phẩm bất kỳ

Electromagnetics: ANSYS đã tăng cường giải pháp giải bài toán trường điện từ

một cách sâu và rộng khi ANSYS đã hợp nhất các phương pháp giải quyết bài toán

trường điện từ hàng đầu trong công nghiệp của hãng Ansoft vào trong ANSYS Những

sản phẩm này bao gồm đầy đủ việc phân tích và thiết kế trường điện từ Các giải pháp

trường điện từ của ANSYS cho phép người dùng tận dụng tốt nhất việc sử dụng công

nghệ phần mềm, để dự đoán đặt tuyến của các thiết bị điện và cơ điện tử, loại bỏ việc

lặp đi lặp lại các mẫu thử nghiệm, và đưa các sản phẩm ra thị trường nhanh hơn

Hình 1 9 Điện trường trong bộ lọc khoang mô phỏng bởi HFSS

Giải pháp trường điện từ của ANSYS giải quyết nhu cầu phân tích trong ba lĩnh

vực ứng dụng riêng biệt:

 Cơ điện tử: động cơ điện và máy phát điện, máy biến áp, thanh góp, rơ le, ống

nam châm điện, điện tử công suất, MEMS và thiết kế nam châm

 Thành phần điện tử tốc độ cao: Các gói IC, kết nối PCB, thiết bị thụ động gắn

trong chip

 Thiết bị tần số cao: anten, thiết bị RF/ cao tần, EMI/EMC, thiết bị y sinh

 Giải pháp trường điện từ của ANSYS đưa ra các công cụ để hiểu :

 Các đặt tính hiệu năng với nguồn kích thích

 Hình ảnh mô phỏng cho trường điện từ trong và xung quanh thiết bị

 Hiệu ứng nhiệt Joule, nhiệt độ tạo ra

 Lực phân bố và kết quả biến dạng

 Các tham số quan trọng trong thiết kế: mô-men xoắn, lực, điện trở, điện cảm,

điện dung, trở kháng, tham số ma trận tán xạ [S] và trường bức/phát xạ

ANSYS Workbench Platform: ANSYS Workbench Platform là chương trình

nền trên đó tích hợp các bộ công nghệ mô phỏng kỹ thuật tiên tiến, sâu sắc và phổ biến

nhất của công nghiệp Một quy trình thực hiện dự án sáng tạo liên kết toàn bộ các quá

trình mô phỏng với nhau, hướng dẫn người dùng thậm chí phân tích đa hệ vật lý phức

tạp chỉ với việc kéo-và-thả đơn giản Với kết nối CAD hai chiều mạnh mẽ, sự tự động

chia lưới phần tử hữu hạn cao, cơ cấu cập nhật theo từng bước của dự án, quản lý tham

số toàn diện và các công cụ tối ưu hóa được tích hợp, ANSYS Workbench Platform

đem lại năng suất lao động chưa từng có, cho phép ―Mô phỏng Định hướng Sự phát

triển của Sản phẩm‖

Hình 1 10 Mô hình bình chứa dầu và cột dây điện sử dụng các công cụ mô hình hóa

bằng phần tử dầm trong ANSYS DesignModeler

High-Performance Computing: ANSYS HPC cho phép xử lý song song các bài

toán khó khăn nhất, các mô hình có độ chính xác cao - bao gồm nhiều chi tiết hình học

hơn, hệ thống lớn hơn và bài toán vật lý phức tạp hơn Kết quả mang lại là nâng cao

hiệu suất của sản phẩm có thể mang lại hiệu quả kinh doanh to lớn Sử dụng ANSYS

HPC để hiểu thuộc tính sản phẩm chi tiết, mang lại cho các công ty sự tự tin trong thiết

kế và giúp đảm bảo rằng sản phẩm sẽ thành công trên thị trường

Simulation Process & Data Management: Phần mềm ANSYS Engineering

Knowledge Manager (EKM) là một giải pháp toàn diện cho những thách thức về quản

lý tiến trình và dữ liệu mô phỏng Giải pháp này cung cấp những lợi ích cho tất cả các

cấp doanh nghiệp, từ những kỹ sư chuyên môn dành ít thời gian cho việc giải quyết dữ

liệu và tập trung thời gian nhiều hơn vào những hiệu quả kỹ thuật cho tới từng tổ chức

