Mô phỏng quá trình cơ nhiệt cho vật thể rỗng có thành mỏng biến đổi bằng phần mềm máy tính và ứng dụng thực tiễn

Mô phỏng quá trình cơ nhiệt cho vật thể rỗng có thành mỏng biến đổi bằng phần mềm máy tính và ứng dụng thực tiễn Tổng quan về phương pháp mô phỏng và mô hình hóa quá trình trên máy tính các phần mềm ứng dụng. Mô phỏng trạng thái cơ nhiệt của vật thể rỗng có thành mỏng biến đổi. Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình chịu tải của vỏ đạn trong buồng nòng súng.

Trang 1

MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CƠ - NHIỆT CHO VẬT THỂ RỖNG

CÓ THÀNH MỎNG BIẾN ĐỔI BẰNG PHẦN MỀM MÁY TÍNH

VÀ ỨNG DỤNG THỰC TIỄN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

PHẠM HỒNG QUANG

MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CƠ - NHIỆT CHO VẬT THỂ RỖNG

CÓ THÀNH MỎNG BIẾN ĐỔI BẰNG PHẦN MỀM MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

PGS – TS NGUYỄN THỊ PHƯƠNG GIANG

Trang 3

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn: Phạm Hồng Quang

Đề tài luận văn: Mô phỏng quá trình cơ - nhiệt cho vật thể rỗng có thành mỏng biến đổi bằng phần mềm máy tính và ứng dụng thực tiễn

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số SV: CB160190

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày… ………… với các nội dung sau:

……… …………

……… ………

Ngày tháng năm 2018

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn “Mô phỏng quá trình cơ

- nhiệt của vật thể rỗng có thành mỏng biến đổi bằng phần mềm máy tính và ứng

dụng thực tiễn” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, thực hiện dưới sự hướng dẫn

của cán bộ hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Thị Phương Giang Các số liệu và tài lệu trong

luận văn là trung thực Kết quả nghiên cứu này chưa được công bố trong bất kỳ công

trình nghiên cứu nào khác cho tới thời điểm này

Hà Nội, ngày 20 tháng 9 năm 2018

Tác giả luận văn

Phạm Hồng Quang

Trang 5

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC HÌNH ẢNH 7

DANH MỤC BẢNG BIỂU 9

MỞ ĐẦU 10

1 Tính cấp thiết của đề tài luận văn 10

2 Lịch sử nghiên cứu 10

3 Mục đích nghiên cứu của đề tài, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 11

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận văn 11

5 Phương pháp nghiên cứu 12

CHƯƠNG I 13

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG VÀ MÔ HÌNH HÓA 13

QUÁ TRÌNH TRÊN MÁY TÍNH – CÁC PHẦN MỀM ỨNG DỤNG 13

1.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG VÀ MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH TRÊN MÁY TÍNH 13

1.2 CÁC PHẦN MỀM ỨNG DỤNG 14

1.2.1 Cơ sở hình học và chuyển đổi dữ liệu giữa các phần mềm 14

1.2.2 Giới thiệu phần mềm chuyên thiết kế mô hình hình học – Autodesk Inventor 17

1.2.3 Giới thiệu phần mềm mô phỏng chuyên ngành Deform 3D 20

1.2.4 Giới thiệu phần mềm mô phỏng chuyên ngành Ansys 28

1.2.5 Các bước tiến hành thực hiện một bài toán mô phỏng 35

Trang 6

CHƯƠNG 2 37

MÔ PHỎNG TRẠNG THÁI CƠ - NHIỆT 37

CỦA VẬT THỂ RỖNG CÓ THÀNH MỎNG BIẾN ĐỔI 37

2.1 MÔ HÌNH TOÁN HỌC 37

2.1.1 Đặt bài toán 37

2.1.2 Bài toán nhiệt 38

2.1.3 Bài toán trạng thái ứng suất - biến dạng 41

2.2 MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG TRẠNG THÁI CƠ NHIỆT 45

CHƯƠNG 3 52

XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHỊU TẢI 52

CỦA VỎ ĐẠN TRONG BUỒNG NÒNG SÚNG 52

3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG THỰC TIỄN 52

3.1.1 Đặt vấn đề 52

3.1.2 Mô hình tính toán 57

3.2 TÍNH TOÁN LẠI THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ 61

3.2.1 Tính toán lại hệ số dập vuốt 61

3.2.2 Tính toán hệ số biến mỏng và chiều dày thành qua các lần dập 62

3.2.3 Tính toán lại các thông số của nguyên công tạo hình ổ hạt lửa 64

3.3 SẢN XUẤT VÀ KẾT QUẢ KIỂM TRA SẢN PHẨM 67

3.3.1 Kiểm tra mặt ngoài vỏ đạn 67

3.3.2 Kiểm tra kích thước vỏ đạn bằng dưỡng kiểm 67

3.3.3 Kiểm tra khối lượng vỏ đạn 67

3.3.4 Kiểm tra độ cứng vỏ đạn 68

3.3.5 Kiểm tra thể tích bên trong vỏ đạn 69

3.3.6 Kiểm tra chiều dày thành vỏ đạn 69

Trang 7

3.3.7 Kiểm tra chiều dày phần đáy vỏ đạn 70

3.3.8 Kiểm tra chiều sâu và hướng nếp gấp vỏ đạn 70

3.3.9 Kết quả bắn kiểm tra 70

KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN VĂN 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

Trang 8

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ĐKKT TLTK

Điều kiện kỹ thuật Tài liệu thiết kế HVQH Hiển vi quang học

Trang 9

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu trúc file IGS sử dụng mã điện toán ASCII và đối tượng vẽ 16

