Ứng dụng ANSYS vào bài toán kỹ thuật Phan Đức Huynh, Nguyễn Hoàng Sơn

Các bước giải bài toán FEM

Rời rạc hoá miền khảo sát bằng cách tạo lưới cho phần tử là quá trình chia vật thành nhiều phần tử nhỏ, đảm bảo rằng tính chất vật lý của mỗi phần tử không bị thay đổi Đối với những vật có biên dạng phức tạp, cần chia các phần tử gần biên một cách thật nhuyễn để đảm bảo độ chính xác trong phân tích.

2 Xây dựng các phương trình phần tử

3 Lắp ghép các phương trình phần tử và tìm ra ma trận độ cứng

4 Khử các điều kiện biên

5 Giải hệ phương trình toàn cục

6 Tính toán các kết quả.

Ví dụ 1

Xét một hệ giàn với các thanh làm bằng gỗ có môđun đàn hồi Young E = 1.9 × 10^6 N/cm² và diện tích mặt cắt ngang là 8 cm² Cần tính toán ứng suất và chuyển vị trong từng phần tử của thanh giàn.

Bài toán được mô hình hóa qua hai phần: a) mô hình bài toán và b) mối liên hệ giữa tọa độ toàn cục và hệ tọa độ địa phương Quá trình giải bài toán sẽ được chia thành ba giai đoạn chính: tiền xử lý, giải, và hậu xử lý.

1) Giai đoạn tiền xử lý a) Nút và phần tử

Mỗi thanh giàn được xem như một phần tử, và các điểm nối giữa chúng được gọi là nút Hệ giàn hiện tại có thể được chia thành 5 nút và 6 phần tử, như thể hiện trong hình 1.1 Dưới đây là bảng liệt kê các nút và phần tử của hệ giàn.

Phần tử Nút i Nút j Góc ( 0 )

Bảng 1.1 b) Hệ số độ cứng phần tử

Phần tử (1), (3), (4) và (6) có cùng chiều dài, diện tích mặt cắt ngang, môđun đàn hồi, nên hệ số độ cứng tương đương cho mỗi phần tử được tính:

Còn phần tử (2) và (5) có hệ số độ cứng tương đương:

 L k AE (N/cm) (1.2) c) Ma trận độ cứng phần tử Ở phần tử (1), (3) và (6) có góc  0 o (như hình 1.2)

The article explores the mathematical functions of sine and cosine, emphasizing their significance in various applications It highlights the interplay between these functions, showcasing their periodic nature and relevance in trigonometry The discussion also touches on specific values and calculations involving sine and cosine, reinforcing their foundational role in mathematics.

0 cos 0 sin 0 cos 0 cos 0 sin 0 cos 0 sin 0 cos 0 sin 0 sin 0 cos 0 sin 0

Phần tử thứ (1) Địa phương:     1 5

K (1.4) i = 1 Phần tử (1) j = 2 i = 3 Phần tử (3) j = 4 i = 4 Phần tử (6) j = 5 y x

Phần tử thứ (4): có góc 90 o (như hình 1.3)

2 cos 90 sin 90 cos 90 sin 90 cos 90 sin 90 4.22 10 cos 90 sin 90 cos 90 sin 90 cos 90 sin 90

2 cos 90 sin 90 cos 90 sin 90 cos 90 sin 90 cos 90 sin 90 cos 90 sin 90 cos 90 sin 90

Ma trận độ cứng toàn cục tìm được bằng cách lắp ghép các ma trận độ cứng của các phần tử: i = 2 j = 5 y x

(1.19) e) Áp đặt điều kiện biên và tải trọng Điều kiện biên: nút 1 và 3 bị kẹp chặt nên U 1X = U 1Y = U 3X = U 3Y = 0

Tải trọng: ngoại lực tác dụng lên nút 4 và 5 theo phương thẳng đứng: F 4Y = 500 N và F 5Y =500 N

Dựa vào các điều kiện biên, phương trình độ cứng toàn cục có thể loại bỏ các hàng thứ nhất, thứ hai, thứ năm và thứ sáu, cùng với các cột tương ứng Kết quả là phương trình độ cứng toàn cục chỉ còn lại ma trận 6x6.