muốn tìm kiếm nâng cao năng suất trong tất cả các mục tiêu kỳ vọng khía cạnh từ của

những hoạt động mô phỏng của họ Nó cho phép doanh nghiệp xác định được rất nhiều

những vấn đề đặc biệt với quan trọng liên quan đến dữ liệu mô phỏng, bao gồm sao lưu

và lưu trữ, khả năng tạo vết và truy xuất nguồn gốc, tự động hóa quá trình, khả năng

hợp tác và nắm bắt chuyên môn kỹ thuật và bảo vệ IP

Geometry Interfaces: Với giao diện trực tiếp cho tất cả các hệ thống thiết kế

nhờ máy tính (CAD) chính, có hỗ trợ thêm các đầu đọc và trình biên dịch và một công

cụ dựng mô hình được tích hợp dành riêng cho phân tích, ANSYS đưa ra các giải pháp

điều khiển hình học toàn diện cho kỹ sư mô phỏng trong một môi trường tích hợp duy

nhất

ANSYS cung cấp công nghệ tích hợp CAD tiên tiến nhất một môi trường tích

hợp CAE hàng đầu công nghiệp Nó cung cấp các giao diện tương tác trực tiếp, hai

chiều hay kết hợp với tất cả các hệ thống CAD phổ biến nhất hiện nay

Hình 1 11 ANSYS được tích hợp trong SolidWorks

Các giải pháp tích hợp tiên tiến ANSYS CAD cung cấp nhiều tùy chọn cho việc

cập nhật chọn lọc và thông minh các mô hình CAD Giao diện ANSYS CAD cũng bao

gồm một bộ Quản lý Lựa chọn Đặt tên Tính năng này được dùng để tạo các thuộc tính

tùy biến bên trong các hệ thống CAD mà có thể dùng trực tiếp cho các ứng dụng mô

hình hóa, chia lưới phần tử hữu hạn và phân tích trong ANSYS

Hiện tại, những mô hình CAD nguyên bản có thể được sử dụng trực tiếp, mà

không cần chuyển sang dạng IGES hoặc các định dạng hình học trung gian khác

ANSYS đã cung cấp khả năng tích hợp hai chiều với các hệ thống CAD phổ biến nhất

trong hơn 10 năm qua

Phần mềm ANSYS cho phép tích hợp trực tiếp vào trong thanh công cụ menu

của các phần mềm CAD, giúp cho việc đơn giản hóa quá trình khởi động phần mềm

ANSYS Workbench trực tiếp từ hệ thống phần mềm CAD

Ngoài ra ANSYS Technology còn cung cấp các sản phẩm ứng dụng cụ thể:

ANSYS ASAS, ANSYS AQWA, ANSYS ICEM CFD Cart3D, TGrid, ANSYS Mesh

Morpher, ANSYS ICEM CFD, ANSYS SpaceClaim Direct Modeler, ANSYS

BladeModeler, ANSYS Composite PrepPost, ANSYS Vista TF

Ở đây chúng ta nghiên cứu sản phẩm Geometry Interfaces được tích hợp trực

tiếp trên phần mềm SolidWorks và Structural Mechanics với mô đun sản phẩm con là

ANSYS Mechanical để tính toán thiết kế kết cấu chi tiết máy

CHƯƠNG 2

GIỚI THIỆU ANSYS/ANSYS MECHANICAL

2.1 Giới thiệu ANSYS/ANSYS Mechanical

Phần mềm ANSYS Mechanical cung cấp lời giải toàn diện trong quá trình phân

tích sản phẩm với những kết cấu tuyến tính, phi tuyến và phân tích động học Modun

sản phẩm này cũng cung cấp đầy đủ các tùy chọn cho thiết lập ứng xử của phần tử, các

mô hình vật liệu và các phương trình giải để giải quyết những bài toán trong kỹ thuật

rộng rãi Ngoài ra, ANSYS Mechanical còn có thể thực hiện với các bài toán phân tích

nhiệt, phân tích coupled-physics liên quan tới bài toán mức áp âm, mức áp điện, nhiệt–

