Chương 5 KẾT CẤU VỎ MỎNG
1. Thực hiện theo phương thức GUI
a) Xây dựng mô hình và giải bài toán
- Đặt tên cho bài toán: Từ menu File > Change Title > Xuất hiện bảng Change Title
> Nhập: Vidu 5.1-Vom vo mong khong gian > OK.
- Chọn hệ đơn vị: kN, m, độ. Utility Menu > Parameters > Angular Units > Xuất hiện bang Angular Units for Parametric Funtions như hình 5.7, trong Units for angular lựa chọn DEG, nhấn OK để thoát khỏi cửa sổ.
305
Angular Units for Parametric Functions ổ ị [’AFUN] Units for angular-
Ị - parametric functions
?x a;
OK Appiy i Cancel > J
J
Hĩnh 5.7, Thay đôi đo7ỉ vị góc ỉà độ cho thông sô đâu vào và đâu ra
- Chọn loại phần tử: Trong ví dụ này chọn phần tử vỏ SHELL63 để mô phong kết cấu vỏ mỏng. Từ Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Xuất hiện cửa sổ Element Type > Nhấn Add > Xuất hiện bảng Library of Element Types > Chọn Shell ở cửa so trái và Elastic nodes63 ở cửa sổ phải > OK -► Xuất hiện lại bảng Element Type và SHELL63 đã đuợc đưa vào danh sách > OK > Hoàn thành định nghĩa phần tử
SHELL63.
- Định nghĩa hằng sổ thực: Main Menu > Preprocessor > Real Constants >
Add/Edit/Delete > Xuất hiện cửa sổ Real Constants, nhấn Add xuất hiện một cửa sổ mới Element Type for Real Constants, sau đó lựa chọn phần tử SHELL63, nhấn OK xuất hiện cửa sổ Real Constant Set Number 1, for SHELL63 (hình 5.8). Trong cửa sổ này nhập giá trị Shell thickness at node I TK(I) là 0.045 > OK, nhấn Close hoàn thành định nghĩa hàng số thực.
5 r \
Hình 5.8. Định nghĩa hăng sô thực cho phân từ SHELL63 306
- Định nghĩa thuộc tính vật liệu: Preprocessor > Material Props > Material Model >
Define Material Model Behavior > Structural > Linear > Elastic > Isotropic > Linear Isotropic Properties for Material Number 1 > Nhập EX = 2.094E+8 và PRXY ~ 0.262.
Tiếp tục nhấn Density > Xuất hiện bảng Density for Material Number 1 > Nhập khối lượng riêng DENS = 76.81/9.81 = 7.83 > Material > Exit đế thoát khỏi cửa sổ.
- Kích hoạt hệ tọa độ trụ: Utility Menu > WorkPlane > Change Active cs to >
Global Cylindrical (trục z là trục quay).
- Tạo điêm đặc trưng: Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints
> In Active cs > Xuất hiện cửa so hình 5.9, lần lượt nhập tọa độ 4 điếm đặc trưng trong hệ tọa độ trụ:
Nhập điểm 1 với tọa độ X“8. Y‘90 > Apply Nhập điểm 2 với tọa độ X=8, Y=o > Apply
Nhập điểm 3 với tọa độ x=8, Y=-30 > Apply Nhập điểm 100 với tọa độ x=o, Y=0 > OK.
Create Keypoints in Active Coordinate System
! IK] Create KeypoinU tn Active Coordinate System
I NPT Keypoint number 1
X,YrZ Location in active cs 8
Apply Cancel
.1.11.111 n~*T ITT ri ■ ITT Tl r rrarr fc~T ri if I
Help
Hình 5.9. Tạo điêm đặc trưng trong hệ tọa độ trụ
- Tạo đường cong: Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Lines
> In Active Coord > Xuất hiện cửa so Line in Active Coord* như hình 5.10. Lần lượtfr tạob các đường LI (1,2) > Apply > L2 (2,3) > OK.
ANSYS
0ô
Vi
Hình 5.Ỉ0. Tạo đường cong trong hệ tọa độ trụ
CMat
1 Vớ ner.
XlầiAM
307
- Tạo mặt cầu trong hệ tọa độ trụ: Main Menu > Preprocessor > Modeling > operate
> Extrude > Lines > About Axis > Xuất hiện cửa sổ Sweep Lines about Axis như hình 5.11 > Chọn đường LI và L2 bàng cách nhập 1, 2 vào trong cửa sổ > Nhấn OK > Tiếp tục lựa chọn điểm KI và K100 bằng cách nhập 1, 100 vào trong cửa sổ như hình 5.12 >
Nhấn OK > Xuất hiện cửa sổ như hình 5.13, chấp nhận các giá trị mặc định > Nhấn OK để hoàn thành. Mô hình hình học mặt vỏ không gian cho ở hình 5.14.
r—“—.—;---: :
Sweep Lines about Axis ; ỉ; ?
