XÂY DỰNG MÔ HÌNH
Xây dựng mô hình 3D
Phương pháp đo thủ công được áp dụng với các dụng cụ cơ bản như thước kẹp, thước lá và các thiết bị đo góc, tọa độ Do điều kiện hạn chế, phương pháp này vẫn còn thô sơ và yêu cầu sự tỉ mỉ, cẩn thận trong quá trình thực hiện đo đạc.
- Tiện dụng khi không có điều kiện trang bị các thiết bị chuyên dùng
- Sử dụng cho mục đích nghiên cứu sơ bộ
- Độ chính xác không cao
- Không cải tiến được hình dáng để thương mại hóa
- Thời gian đo lâu, có thể đo sai và đo lại nhiều lần
Để đảm bảo tính chính xác cao nhất, một loạt các kích thước từ nhỏ đến lớn sẽ được đo đạc và đưa vào mô hình Mặc dù có thể bỏ sót một số vị trí khó đo hoặc phải ước lượng, các kích thước được đo sẽ có sai số tối thiểu từ 1-2mm.
➢ Mô hình xe 3D sau khi hoàn tất được thể hiện như hình:
Hình 2.1 Mô hình khung 3D hoàn thiện
Xây dựng mô hình Phần tử hữu hạn
2.2.1 Giả thiết mô hình phần tử hữu hạn
Việc xây dựng mô hình phân tích tính chất hóa học (PTHH) của xe dựa trên việc phân tích các đặc điểm kết cấu, tải trọng tác động và khả năng ứng dụng của phần mềm phân tích kết cấu Cụ thể, chúng tôi sử dụng bộ giải Optistruct từ phần mềm Hypermesh - Hyperworks Phần này sẽ trình bày các giả thuyết và các bước thực hiện.
12 việc xây dựng mô hình PTHH được sử dụng cho bài toán tính biến dạng và ứng suất:
Để nâng cao chất lượng lưới trong quá trình chia lưới, cần bỏ qua một số vị trí lỗ nhỏ không ảnh hưởng đến kết cấu của khung, nhằm giảm thiểu khối lượng lưới.
- Coi tải trọng hàng là tải trọng phân bố được trên bề mặt khung
- Coi vật liệu cả xe là đồng nhất, không kể tới sự khuyết tật bên trong vật liệu
Để giảm độ phức tạp của mô hình, chúng ta có thể bỏ qua một số chi tiết phụ như thùng đựng đồ, thanh chắn gầm và chân chống, vì những yếu tố này không ảnh hưởng nhiều đến độ cứng của khung trong quá trình chịu tải.
Khung xe thường được cấu thành từ các tấm ghép lại với nhau, có độ dày nhỏ so với kích thước tổng thể Để tối ưu hóa quy trình tính toán, các tấm này thường được chuyển đổi thành mô hình 2D với một mặt trung bình đại diện, giúp giảm thiểu thời gian tính toán và tiết kiệm tài nguyên máy tính Khi mô phỏng phần tử 2D, độ dày không được hiển thị trực tiếp; người dùng chỉ cần chỉ định độ dày cho phần tử, và phần mềm sẽ gán độ dày này đối xứng với lưới, giả định rằng lưới nằm tại mặt phẳng giữa của chi tiết.
Việc tạo mặt giữa cho các chi tiết là rất quan trọng, đặc biệt đối với những mô hình lớn hoặc rất lớn Do đó, việc dựng mô hình với các mặt trung bình và chia lưới 2D trở nên cần thiết để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình thiết kế.
Ví dụ về tính tương đương:
Trong ví dụ này, chúng ta xem xét một tấm có kích thước 1000x1000x10 mm Hai bài toán phân tích tĩnh tuyến tính sẽ được thực hiện riêng biệt với cùng điều kiện biên trên hai mô hình: một mô hình nguyên bản dạng rắn được chia lưới 3D và một mô hình được tạo ra từ mặt trung bình với lưới 2D.
