Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Kỹ thuật - Công nghệ Cơ khí chế tạo máy Ansys workbench và khả năng ứng dụng của ansys workbench vào phân tích tô...

Tài liệu Ansys workbench và khả năng ứng dụng của ansys workbench vào phân tích tối ưu chi tiết bích đầu bơm thủy lực

.DOC
29
1
85

Mô tả:

 Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nên các ngành công nghiệp thì việc ứng dụng các phần mềm số là rất quan trọng. Nó không những giúp mô phỏng một cách gần đúng các mô hình cần chế tạo…mà còn giảm chi phí sản xuất, giảm các công đoạn kiểm tra đánh giá. Từ đó giảm giá thành sản phẩm. Trước đây, để tính toán các mô hình người ta dùng các phương thủ công là tính bằng tay nhờ các công thức thực nghiệm. Những năm gần đây, nhờ sự phát triển của các công cụ tính toán cùng sự phát triển của máy tính điện tử được thiết lập và dần dần hoàn thiện các phần mềm công nghiệp, sử dụng để giải các bài toán cơ học vật rắn, cơ học thủy khí, các bài toán động, các bài toán tuyến tính và phi tuyến, các bài toán về trường điện từ, bài toán tương tác đa trường vật lý. Ansys Workbench là một phần mềm mạnh được phát triển và ứng dụng rộng rãi, nó có thể đáp ứng các yêu cầu nói trên của cơ học.  Ansys Workbench là một trong nhiều chương trình phần mềm công nghiệp,sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để phân tích bài toán vật lý – cơ học,chuyển các phương trình vi phân,phương trình đạo hàm riêng về dạng số, với việc sử dụng phương pháp rời rạc hóa và gần đúng để giải.  Lợi thế của ANSYS WORBENCH : -Khả năng nhập mô hình hình học. -Khả năng chia lưới tốt. -Tích hợp các công cụ. -Khả năng kết hợp theo hai hướng với CAD…  Trong bài toán kết cấu (Structural),phần mềm Ansys dùng để giải các bài toán trường ứng suất – biến dạng, trường nhiệt do các kết cấu.Giải các bài toán dạng tĩnh, dao động, cộng hưởng, bài toán ổn định, bài toán va đập, bài toán tiếp xúc. Các bài toán được giải cho các dạng phần tử kết cấu thanh, dầm, 2D và 3D, giải các bài toán với vật liệu đàn hồi, đàn dẻo lý tưởng, dẻo nhớt, đàn nhớt… Ansys workbench cung cấp trên 200 kiểu phần tử khác nhau. Mỗi kiểu phần tử tương ứng với 1 dạng bài toán. Khi chọn một phần tử, bộ lọc sẽ cho các module tính toán phù hợp, và đưa ra các yêu cầu về việc nhập các tham số để giải. Đồng thời việc chọn phần tử, Ansys workbench yêu cầu chọn dạng bài toán riêng cho từng phần tử. Việc tính toán còn phụ thuộc vào dạng vật liệu. Mỗi bài toán cần đưa mô hình vật liệu, cần xác định rõ mô hình là vật liệu đàn hồi hay dẻo, là vật liệu tuyến tính hay phi tuyến tính, với mỗi vật liệu cần nhập đủ thông số của vật liệu. Ansys workbench là phần mềm giải các bài toán bằng phương pháp số, chúng giải trên mô hình học thực. Vì vậy cần đưa ra mô hình học đúng. Ansys workbench cho phép xây dựng các mô hình học 2D và 3D với các kích thước thực hình dáng đơn giản hóa hoặc mô hình như vật thật. Ansys workbench có khả năng mô phỏng theo mô hình học với các điểm, đường, diện tích và mô hình phần tử hữu hạn với các nút và các phần tử. Hai dạng mô hình trao đổi và thống nhất với nhau để giải các bài toán bằng phần tử hữu hạn, nên sau khi xây dựng mô hình học, Ansys workbench cho phép chia lưới phần tử do người sử dụng hoặc tự động chia lưới. Số lượng nút và phần tử quyết định đến độ chính xác của bài toán, nên cần chia lưới càng nhỏ càng tốt. Nhưng việc chia lưới cũng phụ thuộc vào năng lực của từng phần mềm.  