Tham khảo tài liệu 'ứng dụng của công nghệ cad/cam/caf trong việc thiết kế, đánh giá và chế tạo chi tiết, chương 9', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: ứng dụng của công nghệ CAD/CAM/CAF trong việc thiết kế, đánh giá và chế tạo chi tiết, chương 9
- Chương 9: ANSYS WORKBENCH VÀ KHẢ
NĂNG ỨNG DỤNG ANSYS
WORKBENCH PHÂN TÍCH, ĐÁNH
GIÁ MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC
3.1 Tổng quan về Ansys
1. Giới thiệu chung
Ansys 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 từ dạng giải tích về dạng số, với việc sử dụng phương pháp rời
rạc hóa và gần đúng để giải.
Nhờ ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn, các bài toán kỹ
thuật về cơ, nhiệt, thủy khí, điện từ, sau khi mô hình hóa và xây
dựng mô hình toán học, cho phép giải chúng với các điều kiện biên
cụ thể với số bậc tự do lớn.
Trong bài toán kết cấu (Stuctural), phần mềm Ansys dùng để
giải các bài toán trường ứng suất – biến dạng, trường nhiệt cho 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 hồiđàn hồi phi tuyến, đàn dẻo lý tưởng,
- dẻo nhớt, đàn nhớt…Ansys cung cấp trên 200 kiểu phần tử khác
nhau. Mỗi kiểu phần tử tương ứng với một dạng bài toán. Khi chọn
một phần tử, bộ lọc sẽ chọn các module tính toán phù hợp, và đưa
ra các yêu cầu về việc nhập các tham số tương ứng để giải. Đồng
thời việc chọn phần tử, Ansys 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 vật lý của vật liệu. Ansys là
phần mềm giải các bài toán bằng phương pháp số, chúng giải trên
mô hình học thực. Vì vậy cần đưa vào mô hình học đúng. Ansys
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 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 phần tử. Hai dạng
mô hình được trao đổi và thống nhất với nhau để tính toán. Ansys
là phần mềm giải bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn, nên
sau khi dựng mô hình hình học, Ansys 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 phụ thuộc năng lực của từng
phần mềm.
- Để giải một bài toán bằng phần mềm Ansys, cần đưa các điều
kiện ban đầu và điều kiện biên cho mô hình hình học. Các ràng
buộc, các nội lực hoặc ngoại lực (lực, chuyển vị, nhiệt độ, mật độ)
được đưa vào tại từng nút, từng phần tử trong mô hình hình học.
Sau khi xác lập được các điều kiện bài toán, để giải chúng
Ansys cho phép chọn các dạng bài toán. Khi giải các bài toán phi
tuyến, đặt ra vấn đề là sự hội tụ của bài toán. Ansys cho phép xác
lập các bước lặp để giải bài toán lặp với độ chính xác cao. Để theo
dõi bước tính, Ansys cho biểu đồ các bước lặp và hội tụ. Các kết
quả tính toán được ghi vào file dữ liệu. Việc xuất các dữ liệu được
tính toán và lưu trữ, Ansys xử lý rất mạnh, cho phép xuất dữ liệu
dưới dạng đồ thị, ảnh đồ, để có thể quan sát trường ứng suất và
biến dạng, đồng thời cũng cho phép xuất kết quả dưới dạng bảng
số.
Ansys là gói phần mềm FEA hoàn chỉnh dùng để mô phỏng,
tính toán thiết kế công nghiệp, đã và đang sử dụng trên toàn thế
giới trong hầu hết các lĩnh vực kĩ thuật:
- Kết cấu – cơ học (Structural)
- Nhiệt (Thermal)
- Dòng chảy, bao gồm cả mô phỏng số động lực học dòng chảy
(Computational Fluid Dynamics, CFD)
- Điện, Tĩnh điện (Electric)
- Điện từ (Magnetic)
- - Thủy khí (Fluid)
- Tương tác giữa các môi trường, giữa các hệ vật lý
Các lĩnh vực công nghiệp chính có sử dụng Ansys:
- Vũ trụ, hàng không
- Công nghiệp ôtô
- Y sinh
- Xây dựng và cầu đường
- Điện tử và thiết bị
- Máy móc và thiết bị công nghiệp nặng
- Các hệ vi cơ – điện tử (Micro Electromechanical Systems,
MEMS).