Hình 1.2 Cấu trúc file STL và minh họa hình cầu 16

Hình 1.3 Sơ đồ chuyển đổi định dạng file từ các phần mềm 17

Hình 1.4 Giao diện của phần mềm Autodesk Inventor 18

Hình 1.5 Các thanh lệnh 18

Hình 1.6 Thao tác trình duyệt trong phần mềm Autodesk Inventor 19

Hình 1.7 Các vùng đồ họa khác trong phần mềm 20

Hình 1.8 Các bước thực hiện bài toán mô phỏng trên Deform 3D 22

Hình 1.9 Giao diện chính của Deform 3D 23

Hình 1.10 Giao diện mô đun DEFORM-3D Pre 24

Hình 1.11 Cửa sổ cài đặt thông số điều khiển phần mềm 25

Hình 1.12 Thư viện vật liệu của Deform 3D 25

Hình 1.13 Tạo tiếp xúc giữa các đối tượng 26

Hình 1.14 Cửa sổ Deform 3D - Post 27

Hình 1.15 Giao diện của phần mềm Ansys 11 28

Hình 1.16 Một số mô hình vật liệu dùng trong Ansys 32

Hình 1.17 Đặt điều kiện biên và điều khiển quá trình giải 33

Hình 1.18 Ví dụ một bài toán dập thể tích trong khuôn kín 35

Hình 2.1 Gán thuộc tính vật liệu mô phỏng có sẵn trong thư viên phần mềm 46

Hình 2.2 Mô hình hóa vật thể bằng phần mềm Autodesk Inventor 2016 47

Hình 2.3 Mô hình tính toán trên phần mềm ANSYS 47

Trang 10

Hình 2.4 Chia lưới phần tử 48

Hình 2.5 Đặt tải, đặt điều kiện biên cho bài toán 48

Hình 2.6 Ứng suất chính của vật thể khi chịu tác dụng của áp suất, nhiệt độ 49

Hình 2.7 Ứng suất tương đương của vật thể khi chịu tác dụng của áp suất, nhiệt độ 50

Hình 2.8 Biến dạng theo trục X 50

Hình 2.9 Biến dạng tương đương của vật thể 51

Hình 3.1 Vỏ đạn (chế thử hoàn thiện công nghệ sản xuất) sau khi bắn thử nghiệm 53

Hình 3.2 Vỏ đạn nạp vào buồng nòng súng 53

Hình 3.3 Kết cấu vỏ đạn súng 54

Hình 3.4 Mô hình hình học 2D để kiểm bền 58

Hình 3.5 Mô hình điều kiện biên để giải toán 59

Hình 3.6 Hình ảnh ứng suất vỏ đạn đối với trường hợp thực tế sản xuất (R đáy = 0,5) 59

Hình 3.7 Hình ảnh ứng suất vỏ đạn theo TLTK (R đáy = 1) 60

Hình 3.8 Dựng hình so sánh hình dáng đầu chày qua các lần dập 65

Hình 3.9 Dựng hình so sánh hình dáng đầu chày qua các lần dập sau khi thay đổi 66

Hình 3.10: Biểu đồ phân bố khối lượng vỏ đạn hoàn chỉnh 68

Hình 3.11: Biểu đồ phân bố độ cứng vỏ đạn tại các vị trí 68

Trang 11

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Cơ tính thép Bimetal F18 sau khi gia công 57

Bảng 3.2 Bảng hệ số dập vuốt qua các lần dập 62

Bảng 3.3 Trị số ε và kn trung bình khi dập vuốt biến mỏng thành (tính theo %) 63 Bảng 3.4 Bảng hệ số biến mỏng qua các lần dập 64

Bảng 3.5 Kích thước đầu chày qua các lần dập 66

Bảng 3.6 Chiều dày thành vỏ đạn tại các vị trí 69

Bảng 3.7: Kết quả bắn thử nghiệm 71

Bảng 3.8: Kết quả bắn tăng cường 72

Trang 12

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài luận văn

Trong giai đoạn hiện nay, khi nền khoa học công nghệ trên thế giới nói chung

và nền khoa học công nghệ ở nước ta nói riêng ngày càng được chú trọng và phát triển Đồng thời để có thể bắt kịp với cuộc cách mạng khoa học công nghệ, các công

cụ tính toán sẵn trong tầm tay, chúng ta cần làm chủ các thiết bị máy móc, công nghệ gia công tiên tiến hiện đại, các điều kiện trên thuận lợi cho các quá trình nghiên cứu, phát triển nâng cao chất lượng sản phẩm, từ đó từng bước giảm giá thành, giảm tỷ lệ hỏng và phế phẩm, đáp ứng những yêu cầu của nền công nghiệp hiện đại Một trong những vấn đề lớn mà các nước đang quan tâm đó là tình trạng thiếu hụt nguyên vật liệu và năng lượng, đặc biệt là đối với các nước có nền kinh tế tăng trưởng “nóng” như các nước châu Á, do đó đòi hỏi cần phải có các phương pháp công nghệ nghiên cứu và gia công mới, các vật liệu thay thế và các tính toán tối ưu để tiết kiệm nguyên vật liệu Một mô hình nghiên cứu đang được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới là

mô phỏng quá trình, tối ưu các thông số công nghệ trước khi đem vào sản xuất thử nghiệm, điều này đã tiết kiệm chi phí và giảm thời gian, là cơ sở để tính toán, phân tích và phát triển công nghệ

Với yêu cầu đó, để ứng dụng mô hình nghiên cứu mô phỏng quá trình, tối ưu các thông số công nghệ, tác giả được giao nhiệm vụ nghiên cứu: Mô phỏng quá trình

cơ nhiệt của vật thể rỗng có thành mỏng biến đổi và ứng dụng thực tiễn

2 Lịch sử nghiên cứu

Hiện nay, nghiên cứu quá trình cơ - nhiệt của vật thể rỗng có thành mỏng thường được tách ra thành từng phần, chủ yếu nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất hoặc nhiệt độ lên vât thể, thông qua các tính toán lý thuyết, chưa có áp dụng thực tiễn Mặt khác, với đặc thù công việc hiện tại, thường xuyên tiếp xúc với dạng vật thể có thành mỏng biến đổi, chịu đồng thời tác dụng của quá trình cơ nhiệt (cụ thể là

Trang 13

vỏ đạn súng bộ binh), vì vậy, với vai trò là kỹ thuật viên, tôi đã cùng một số đồng nghiệp nghiên cứu, cải tiến dụng cụ, công nghệ đáp ứng yêu cầu của sản phẩm theo tài liệu thiết kế

3 Mục đích nghiên cứu của đề tài, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

+ Chế thử và thử nghiệm, đánh giá chất lượng sản phẩm

- Đối tượng nghiên cứu:

Trang 14

5 Phương pháp nghiên cứu

Trong phạm vi của luận văn, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu các đặc tính biến dạng của vật thể có thành mỏng biến đổi Trên cơ sở phân tích bản chất vật lý của các quá trình xảy ra của trạng thái cơ nhiệt, các lực tác dụng lên vật thể cũng như ứng suất và biến dạng của nó khi chịu tác dụng của tải trọng Sử dụng kiến thức lý thuyết nhiệt khí động học và lý thuyết đàn hồi - dẻo để đưa ra mô hình toán học cụ thể và mô phỏng bằng phần mềm máy tính, truy xuất kết quả