Để giải một bài toán bằng phần mềm Ansys workbench, cần đưa ra các điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho mô hình học. Các ràng buộc, các nội lực hoặc các ngoại lực (lực, chuyển vị, nhiệt độ, mật độ) được đưa vào từng nút, từng phần tử trong mô hình hình học. Cụ thể các bước của quá trình mô phỏng như sau:  Mô hình hóa hình học 3D, nhờ các phân mềm, sau đó, chuyển về Ansys workbench, nếu sử dụng WorkBench thì có thể chuyển phân tích ngay.  Nhập chọn mô hình vật liệu cho từng chi tiết: nhập các thuộc tính cơ học, nhiệt và các thuộc tính khác cho các chi tiết và kết cấu. Ansys workbench cho phép nhập thuộc tính vật liệu không phải chỉ là các giá trị cố định về giới hạn đàn hồi, giới hạn chảy, mà cho phép nhập quan hệ ứng suất và biến dạng, hay nói cách khác cho phép nhập quan hệ thực giữa ứng suất và biến dạng, quan hệ đó là quan hệ phi tuyến và phụ thuộc nhiệt độ và tốc độ biến dạng. Ansys workbench cho quan hệ ứng suất và biến dạng của một số thép thông dụng, nhưng cũng cho phép người dùng tự nhập các giá trị đường cong thực nghiệm của người dùng.
PHẦN I ANSYS WORKBENCH VA KHA NĂNG ƯNG DUNG CUA ANSYS WORKBENCH VAO PHÂN TICH TÔI ƯU CHI TIÊT BICH ĐẦU BƠM THUY LCC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ANSYS WORKBENCH 13 1C1CGiơi thiêụ chungC  Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nên các ngành công nghiệp thì việc ứng dụng các phần mềm số là rất quan trọng. Nó không những giúp mô phỏng một cách gần đúng các mô hình cần chế tạo…mà còn giảm chi phí sản xuất, giảm các công đoạn kiểm tra đánh giá. Từ đó giảm giá thành sản phẩm. Trước đây, để tính toán các mô hình người ta dùng các phương thủ công là tính bằng tay nhờ các công thức thực nghiệm. Những năm gần đây, nhờ sự phát triển của các công cụ tính toán cùng sự phát triển của máy tính điện tử được thiết lập và dần dần hoàn thiện các phần mềm công nghiệp, sử dụng để giải các bài toán cơ học vật rắn, cơ học thủy khí, các bài toán động, các bài toán tuyến tính và phi tuyến, các bài toán về trường điện từ, bài toán tương tác đa trường vật lý. Ansys Workbench là một phần mềm mạnh được phát triển và ứng dụng rộng rãi, nó có thể đáp ứng các yêu cầu nói trên của cơ học.  Ansys Workbench là mô ̣t trong nhiều chương trình phần mềm công nghiê ̣p,sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để phân tích bài toán vâ ̣t lý – cơ học,chuyển các phương trình vi phân,phương trình đạo hàm riêng về dạng số, với viê ̣c sử dụng phương pháp rời rạc hóa và gần đúng để giải.  