kết cấu và phân tích nhiệt điện

Hình 2 1 ANSYS Mechanical cho phép khả năng tính toán các bài toán lớn như chi

tiết khung xe ô tô

Giao diện CAD cao cấp và chia lưới phần tử hữu hạn mạnh mẽ: Mô hình

hình CAD có sẵn có thể được sử dụng một cách trực tiếp với ANSYS Mechanical –

không cần chuyển đổi, không sử dụng IGES và không sử dụng các định dạng hình học

trung gian ANSYS đã cung cấp sự tích hợp hai chiều với các hệ thống CAD phổ biến

trong hơn 10 năm Sự tích hợp trực tiếp trong thanh công cụ của phần mềm CAD tạo ra

sự đơn giản trong việc khởi động mô phỏng một cách trực tiếp từ hệ thống CAD

Nhờ vào cơ chế nhập mô hình hình học của ANSYS là thông dụng cho tất cả

các hệ thống CAD, người sử dụng có khả năng linh hoạt để làm việc với một môi

trường mô phỏng chung duy nhất trong khi sử dụng nhiều gói phần mềm CAD

Hình 2 2 Tự động chia lưới phần tử hữu hạn vật thể - vật thể, mô hình lắp ghép điện

thoại phức tạp cho phân tích thả rơi

ANSYS hỗ trợ những hệ thống CAD sau: Autodesk® Inventor®, Autodesk®

Mechanical Desktop, Autodesk® Inventor® Professional Stress, CATIA® V4 and V5,

Pro/ENGINEER®, Solid Edge®, SolidWorks®, Unigraphics®, CoCREATE

Modeling™ và SpaceClaim® Môi trường ANSYS Workbench cũng hỗ trợ các định

dang file trung gian IGES, Parasolid®, ACIS® (SAT) và STEP, điều này cho phép sử

dụng bất kỳ hệ thống CAD nào có khả năng xuất ra những định dạng kể trên

ANSYS cung cấp một phạm vi rộng các công cụ chia lưới phần tử hữu hạn tự

động mạnh mẽ - Từ lưới tứ diện tới lưới chủ yếu là lục diện, thổi phồng các lớp và lưới

vỏ chất lượng cao Thiết lập kích thước lưới thông qua kích thước của mặt hoặc cạnh,

hình cầu thổi phồng, dung sai suy giảm và nhiều tùy chọn có thể được thiết lập bởi

người dùng

Tự động nhận dạng các tiếp xúc cho mô hình lắp nghép: Một khi mô hình

hình học được nhập vào trong ANSYS Mechanical, phần mềm sẽ tự động nhận dạng

và thực hiện các cài đặt cho các tiếp xúc hoặc các liên kết giữa các bộ phận trong mô

hình lắp ghép Các cài đặt về tiếp xúc và các tùy chọn có thể hiệu chỉnh và thêm vào đó

là khả năng tạo ra các tiếp xúc thủ công Các liên kết cho động lực học vật rắn biến

dạng, không biết dạng được tự động phát hiện Mỗi tiếp xúc hoặc liên kết dễ dàng được

xác định bằng việc sử dụng công cụ đồ họa được cung cấp trong môi trường phân tích

Hình 2 3 Tự động nhận dạng tiếp xúc được thực hiện khi mô hình được nhập Courtesy

Pratt & Miller

Công nghệ phần tử toàn diện: Các công nghệ phần tử từ ANSYS cung cấp các

chức năng phong phú với một nền tảng lý thuyết nhất quán và các thuật toán tiên tiến

nhất Phần mềm ANSYS Structural Mechanics cung cấp một thư viện phần tử rộng lớn

bao gồm phần tử dầm, ống, vỏ khối, 2D phẳng/ đối xứng quay và 3D đối xứng quay ,

những phần tử này có ứng dụng rộng rãi bao gồm các phân tích cho vật liệu composite,

bất ổn định và phá hủy, các phân tích động lực học, và các ứng dụng phi tuyến Thư

viện cũng bao gồm các phần tử mục đích đặc biệt như là phần tử đệm, phần tử liên kết,

phần tử chuyển tiếp, phần tử lớp cho kết cấu composite

Những phần tử này cung cấp hiệu suất cao và tính chức năng Những phần tử

này cũng hỗ cho các mô hình vật liệu và phương thức tiên tiến như chia lại lưới, phân

vùng chia lại lưới, cơ học phá hủy và trường tương tác trong khi đó vẫn có khả năng

giải phân tán khi cần thiết

Thư viện mô hình vật liệu phong phú: Mô hình vật liệu là quan trọng để hiểu

và chính xác mô tả ứng xử của vật liệu trong thiết kế hoặc phân tích một ứng dụng kỹ

thuật ANSYS cung cấp một thư viện rộng lớn các mô hình toán học các vật liệu hỗ trợ

người dùng trong việc mô phỏng các loại ứng xử của vật liệu, như là đàn hồi, đàn nhớt,