Giải phương trình (1.22), tìm được:

   cm cm cm cm cm cm (1.22)

Ma trận chuyển vị toàn cục có thể viết là:

3) Giai đoạn hậu xử lý

Sau khi tìm được chuyển vị của các nút thì có thể ứng dụng để tìm được các kết quả khác: a) Phản lực

Sử dụng các phép tính ma trận cho phương trình trên sẽ tìm được các phản lực:

(1.25) b) Nội lực và ứng suất pháp

Các nội lực phần tử f ix và f jx là bằng nhau và ngược chiều:

  ix ix jx jx jx ix f k u u f k u u

Trong công thức (1.26), u ix và u jx là chuyển vị tại hai đầu nút của phần tử ở hệ địa phương

Mối quan hệ giữa chuyển vị địa phương và toàn cục:

  U    T u   (1.27) với   T là ma trận chuyển đổi và

0 0 sin cos ix iX iy iY jx jX jy jY u U u U u U u U

Sau khi tính được nội lực, có thể tính được ứng suất pháp cho mỗi phần tử: f k u  ix u jx  AE L  u ix u jx  E u ix u jx

Ví dụ, tính nội lực và ứng suất pháp cho phần tử thứ (5) Những dữ liệu đã có của phần tử thứ (5):  45 o , U 2 X  0.00355 cm,

U   cm, U 5 X 0.0024cm và U 5 Y  0.0195cm Đầu tiên, tính chuyển vị địa phương của nút 2 và 5:

(1.31) thực hiện phép tính ma trận ta tìm được u 2 x  0.00976 m và

Áp dụng công thức (1.26) và (1.30) với giá trị 5 x 0.01209 m u  , ta tính được nội lực và ứng suất pháp cho phần tử thứ (5) lần lượt là 696 N và 87 N/m² Tương tự, nội lực và ứng suất pháp cho các phần tử còn lại cũng được xác định.

Sử dụng phần tử tam giác tuyến tính để xác định chuyển vị của các nút và ứng suất trong các phần tử của tấm mỏng chịu tác dụng của lực bề mặt, đồng thời tấm mỏng này được đặt trong môi trường có sự thay đổi nhiệt độ ΔT = 10°C Tấm mỏng có bề dày 0.5 cm, môđun đàn hồi Young là E × 10^6 N/cm² và hệ số Poisson cần được xem xét trong quá trình phân tích.

 =0.25 và hệ số giãn nở nhiệt α = 6×10 −6

Chia tấm mỏng thành hai phần tử tam giác như biểu diễn ở hình 1.7 Tọa độ toàn cục của các nút được cho trong bảng 1.2

Nút Tọa độ nút Chuyển vị nút

Hình 1.7 a Véc tơ chuyển vị của nút ở hệ toàn cục (global nodal displacement vector)

Diện tích của mỗi phần tử:

 (1.33) c Ma trận thuộc tính vật liệu (material property matrix)

Giả sử bài toán thuộc bài toán ứng suất phẳng

Hệ địa phương d Ma trận hình dạng phần tử (element shape matrix)

B D (1.40) e Ma trận độ cứng phần tử (element stiffness matrix)

  k B D B (1.42) f Vector lực của mỗi phần tử (element load vector)

L    và L 3 4  1cm thì vector lực phần tử trở thành:

T p p (1.44) g Vector lực nhiệt của mỗi phần tử (thermal load vector)

Biến dạng ban đầu (initial strain) do sự thay đổi từ nhiệt độ (ΔT 10 0 C, α = 6×10 −6 ):

Vector lực nhiệt của mỗi phần tử:

(1.46) h Biến đổi ma trận độ cứng, vector lực và vector lực nhiệt về dạng toàn cục

  p    2 *   0 0 0 300 900 300 900 0  T N (1.52) l Cộng các ma trận độ cứng, vector lực và vector lực nhiệt

Từ đó phương trình hệ thống toàn cục (global system of equation) như sau:

Kế tiếp, khử các điều kiện biên ( U 1 Y 0, U 2 X 0, U 2 Y 0,

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM ANSYS

ANSYS là phần mềm mạnh mẽ được sử dụng rộng rãi toàn cầu, nổi bật với việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) trong tính toán Những ưu điểm nổi bật của ANSYS bao gồm khả năng mô phỏng chính xác, tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình thiết kế, cùng với giao diện thân thiện và hỗ trợ đa dạng các lĩnh vực kỹ thuật.

 Giải được nhiều bài toán như: phân tích kết cấu (tuyến tính và phi tuyến), truyền nhiệt, cơ học chất lỏng, các bài toán âm học và từ trường…

 Thư viện phần tử lớn

 Xử lý kết quả cao cấp, cho phép vẽ đồ thị, tính toán tối ưu…

 Có thể sử dụng như một ngôn ngữ lập trình

 Khả năng đồ hoạ mạnh và có thể liên kết với các phần mềm CAD/CAM khác

 Giảm chi phí sản xuất vì có thể tính toán thử nghiệm,…

Như các phần mềm khác thì khởi động ANSYS bằng các cách sau:

 Trên thanh Taskbar chọn: Start / Programs / ANSYS / ANSYS Product Launcher

 Click đúp chuột vào biểu tượng “ANSYS Product Launcher” trên desktop (nếu có)

Sau đó màn hình sẽ xuất hiện cửa sổ “Launcher”, kế tiếp chọn mục

In the new window, select the path for the file to be saved (working directory) and assign a name for the job Once these selections are made, click "Run" to launch the ANSYS program.