- Dụng cụ thể thao
ANSYS/Multiphysics là sản phẩm tổng quát nhất của
ANSYS, nó chứa tất cả các khả năng của ANSYS và bao
trùm tất cả các lĩnh vực kỹ thuật.
Có 3 sản phẩm thành phần chính dẫn xuất từ
ANSYS/Multiphysics là:
+ ANSYS/Mechanical : Tính toán kết cấu và nhiệt.
+ ANSYS/Emag : Tính toán điện từ.
+ ANSYS/FLOTRAN : Tính toán CFD.
Ngoài ra còn có các dòng sản phẩm khác:
- + ANSYS/LS-DYNA : Giải quyết các vấn đề kết cấu có độ
phi tuyến cao (VD:bài toán động lực học biến dạng lớn trong
gia công áp lực)
+ DesignSpace : Là một công cụ gọn nhẹ cho phép phân tích
và thiết kế nhanh trong các môi trường CAD khác nhau (ví
dụ: SolidWorks, Autodesk products, SolidEdge, Unigraphics
…).
+ ANSYS/ProFEA : Cho phép phân tích và tối ưu thiết kế
trong môi
trường CAD Pro/ENGINEER
2. Phân tích một số đặc điểm của Ansys
Phân tích kết cấu:
- Phân tích kết cấu được sử dụng để xác định đường chuyển vị,
biến dạng, ứng suất, và các phản lực.
- Phân tích tĩnh:
+ Sử dụng trong trường hợp tải tĩnh
+ Ứng xử phi tuyến: Ví dụ như độ võng lớn, biến dạng lớn, bài
toán tiếp xúc, chảy dẻo, siêu đàn hồi, từ biến…
Hình 3.1: Dầm có độ võng lớn
- Phân tích động lực học:
+ Bao gồm hiệu ứng khối lượng, giảm chấn.
- + Phân tích Modal: Xác định tần số riêng, dao động riêng.
+ Phân tích điều hòa : Xác định kết cấu khi tải trọng có dạng
hình sin với biên độ và tần số xác định.
+ Phân tích động lực học tức thời: Xác định kết cấu khi tải
trọng thay đổi theo thời gian và có thể bao gồm cả phi tuyến.
- Một số khả năng khác trong phân tích kết cấu:
+ Phân tích phổ
+ Phân tích dao động ngẫu nhiên
+ Mất ổn định
+ Kết cấu con
Hình 3.2 : Dạng chuyển vị
Động lực học biến dạng lớn
- Dùng để mô phỏng biến dạng rất lớn khi lực quán tính đóng
vai trò quyết định
- Dùng để mô phỏng các bài toán va chạm, phá hủy, tạo hình
nhanh…
Phân tích nhiệt
- Phân tích nhiệt được dùng để xác định trường phân bố nhiệt
độ trong một vật thể. Các đại lượng đáng quan tâm khác bao gồm :
lượng nhiệt mất đi hoặc tăng lên, gradient nhiệt, và dòng nhiệt
- - Tất cả 3 dạng truyền nhiệt cơ bản đều có thể được phân tích
và mô phỏng : dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ
- Trạng thái ổn định: Bỏ qua các ảnh hưởng phụ thuộc thời
gian
- Trạng thái tức thời hay chưa ổn định:
+ Để xác định nhiệt độ và một số đại lượng khác như một hàm
của thời gian
+ Cho phép mô phỏng sự thay đổi pha (nóng chảy hoặc đông
đặc)
Phân tích điện từ
- Phân tích điện từ được sử dụng để tính toán từ trường trong
các thiết bị điện từ
+ Mô phỏng các thiết bị sử dụng nguồn điện một chiều, nguồn
xoay chiều tần số thấp, các tín hiệu tần số tức thời tần số thấp.