Luận văn được trình bày trong 04 phần, gồm các nội dung sau:

Chương 1: Tổng quan về phương pháp mô phỏng và mô hình hóa quá trình trên máy tính - các phần mềm ứng dụng

Chương 2: Mô phỏng quá trình cơ nhiệt cho vật thể rỗng có thành mỏng biến đổi bằng phần mềm máy tính

Chương 3: Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình chịu tải của vỏ đạn trong buồng nòng súng

Kết luận chung của luận văn

Trang 15

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG VÀ MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH TRÊN MÁY TÍNH – CÁC PHẦN MỀM ỨNG DỤNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG VÀ MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH TRÊN MÁY TÍNH

Mô phỏng và mô hình hóa quá trình là hai công việc không thể tách rời Mô hình hóa giúp ta xây dựng được các mối quan hệ ứng xử của vật liệu, các điều kiện giữa ứng suất và biến dạng, các điều kiện tác động bên ngoài và các ứng xử xảy ra bên trong quá trình biến dạng

Độ chính xác của quá trình mô phỏng được quyết định bởi độ chính xác của

mô hình và độ chính xác của thuật toán Đó là những nguyên tắc mang tính khách quan khi làm mô phỏng mà người thực hiện phải tuân theo Tuy nhiên, độ chính xác của kết quả mô phỏng không còn chịu ảnh hưởng của những nguyên nhân chủ quan, phụ thuộc vào kinh nghiệm của người làm mô phỏng, đó là việc sử dụng mô hình với

số lượng biến số hợp lý và các điều kiện phù hợp cũng như lựa chọn thuất toán giải tương ứng với từng mô hình bài toán

Kết quả mô phỏng cho phép tối ưu các điều kiện của bài toán ngay trên máy tính, lựa chọn vật liệu một cách hợp lý và thay đổi mẫu mã, chủng loại sản phẩm nhanh, giảm thời gian và chi phí thiết kế và chế tạo Nhờ có kết quả mô phỏng sẽ biết được những nơi tập trung ứng suất, những mặt cắt nguy hiểm, những hiện tượng xảy

ra trong quá trình biến dạng, các loại phế phẩm, hỏng hóc từ đó có những biện pháp công nghệ, hiệu chỉnh hợp lý nhằm tối ưu hóa quá trình công nghệ,

Như ta đã biết, theo phương pháp công nghệ truyền thống, để chế tạo một sản phẩm thì sau khi thiết kế phải tiến hành sản xuất thử Khâu này thường phải làm đi làm lại nhiều lần cho tới khi sản phẩm đạt yêu cầu Cách thức này khiến cho việc

Trang 16

thiết kế và chế tạo phải lặp đi lặp lại nhiều lần, gây tốn kém nhiều về thời gian, nhân lực và vật lực

Khi thực hiện mô phỏng, toàn bộ các khâu của quá trình sản xuất thử từ thiết

kế, hiệu chỉnh đều được thực hiện trên máy tính Xuất phát từ ý tưởng hay sản phẩm mẫu, mô hình của sản phẩm sẽ được dựng trên máy tính, mọi hiệu chỉnh công nghệ đều được thực hiện trực tiếp thông qua giao diện người thiết kế - máy tính, từ đó có những hiệu chỉnh hợp lý nhằm tối ưu hóa quá trình công nghệ

Do tất cả các thao tác hiệu chỉnh nhằm tối ưu công nghệ đều được thực hiện trên máy tính cho đến khi đạt kết quả mong muốn nên để thực hiện một quá trình công nghệ cụ thể nào đó không phải tốn nhiều công sức và tài chính cho việc chế thử

và hiệu chỉnh công nghệ, Điều này làm tăng tối đa hiệu suất tính toán, thiết kế, chất lượng sản phẩm và khả năng cạnh tranh

Ngoài các hiệu quả về kinh tế và thời gian, mô phỏng quá trình biến dạng còn giúp trả lời nhiều câu hỏi mà bằng thực nghiệm trong thực tế khó thỏa mãn được Có thể biết được trường phân bố ứng suất và biến dạng trong quá trình tạo hình, các dạng hỏng có thể xảy ra, từ đó có những quyết định công nghệ hợp lý nhằm tối ưu hóa quá trình

1.2 CÁC PHẦN MỀM ỨNG DỤNG

1.2.1 Cơ sở hình học và chuyển đổi dữ liệu giữa các phần mềm

Với sự phát triển mạnh của các phần mềm hỗ trợ thiết kế hiện nay như AutoCAD, CATIA, Pro-Engineer, Inventor đã tạo ra bước đột phá trong thiết kế đồ họa cho lĩnh vực cơ khí, xây dựng, kiến trúc… Các hệ phần mềm này đã bổ sung các công cụ rất mạnh để xây dựng hầu hết các đối tượng hình học phức tạp và các công

cụ xử lý mầu để có được những mẫu sản phẩm như ý

Hiện nay có rất nhiều các hệ phần mềm được sử dụng trong công nghiệp và mỗi phần mềm phục vụ một nhu cầu khác nhau Định dạng file của chúng cũng khác

Trang 17

nhau nhưng chúng đều dựa trên các nguyên lý dựng hình cơ bản, do đó chúng có thể chuyển đổi về các dạng file trung gian cơ sở như IGS (IGES), STL, STEP để có thể đọc trên các phần mềm chuyên nghiệp khác Các định dạng file này được chuẩn hóa

từ những năm 80 của thế kỷ XX nhằm mục đích chuyển đổi dữ liệu số giữa các nhà cung cấp và phát triển tin học Các file này thường có kích thước nhỏ gọn để thuận tiện khi truyền tin Nhược điểm của chúng là lược bỏ hết các dữ liệu trung gian cấu tạo nên vật thể, nên ta chỉ có biên dạng cuối cùng và không thể hiệu chỉnh như các định dạng file ban đầu Do đó công đoạn chuyển đổi file sang IGS hầu như sau cùng,

để là đầu vào cho các máy gia công, khi muốn hiệu chỉnh hình học đối tượng, bắt buộc chúng ta phải quay lại thao tác trên file nguồn