Lợi thế của ANSYS WORBENCH : -Khả năng nhập mô hình hình học. -Khả năng chia lưới tốt. -Tích hợp các công cụ. -Khả năng kết hợp theo hai hướng với CAD…  Trong bài toán kết cấu (Structural),phần mềm Ansys dùng để giải các bài toán trường ứng suất – biến dạng, trường nhiê ̣t do các kết cấu.Giải các bài toán dạng tinh, dao đô ̣ng, cô ̣ng hưởng, bài toán ôn đinh, bài toán va đâ ̣p, bài toán tiếp xúc. Các bài toán được giải cho các dạng phần tử kết cấu thanh, dầm, DD và 3D, giải các bài toán với vâ ̣t liê ̣u đàn hôi, đàn dẻo lý tưởng, dẻo nhớt, đàn nhớt… Ansys workbench cung cấp trên D0000 kiểu phần tử khác nhau. Môi kiểu phần tử tương ứng với 1 dạng bài toán. Khi chọn mô ̣t phần tử, bô ̣ lọc sẽ cho các module tính toán phù hợp, và đưa ra các yêu cầu về viê ̣c nhâ ̣p các tham số để giải. Đôông thời viê ̣c chọn phần tử, Ansys workbench yêu cầu chọn dạng bài toán riêng cho từng phần tử. Viê ̣c tính toán còn phụ thuô ̣c vào dạng vâ ̣t liê ̣u. Môi bài toán cần đưa mô hình vâ ̣t liê ̣u, cần xác đinh ro mô hình là vâ ̣t liê ̣u đàn hôi hay dẻo, là vâ ̣t liê ̣u tuyến tính hay phi tuyến tính, với môi vâ ̣t liê ̣u cần nhâ ̣p đủ thông số của vâ ̣t liê ̣u. Ansys workbench là phần mềm giải các bài toán bằng phương pháp số, chúng giải trên mô hình học thực. Vì vâ ̣y cần đưa ra mô hình học đúng. Ansys workbench cho ph́p xây dựng các mô hình học DD và 3D với các kích thước thực hình dáng đơn giản hóa hoă ̣c mô hình như vâ ̣t thâ ̣t. Ansys workbench có khả năng mô phỏng theo mô hình học với các điểm, đường, diê ̣n tích và mô hình phần tử hữu hạn với các nút và các phần tử. Hai dạng mô hình trao đôi và thống nhất với nhau để giải các bài toán bằng phần tử hữu hạn, nên sau khi xây dựng mô hình học, Ansys workbench cho ph́p chia lưới phần tử do người sử dụng hoă ̣c tự đô ̣ng chia lưới. Số lượng nút và phần tử quyết đinh đến đô ̣ chính xác của bài toán, nên cần chia lưới càng nhỏ càng tốt. Nhưng viê ̣c chia lưới cũng phụ thuô ̣c vào năng lực của từng phần mềm.  Đôể giải mô ̣t bài toán bằng phần mềm Ansys workbench, cần đưa ra các điều kiê ̣n ban đầu và điều kiê ̣n biên cho mô hình học. Các ràng buô ̣c, các nô ̣i lực hoă ̣c các ngoại lực (lực, chuyển vi, nhiê ̣t đô ̣, mâ ̣t đô ̣) được đưa vào từng nút, từng phần tử trong mô hình hình học. Cụ thể các bước của quá trình mô phỏng như sau:  Mô hình hóa hình học 3D, nhờ các phân mềm, sau đó, chuyển về Ansys workbench, nếu sử dụng WorkBench thì có thể chuyển phân tích ngay.  Nhập chọn mô hình vật liệu cho từng chi tiết: nhập các thuộc tính cơ học, nhiệt và các thuộc tính khác cho các chi tiết và kết cấu. Ansys workbench cho ph́p nhập thuộc tính vật liệu không phải chỉ là các giá tri cố đinh về giới hạn đàn hôi, giới hạn chảy, mà cho ph́p nhập quan hệ ứng suất và biến dạng, hay nói cách khác cho ph́p nhập quan hệ thực giữa ứng suất và biến dạng, quan hệ đó là quan hệ phi tuyến và phụ thuộc nhiệt độ và tốc độ biến dạng. Ansys workbench cho quan hệ ứng suất và biến dạng của một số th́p thông dụng, nhưng cũng cho ph́p người dùng tự nhập các giá tri đường cong thực nghiệm của người dùng.  