Sau khi khởi động chương trình ANSYS thì màn hình sẽ hiện giao diện sau:

Menu tiện ích bao gồm các chức năng quan trọng như: Quản lý dữ liệu trong mục File, lựa chọn trong mục Select, liệt kê thông tin qua mục List, và hiển thị đồ họa qua mục Plot Người dùng có thể tùy chọn trước khi hiển thị đồ họa với mục PlotCtrls, làm việc trên mặt phẳng làm việc trong mục WorkPlane, và quản lý các thông số qua mục Parameters Thêm vào đó, mục Macro cho phép tạo các dạng chuẩn, trong khi MenuCtrls giúp chọn lựa cách hiển thị các menu Cuối cùng, mục Help cung cấp trợ giúp cần thiết cho người dùng.

[B]: NHẬP DỮ LIỆU BẰNG LỆNH (Input)

Sử dụng cho hướng giao tiếp bằng lệnh

Thường xuyên sử dụng cho hướng giao tiếp bằng chuột

Thường xuyên sử dụng trong ANSYS cho hướng giao tiếp bằng chuột

Hiển thị các kết quả bằng đồ hoạ

Trong ANSYS, người dùng có thể dễ dàng điều chỉnh khung nhìn của đồ họa bằng cách phóng to, thu nhỏ hoặc xoay đối tượng Các công cụ này được cung cấp trên thanh công cụ bên tay phải màn hình, hoặc người dùng cũng có thể sử dụng hộp thoại bằng cách thực hiện theo các bước hướng dẫn cụ thể.

COMMAND: Utility MenuPlotCtrlsPan Zoom Rotate Xuất hiện hộp thoại Pan-Zoom-Rotate như biểu diễn ở hình 2.2

[B]: Các chế độ phóng to thu nhỏ

[C]: Di chuyển theo bốn phương

[D]: Xoay quanh các trục tọa độ

[E]: Độ lớn di chuyển, xoay, phóng to hoặc thu nhỏ Được tính theo giá trị “%”

[F]: Hiển thị mô hình vừa đủ với màn hình

III LƯU TRỮ VÀ HỒI PHỤC

COMMAND: Utility MenuFileSave asđặt tên file, chọn thư mụcOK (dữ liệu lưu với phần mở rộng là *.db)

Muốn mở lại bài toán đã tính:

COMMAND: Utility MenuFileResume from Sau đó chọn file cần mở, sau đó bấm OK

IV CẤU TRÚC BÀI TOÁN TRONG ANSYS

Khi tính toán bất kỳ một bài toán ANSYS nào thì cũng qua các công đoạn sau:

1 Tạo mô hình tính - Preprocessing: gồm các bước:

(i) Định nghĩa điểm chính/đường/diện tích/thể tích

(ii) Định nghĩa kiểu phần tử (element type) và tính chất vật liệu/hình học (material/geometric)

(iii) Tạo lưới đường/diện tích/thể tích (lines/areas/volumes) Mức độ chi tiết phụ thuộc số lượng chiều của bài toán, ví dụ 1D, 2D, bất đối xứng, 3D

2 Tính toán - Solution: đặt tải trọng (lực điểm hoặc áp suất…), các ràng buộc (độ dịch chuyển, góc xoay) và tính toán

3 Xử lý kết quả - Postprocessing: các bước bổ sung và xem kết quả Trong phần này có thể bao gồm:

(i) Danh sách chuyển vị nút

(ii) Lực và mômen của các phần tử

(iii) Đồ thị chuyển vị

(iv) Biểu đồ đường mức ứng suất hoặc nhiệt độ…

Giải bài toán cho ở ví dụ về giàn đã được cho ở chương 1 bằng ANSYS

Hệ giàn được xem xét như hình 2.5, trong đó tất cả các thanh đều được làm bằng gỗ với môđun đàn hồi E = 1,9 x 10^6 (N/cm^2) và diện tích mặt cắt ngang là 8 cm^2 Để tính ứng suất và chuyển vị trong mỗi phần tử thanh giàn, cũng như phản lực tại hai gối, chúng ta cần phân tích các lực tác động lên hệ giàn và áp dụng các phương trình cơ bản về tính toán kết cấu của thanh giàn.

ANSYS đưa ra hai kiểu phần tử để phân tích bài toán về giàn là:

LINK1 và LINK8 Ở đây để giải bài toán trên ta dùng phần tử LINK1

Phần tử LINK1 là một phần tử đối xứng trục, bao gồm hai nút (i và j) và hai bậc tự do (U X và U Y), như thể hiện trong hình 2.6 Để tìm hiểu thêm về các tham số của phần tử này, bạn có thể tham khảo mục “Help” trong ANSYS.