Hình 2.3 Mô hình tấm ví dụ
Mô hình Solid và mid-surfcae được dựng với điều kiện biên như sau:
Hình 2.4 Điều kiện biên mô hình 3D (trên) và 2D (dưới)
Hình 2.5 Sự khác biệt mô hình lưới 2D và 3D
Và đây là kết quả sau phân tích cho 2 mô hình
- Chuyển vị và ứng suất trên mô hình 3D:
Hình 2.6 Kết quả chuyển vị mô hình 3D
Hình 2.7 Kết quả ứng suất mô hình 3D
- Chuyển vị và ứng suất trên mô hình 2D:
Hình 2.8 Kết quả chuyển vị trên mô hình 2D
Hình 2.9 Kết quả ứng suất trên mô hình 2D
Kết quả tính toán chuyển vị của hai mô hình cho thấy chúng tương đồng, trong khi ứng suất có sự chênh lệch nhẹ do loại phần tử khác nhau Mức chênh lệch ứng suất là 0.217 Mpa (khoảng 3.74%), xuất phát từ sự khác biệt giữa phần tử 2D và 3D Ứng suất trong phần tử 2D chỉ được tính ở mặt trung bình, trong khi phần tử 3D tính cả ứng suất trên bề mặt, dẫn đến ứng suất do sức căng bề mặt khi chịu uốn cao hơn một chút so với mặt trung bình Tuy nhiên, với độ dày tấm nhỏ, sự chênh lệch này vẫn ở mức chấp nhận được Do đó, trong các trường hợp đối tượng dạng tấm, việc thay thế bằng các mặt trung bình để tính toán là hoàn toàn khả thi mà vẫn đảm bảo độ chính xác.
2.2.2.2 Lựa chọn phần tử Đối với mô hình FEM, công đoạn chia lưới là công đoạn quyết định đến tính chính xác của kết quả Có 2 vấn đề chính trong chia lưới: loại phần tử và chất lượng Việc lựa chọn loại phần tử dựa trên nhiều yếu tố như: mục đích tính toán, yêu cầu về tính chính xác, giới hạn phần cứng tính toán Các loại phần tử được sử dụng trong mô hình bao gồm:
Các phần tử 2D là những thành phần chính trong mô hình, đặc biệt là trong thiết kế chi tiết tấm kim loại Phần tử CQUAD4 được ưu tiên sử dụng cho các ứng dụng này.
Phần tử tứ giác (quad4) là lựa chọn ưu tiên trong mô phỏng, nhờ vào 8 bậc tự do và độ chính xác cao hơn so với phần tử tam giác.
Trong mô hình có nhiều phần với hình dạng phức tạp và bo tròn, việc chỉ sử dụng các phần tử tứ giác là không đủ Do đó, cần kết hợp thêm các phần tử tam giác để đảm bảo tính chính xác và hoàn thiện cho mô hình.
+ Bên cạnh đó, do còn một số chi tiết do có dạng hình khối, được chia lưới dưới dạng phần tử tứ diện tetra
2.2.2.3 Kiểm tra chất lượng lưới
Không phải là phần tử tứ giác và tam giác thì sẽ đúng, các phần tử yêu cầu phải đáp ứng được một số tiêu chuẩn cần thiết:
Hình 2.12 Tiêu chuẩn chia lưới mô hình Đây là tiêu chuẩn cho mỗi phần tử, khi lắp các bộ phận với nhau, cần kiểm tra thêm 2 lỗi:
Hình 2.13 Lỗi thâm nhập các chi tiết
Lỗi này xuất phát từ sự đè nhau và thâm nhập giữa các phần tử khi cài đặt độ dày Để đảm bảo kết quả không bị ảnh hưởng bởi chất lượng lưới, cần kiểm tra toàn bộ phần tử sau khi chia lưới, với các thông số như chiều dài lớn nhất, chiều dài nhỏ nhất, góc vênh và độ lệch, sau đó so sánh với các giá trị tiêu chuẩn quy định Việc kiểm soát chất lượng lưới của mô hình dựa trên các tiêu chuẩn mặc định trong HyperMesh Các tiêu chuẩn này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của mô hình.
Bảng 2.1 Một số tiêu chuẩn về chất lượng lưới
Tiêu chuẩn Ý nghĩa Mức đánh giá
Ratio Tỉ lệ giữa cạnh ngắn nhất và dài nhất 5
Tiêu chuẩn kiểm tra độ lệch của phần tử tứ giác so với phần tử phẳng hoàn hảo được xác định bằng cách phân chia phần tử tứ giác thành các thành phần nhỏ hơn.
2 tam giác và tính góc lệch theo phương pháp tuyến:
Jacobian là một chỉ số đánh giá mức độ lệch của một phần tử so với một phần tử hoàn hảo Ví dụ, một phần tứ giác được coi là hoàn hảo khi có hình dạng vuông, trong trường hợp này, giá trị Jacobian bằng 1.
Hạn mức về độ dài cạnh nhỏ nhất cho phép Thông thường mức này được giới hạn = 20% kích thước lưới trung bình
2.2.2.4 Xây dựng mô hình lưới phần tử
Mô hình 3D được nhập vào phần mềm Hypermesh và lấy mặt trung bình theo phương pháp đã trình bày ở mục 2.2.2.1 Trong quá trình này, cần chỉnh sửa một số lỗi thường gặp, chủ yếu liên quan đến việc nhập xuất mô hình giữa các phần mềm khác nhau, từ CAD sang CAE, dẫn đến việc đọc mô hình không hoàn toàn chính xác.
Kết luận chương 2
Chương 2 đã đưa ra phương pháp xây dựng mô hình 3D, đưa ra các giả thiết, so sánh phân tích phần tử hữu hạn 2D và 3D, đưa ra các chỉ tiêu đánh giá, phương pháp xây dựng mô hình phần tử hữu hạn, xây dựng các liên kết, từ đó xây dựng mô hình phần tử hữu hạn cho khung xe, là tiền đề để thực hiện các bài toán phân tích kết cấu về sau
BÀI TOÁN KIỂM BỀN TĨNH
Sơ lược về bộ giả Optistruct
Tính toán kiểm bền được sử dụng trên bộ giải Optistruct của Altair
Altair OptiStruct là một giải pháp tiên tiến cho phân tích kết cấu, cung cấp khả năng giải quyết hiệu quả các bài toán tuyến tính và phi tuyến dưới tác động của tải trọng tĩnh và động Với tính năng tối ưu hóa vượt trội, OptiStruct đang dẫn đầu thị trường trong lĩnh vực thiết kế kết cấu.
OptiStruct, dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn và động lực học nhiều vật, sử dụng các thuật toán phân tích và tối ưu hóa để giúp các nhà thiết kế và kỹ sư nhanh chóng phát triển các thiết kế sáng tạo, gọn nhẹ và có cấu trúc vững chắc Với 20 năm kinh nghiệm dẫn đầu về công nghệ tối ưu hóa, OptiStruct cung cấp các giải pháp tiên tiến cho thiết kế và tối ưu hóa cấu trúc mạng tinh thể in 3D và vật liệu tiên tiến như composite dạng lớp, đồng thời theo kịp các xu hướng sản xuất mới nhất như in 3D và thúc đẩy các xu hướng thiết kế.
OptiStruct được hàng ngàn công ty trên toàn cầu tin dùng để phân tích và tối ưu hóa độ cứng vững, độ bền, cũng như các đặc tính liên quan đến tiếng ồn, độ rung và độ xóc của kết cấu Phần mềm này có khả năng xử lý chính xác các vật liệu phi tuyến và hình học phức tạp, đồng thời hỗ trợ các ứng dụng như mô hình bu lông, vòng đệm, động lực Rotor và phân tích truyền nhiệt.
Hình 3.1 Kiểm bền trên bộ giải Optistruct
Cơ sở lý thuyết
3.2.1 Ứng suất Ứng suất là đại lượng biểu thị nội lực phát sinh trong vật thể biến dạng do tác dụng của các nguyên nhân bên ngoài như tải trọng, sự thay đổi nhiệt độ,… Phương trình ứng suất tổng quan:
Phân loại các ứng suất phổ biến:
Ứng suất uốn là loại ứng suất phát sinh khi một chi tiết chịu tải trọng nằm ngang với trục của nó Tải trọng này tạo ra momen uốn, dẫn đến ứng suất uốn trên chi tiết Đại lượng ứng suất uốn đạt giá trị cực đại tại mặt cắt ngang của chi tiết, cụ thể là ở vị trí xa nhất tính từ trục trung hòa của mặt cắt.
Ứng suất kéo là trạng thái ứng suất mà vật liệu trải qua khi chịu tác động của lực kéo căng hướng trục Các vật liệu đàn hồi có khả năng chịu đựng ứng suất kéo trung bình, trong khi những vật liệu như gốm và hợp kim giòn lại kém chịu lực kéo Khả năng liên kết các vi tinh thể trong vật liệu được thể hiện qua ứng suất kéo Khi bị kéo bởi hai lực ngược chiều, hầu hết các vật liệu sẽ bị đứt ở một giới hạn ứng suất nhất định Thời điểm vật liệu bị kéo đứt sẽ ghi nhận thông số ứng suất, được gọi là độ bền kéo của vật liệu.
Ứng suất nén là trạng thái khi vật liệu bị ép chặt, thường xảy ra do lực ép đơn từ phản lực tác động Sức bền nén của vật liệu thường cao hơn sức bền kéo, nhưng hình thể của vật liệu cần được phân tích khi ứng suất nén đạt đến giới hạn cong vênh Đối với vật liệu dẻo, ứng suất nén có thể dẫn đến biến dạng méo mó, trong khi vật liệu giòn sẽ vỡ vụn khi vượt quá sức chịu đựng.
Ứng suất cắt xảy ra khi lực tác động lên sản phẩm gây ra biến dạng trượt của vật liệu trên một mặt phẳng song song với hướng tác động của lực.
Dưới tác động của ngoại lực, các vật rắn sẽ bị biến dạng, tức là thay đổi hình dạng và kích thước, làm thay đổi vị trí tương đối giữa các phần tử cấu tạo Lực liên kết giữa các phần tử, vốn giữ cho vật rắn có hình dạng nhất định, sẽ thay đổi với xu hướng khôi phục lại vị trí ban đầu Sự tăng lên của lực liên kết này được gọi là lực đàn hồi hay nội lực.
Vật rắn được coi là đàn hồi khi có khả năng phục hồi hoàn toàn hình dạng và kích thước ban đầu sau khi ngừng tác động của ngoại lực Biến dạng phục hồi hoàn toàn sau khi không còn lực tác động gọi là biến dạng đàn hồi Đối với nhiều vật rắn, nếu lực tác động không vượt quá một giới hạn nhất định, biến dạng sẽ là đàn hồi Tuy nhiên, khi vượt quá giới hạn đó, vật chỉ có thể phục hồi một phần biến dạng, phần còn lại được gọi là biến dạng dẻo hoặc biến dạng dư.
Khi tác dụng ngoài chưa vượt quá giới hạn thì: 𝜎 = 𝐸 𝜀 với E là modul đàn hồi và 𝜀 là độ biến dạng
3.2.2 Bài toán tuyến tính tĩnh
➢ Tuyến tính: biểu thị phần đàn hồi tuyến tính của vật liệu (phần đường thẳng trên đồ thị) Phương trình 𝜎 = 𝐸 𝜀 là đường thẳng đi qua gốc tọa độ
𝜀 = 𝑡𝑎𝑛𝛼 là độ dốc của đường E càng lớn thì biến dạng càng nhỏ
Sau khi vượt qua điểm giới hạn, hầu hết các vật liệu sẽ trải qua sự biến dạng theo hình dạng cong, tuy nhiên, phần mềm giải quyết vấn đề vẫn coi chúng là đường thẳng để thực hiện các phép tính.
Người phân tích cần xác định xem vật liệu có đủ độ bền hay không bằng cách so sánh ứng suất cực đại tính toán được với ứng suất giới hạn của vật liệu Nếu ứng suất tính toán nhỏ hơn ứng suất giới hạn trong điều kiện tải đã cho, bài toán được coi là hợp lệ và có thể tiếp tục phân tích.
Hình 3.2 Đồ thị ứng suất- biến dạng của vật liệu dẻo Đồ thị ứng suất – biến dạng gồm 3 giai đoạn chính:
Giai đoạn tỉ lệ trên đồ thị được xác định bởi đoạn OA, trong đó vật liệu làm việc đàn hồi tuân theo định luật Hooke với biến dạng nhỏ Ứng suất giới hạn tỉ lệ, ký hiệu là 𝜎 𝑡𝑙, tương ứng với điểm này.
A Đoạn AB rất ngắn và trên điểm A vật liệu vẫn đàn hồi
Giai đoạn chảy trên đồ thị được thể hiện qua đoạn nằm ngang BC, trong đó ứng suất không thay đổi nhưng mẫu vẫn tiếp tục biến dạng Ứng suất giới hạn chảy, ký hiệu là 𝜎 𝑐ℎ, tương ứng với điểm B, và độ dài của đoạn BC phụ thuộc vào loại vật liệu.
Giai đoạn tái bền, hay đoạn CD, là giai đoạn mà ứng suất tăng dẫn đến biến dạng gia tăng Đặc điểm của đoạn này là khi cất tải, đường cong không trở về gốc O mà giảm theo tỉ lệ đến điểm có biến dạng dư Khi tiếp tục chất tải, đường cong ứng suất - biến dạng sẽ có giới hạn tỉ lệ cao hơn, do đó đoạn CD được gọi là đoạn tái bền Tại điểm D, mẫu thử hình thành điểm thắt, với ứng suất tại điểm này được gọi là ứng suất giới hạn bền 𝜎 𝑏 Nếu lực tiếp tục tác dụng, tại điểm thắt, tiết diện sẽ giảm và ứng suất mà vật liệu có thể chịu sẽ giảm nhanh chóng, dẫn đến đứt gãy chi tiết.
➢ Tĩnh: có 2 điều kiện để bài toán trở thành phân tích tĩnh
Một là lực tĩnh, không thay đổi theo thời gian
Hai, điều kiện cân bằng tác dụng lên vật phải bằng 0 (tổng lực bằng 0 và tổng mô men bằng 0)
Bài toán phân tích tuyến tính tĩnh được áp dụng thực tế một cách phổ biến trong đa dạng ngành nghề: hàng không, ô tô, vũ trụ,…
Bài toán đánh giá độ bền trong phần mềm mô phỏng sử dụng ứng suất Von-Mises, một đại lượng vô hướng thuận lợi cho việc đánh giá độ bền mà không cần quan tâm đến hướng hay độ lớn của các ứng suất chính Ứng suất này tổng hợp các ứng suất khi chi tiết chịu kéo nén nhiều phương; nếu chi tiết chỉ chịu kéo hoặc nén theo một phương, ứng suất Von-Mises sẽ bằng ứng suất kéo hoặc nén đó.
2[(𝜎 1 − 𝜎 2 ) 2 + (𝜎 2 − 𝜎 3 ) 2 + (𝜎 3 − 𝜎 1 ) 2 ] PT 3.2 Với: 𝜎 1 , 𝜎 2 , 𝜎 3 là các ứng suất chính
Thiết lập bài toán
Loại vật liệu được sử dụng là loại thép A710C có thông số như bảng bên dưới
Bảng 3.1 Thông số vật liệu A710C đưa vào bài toán
Khối lượng riêng (g/mm 3 ) 7,8.10 -9 Ứng suất lớn nhất (MPa) 550
Lực tác dụng lên khung xe được xác định tại ba vị trí chính: thùng xe chứa hàng, động cơ và cabin Lực này sẽ được đặt tại trọng tâm của từng phần thông qua các phần tử RBE3.