Chia lưới phần tử Meshing: Đôể giải bài toán phân tích, như tính bền chẳng hạn, người ta sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để giải. Vì vậy cần phải chia lưới phần tử. Số lượng nút và phần tử quyết đinh đến độ chính xác của bài toán, nên lưới càng chia nhỏ càng tốt, nhưng việc chia nhỏ phần tử phụ thuộc vào năng lực của từng phiên bản ANSYS.  Nhập điều kiện biên Cơ - nhiệt: Xác đinh các điểm hoặc mặt cố đinh, hoặc chuyển động với số bậc tự do nào đó, nhập lực tác dụng với lực tập trung, lực phân bố, mô men, hay nhiệt... Chọn phương pháp giải: bài toán tính bền tinh hay động, bài toán mỏi, hay dao động, bài toán nhiệt đơn thuần hay bài toán đông tác dụng nhiệt và cơ...  Cho chạy Run chương trình để máy tính giải...  Lấy kết quả: vào Result để chọn các kết quả cần phần tích: chuyển vi, ứng suất, biến dạng... tùy theo yêu cầu người dùng... Sau đó so với các tiêu chuẩn bền để phán x́t chô nào bền, chô nào sẽ bi hỏng, từ đó chỉnh lại kết cấu để tránh các sai hỏng..,.  Sau khi xác lâ ̣p được các điều kiê ̣n bài toán, để giải chúng Ansys workbench cho ph́p chọn các dạng bài toán. Khi giải các bài toán phi tuyến, đă ̣t ra vấn đề là sự hô ̣i tụ của bài toán. Ansys workbench cho ph́p xác lâ ̣p các bước lă ̣p để giải bài toán lă ̣p vứi đô ̣ chính xác cao. Đôể theo doi bước tính, Ansys workbench cho biểu đô các bước lă ̣p và hô ̣i tụ. Các kết quả tính toán được lưu vào file dữ liê ̣u. Viê ̣c xuất ra các dữ liê ̣u được tính toán và lưu trữ, Ansys workbench xử lý rất mạnh, cho ph́p xuất dữ liê ̣u dưới dạng đô thi, ảnh đô, để có thể quan sát trường ứng suất và biến dạng, đông thời cũng cho ph́p xuất kết quả dưới dạng bảng số. 1C2C Cấu trúc phần mềm ANSYS WorkBenchC 1C2C1CPhân loại các modul trong Ansys workbenchC  Ansys workbench là gói phần mềm FEA hoàn chỉnh được dùng để mô phỏng, tính toán, thiết kế công nghiê ̣p, đã và đang sử dụng trên toàn thế giới trong hầu hết các linh vực ky thuâ ̣t:  Kết cấu – cơ học. (Structural)  Nhiê ̣t (Thermal)  Dòng chảy, bao gôm cả mô phỏng số đô ̣ng lực học dòng chảy (Computational Fluid Dynamics, CFD)  Đôiê ̣n, tinh điê ̣n (Electric)  Đôiê ̣n từ (Magnetic)  Thủy khí (Fluid)  Tương tác giữa các môi trường, giữa các hê ̣ vâ ̣t lý, các linh vực công nghiê ̣p khác có sử dụng tới Ansys workbench  Vũ trụ, hàng không  Công nghiê ̣p ô tô  Xây dựng cầu đường.  …  Các thành phần của ANSYS WORBENCH : - DesignModeler - Meshing - Simulation - DesignXplorer và DesignXplorer VT - FE Modeler - Advanced Meshing - Autodyn . 1C2C2C Cấu trúc của modul Static structuralC  Khởi động Ansys workbench và vào modul Static structural. Cấu trúc tinh  Modul cài đặt vật liệu. Cài đặt vật liệu Chọn dạng vật liệu chung Phác thảo các loại vật liệu Tông quát cấu trúc vật liệu  Modul thiết kế. Thiết kế hình học  Modul chuyển mô hình sang mô phỏng. Mô hình chi tiết  Modul cài đặt các thông số mô phỏng chi tiết.  Chia lưới chi tiết. Chế độ chia lưới  Đôặt các tải trọng lên chi tiết. Các loại tải trọng  Modul giải pháp cho mô hình.  