Hình 2.6 Hình dạng phần tử LINK1

COMMAND: Main Menu  Preprocessor  Element Type 

 Cửa sổ “Element Types” xuất hiện

 Nhấp vào Add làm xuất hiện cửa sổ “Library of Element Types” để chọn các phần tử cần sử dụng

 Nhấp chọn Link rồi chọn 2D spar 1, sau đó chọn Apply

 Cửa sổ “Element Types” xuất hiện dạng phần tử thứ nhất là LINK1

2 Nhập diện tích mặt cắt ngang cho từng phần tử giàn

COMMAND: Main Menu Preprocessor  Real Constans 

 Cửa sổ “Real Constans” xuất hiện

 Nhấp vào Add làm xuất hiện cửa sổ “Element Type for Real

Constans”, nhấp chọn phần tử LINK1 rồi bấm OK

 Cửa sổ “Real Constans for LINK1” xuất hiện, nhập thông số:

AREA = 8 (lưu ý rằng trong ANSYS không nhập đơn vị mà thay vào đó ANSYS ngầm hiểu đơn vị đã được đồng nhất)

 Bấm OK, thì cửa sổ “Element Type for Real Constans” xuất hiện Set 1

3 Nhập tính chất vật liệu

COMMAND: Main Menu Preprocessor  Material Props  Material Models

 Cửa sổ “Deﬁne Material Model Behavior” sẽ xuất hiện

 Nhấp đôi vào Structural, Linear, Elastic, và Isotropic làm xuất hiện hộp thoại “Linear Isotropic Properties forMaterials Number 1”

 Nhập vào các giá trị EX = 1.9e6 và PRXY = 0

4 Tạo mô hình tính toán a) Tạo node

COMMAND: Main Menu  Preprocessor  Modeling 

Create  Nodes  In Active CS

 Cửa sổ “Create Nodes in Active Coordinate System” xuất hiện

Create  Elements  Auto Numbered  Thru Nodes

 Cửa sổ “Element from Nodes” xuất hiện, đồng thời màn hình xuất hiện hình mũi tên hướng lên ()

 Tạo các phần tử theo các nút (hình 2.7 ):

 Element (1): nhấp node 1 và node 2Apply

 Element (2): nhấp node 2 và node 3 Apply

 Element (6): nhấp node 4 và node 5OK

5 Áp đặt điều kiện biên và tải trọng a) Điều kiện biên về chuyển vị

COMMAND: Main Menu  Solution  Deﬁne Loads  Apply

 Cửa sổ “Apply U ROT on Nodes” xuất hiện, đồng thời màn hình cũng xuất hiện hình mũi tên hướng lên ()

 Nhấp chọn node 1 và node 3, rồi bấm OK, cửa sổ “Apply U ROT on Nodes” khác xuất hiện

 Chọn ALL DOF trong ô Lab2 và nhập giá trị “0” vào ô Displacement value

 Nhấp OK b) Lực tập trung

 Structural  Force/Moment  On Nodes

 Cửa sổ “Apply F/M on Nodes” xuất hiện, đồng thời màn hình cũng xuất hiện hình mũi tên hướng lên ()

 Nhấp chọn node 4 và node 5 rồi bấm OK, thì cửa sổ “Apply F/M on Nodes” khác xuất hiện

 Chọn FY trong ô Lab và nhập giá trị “–500” vào ô VALUE, rồi nhấp OK

COMMAND: Main Menu  Solution  Solve  Current LS

 Xuất hiện cửa sổ “Solve Current Load Step” và “/STATUS

 Nhấp OK trên cửa sổ “Solve Current Load Step”

 Đến khi nào hiện lên cửa sổ “Note” là đã kết thúc quá trình tính toán

COMMAND: Main Menu  General Postproc  Plot Results

 Deformed shape  chọn mục Def + undeformed

Hình 2.9 a) Chuyển vị thẳng đứng

 Cửa sổ “Contour Nodal Solution Data” xuất hiện

 Chọn DOF Solution và Displacement vector sum Đồng thời chọn

Deformed shape with undeformed edge trong ô Undisplaced shape key Rồi bấm OK, thì trường chuyển vị được cho ở hình 2.10

COMMAND: Utility Menu  List  Results  Nodal Solution

Sau đó chọn tương tự như trên thì sẽ có bảng số liệu chuyển vị của từng nút

So sánh với kết quả tính ở chương 1

Ta thấy rằng kết quả giải bằng ANSYS phù hợp với kết quả tính ở chương 1 b) Phản lực