Thông số lực được tính toán như sau:
- Phần thùng xe : F1 = F thùng + Fhàng = 220 + 500 = 720 kg = 7200N
- Phần động cơ: Fđ.cơ = 138 kg = 1380 N
- Phần cabin: Fcabin = Fcabin + Fngười = 90 + 2.70 = 230 kg = 2300 N
Hình 3.3 Vị trí đặt lực
Vị trí ngàm là các vị trí khung được bắt nối với hệ thống treo của xe, tại đây được ngàm cả 6 bậc tự do
Hình 3.4 Vị trí đặt ngàm
Hình 3.5 Chi tiết đặt ngàm
Kết quả
Hình 3.6 Chuyển vị khi đầy tải
Hình 3.7 Ứng suất khi đầy tải
Hình 3.8 Vị trí chuyển vị cực đại
Hình 3.9 Vị trí ứng suất cực đại thứ 1
Hình 3.10 Vị trí ứng suất cực đại thứ 2
Từ các kết quả trên, ta tổng hợp được bảng kết quả:
Bảng 3.2 Bảng tổng hợp hết quả khi có mối hàn
Giá trị max Vị trí max
Chuyển vị 0,6738 mm Giá đỡ động cơ Ứng suất 68,60 MPa Tấm đỡ vị trí lắp treo trước và vị trí đỡ cabin phía sau
- Ứng suất không tập trung trên mối hàn
- Ứng suất tập trung lớn nhất là 68,60 MPa nhỏ hơn ứng suất giới hạn của vật liệu (550 MPa)
- Chuyển vị là rất bé ( 0, trong khi trạng thái ứng suất vừa kéo vừa nén (r < 1) có độ bền mỏi thấp nhất.
Thiết lập bài toán mỏi trên Hypermesh
5.3.1 Xác định điều kiện biên
Lực từ mặt đường tác động lên hệ thống treo ảnh hưởng trực tiếp đến khung xe, được đặt tại trọng tâm của hệ thống treo và phân bổ đều đến các vị trí nối giữa nhíp và khung ở cả bốn vị trí lắp nhíp Tại những vị trí này, các lực tĩnh có giá trị F = 1 (N) được áp dụng và thay đổi dựa trên các giá trị đã thu thập trước đó.
Hình 5.6 Lực từ treo tác động lên khung
Tải trọng mỏi được xác định từ việc giải bài toán Động lực học ở Chương 4 và được nhập vào phần mềm thông qua file dữ liệu Excel Các đồ thị lực sẽ được xuất ra tương tự như đã trình bày ở trên.
Hình 5.7 Minh họa nhập các đồ thị lực thi được vào Hypermesh
Trong quá trình di chuyển, xe tải không chỉ chịu các tải trọng động mà còn phải đối mặt với các tải trọng tĩnh, điều này ảnh hưởng đáng kể đến độ bền của khung xe Để có đánh giá chi tiết về tác động này, cần sử dụng các giá trị tải tĩnh lớn nhất đã được xác định trong chương trước.
Để kiểm nghiệm độ bền mỏi, cần thực hiện ba phương pháp khác nhau Đồng thời, áp dụng lực tĩnh với giá trị F = 1 (N) và xây dựng đồ thị lực F theo thời gian tương ứng với hệ thống treo.
Hình 5.8 Tổng hợp các lực tác dụng lên khung 5.3.1.2 Xác định ràng buộc
Khi kiểm tra khung xe trong bài toán tĩnh tại, vị trí ngàm không thể cố định do lực từ mặt đường tác động qua hệ thống treo Khung xe chịu lực từ cả hai phía, vì vậy để đảm bảo quá trình mô phỏng chính xác, ta áp dụng khái niệm Bù quán tính - “Inertia Relief” thay cho việc đặt ngàm.
Vì hệ không chịu liên kết nên ngoại lực tác động sẽ làm hệ chuyển động với gia tốc:
Nếu không sử dụng tùy chọn Bù quán tính, quá trình phân tích sẽ gặp lỗi do hệ không cân bằng lực Khi tùy chọn này được kích hoạt, chương trình sẽ tự động áp dụng một lực quán tính tương đương với ngoại lực F, giúp hệ đạt được trạng thái cân bằng lực.
Bù quán tính là quá trình thường áp dụng cho các bộ phận và cụm lắp ráp không cố định trong không gian, như trong tính toán tàu thủy, hệ thống treo ô tô, ô tô đang di chuyển, cũng như trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và vệ tinh.
Việc thiết lập bài toán mỏi trên HyperMesh phụ thuộc vào ba yếu tố chính: tải trọng mỏi, thông số mỏi và vật liệu mỏi Tải trọng mỏi được xác định từ kết quả giải bài toán động lực học ở Chương 4 Thông số mỏi được đánh giá dựa trên tiêu chuẩn Gerber để xác định dải ứng suất tương đương Vật liệu mỏi được xây dựng dựa trên các thông số tham khảo từ những nghiên cứu trước đây.
Hình 5.9 Mẫu đường mỏi dạng 1 gấp khúc được sử dụng
Thông thường, các thông số của đường cong mỏi cần được thí nghiệm trực tiếp và tính toán Tuy nhiên, do điều kiện hạn chế, các thông số này thường được xác định dựa trên kinh nghiệm.
Bảng 5.2 Ước lượng thông số đường cong mỏi
UST ≥ 336 MPa 0,131*UTS 1,526 0.379-0.175*log(UTS) 5E8 0,0 Với vật liệu đang sử dụng là A710C, các thông số nhập cho vật liệu mỏi như sau:
Hình 5.10 Thông số đường mỏi
- UNIT là đơn vị cho ứng suất, ở đây là MPa
- UTS (ultimate tensile strength): giới hạn bền kéo của vật liệu
SRI1 là hệ số chịu mỏi, được định nghĩa trong phần mềm là ứng suất mà tại đó vật liệu chỉ có thể chịu tải trong một chu kỳ.
- B1: là hệ số mũ chịu mỏi, thể hiện độ dốc của đường mỏi S-N
- NC1: là thông số xác định số chu kì giới hạn mỏi của mô hình (tuổi thọ chi tiết)
Sau khi thu thập thông số của vật liệu, bước tiếp theo là xác định các thông số cần thiết cho tính toán mỏi, những thông số này sẽ được trình bày qua hình ảnh bên dưới.
Hình 5.11 Các thông số đánh giá mỏi
- COMBINE: dùng để xác định loại ứng suất sẽ được sử dụng cho tính toán mỏi, ở đây ta sử dụng ứng suất tương đương Von Misses
- CORRECT: là tiêu chuẩn sử dụng cho tính toán mỏi Ở đây ta chọn tiêu chuẩn GERBER
- STRESSU: đơn vị ứng suất, chọn MPa
- RTYPE: Xác định loại tải trọng đặt vào liên tục, dạng tải trọng động (Rainflow type) đây là phần xác định loại LOAD trong bài toán mỏi.
Kết quả phân tích bài toán mỏi
Hình 5.12 Vị trí chịu tổn thương lớn nhất (A710C - AB)
Hình 5.13 Chu kì mỏi thu được trên toàn khung (A710C -AB)
Do tải trọng đầu vào thu thập mang tính ngẫu nhiên (cực đại và cực tiểu), không thể thay thế bằng tải tuần hoàn tương đương Vì vậy, Optistruct đã thực hiện tính toán chỉ số Tổn thương tích lũy dựa trên lý thuyết tổn thương tích lũy tuyến tính Miner – Palmgren.
Lý thuyết tổn thương tích luỹ Miner – Palmgren cho rằng hư hại tại điểm tính toán của chi tiết tuân theo quy luật tuyến tính Tất cả các hư hại này được tích luỹ theo quy luật tuyến tính và được xác định thông qua tỷ lệ tổn thương tích luỹ D.
• 𝑁 𝑖,𝑓 là tuổi thọ của vật liệu từ đường cong S-N của mức ứng suất đạt cực trị lớn nhất
• 𝑛 𝑖 là số chu kì thực tế đối với mức ứng suất kể trên
• D ≥ 1: Chi tiết bị phá hủy
Để đánh giá độ bền của vật liệu, cần đảm bảo rằng tổn thương tích lũy nhỏ hơn 1 và số chu kỳ mỏi dưới 10^6, như đã nêu ở trên.
Như vậy, Số chu kì nhỏ nhất đạt mức 8,270.10 9 và tổn thương là rất nhỏ (1,209.10 -10 ) Với kích động là mặt đường AB, khung không bị phá hủy do mỏi
Hình 5.14 Vị trí chịu tổn thương lớn nhất (A710C - BC)
Hình 5.15 Chu kì mỏi thu được trên toàn khung (A710C -BC)
Biên dạng mấp mô của mặt đường có sự thay đổi lớn hơn so với đường AB, dẫn đến sự thay đổi đáng kể về lực tác động Số chu kỳ mỏi tại nhiều khu vực cũng giảm, nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép là 9,145.10^6 (