Quá trình chạy mô phỏng. CHƯƠNG 2: ƯNG DUNG PHẦN MỀM ANSYS WORKBENCH 13 VAO TINH TOÁN CẤU TRÚC TĨNH CUA CHI TIÊT BICH ĐẦU BƠM THUY LC 2C1C Yêu cầu ttnh toán thiêt chi tiêt btch ầầu b m thủy lựcC  Kết cấu của chi tiết phải đảm bảo đủ độ cứng, độ bền và đảm bảo tính tin cậy gia công chế tạo. Chi tiết phải chiu được các điều kiện tác động bên ngoài: Rung động, dao động, thay đôi nhiệt độ…  Kích thước chi tiết: 149x134x35 mm.  Trọng lượng: D,8 kg.  Các dạng tải trọng phải chiu:  Áp lực của dầu bơm.  Momen quay của trục bánh răng.  … => Qua phân tích ở trên ta có thể thấy yêu cầu của bài toán đặt ra là tính toán, mô phỏng độ bền cơ học của chi tiết trong quá trình làm việc.  Vật liệu chế tạo: Gang xám. 2C2CĐặt vật liệu và chia lươiC 2C2C1CVật liệuC Vật liệu sử dụng cho chế tạo chi tiết bích là Gang xám.Với các thông số đặt vào chi tiết như sau: Hình 2.1: Chi tiết bằng Gang xám và Bảng vật liệu Gang xám. 2C2C2CChia lươiC  Do điều kiện hạn chế của máy tính nên chỉ có thể chia lưới đến mức min nhất đối với các kết cấu của lô nhỏ, các rãnh cũng như các chi tiết quá nhỏ khác..  Lý do chia lưới như thế là vì :  Với các kích thước nhỏ thì buộc phải chia lưới với phần tử nhỏ tương ứng.  Phần trụ là phần có ảnh hưởng lớn nhất đến kết cấu của chi tiết.  Các phần còn lại chia lưới nhỏ nhất có thể so với khả năng của máy tính Hình 2.2: Chia lưới vật liệu 2C3CCác trường hợp ttnh toán và kêt quả thu ầượcC Hình 2.3: Mô hình làm việc của bích đầu trong máy bơm  Sau khi phân tích các điều kiện của bích đầu bơm. Khi làm việc bích đầu bơm chiu tác dụng của dầu,với áp suất tác dụng lên là D MPa.Và áp suất này giữ suốt trong quá trình làm việc của máy.  Ta nhận thấy rằng với bề mặt chiu tác dụng có tiết diện là 00,00005 m D thì lực tác dụng vào sẽ là: F = D000000000000x00,00005 = 100000000 N.  Với bề mặt lô Φ16. Có tiết diện 00,000000116 m D. Thì lực tác dụng vào sẽ là F = D000000000000x00,000000116 = D3D N.  Với bề mặt D lô trục thì chiu lực momen là: p  m s . 1 00 .q v  D 00 . D 00  5 00 85 . 1 00 1 00 00 M= (Nm) 2C3C1CTrường hợp 1C 2C3C1C1CĐiều kiện biênC  Đôặt fixed support vào mặt trong bích và mặt ngoài của bích.  Đôặt lực F = D3D N vào tiết diện lô Φ16.  Đôặt lực tác dụng lên bề mặt trong của bích với độ lớn F = 100000000 N.  Đôặt momen1 M = 500 Nm vào trục chủ động.  Đôặt momenD M = 500 Nm vào trục bi động. 2C3C1C2C Điều kiện thu ầượcC Sau khi tính toán ta thấy rằng, ứng suất lớn nhất tập trung lớn nhất tại phần giữa D trục bánh răng và 1 phần ở bên trục bi động. Phần chiu biến dạng lớn nhất là mặt trong bi áp suất dầu bơm tác dụng vào và 1 phần mặt sau của bích. Ta có bảng kết quả của biến dạng tông và ứng suất tương đương.  Bảng tông biến dạng. Results Defomation (mm) Minimum 00 Maximum 00,00000059400D  Bảng ứng suất tương đương. Results Minimum Maximum Equivalent Stress (Mpa) 00,0000DDD69 5,6316  Kết quả mô phỏng Total Defomation. Hình 2.4 : Tổng thể biến dạng.
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan