ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
Bộ Giáo Dục và Đào Tạo Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
_ _ _ _ _ _ _ _ $ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ $ _ _ _ _ _ _ _
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
Họ và tên :
Ngành : Chế Tạo Máy
Viện : Cơ Khí
1. Đề tài: Mô phỏng và tính toán bài toán cơ – nhiệt trong điện thoại
Samsung Galaxy S3.
2. Nội dung thuyết minh.
 Giới thiệu chung.
 Mô phỏng thiết kế điện thoại samsung galaxy s3.
 Mô phỏng số bài toán điện thoại samsung galaxy s3 chịu tải trọng cơ.
 Mô phỏng và tính toán bài toán truyền nhiệt trong điện thoại samsung
galaxy s3.
3. Giáo viên hướng dẫn :
4. Ngày hoàn thành :
Chủ nhiệm bộ môn Giáo viên hướng dẫn
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
GVHD: Page 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………

………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
GVHD: Page 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………

………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
GVHD: Page 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
Kết quả đánh giá đồ án tốt nghiệp:
Điểm hướng dẫn : ……………
Điểm duyệt : ……………
Điểm bảo vệ hội đồng : ……………
Ngày …. Tháng …. Năm 2014
Chủ tịch hội đồng
( ký và ghi rõ họ tên)
GVHD: Page 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
LỜI CẢM ƠN
Ngày nay sự phát triển mạnh mẽ của máy tính điện tử đã giúp cho việc
tính toán đạt tốc độ siêu nhanh, cải thiện đáng kể thời gian và có độ chính xác
rất cao. Thậm chí các khâu thử mẫu, thử độ bền, mô phỏng quá trình làm
việc… cũng đều được thực hiện trên các phần mền công nghiệp trước khi đưa
vào sản xuất hàng loạt.

Trong thực tế, các sản phẩm sản xuất ra đều phải được kiểm nghiệm chất
lượng, tính toán cơ – nhiệt là một trong những điều kiện bắt buộc trong khâu
kiểm tra này. Giải các bài toán cơ – nhiệt giúp cho chúng ta biết được khả
năng, giới hạn phá hủy, biến dạng, vị trí nguy hiểm, sự phân bố nhiệt, nhiệt độ
giới hạn…. khi sản phẩm làm việc.
Trong quá trình học tập tại Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội ngoài sự nỗ lực
của bản thân, em còn được sự giúp đỡ tận tình từ các thầy cô giáo, các bạn bè
đã giúp em học tập tốt hoàn thành khóa học. Em xin chân thành cảm ơn sự
giúp đỡ của các thầy cô giáo đã dạy dỗ, chỉ bảo tận tình cho em. Đặc biệt, em
xin cảm ơn đến ******* đã hướng dẫn tận tình, tâm huyết giúp chúng em
hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Hà Nội, ngày tháng năm

GVHD: Page 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………….…… 9
CHƯƠNG I: MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG ĐỀ TÀI………………… 10
I.1. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI……………………………………………… 11
I.2. NỘI DUNG ĐỀ TÀI……………………………………………… 11
I.3. PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ………………………….12
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CHUNG……………………………….…….13
II.1. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN …… 14
II.2. PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CÔNG NGHIỆP ANSYS………….….20
II.3. LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN DẪN NHIỆT………………… ……24
II.4. GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ DÒNG SẢN PHẨM SAMSUNG
GALAXY S3…………………………………………………………………32
CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG THIẾT KẾ ĐIỆN THOẠI SAMSUNG
GALAXY S3…………………………………………………………… …34
III.1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH VỎ SAU ………………….……… … 35

III.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHUNG THÂN,PIN VÀ VỎ TRƯỚC 38
III.3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỆN THOẠI……………………… …40
CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG SỐ BÀI TOÁN ĐIỆN THOẠI SAMSUNG
GALAXY S3 CHỊU TẢI TRỌNG CƠ…………………………….….… 41
IV.1. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC……………………………………….… 42
IV.2. CHỌN PHẦN TỬ VÀ VẬT LIỆU……………………… …… 43
IV.3. CÁCH CHIA LƯỚI…………………………………………… …47
IV.4. CÁCH ĐẶT ĐIỀU KIỆN BIÊN…………………………… ……47
GVHD: Page 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
IV.5. CÁC BƯỚC GIẢI…………………….……………… ………….48
IV.6. KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT………………………………… …53
CHƯƠNG V: MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN BÀI TOÁN TRUYỀN
NHIỆT TRONG ĐIỆN THOẠI SAMSUNG GALAXY S3……… ……59
V.1. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC………………………………………… … 60
V.2. CHỌN PHẦN TỬ VÀ VẬT LIỆU……………………… …….…63
V.3. CÁCH CHIA LƯỚI……………………………………… …….…65
V.4. CÁCH ĐẶT ĐIỀU KIỆN BIÊN…………………………… …… 65
V.5. CÁC BƯỚC GIẢI………………………………………… …… 65
V.6. KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT………………………………… … 74
CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA
ĐỀ TÀI…………………………………………………………… ……… 80
VI.1.KẾT LUẬN CHUNG………….………………………….……… 81
VI.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI………………………….……….82
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………83
GVHD: Page 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
LỜI NÓI ĐẦU
Trước đây khi ĐTDĐ chưa ra đời mọi người muốn trao đổi thông tin chủ
yếu phải gửi thư từ, việc làm này tốn nhiều thời gian mới nhận được thông tin.