COMMAND: Utility Menu ListResults Reaction solution

Kết quả phản lực giải bằng ANSYS cũng phù hợp với kết quả tính ở chương 1 c) Trường ứng suất và nội lực

Vào “Help” để xem đầu ra của phần tử LINK1

COMMAND: Main Menu  General Postproc  Element Table

 Xuất hiện cửa sổ “Element Table Data”

 Nhấp vào Add làm xuất hiện cửa sổ “Define Additional

 Trong phần Item, Comp kéo thanh cuộn xuống để chọn mục

 Trong ô kế bên chọn SMISC

 Trong ô ở dưới thêm số “1” vào như sau: “SMISC, 1”, rồi bấm OK

COMMAND: Main Menu  General Postproc  Element Table  Define Table

 Trong phần Item, Comp kéo thanh cuộn xuống để chọn mục

 Trong ô kế bên chọn LS

 Rồi trong ô ở dưới ta thêm số “1” vào như sau: “LS, 1”, rồi bấm OK

COMMAND: Main Menu  General Postproc  List Results

 Cửa sổ “List Element Table Data” xuất hiện

 Chọn AXFORCE và AXSTRESS trong ô Lab1-9

 Rồi bấm OK Thì xuất hiện bảng PRETAB như hình 2.14

So sánh với kết quả nội lực và ứng suất trên phần tử thứ (5) ở chương 1 lần lược là 696 N và 87 N/m 2 Kết quả khá phù hợp với kết quả tính ở chương 1

8 Giải bằng lệnh trong ANSYS

Giải bài toán ứng suất phẳng được cho ở ví dụ 2 của chương 1

Sử dụng phần tử tam giác tuyến tính và tứ giác tuyến tính để xác định chuyển vị của các nút và ứng suất trong các phần tử của tấm mỏng chịu tác dụng của lực bề mặt, trong điều kiện nhiệt độ thay đổi từ ΔT = 10°C đến nhiệt độ chuẩn Tấm mỏng có bề dày 0.5 cm, môđun đàn hồi Young E = 15×10^6 N/cm², hệ số Poisson ν = 0.25 và hệ số giãn nở nhiệt α = 6×10^−6.

COMMAND: Main Menu  Preprocessor  Material Props 

 Cửa sổ “Deﬁne Material Model Behavior” sẽ xuất hiện

 Nhấp đôi vào Structural, Linear, Elastic và Isotropic làm xuất hiện hộp thoại “Linear Isotropic Properties forMaterials Number 1”

 Nhập vào các giá trị EX = 15e6 và PRXY = 0.25

 Trên cửa sổ “Deﬁne Material Model Behavior”

 Nhấp đôi vào Structural, Thermal Expansion, Secant Coefficient và Isotropic làm xuất hiện hộp thoại “Linear Isotropic Properties forMaterials Number 1”

 Nhập vào các giá trị APLX = 6e−6, rồi bấm OK

 Nhấp chọn phần tử Structural Mass – Solid

 Chọn kiểu phần tử Quad 4node 42 rồi bấm OK

 Cửa sổ “Element Types” xuất hiện dạng phần tử PLANE42

 Nhấp chọn mục Option để làm xuất hiện cửa sổ “PLANE42 element type options”

 Chọn điều kiện Plane strs w/thk trong hộp thọai “Element behavior” để định trạng thái cho phần tử (ứng suất phẳng)

 Bấm OK rồi bấm Close

3 Chọn chiều dày phần tử

COMMAND: Main Menu  Preprocessor  Real Constants 

 Cửa sổ “Real Constants” xuất hiện

 Nhấp vàp Add làm xuất hiện cửa sổ “Element Type for

 Nhấp chọn OK để làm xuất hiện cửa sổ “Real Constants Set

 Nhập giá trị “0.5” vào ô Thickness rồi nhấp OK

 Cửa sổ “Real Constants” xuất hiện trở lại và xuất hiện Set 1

4 Tạo mô hình tính toán a) Tạo node

Create  Nodes  In Active CS

 Cửa sổ “Create Nodes in Active Coordinate System” xuất hiện

 Tạo các node có tọa độ như bảng 2.2:

 Rồi bấm OK b) Tạo element

COMMAND: MainMenuPreprocessorModelingCreate

 Elements Auto NumberedThru Nodes

 Cửa sổ “Element from Nodes” xuất hiện, đồng thời màn hình xuất hiện hình mũi tên hướng lên ()

 Ta nhấp lần lượt các node 1, 2 và 4 rồi bấm Aplly, thì được element (1)

 Cửa sổ “Element from Nodes” xuất hiện trở lại, đồng thời màn hình xuất hiện hình mũi tên hướng lên ()

 Ta nhấp lần lượt các nút 2, 3 và 4 rồi bấm OK, thì được element (2)

COMMAND: Utility MenuPlot Ctrls Numbering

 Cửa sổ “Plot Numbering Controls” sẽ xuất hiện

 Nhấp chọn ô Node numbers (NODE) từ off sang on

 Chọn mục Element numbers trong ô Elem/Attrib numbering rồi bấm OK

COMMAND: Utility MenuPlot Multi-Plot Sau đó mô hình phần tử được tạo như hình 2.16

5 Nhập điều kiện biên a) Nhập điều kiện ràng buộc ở đầu bên trái

 Cửa sổ “Apply U ROT on Nodes” xuất hiện, đồng thời màn hình cũng xuất hiện hình mũi tên hướng lên ()

 Nhấp chuột chọn node 1 và node 2 rồi bấm OK thì cửa sổ “Apply

U ROT on Nodes” khác xuất hiện

 Chọn UY trong ô Lab2 và nhập giá trị “0” vào ô VALUE nhấp Apply

 Cửa sổ “Apply U ROT on Nodes” xuất hiện trở lại, đồng thời màn hình cũng xuất hiện hình mũi tên hướng lên ()

U ROT on Nodes” khác xuất hiện

 Chọn UX trong ô Lab2 và nhập giá trị “0” vào ô VALUE, rồi nhấp OK b) Nhập lực tác dụng

 Structural  Force/Moment  On Nodes

 Cửa sổ “Apply F/M on Nodes” xuất hiện, đồng thời màn hình cũng xuất hiện hình mũi tên hướng lên ()

F/M on Nodes” khác xuất hiện

 Chọn FX trong ô Lab và nhập giá trị “300*sqrt(10)” vào ô

 Cửa sổ “Apply F/M on Nodes” xuất hiện trở lại, đồng thời màn hình cũng xuất hiện hình mũi tên hướng lên ()

F/M on Nodes” khác xuất hiện

 Chọn FY trong ô Lab và nhập giá trị “−150” vào ô VALUE, rồi nhấp OK c) Nhập điều kiện nhiệt độ

 Cửa sổ “Uniform Temperature” xuất hiện

 Nhập giá trị “10” vào ô Uniform Temperature, rồi bấm OK

COMMAND: Main MenuSolutionSolveCurrent LS

 Cửa sổ “Plot Deformed Shape” xuất hiện

 Chọn mục Def + undef edged, rồi bấm OK Thì tấm biến dạng như hình 2.17

COMMAND: Utility MenuListResultsNodal Solution

 Cửa sổ “List Nodal Solution” xuất hiện

 Chọn Nodal SolutionDOF SolutionDisplacement vector sum

 Rồi bấm OK Thì bảng PRNSOL xuất hiện như hình 2.18

Ta có kết quả tính ở chương 1 là:

So sánh hai kết quả thì ta thấy kết quả là trùng hợp nhau

Chương 3 ỨNG DỤNG ANSYS VÀO BÀI TOÁN

Cho một thanh dầm 2D chịu tác dụng như hình 3.1 Cho E=2.1×10 9 N/m 2

1 Hãy vẽ biểu đồ lực cắt Q y và moment M z

2 Xác định chuyển vị thẳng đứng của mặt cắt qua đầu F

3 Tìm ứng suất lớn nhất trong dầm

A GIẢI BẰNG SỨC BỀN VẬT LIỆU

1) Biểu đồ Q y và moment M z được thể hiện như hình 3.2

2) Dùng phương pháp nhân biểu đồ Vêrêxaghin để tìm chuyển vị cho bài toán này (xem hình 3.2 và bảng 3.1)

Thấy rằng y F mang dấu âm vì vậy chiều chuyển vị ngược chiều với hướng lực giả tạo P k (y F hướng lên theo trục y).

 Cửa sổ “Preferences for GUI Filtering” xuất hiện

2 Tạo mô hình tính toán a) Tạo keypoint

Create  Keypoints  In Active CS

 Cửa sổ “Create Keypoints in Active Coordinate System” xuất hiện

 Tạo các keypoint có tọa độ như sau:

Create  Lines  Lines  Straight Line

 Cửa sổ “Straight Line” xuất hiện, đồng thời màn hình cũng xuất hiện hình mũi tên hướng lên ()

 Tạo các line từ các keypoint như trong bảng 3.3:

COMMAND: Main Menu  Preprocessor  Material Props 

 Cửa sổ “Deﬁne Material Model Behavior” xuất hiện

 Nhấp đôi vào Structural, Linear, Elastic, và Isotropic làm xuất hiện hộp thoại “Linear Isotropic Properties forMaterials Number 1”

 Nhập vào các giá trị EX = 2.1e9 và PRXY = 0

 Tắt cửa sổ “Deﬁne Material Model Behavior”

4 Rời rạc hoá đối tƣợng khảo sát a) Chọn kiểu phần tử

 Nhấp chọn Beam, chọn 2D elastic 3, chọn OK

 Cửa sổ “Element Types” xuất hiện dạng phần tử thứ nhất là

 Bấm Close b) Nhập các thông số hình học

COMMAND: Main Menu  Preprocessor  Real Constans  Add/ Edit/Delete

 Cửa sổ “Real Constans” xuất hiện

 Nhấp vào Add làm suất hiện cửa sổ “Element Type for Real

Constans”, nhấp chọn phần tử BEAM3, bấm OK

 Cửa sổ “Real Constans for BEAM3” xuất hiện, nhập các thông số sau:

 Bấm OK, rồi bấm Close c) Định kích thước phần tử và chia lưới

COMMAND: Main Menu  Preprocessor  Meshing  Mesh Tool

 Cửa sổ “Mesh Tool” sẽ xuất hiện

 Nhấp chọn Line Set, cửa sổ “Element Size on Picked Lines” xuất hiện, đồng thời màn hình xuất hiện hình mũi tên hướng lên ()

 Nhấp chọn đường thẳng L1 (AB), L3 (CD) và L5 (EF), bấm OK

 Cửa sổ “Element Sizes on Picked Lines” khác xuất hiện, nhập giá trị “50” vào ô NDIV No of element divisions, bấm Apply

 Cửa sổ “Element Size on Picked Lines” sẽ xuất hiện, đồng thời màn hình xuất hiện hình mũi tên hướng lên ()

 Nhấp chọn đường thẳng L2 (BC), bấm OK

 Cửa sổ “Element Sizes on Picked Lines” khác xuất hiện, nhập giá

 Cửa sổ “Element Size on Picked Lines” sẽ xuất hiện, đồng thời màn hình xuất hiện hình mũi tên hướng lên ()

 Nhấp chọn đường thẳng L4 (DE), bấm OK

 Cửa sổ “Element Sizes on Picked Lines” khác xuất hiện, nhập giá trị “100” vào ô NDIV No of element divisions, bấm OK

 Trên cửa sổ “Mesh Tool” ta chọn nút Mesh

 Cửa sổ “Mesh Lines” xuất hiện, nhấp Pick All

5 Nhập điều kiện biên a) Các điều kiện biên về chuyển vị

 Cửa sổ “Apply U ROT on KPs” xuất hiện, đồng thời màn hình cũng xuất hiện hình mũi tên hướng lên ()

 Nhấp chọn keypoint 1 (ngay góc tọa độ), bấm OK, cửa sổ “Apply

U ROT on KPs” khác xuất hiện

 Chọn UX và UY trong ô Lab2 và nhập giá trị “0” vào ô Displacement value

 Cửa sổ “Apply U ROT on KPs” xuất hiện, đồng thời màn hình cũng xuất hiện hình mũi tên hướng lên ()

 Nhấp chọn keypoint 5(nơi có gối tựa), bấm OK, cửa sổ “Apply U

ROT on KPs” khác xuất hiện

 Chọn UY trong ô Lab2 và nhập giá trị “0” vào ô Displacement value

 Nhấp OK b) Lực tập trung và moment tập trung

 Structural  Force/Moment  On Keypoints

 Cửa sổ “Apply F/M on Keypoints” xuất hiện, đồng thời màn hình cũng xuất hiện hình mũi tên hướng lên ()

 Nhấp chọn keypoint 2 và keypoint 3, bấm OK, cửa sổ “Apply F/M on KPs” khác xuất hiện

 Chọn FY trong ô Lab và nhập giá trị “–100” vào ô VALUE, nhấp

 Nhấp chọn keypoint 1, bấm OK, cửa sổ “Apply F/M on KPs” khác xuất hiện

 Chọn MZ trong ô Lab và nhập giá trị “–100” vào ô VALUE, nhấp Apply

 Chọn MZ trong ô Lab và nhập giá trị “400” vào ô VALUE, nhấp

 Chọn MZ trong ô Lab và nhập giá trị “–200” vào ô VALUE, nhấp

 Cửa sổ “Apply PRES on Beams” xuất hiện, đồng thời màn hình cũng xuất hiện hình mũi tên hướng lên ()

 Chọn các phần tử tính từ keypoint 3 đến keypoint 6, bấm OK, cửa sổ “Apply PRES on Beams” khác xuất hiện

 Nhập giá trị “100” vào ô VALI, nhấp OK Thì mô hình thể hiện như hình 3.3

COMMAND: Main Menu  Solution  Solve  Current LS

 Nhấp OK trên cửa sổ “Solve Current Load Step”

7 Xử lý kết quả a) Xem biểu đồ nội lực

To view the internal force diagram, it is essential to create an element table For more detailed information about the BEAM3 element, refer to the help section of ANSYS.

COMMAND: Main Men  General Postproc  Element Table

 Trong phần Item, Comp, kéo thanh cuộn xuống để chọn mục

 Trong ô kế bên, chọn SMISC

 Trong ô ở dưới, thêm số “2” vào như sau: “SMISC, 2.”

 Contour Plot  Line Element Res

 Cửa sổ “Plot Line-Element Results” xuất hiện

 Chọn QYI trong ô LabI và chọn QYJ trong ô LabJ

 Nhập “–3” vào ô Fact (hệ số tỉ lệ, dấu âm có nghĩa là hình sẽ quay xuống)

 Bấm OK Biểu đồ Q y thể hiện như hình 3.4.a

 Contour Plot  Line Element Res

 Cửa sổ “Plot Line-Element Results” xuất hiện

 Chọn MZI trong ô LabI và chọn MZJ trong ô LabJ

 Bấm OK Biểu đồ M z thể hiện như hình 3.4.b a) b)

Biểu đồ nội lực vẽ hoàn toàn giống với cách giải bằng lý thuyết Sức bền vật liệu b) Xem chuyển vị tại đầu F của thanh dầm

COMMAND: Utility MenuPlotCtrls Numbering

 Cửa sổ “Plot Numbering Controls” sẽ xuất hiện

 Nhấp chọn ô Node numbers (NODE) từ off sang on, bấm OK

Phóng to màn hình lên ngay đầu dầm thì ta thấy rằng node ngay điểm F là node 352

COMMAND: Utility MenuListResultsNodal Solution

 Cửa sổ “List Nodal Solution” xuất hiện

 Chọn Nodal Solution  DOF Solution  Y- Component of displacement

 Bấm OK Bảng PRNSOL xuất hiện, tìm node 352, kết quả chuyển vị theo phương y như thể hiện hình 3.5

Chuyển vị y F chính xác với cách giải bằng lý thuyết Sức bền vật liệu c) Xem ứng suất

COMMAND: Main Men  General Postproc  Element Table

 Nhấp vào Add làm xuất hiện cửa sổ “Define Additional Element

 Trong phần Item, Comp, kéo thanh cuộn xuống để chọn mục By sequence num

 Trong ô kế bên, chọn NMISC

 Trong ô ở dưới, thêm số “1” vào như sau: “NMISC, 1.”

COMMAND: Main Menu  General Postproc  List Results

 Cửa sổ “List Element Table Data” xuất hiện

 Chọn MZI và SMAX trong ô Lab1-9

 Bấm OK Thì xuất hiện bảng PRETAB Ta thấy rằng node 251 (hình 3.6) có:

Kết quả chính xác với cách giải bằng lý thuyết Sức bền vật liệu

Cho khung ABCD chịu tác dụng như hình 3.7 Cho E=2.1×10 9 N/m 2

1) Vẽ biểu đồ nội lực M, Q, N

A GIẢI BẰNG SỨC BỀN VẬT LIỆU

1) Vẽ biểu đồ nội lực

    Đây là bài toán siêu tĩnh bậc một Nên phải chọn một hệ cơ bản, và hệ cơ bản được chọn như hình 3.8.a

Vì vậy phương trình chính tắc có như dạng sau:

Thay thế các gối bằng các phản lực như hình 3.8.b Sau khi tính các phương trình cân bằng, ta có các phản lực:

Biểu đồ lực dọc và moment do tải trọng gây ra được thể hiện trên hình 3.9.a và 3.9.b

Biểu đồ lực dọc và moment do lực đơn vị X 1 = 1 gây ra được thể hiện trên hình 3.9.c và 3.9.d

Thay X 1 vào biểu thức tính phản lực thì ta có:

TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM ANSYS

ỨNG DỤNG ANSYS VÀO BÀI TOÁN DẦM – KHUNG

PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG

ỨNG DỤNG ANSYS VÀO BÀI TOÁN CƠ HỌC PHÁ HỦY

ỨNG DỤNG ANSYS VÀO BÀI TOÁN LƯU CHẤT

ỨNG DỤNG ANSYS VÀO BÀI TOÁN TRUYỀN NHIỆT

ỨNG DỤNG ANSYS VÀO BÀI TOÁN TỐI ƢU HÓA

ỨNG DỤNG ANSYS VÀO BÀI TOÁN TƯƠNG TÁC LƯU CHẤT-KẾT CẤU

SỬ DỤNG LỆNH TRONG ANSYS

Tiêu đề	Ứng Dụng Ansys Vào Bài Toán Kỹ Thuật
Tác giả	Phan Đức Huynh, Nguyễn Hoàng Sơn
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Cơ Học
Thể loại	Giáo Trình
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	437
Dung lượng	15,15 MB