Fick C- Unpick
c Bex' ;
r Pnlygcn r Cixcle
Leap ỉ
Count • -ÍS . 0
% >
Maximum w 2 M-i n-i IRI-JIB • s X Line No- —
Sweep lines about Axis
Pick c Unpack
Count ; iff : Maximum "
• Mirjianiffi =
List of •••• • .<**’ Min, Max, Inc
Min, Inc
i* List of Itrôms
Hình 5.11
lr 100
Help Cancel
n—.1 i11 ‘.I ‘II ‘JI I ‘I
/V Sweep Lines aboưt;Axĩị27:AíjịỆX [AROTATJ Sweep Lines about Axrs ARC Arc length ỉn degrees
< MSEC No* of area segments
Hình 5.13
ANSYS
Hình 5.12
0 2
Hình 5.14. Mỏ hình hình học vòm không gian 308
- Chọn kích thước phân tử: Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls >
Manual Size > Areas > All Areas > Xuất hiện cửa so Element Sizes on All Selected Areas như hình 5.15, nhập giá trị SIZE ~ 1 > nhấn OK để hoàn thành định nghĩa kích thước mạng lưới.
Á Oement Sizes AH Seíected'
•••" " _ ... ,. ... ... ...?•. . Ó % ff, < MV v4.. £ ĨAv 'ị <4 . > 4S4>4S4*44%*4 s • . . . . .:z.z. .:zt"' ••• / •• V / V A/A/A• V • . A . f . A*X*X4 4v*4a4X4a4X*ằ>%X4V4X-$X4 44
I tASSXZEJ Element sizes on ill selected areas
► . ... . . . . s , . , ,••• %•. > 4e% ><> <SAVA% A <<.<:> A> > e VAy<: % > <: > A V% . A Ve% >
, ... V %. VV'V'VV...,v
_ _____ _ X
Hình 5.15. Định nghĩa kích thước phân từ
- Chuyển về hệ tọa độ Cartesian-. Utility Menu > WorkPlane > Change Active cs to Global Cartesian.
- Phân chia mạng lưới phần tử: Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh >
Areas > Mapped > 3 or 4 sides > Xuất hiện cửa sổ Mesh Areas > Nhấn Pick all hoàn thành phân chia mạng lưới phần tử hữu hạn. Mô hình phần tử hữu hạn vòm vỏ mỏng không gian được cho ở hình 5.16.
Chủ ý: Đối với ví dụ này có thể dùng phần tử vỏ SHELL93 có điểm nút trung gian trên cạnh phần tử để đem lại hiệu quả cao hơn khi phân chia mạng lưới phần tử.
Vi 5-1 - Vcr. vc mcnĩ knonợ 51 a r.
ANSYS
>
Hình 5.16. Mô hình phân tử hữu hạn vòm vò mỏng không gian
- Gán điểu kiện hiên: Chọn tất cả các điểm nút trên biên đáy vòm và gán ràng buộc chuyển vị thẳng. Trước hết trên thanh công cụ bên phải nhấn nút JỄj để đưa mô hình kết cấu vòm vỏ mỏng không gian về hình chiếu cạnh. Từ Main Menu > Solution >
Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Nodes > Xuất hiện bảng Apply Ư, ROT on Nodes > Chọn ® Box > Dùng chuột kéo một hình chữ nhật để bao 309
toàn bộ các điểm nút đáy vòm như hình 5.17 > Nhấn OK > Xuất hiện bảng Apply u, ROT on Nodes > Chọn UX, UY, ƯZ, trong Displacement Value nhập giá trị 0 như ở hình 5.18 >OK.
ANSYST
r
Hỉnh 5.17. Lựa chọn tát cà các nút biên đáy vòm
/\ Apply U.ROT OTÌ Nodes
[D] Apply Displacements (U,ROT) cn Nodes
Lab2 DCFs to be constrained All DOF
fiOTX
i Apply as
ĩ
Ị If Constant value them
ị VALUE Displacement value
OK Apply
0
Cancel Help
j
Hình 5.18. Lựa chọn điêu kiện ràng buộc
- Gân gia tốc trọng trường: Utility Menu > Select > Everything > Main Menu >
Solution > Define Loads > Apply > Structural > Inertia > Gravity > Global > Xuất hiện bang Apply (Gravitational) Acceleration, nhập 9.81 theo phương Y trong ACELY Global Cartesian Y-comp > OK.
- Giải bài toán: Main Menu > Solution > Solve > Current LS > Xuất hiện bảng STATUS Command và bảng Solve current Load Step, thông báo tóm tat các thông tin trước khi tính toán. Nhấn OK đế bắt đầu tính toán đến khi xuất hiện thông báo Solution
is done cho biết việc tính toán đà hoàn thành > Close.
310
b) Khai thác kết quả tỉnh toán
- Hiển thị phổ chuyến vị theo phương F: General Postproc > Contour Plot Results >
Nodal Solution > Xuất hiện bang Contour Nodal Solution Data > Nodal Solution >
DOF Solution > Y-Componcnt of Displacement > OK > Ta có phố mầu chuyền vị theo phương Y như ở hình 5.19. Chuyên vị đúng lớn nhất SMXM).903E-4m.
ANSYS
Hình 5.19. Phô chuyên vị vòm vó mong theo phương 1'
- Hiên phổ ừng Sỉiât tương đương: General Postproc > Plot Result > Contour Plot >
f _
Nodal Sol LI > Xuât hiện- bảngoo Contour X Nodal Solution Datar > Nodal Solution > Stress >
von Mises stress > OK > Phô mâu ứng suât tương đương như ỏ' hình 5.20.
ANSYS
___ _ _ I r
Hình 5.20. Phỏ ứng suất tương đương vòm vo mòng
311