Các đối tượng hình học được mã hóa bởi dạng ký tự ASCII hoặc Binary Người ta thường sử dụng định dạng IGS cho các bề mặt (surface) hoặc khung dây (wireframe), còn định dạng STL thường sử dụng cho các đối tượng khối (solid) Dữ liệu định dạng STL biểu diễn dựa vào nguyên tắc chia bề mặt không gian thành các

bề mặt phẳng tam giác xác định bởi véc tơ pháp và ba điểm tạo thành tam giác Định dạng STL còn được xây dựng dựa trên phương pháp tạo hình khối theo lớp, được ứng dụng trong các công nghệ tạo mẫu (đặc biệt là phương pháp tạo mẫu nhanh – rapid Prototyping) Phần lớn các phần mềm đồ họa đều hỗ trợ tính năng kết xuất và nhập kiểu dữ liệu IGS và STL STEP là một định dạng chuẩn theo ISO ra đời sau ngày càng được ứng dụng rộng rãi và có xu hướng thay thế IGS và STL

Trang 18

Hình 1.1 Cấu trúc file IGS sử dụng mã điện toán ASCII và đối tượng vẽ

Cấu trúc dữ liệu file STL

với ASCII

Biểu diễn khối bằng tam giác STL

Sau khi đánh bóng mầu

Hình 1.2 Cấu trúc file STL và minh họa hình cầu

Trong bài luận văn này sử dụng phần mềm xây dựng mô hình hình học INVENTOR Đây là phần phần mềm khá mạnh và khả năng kết hợp với các phần mềm khác rất tốt Sau khi có được các mô hình hình học hoặc 2D hoặc 3D ta sẽ chuyển đổi về các dạng file IGS (đối với bề mặt) hoặc STL (đối với khối) để có thể nhập vào các phần mềm tính toán mô phỏng ví dự như ANSYS, ABAQUS…

Trang 19

Hình 1.3 Sơ đồ chuyển đổi định dạng file từ các phần mềm

1.2.2 Giới thiệu phần mềm chuyên thiết kế mô hình hình học – Autodesk

Inventor

Autodesk Inventor được phát triển bởi công ty phần mềm Autodesk_USA,

là phần mềm thiết kế mô hình 3D phổ biến hiện nay Đây là phần mềm được phát

triển chuyên cho thiết kế các sản phẩm cơ khí, có giao diện trực quan, giúp người dùng thuận tiện khi sử dụng với những tính năng nổi trội như sau:

- Xây dựng dễ dàng mô hình 3D của chi tiết (Part)

- Thiết lập các bản 2D từ mô hình 3D nhanh chóng và chuẩn xác (Drawing)

- Tạo bản vẽ lắp từ các chi tiết đã thiết kế một cách tối ưu (Assembly)

- Mô phỏng quá trình tháo lắp các chi tiết từ bản vẽ lắp hoàn chỉnh một cách

trực quan và sinh động (Presentation)

- Thiết kế nhanh các chi tiết kim loại dạng tấm (Sheet metal)

- Thiết kế các chi tiết máy như: Trục, bộ truyền bánh răng, bộ truyền đai, bộ truyền xích, mối ghép bulông-đai ốc, cam, chốt, then, ổ bi, lò xo … một cách nhanh

chóng trong môi trường Assembly

- Thiết kế nhanh và chính xác các loại khuôn mẫu (Mold Design)

- Thiết kế nhanh các đường ống phức tạp (Pipe&Tupe)

- Cho phép sử dụng thư viện các loại dây điện và cáp điện để chạy dây với

bán kính uốn phù hợp trong thiết kế điện (Cable &Wiring):

- Mô phỏng động và động lực học của cơ cấu máy (Dynamic simulation)

- Phân tích ứng suất, tối ưu hóa thiết kế sản phẩm (Analysis Stress and

Optimize)

Trang 20

- Thiết kế nhanh các sản phẩm nhựa (Inventor plastic & tooling)

- Có thư viện chi tiết đa dạng và chuẩn hóa (Content center)

- Liên kết được với nhiều phần mềm CAD khác

Khi khởi động xong, sẽ xuất hiện giao diện của phần mềm Autodesk

Inventor phiên bản 2014 như hình 1.4

Hình 1.4 Giao diện của phần mềm Autodesk Inventor

Trên giao diện của phần mềm, ta thấy xuất hiện 3 phần chính của cửa sổ, gồm có các phần:

- Các thanh lệnh: Là nơi chứa tất cả các lệnh chức năng của phần mềm, ứng với mỗi thanh lệnh sẽ xuất hiện các lệnh con tương ứng Ví dụ trong thanh lệnh

Get Started sẽ có các lệnh con như hình 1.5

Hình 1.5 Các thanh lệnh

Trang 21

- Thanh trình duyệt Browser: Thể hiện trạng thái ẩn/hiện của các gốc tham chiếu, các lệnh thao tác để tạo thành chi tiết (Part) hay cấu trúc của một cụm lắp ráp (Assembly) như hình 1.6

Hình 1.6 Thao tác trình duyệt trong phần mềm Autodesk Inventor

- Vùng đồ họa: là không gian thể hiện mô hình 3D của các chi tiết, sản phẩm, cụm lắp ráp hay bản vẽ 2D trong quá trình thiết kế Ứng với mỗi modul của

phần mềm: Part, Assembly, Drawing, Presentation sẽ xuất hiện các vùng đồ họa khác nhau như hình 1.7

Trang 22

Hình 1.7 Các vùng đồ họa khác trong phần mềm

1.2.3 Giới thiệu phần mềm mô phỏng chuyên ngành Deform 3D

1.2.3.1 Khái quát chung

Với sự phát triển mạnh của tin học và máy tính, các phần mềm tính toán và

mô phỏng quá trình dựa trên nguyên lý phương pháp phần tử hữu hạn ra đời, phạm

vi và khả năng tính toán cũng ngày càng được nâng cao Các phần mềm công nghiệp thường tích hợp nhiều tính năng như xây dựng mô hình hình học (CAD), xây dựng

mô hình phần tử hữu hạn (FEM) và các công cụ giải (Solver) kết hợp với mô đun phân tích kết quả Bộ phần mềm rất mạnh của Dassault Systeme như Abaqus là một

ví dụ điển hình, tích hợp hầu hết các công cụ trong một Điều này giải quyết được vấn đề tích hợp và truyền dữ liệu nhưng đôi khi không phát huy được thế mạnh của các phần mềm khác Hiện nay trong nghiên cứu người ta thường kết hợp các phần mềm xây dựng mô hình hình học như CATIA, INVENTOR, Pro-Engineer với các

Trang 23

phần mềm phần tử hữu hạn chuyên dùng như LS-Dyna, Deform 2D/3D… để tách các công đoạn độc lập và thực hiện trên các nhóm khác nhau, hệ máy tính khác nhau

Ở nội dung trước chúng ta đã làm quen với việc thiết kế mô hình hình học (Geometry) trên Inventor, sau đây xin giới thiệu các phần mềm chuyên dùng cho lĩnh vực dập tạo hình kim loại Phần mềm Deform 2D/3D thích hợp cho các quá trình dập phôi dạng khối

1.2.3.2 Phần mềm Deform 3D

a) Giới thiệu chung và phạm vi ứng dụng

Phần mềm Deform 3D/6.1 là bộ phần mềm phần tử hữu hạn của hãng SFTC

áp dụng để mô phỏng các quá trình tạo hình kim loại như: dập, cắt gọt… và mô phỏng các quá trình truyền nhiệt Bộ phần mềm Deform được đánh giá là có giao diện thân thiện và bố trí các mô đun một cách logic hợp lý dễ dàng làm quen và học tập chuyên sâu

Deform có các phiên phản khác nhau phù hợp cho từng công việc cụ thể như Deform 2D cho các bài toán đối xứng trục và bài toán phẳng, Deform 3D cho phép

ta thực hiện với các mô hình đầy đủ và quá trình thực Mỗi phiên bản đều có ưu nhược điểm khác nhau, với Deform 2D ta có thể giảm thiểu đáng kể về mặt thời gian tính toán, chia lưới dễ dàng với mật độ vùng khác nhau, trong khi đó Deform 3D thao tác với mô hình khối đầy đủ và ta có thể sử dụng hình học của vật thể ở bước này cho các bước sau Trong các dạng này lại có phiên bản Deform –F2/3 (từ phiên bản 6 trở đi) cho phép tính toán một quá trình tổng thể gồm nhiều nguyên công và Deform- HT phân tích và mô phỏng quá trình truyền nhiệt Trong Deform còn tích hợp bộ thư viện các mô hình vật liệu thông dụng theo chuẩn AISI và người dùng có thể tùy biến theo ý mình Các mô đun khác như biến dạng phá hủy, phân tích cấu trúc hạt… đang được bổ xung và hoàn chỉnh ở các phiên bản về sau

Trang 24

Deform 3D là một phần mềm thiết kế dễ dùng trong công nghiệp và cả trong nghiên cứu, đặc biệt là bộ công cụ trực quan và tổng hợp cho phân tích các quá trình công nghệ trong lĩnh vực tạo hình kim loại

Hình 1.8 Các bước thực hiện bài toán mô phỏng trên Deform 3D

Các bước để cài đặt một bài toán mô phỏng trong Deform 2D/3D thông thường như trên hình 1.8

-Buớc thứ 1: là xây dựng mô hình hình học từ sản phẩm hoặc là nhập một mô hình có sẵn do dựng từ một phần mềm chuyên dụng khác

- Bước thứ 2: chia lưới phần tử cho phôi hoặc chày cối

- Bước thứ 3: thêm điều kiện biên như các tiếp xúc, ma sát, vận tốc, tải… gán vật liệu

Trang 25

- Bước thứ 4: Tính toán (Solver) và cập nhật lưới (Remeshing)

- Bước thứ 5: Phân tích và kết xuất kết quả

- Bước thứ 6: Đây là bước tối ưu các thông số công nghệ, ta có thể quay về các bước tương ứng để thay đổi thông số Sau đó lại chạy lại bài toán Bước này thường phải chạy nhiều lần, do đó khối lượng tính toán sẽ lớn nếu không lên kế hoạch thay đổi thông số một cách khoa học

b) Giao diện Deform 3D và cài đặt thông số

Hình 1.9 Giao diện chính của Deform 3D

Sau khi khởi động phần mềm, trên màn hình là giao diện chính của Deform

3D Bên trái cửa sổ (Directory) là phần hiện thị đường dẫn đến thư mục chứa các tệp

dữ liệu của một bài toán mô phỏng Ô cửa sổ ở giữa là vùng thông báo quá trình chạy (lỗi, xem trước, các bước lặp…) Vùng bên phải là tiến trình thực hiện mô phỏng (gồm có mô dun Pre Processor, Simulation, Post Processor và các Wizard khác)

Thông thường chúng ta chỉ làm các thao tác quản lý database và chạy bài toán trên cửa sổ giao diện chính này Để khởi tạo một bài toán mô phỏng, ta sẽ bắt đầu với module DEFORM-3D Pre (module tiền xử lý)

Trang 26

Hình 1.10 Giao diện mô đun DEFORM-3D Pre

Trong cửa sổ của mô đun DEFORM-3D Pre cũng phân ra thành các vùng khác nhau: vùng thanh công cụ, vùng đồ họa, cây đối tượng và vùng cài đặt thông số

Sau đây xin giới thiệu thanh công cụ cơ bản PRE TOOLS , để cài đặt các thông số cần thiết cho một bài toán mô phỏng

- Simulation controls: là các cài đặt về phương pháp giải, điều kiện dừng, số vòng lặp, dạng bài toán, cập nhật lưới, độ chính xác… Đây là bước đầu tiên cần làm đối với tất cả các bài toán mô phỏng

Trang 27

Hình 1.11 Cửa sổ cài đặt thông số điều khiển phần mềm

- Material: là mô đun để quản lý các mô hình vật liệu

Hình 1.12 Thư viện vật liệu của Deform 3D

Trang 28

- Object positioning: ta sử dụng mô đun này khi cần hiệu chỉnh vị trí của các đối tượng trong mô hình Thông thường bước này sẽ không cần nếu ta xây dựng mô hình gồm các đối tượng trên cùng một hệ quy chiếu gốc và đã ở vị trí làm việc

- Inter-object: đa phần các bài toán nên tạo tiếp xúc (contact) giữa các đối tượng một cách chủ động ngay từ ban đầu, để tránh các sai lệch không đáng có cho bài toán Deform 3D cũng có thể tự động tạo ra các tiếp xúc trong quá trình tính toán nhưng đôi khi không chính xác và bài toán có thể không hội tụ

Hình 1.13 Tạo tiếp xúc giữa các đối tượng

- Database generation: đây là bước sau cùng để kiểm tra việc cài đặt bài toán

có thành công hay không Nếu hợp lệ thì một tệp (*.db) được tạo ra ngay trên cây thư mục làm việc Khi đóng cửa sổ DEFORM-3D Pre và quay về cửa sổ giao diện chính ta sẽ thấy tệp dữ liệu (*.db) mới được tạo ra Việc tiếp theo là chạy bài toán bằng cách chọn RUN trong mô đun Simulator

Trang 29

Sau khi chạy thành công bài toán, ta có thể xem các file log để xem lỗi hoặc các thông tin thời gian khác trong cửa sổ giao diện chính của Deform 3D/2D Để

xem và trích xuất kết quả ta sử dụng mô đun Deform 3D-Post

- Giao diện của Deform 3D-Post:

Hình 1.14 Cửa sổ Deform 3D - Post

Deform 3D cung cấp mô đun Post processor khá thân thiện và bố trí khoa học Trong mô đun này người dùng có thể thay đổi các cách quan sát đối tượng, lấy kết quả mô phỏng như lực, ứng suất biến dạng chỉ bằng vài nhắp chuột Các công cụ chính trong Deform 3D - Post:

- Trích xuất biến trạng thái của quá trình mô phỏng: biến dạng, phá hủy, ứng suất, nhiệt độ…

- Tạo lưới biến dạng

- Xem biểu đồ lực và xuất file kết quả sang Exel

- Xuất video hoặc báo cáo power point

- Cắt mô hình theo các góc cạnh

Trang 30

1.2.4 Giới thiệu phần mềm mô phỏng chuyên ngành Ansys

ANSYS là một chương trình phần mềm công nghiệp, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để phân tích các bài toán Vật lý - Cơ học, chuyển các phương trình vi phân, phương trình đạo hàm riêng từ dạng giải tích về dạng số, sử dụng phương pháp rời rạc hoá và gần đúng để giải các bài toán trên Nhờ ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn, các bài toán kỹ thuật được mô hình hoá và mô phỏng toán học, cho phép lý giải trạng thái bên trong của vật thể như thực, khi chịu một tác động bên ngoài Phần mềm này có thể giải các bài toán đàn hồi, đàn-dẻo cho các kết cấu, biến dạng dẻo nhớt, bài toán tiếp xúc, bài toán nhiệt, bài toán dòng chảy chất lỏng nén được và chất lỏng không nén được Ngoài ra, chương trình có thể tính cho các vật liệu từ,

Trên hình 1.15 là giao diện của phần mềm Ansys 11, gồm phần thanh công

cụ, thực đơn chính để giải và vùng đồ họa

Hình 1.15 Giao diện của phần mềm Ansys 11

Là một chương trình mạnh, tính cho các phần tử kết cấu thanh, dầm, 2D và 3D, giải các bài toán đàn hồi, đàn hồi phi tuyến, đàn hồi dẻo lý tưởng, dẻo nhớt, đàn

Trang 31

nhớt Mỗi loại vật liệu được đưa thành một mô hình vật liệu ứng với một thuật toán

Để giải một bài toán cụ thể, cần đưa các điều kiện biên cho mô hình hình học Các tác động được đưa vào là lực, chuyển vị, nhiệt độ Chương trình cho kết quả dưới dạng đồ hoạ, trường ứng suất và biến dạng được đưa ra dưới dạng ảnh đồ phân bố trường, cho phép quan sát và nhận biết được trường phân bố của các giá trị vật lý nghiên cứu Chương trình có các tiện ích, giúp người tính toán thiết kế nhanh chóng thực hiện các nội dung nghiên cứu Đồng thời, cho phép liên kết với một số chương trình phần mềm khác Đối với chương trình ANSYS khi giải một bài toán ta có thể thực hiện trực tiếp trên màn hình đồ hoạ ANSYS hoặc bằng lệnh của ANSYS Ngoài

ra khi xây dựng mô hình hình học ta có thể thực hiện nhập mô hình từ một chương trình khác

Các bước giải bài toán

Việc giải bài toán phần tử hữu hạn bằng phần mềm ANSYS gồm có 3 bước

cơ bản

Bước 1: Xây dựng mô hình - các lệnh trong tiền xử lý PREPROCESSOR

Bước này sẽ tạo ra mô hình phần tử hữu hạn bằng cách xây dựng mô hình thực rồi rời rạc hoá mô hình đó để tạo được mô hình phần tử hữu hạn Cụ thể bao gồm một

số bước sau: chọn kiểu bài toán, định nghĩa kiểu phần tử, định nghĩa các thông số hình học của mỗi phần tử, gán thuộc tính vật liệu, xây dựng mô hình hình học, chia lưới theo yêu cầu, tạo cặp và đặt điều kiện tiếp xúc

Xây dựng mô hình hình học

Dựng mô hình hình học trong ANSYS có thể theo hai khả năng: Xây dựng trực tiếp và xây dựng gián tiếp

Phương pháp thứ nhất là có thể dựng trực tiếp mô hình hình học trên giao diện

đồ hoạ của phần mềm mô phỏng thông qua các lệnh dựng mô hình Nếu mô hình bao gồm các khối đơn giản thì có thể dựng trực tiếp mô hình bằng các khối có sở rồi sử dụng các phép toán logic để có thể tạo được những mô hình phức tạp hơn Nếu mô

Trang 32

hình phức tạp hơn thì thao tác dựng bắt đầu từ các keypoint, rồi từ đó dựng thành đường, miền và khối thông qua các lệnh xử lý về đồ hoạ trong ANSYS Phương pháp này có ưu điểm là toàn bộ dữ liệu của mô hình hình học của bài toán được đưa vào trực tiếp nên không có sai lệch khi chuyển đổi dữ liệu

Phương pháp thứ hai là xây dựng mô hình từ những phần mềm thiết kế mạnh như Pro/Engineer, CATIA, Solid/Work rồi liên kết với ANSYS để đưa mô hình hình học vào Ví dụ như để mô phỏng quá trình dập vuốt một chi tiết nào đó thì mô hình chày, cối và phôi có thể được xây dựng trên các phần mềm thiết kế Solid/Work rồi xuất ra dưới dạng fide dữ liệu.IGES Ưu điểm của phương pháp thứ 2 là có thể dựng được những mô hình rất phức tạp nhưng trong quá trình chuyển đổi lại gây ra một số sai khác nhất định đặc biệt rất khó điều khiển toạ độ cũng như tương quan vị trí

Phần tử

Giống như tất cả các phần mềm mô phỏng số sử dụng phương pháp Phần tử hữu hạn để phân tích bài toán, ANSYS cung cấp cho người dùng thư viện phần tử với nhiều loại phần tử khác nhau Các loại phần tử dùng trong bài toán kết cấu như phần tử thanh: LINK1, LINK8, LINK180…; phần tử dầm: BEAM3, BEAM54, BEAM23…; phần tử phẳng 2D: PLANE42, PLANE82, VISCO88…; phần tử khối 3D: SOLID95, SOLID185, SOLID186, SOLID45, SOLID64, SOLID92,…; phần tử tấm: SHELL93, SHELL181, SHELL150, SHELL43, SHELL63 ; phần tử cho bài toán kép: PLANE13, SOLID98, FLIUD29…; phần tử dùng cho bài toán tường minh động: PLANE162, SHELL163, SOLID164…; và một số dạng phần tử đặc biệt: COMBIN14, COMBIN40, MASS21, MATRIX 27…

Một cách tổng quát sự phân chia hình dạng phần tử có 4 loại cơ bản đó là điểm, đường, miền (area) và khối Phần tử dạng điểm được xác định bởi một nút ví

dụ như phần tử khối lượng; phần tử dạng đường được xác định bằng một đường thẳng hoặc một cung nối giữa hai nút; phần tử dạng miền có hai dạng là miền tứ giác và miền tam giác, cũng có thể là dạng khối 2D hoặc dạng tấm; phần tử dạng khối có thể

Trang 33

là khối tứ diện hoặc khối hộp dùng để tính toán đối với các mô hình khối 3D Ngoài

ra ANSYS còn có khả năng cho phép người dùng định nghĩa phần tử riêng tuỳ trường hợp cụ thể

Không những thế đối với từng lớp bài toán ANSYS phân chia thành các lớp phần tử riêng như lớp phần tử dùng cho bài toán cấu trúc, lớp phần tử dùng cho bài toán phân tích tường minh động, lớp phần tử dùng cho bài toán nhiệt, lớp phần tử dùng cho bài toán từ… Phần tử dùng trong mỗi lớp bài toán có những yêu cầu riêng cũng như các thông số đầu vào và đầu ra khác nhau

Mô hình vật liệu

Như đã trình bày ANSYS cung cấp cho người dùng thư viện vật liệu với rất nhiều mô hình vật liệu khác nhau dùng ứng dụng trong các bài toán khác nhau Trong phần này sẽ chỉ trình bày về phân tích cấu trúc với mô hình vật liệu phi tuyến và một

số mô hình vật liệu cụ thể áp dụng trong bài toán biến dạng lớn

Bài toán cấu trúc biến dạng lớn là bài toán phi tuyến Phân tích cấu trúc với mô hình vật liệu phi tuyến bao gồm các mô hình vật liệu chảy dẻo, dão, đàn hồi phi tuyến, siêu đàn hồi, đàn nhớt

Mô hình vật liệu mà quan hệ ứng suất biến dạng trong ứng xử của vật liệu là phi tuyến, có nghĩa là ứng suất là hàm phi tuyến của biến dạng được gọi là vật liệu phi tuyến Mô hình vật liệu phi tuyến trong ANSYS bao gồm các loại sau:

 Dẻo không phụ thuộc vào tốc độ biến dạng

 Dẻo phụ thuộc vào tốc độ biến dạng: cho phép xác định quan hệ ứng suất biến dạng phụ thuộc thời gian, thường được áp dụng cho mô hình dẻo nhớt

Trang 34

Hình 1.16 Một số mô hình vật liệu dùng trong Ansys

Bước 2: áp dụng lực, chuyển vị các điều kiện biên khác và tiến hành giải: sử

 Đối với bài toán nhiệt, tải có thể là: nhiệt độ, tốc độ truyền nhiệt, nhiệt đối lưu

 Đối với bài toán từ, tải được hiểu là: dòng từ, thế từ

 Đối với bài toán điện, tải được hiểu là: Hiệu điện thế, cường độ dòng điện

 Đối với bài toán dòng chảy, tải có thể là: Vận tốc dòng chảy, áp suất dòng Tải trọng áp đặt vào mô hình trong ANSYS được chia thành một số dạng cơ bản: ràng buộc các bậc tự do (DOF constrains), lực (được coi là lực tập trung), lực

bề mặt, lực khối, lực quán tính, và tải trọng dạng coupled-field

Trang 35

Trong bài toán kết cấu, điều kiện ràng buộc các bậc tự do có thể là sự hạn chế những chuyển vị xác định hoặc điều kiện biên đối xứng; đó là ràng buộc về nhiệt độ trong bài toán nhiệt, đó là điều kiện về dòng chảy song song trong bài toán phân tích dòng chảy

Hình 1.17 Đặt điều kiện biên và điều khiển quá trình giải

Giá trị lực được coi là lực tập trung đặt vào các nút trên mô hình Đó là lực hoặc mô men trong bài toán phân tích cấu trúc, tốc độ dòng nhiệt trong bài toán nhiệt.Lực quán tính có thể là gia tốc trọng trường, vận tốc góc, gia tốc góc.Tải trọng dạng coupled-field là trường hợp đặc biệt của các dạng tải trọng nêu trên, trong đó kết quả của dạng phân tích này có thể sử dụng làm tải trọng cho dạng phân tích khác

Ví dụ có thể sử dụng kết quả tính toán lực từ hoá trong bài toán từ như là lực bề mặt trong phân tích cấu trúc

Cách đặt tải trong ANSYS

Tải trọng và điều kiện biên trong ANSYS có thể đặt trên mô hình khối solid (trên các keypoint, đường, mặt) hoặc có thể đặt trên mô hình phần tử hữu hạn (trên nút hoặc trên phần tử)

Đặt tải trên mô hình khối có những thuận lợi sau đây:

 Có thể thay đổi lưới phần tử mà không cần phải đặt lại tải

Trang 36

 Thuận tiện hơn vì mô hình khối bao gồm ít thực thể hơn mô hình phần tử hữu hạn, do vậy việc lựa chọn các thực thể và đặt lực dễ dàng hơn đặc biệt là khi dùng giao diện đồ hoạ

 Tuy nhiên cũng có một số điểm không thuận lợi như sau:

 Hệ toạ độ và hướng tác dụng lực giữa mô hình khối và mô hình phần tử hữu hạn không giống nhau

 Không thuận tiện trong thao tác chuyển đổi dữ liệu phân tích

 Đặt ràng buộc trên keypoint rất khó khăn, yêu cầu sự “khéo léo”

Cách thứ hai có thể đặt tải trên mô hình phần tử hữu hạn, cách này có một số thuận lợi sau đây:

 Chuyển đổi phân tích dễ dàng do tải được đặt trực tiếp trên nút và phần tử

 Đặt lực trên keypoint dễ dàng hơn

Tuy nhiên khó khăn thường gặp khi đặt tải theo phương pháp thứ hai là:

 Do đặt tải trên keyoint và nút cho nên nếu có bất cứ một sự thay đổi nào về lưới phần tử đều dẫn tới hậu quả là phải đặt lại tải trọng, và phải xoá toán bộ tải trọng cũ

 Việc đặt tải thông qua giao diện đồ hoạ không thuận lợi

Bước 3: Hiển thị kết quả: sử dụng các lệnh hậu xử lý POSTPROCESSOR

Hậu xử lý là khâu rất quan trọng trong bước phân tích bài toán, bởi vì sau khi tính toán mô phỏng cần phải biết các kết quả tính toán có phù hợp với thực tế hay không? Trường phân bố ứng suất biến dạng trong vật thể phân bố ra sao? Mô hình lưới phần tử hữu hạn đã tối ưu hay chưa?

ANSYS cung cấp hai mô đun hậu xử lý để lưu trữ kết quả phân tích tính toán, nhằm trả lời những câu hỏi nêu trên Đó là mô đun xử lý kết quả tổng quát POST1,

và xử lý kết quả theo lịch sử thời gian POST26 Kết quả của bài toán phân tích cấu trúc được lưu vào file Jobname.RST, kết quả của bài toán nhiệt được lưu vào file Jobname.RTH, kết quả của bài toán dòng chảy được lưu vào file Jobname.RFL

Môđun POST1 cho phép hiển thị kết quả dưới dạng:

Trang 37

 Các đường mức (thể hiện sự thay đổi ứng suất , biến dạng, nhiệt độ…)

 Biến dạng (mức độ và phân bố biến dạng dưới tác dụng của tải trọng)

 Véc tơ: (véc tơ chuyển vị, xoay, dòng chảy kim loại )

 Phản lực

 Dòng chảy và sự chuyển đổi dòng chảy

Sử dụng mô đun POST26 để hiển thị kết quả phân tích dưới dạng hàm của thời gian,

có thể xây dựng các dạng đồ thị Ngoài ra ANSYS còn có khả năng lưu trữ kết quả dưới dạng file (*.lis) Dạng kết quả này có thể là chuyển vị và biến dạng tại từng nút

và từng phần tử, cũng có thể véc tơ chuyển vị tại từng nút và từng phần tử theo các phương khác nhau tuỳ theo yêu cầu của người dùng

(a) phôi và khuôn trước khi dập (b) phôi và khuôn sau khi dập

Hình 1.18 Ví dụ một bài toán dập thể tích trong khuôn kín

1.2.5 Các bước tiến hành thực hiện một bài toán mô phỏng

Ứng dụng các phần mềm công nghiệp để mô phỏng số các quá trình tạo hình vật liệu là hướng đi phổ biến hiện nay Trong phần này bước đầu giới thiệu một cách khái quát các bước tiến hành để thực hiện một bài toán mô phỏng tạo hình vật liệu Giải bài toán phần tử hữu hạn hay mô phỏng thông thường gồm 3 bước sau:

Bước 1: Xây dựng và lựa chọn mô hình – tiền xử lý Pre-processor

Bước này sẽ tạo ra mô hình phần tử hữu hạn bằng cách xây dựng mô hình thực rồi rời rạc hóa mô hình đó để tạo được mô hình phần tử hữu hạn Cụ thể bao gồm các bước sau: chọn hệ đơn vị, chọn kiểu bài toán, định nghĩa kiểu phần tử, xác định các

Trang 38

thông số hình học của mỗi phần tử, chia lưới theo yêu cầu và gán thuộc tính của vật liệu Trong phần này người sử dụng phần mềm cũng phải nắm rõ được các dạng mô hình hóa vật liệu như: bài toán kết cấu hay bài toán biến dạng (đàn dẻo, dẻo nhớt) để

từ đó lựa chọn mô hình vật liệu cho phù hợp với điều kiện bài toán Ngoài ra, một số phần mềm cũng cho phép đưa mô hình từ bên ngoài vào trong phần mềm để mô phỏng

Bước 2: Thiết lập điều kiện bài toán và giải (solution)

Sau khi mô hình phần tử hữu hạn đã được thiết lập, tiếp tục áp đặt các thông

số về điều kiện biên như: chuyển vị, ma sát và điều kiện tiếp xúc, tốc độ biến dạng, nhiệt độ, vận tốc của dụng cụ gia công…sau đó tiến hành giải bài toán Việc giải bài toán được máy tính tự động tính toán và đưa ra kết quả

Bước 3: Xử lý kết quả nhận được – post processor

Phân tích kết quả nhận được là một bước đặc biệt quan trọng Nó cho phép người kỹ sư có thể hiểu và đối chiếu với các kết quả thực hiện trong thực tế Trong phần này, đa số các phần mềm mô phỏng đều cho phép ghi lại các kết quả như: trường biến dạng, trường ứng suất, các hư hại, sự biến đổi nhiệt độ…

- Tiết kiệm được nhiều thời gian, thuận lợi cho quá trình cơ khí hóa và tự động hóa

- Quá trình mô hình hóa phải được xác lập hợp lý, xây dựng chính xác mô hình theo các thông số hình học, quá trình chuyển đổi sang mô hình phần tử hữu hạn (chọn hệ đơn vị, kiểu bài toán, điều kiện biên, gán thuộc tính vật liệu….)

- Yêu cầu người sử dụng phải có kiến thức nhất định để có thể hiểu, xây dựng

và đối chiếu với các kết quả thực hiện trong quá trình thực hiện

Định dạng
Số trang	77
Dung lượng	2,64 MB