+ Ví dụ: Thiết bị khởi động từ, các động cơ, máy biến thế.
+ Các thông số đáng quan tâm bao gồm: Mật độ thông lượng
từ, cường độ từ trường, lực và mô men từ, trở kháng, độ tự cảm,
dòng điện xoáy, công suất mất mát và dòng rò
- Phân tích điện từ tần số cao:
+ Mô phỏng các thiết bị truyền sóng điện từ
+ Ví dụ: Các thiết bị thu vi sóng và sóng radio, dẫn song, thiết
bị kết nối đồng trục
- + Các đại lượng quan tâm gồm có: Các thông số S, nhân tố Q,
tổn thất đường về, tổn hao điện môi và tổn hao dẫn điện, các
trường điện từ.
- Phân tích tĩnh điện:
+ Tính toán trường điện khi kích thích bằng điện áp hay tích
điện
+ Ví dụ: Thiết bị cao áp, các hệ vi cơ điện tử (MESM), đường
truyền
+ Các đại lượng điển hình là cường độ và điện dung của trường
điện
- Độ dẫn điện: Để tính toán dòng điện trong dây dẫn khi áp đặt
một điện áp
- Kết nối mạch: Để kết nối một mạch điện với các thiết bị điện
từ
- Các kiểu phân tích điện từ:
+ Phân tích tĩnh: Tính toán từ trường của dòng một chiều hoặc
nam châm vĩnh cửu
+ Phân tích điều hòa: Tính toán từ trường của dòng điện xoay
chiều
+ Phân tích tức thời: Được sử dụng với từ trường thay đổi theo
thời gian
Tính toán động lực học dòng chảy
- - Để xác định phân bố lưu lượng và nhiệt độ trong một dòng
chảy
Hình 3.3. Vận tốc của dòng chảy trong một ống dẫn và phân bố
áp suất
- ANSYS/FLOTRAN có thể mô phỏng dòng chảy tầng và
dòng chảy rối, dòng nén được và dòng không nén được, và nhiều
dòng chảy kết hợp.
- Ứng dụng cho : hàng không vũ trụ, đóng gói điện tử, thiết kế
ôtô.
- Các đại lượng đặc trưng đáng quan tâm là vận tốc, áp suất,
nhiệt độ và các hệ số màng.
- Âm thanh :
+ Để phân tích và mô phỏng sự tương tác giữa 1 môi trường
chất lỏng hoặc khí và khối chất rắn bao quanh.
+ Ví dụ : Loa phóng thanh, nội thất ô tô, thiết bị dò bằng siêu
âm.
+ Các đại lượng đặc trưng bao gồm: phân bố áp suất, chuyển vị
và
- các tần số riêng.
- Phân tích chất lỏng (hoặc khí) trong bể chứa :
+ Để mô phỏng hiệu ứng của một chất lỏng hoặc khí đứng yên
(không chảy) trong bể chứa, và tính toán áp suất thủy tĩnh khuấy
lên.
+ Ví dụ : Trong tàu chở dầu, các bình chứa chất lỏng khác.
- Nhiệt và sự dịch chuyển khối lượng: Một phần tử 1 chiều
được sử dụng để tính toán lượng nhiệt sinh ra do sự dịch chuyển
khối lượng giữa hai vị trí, ví dụ như dịch chuyển của một khối
lượng trong một cái ống.
Phân tích tương tác giữa các trường vật lí :
- Xem xét sự tương tác giữa hai hoặc nhiều trường khác nhau.
Vì trên thực tế các trường đều phụ thuộc lẫn nhau, nên không thể
giải quyết chúng một cách tách biệt, bởi vậy cần có một chương
trình giải quyết đồng thời cả hai hiện tượng bằng cách kết hợp
chúng.
- Ví dụ:
+ Phân tích nhiệt - ứng suất.
+ Phân tích áp điện (điện và kết cấu)
+ Âm thanh (dòng chảy và kết cấu)
+ Phân tích nhiệt-điện
+ Cảm ứng nhiệt (từ và nhiệt)
+ Phân tích tĩnh điện-kết cấu
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