đàn dẻo, dẻo nhớt, gang dẻo, chảy dẻo, siêu đàn hồi, đệm và dị hướng Những mô hình

này có thể được sử dụng để mô phỏng các loại khác nhau của vật liệu như là kim loại,

cao su, nhựa, kính, bọt, bê tông, mô sinh học và hợp kim đặc biệt Thêm vào đó, để hỗ

trợ trong việc tìm kiếm các thông số cho từng mô hình vật liệu, ANSYS đưa ra tập hợp

các công cụ vẽ đường cong vật liệu

Công nghệ đóng vết nứt ảo (VCCT) cho phép tính toán tỷ lệ phục hồi năng

lượng cho các phần tử liên tục hai chiều và ba chiều Phần tử 2 chiều cũng hỗ trợ mô

phỏng phát triển vết nứt

Các mô hình vật liệu:

 Đàn hồi đẳng hướng/ trực hướng

 Đàn hồi nhiều đoạn tuyến tính

 Mô hình vật liệu trương nở

 Vật liệu đệm

 Bê tông

 Phá hủy Gurson

 Người dùng tự định nghĩa

Các phương pháp nâng cao cho các bài toán phi tuyến: Với nền tảng vững

chắc là công nghệ phần tử và vật liệu, ANSYS Structural Mechanics cung cấp các

phương pháp mô hình hóa nâng cao khác nhau cho các ứng dụng khác nhau Các ứng

dụng đó là bài toán dao động riêng, đáp ứng điều hòa, phổ, động lực học vật quay,

động lực học nhiều vật rắn biến dạng, tổng hợp các mô hình thành phần, đối xứng

quay, phân lớp, phá hủy composite, cơ học phá hủy, chia lưới phần tử hữu hạn thích

nghi, phân vùng chia lại lưới 2D, mô hình con, kết cấu con, phần tử sinh ra và mất đi,

và cấu trúc liên kết giữa những phân tích khác

Thêm vào đó, ANSYS Structural Mechanics cung cấp khả năng nâng cao cho

phép người dùng mô phỏng các hiện tượng vật lý khác nhau, như là nhiệt-ứng suất,

điện, kết cấu – âm, khuếch tán khối lượng và phân tích nhiệt – dòng chảy đơn giản

Bộ công cụ phi tuyến:

 Điều khiển hội tụ phi tuyến

 Chuẩn đoán tiếp xúc

 Chuẩn đoán phi tuyến

 Phân vùng chia lại lưới 2D

Bộ giải mạnh mẽ, đa trường: Các giải pháp của ANSYS cho ngành kết cấu cơ

khí cung cấp một thư viện lớn các bộ giải phương trình Thư viện này bao gồm bộ giải

trực tiếp, giải pháp lặp cho các điều kiện đầu građien liên hợp (PCG), giải pháp Jacobi

građien liên hợp (JCG), vv Ngoài ra, phương pháp đại số đa điểm (AMG) cũng như

các bộ giải PCG, JCG và phương pháp trực tiếp đều cho phép giải các bài toán có quy

mô lớn thông qua xử lý song song

Công nghệ biến phân (phương pháp tính toán biến phân) của ANSYS cho phép

tăng tốc quá trình tính toán cho các kết cấu tuần hoàn, đặc biệt với số lượng lớn các

yếu tố tuần hoàn Tần số quét được tìm thấy trong phân tích điều hòa cũng được thừa

hưởng từ công nghệ biến phân Tốc độ có thể tăng lên từ 3 đến 10 lần Các phân tích

nhiệt theo thời gian và các phân tích cho các kêt cấu phi tuyến theo thời gian cũng

nhanh hơn dựa vào công nghệ này

Hình 2 4 Hình vẽ phân ra miền tính toán của khối động cơ Khai thác kết quả nâng cao: ANSYS cung cấp một tập hợp các công cụ khai

thác kết quả toàn diện để biểu biễn các kết quả trên mô hình như biểu đồ đường viền,

biểu đồ vectơ để cung cấp tổng của kết quả (như là giá trị min/max và vị trí) Công

nghệ cắt trực quan và mạnh mẽ cho phép người dùng khai thác chi tiết hơn các kết quả

trên các bộ phận của mô hình Tất cả các kết quả có thể xuất ra dữ liệu dạng text hoặc

dạng bảng tính cho các tính toán tiếp theo Ảnh động cũng cung cấp cho các trường

hợp phân tích tĩnh cũng như phân tích phi tuyến hoặc tức thời Bất cứ kết quả hoặc

điều kiện biên đều có thể được sử dụng để tạo ra biểu đồ tối ưu

Hình 2 5 Biểu đồ đường viền trên vật thể

Hình 2 6 Các kết quả có thể được hiển thị trên bất cứ bộ phận nào của vật thể

Báo cáo: Phân tích thiết kế theo nhiều cách khác nhau và xây dựng tài liệu kết

quả một cách hiệu quả Giải pháp ANSYS Structural Mechanics cung cấp các báo cáo

ngay lập tức cho tập hợp tất cả các dữ liệu kỹ thuật và hình ảnh của mô hình trong các

định dạng thuận tiện (HTML, Microsoft®Word or Microsoft® PowerPoint®.)

Tùy biến bộ giải và kịch bản: Khả năng tùy biến thông qua các phần tử, vật liệu

do người dùng định nghĩa, và kịch bản sử dụng ANSYS Parametric Design Language

(APDL) cung cấp khả năng mềm dẻo và mở rộng của các ứng dụng cho các bài toán cơ

khí

APDL là nền tảng cho việc truy cập các tính năng tinh vi của lời giải kết cấu cơ

khí Thêm vào đó, các kỹ sư có thể sử dụng APDL để tự động hóa các tiến trình thông

thường, xây dựng các mô hình tham số của riêng họ, thực hiện tối ưu hóa thiết kế, chia

lưới phần tử hữu hạn thích nghi …, như phần mềm đưa ra một vài tính năng thuận tiện

như là các tham số, các macro, phân nhánh, vòng lặp, các tham số lặp lại và mảng có

thể sử dụng thường xuyên trong phân tích

Để cài đặt giấy phép sử dụng, chọn như chỉ dẫn sau:

Sau đó chọn file ghi các thông số cho phép sử dụng chương trình

2.3 Khởi động ANSYS 15

Chọn Start → Programe → ANSYS 15 → Workbench để vào môi trường

Workbench của ANSYS

2.4 Giao diện ANSYS 15

Giao diện ANSYS Workbench có ba phần chính:

 Phía trên là các thanh công cụ hỗ trợ

 Phía bên tay trái là hộp thoại Toolbox nơi chứa những mô đun mà có thể sử

dụng khi thao tác với phần mềm

 Phần giữa là màn hình chính Project Schematic

Trong hộp thoại Toolbox\Analysis System gồm nhiều mô đun tương ứng với

kiểu bài toán có thể phân tích với ANSYS 15 Sau đây là một số mô đun thường dùng:

1 Electric – Điện

2 Explicit Dynamic – Động lực học

3 Fluid Flow (CFX) – dòng chất lỏng (CFX)

4 Fluid Flow (FLUENT) – dòng chất lỏng ((FLUENT)

5 Harnomic Response – Tính toán đáp ứng điều hòa

6 Linear Blucking – Tính toán ổn định

7 Magnetostatic – Phân tích từ tĩnh

8 Model – phân tích dao động riêng

9 Random Vidration – Dao động ngẫu nhiên

10 Response Spectrum – Phân tích phổ

11 Shape Optimization – Tối ưu hóa hình dạng

12 Static Structural – Phân tích tĩnh

13 Steady – State Thernal – Phân tích nhiệt ở trạng thái ổn định

14 Thermal Electric – Nhiệt điện

15 Transient Structural (ANSYS) – Kết cấu quá độ (ANSYS)

16 Transient Structural (BMD) – Kết cấu quá độ (BMD)

17 Transient Thermal – Quá độ nhiệt

Đối với một bài toán cụ thể, phải xác định được dạng của bài toán và từ đó chọn

mô đun phù hợp để giải quyết vấn đề mà bài toán đặt ra Đối với mỗi dạng bài ứng với

từng mô đun sẽ có phương pháp giải khác nhau trong phần mềm ANSYS 15

Trong giới hạn của luận văn này, chỉ tập trung phân tích bài toán tĩnh (Static

Structural)