Đó là chưa kể đến việc thất lạc, nhầm địa chỉ người nhận. ĐTDĐ ra đời giải
quyết được các vấn đề này.Bên cạnh đó nó còn mở ra một ngày công nghiệp
phát triển mạnh mẽ và nhanh bậc nhất từ trước đến nay. Các công ty,tập đoàn
có ảnh hưởng sâu rộng trên thế giới ra đời như Apple, Nokia, Samsung… với
các dòng sản phẩm mới ra đời ngày càng thông minh như Iphone(Apple),
Galaxy(Samsung)…Ở Việt Nam theo các nhà điều tra thì số lượng người sử
dụng ĐTDĐ rất cao. Nắm bắt cơ hội này nhiều nhà máy sản xuất ĐTDĐ có
vốn đầu tư của nước ngoài đã được xây dựng.
Mỗi tập đoàn điện thoại đều có trung tâm kiểm nghiệm sản phẩm riêng,
tại đây điện thoại được kiểm tra tất cả các khả năng xảy ra trong quá trính sử
dụng như bị rơi, lực tác dụng vào màn hình, để nơi nhiệt độ cao…. Mọi tính
toán cơ – nhiệt này đều được trợ giúp tối đa của máy tính.
Qua thời gian làm Đồ án tốt nghiệp tại bộ môn Cơ học vật liệu và kết cấu
chúng em đã được thầy ********** hướng dẫn tận tình và các thầy cô giáo bộ
môn tạo điều kiện thuận lợi nhất để hoàn thành tốt Đồ án tốt nghiệp này. Mặc
dù em đã cố gắng hết sức nhưng cũng không thể tránh được những sai sót.
Vậy em mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy, các cô để em hoàn thiện
hơn.
GVHD: Page 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
CHƯƠNG I
MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG ĐỀ TÀI

GVHD: Page 10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
I.1. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI
Hiện nay ở Việt Nam có nhiều nhà máy sản xuất linh kiện và điện thoại
cung cấp tại thị trường nước ta, tập trung tại tỉnh Bắc Ninh và một số tỉnh lân
cận như Thái Nguyên. Có nhiều vấn đề đặt ra muốn chúng ta phải nghiên cứu,
kiểm tra.

Một chiếc điện thoại được xem là thông minh, tốt ngoài các tính năng ưu
việt, còn phải đáp ứng được các điều kiện trong quá trình sử dụng như va đập,
bị ngoại lực tác động vào không bị hư hỏng, nhiệt độ tăng lên khi sử dụng, khi
xạc điện nằm trong giới hạn cho phép Như chúng ta đã biết muốn bảo vệ
được các chi tiết trong máy hoạt động tốt thì vỏ của nó phải có các tính chất
để chống lại các tác nhân xấu làm hư hỏng các chi tiết bên trong. Điều đó đã
đặt ra một yêu cầu thực tế là: Cần phải kiểm nghiệm độ tin cậy của vỏ trong
việc chịu tác dụng của cơ và nhiệt.
Với những yêu cầu nêu trên, việc kiểm nghiệm biến dạng, ứng suất và sự
phân bố nhiệt trên vỏ điện thoại là rất cần thiết và quan trọng.
I.2. NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Đề tài tập trung giải quyết các vấn đề sau :
• Bài toán xây dựng mô hình vỏ điện thoại bằng phần mềm Solidworks.
• Bài toán xác định biến dạng vỏ điện thoại khi chịu một ngoại lực dụng
lên trong miền đàn hồi.
• Bài toán xác định sự phân bố nhiệt của vỏ trước khi có một nguồn
nhiệt từ bên ngoài đặt lên một vùng diện tích của vỏ.
• Bài toán xác định sự phân bố nhiệt của vỏ sau khi có nguồn nhiệt là
Pin đặt lên trong quá trình sử dụng hoặc xạc điện.
GVHD: Page 11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
Từ đó xây dựng một quy trình tính toán, thiết kế, kiểm nghiệm sự phân bố
nhiệt trên vỏ điện thoại. Trên cơ sở đó ta có thể mở rộng ra để áp dụng cho
mọi kết cấu dạng tấm vỏ khác làm từ các vật liệu khác nhau.
I.3. PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
Toàn bộ nội dung của đề tài được giải quyết dựa trên lý thuyết phần tử hữu
hạn với công cụ hỗ trợ là phần mềm mô phỏng và tính toán công nghiệp
Ansys Multyphysic.
Trong nội dung đồ án tốt nghiệp này, vỏ điện thoại được mô hình dạng
3D bằng phần mền SolidWorks rồi xuất file mô hình ra file trung gian *.SAT

và nhập vào Ansys để tính toán.
GVHD: Page 12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
CHƯƠNG II
GIỚI THIỆU CHUNG

GVHD: Page 13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
Trong chương này, Đồ án giới thiệu một số nội dung cơ bản về phương
pháp Phần tử hữu hạn, phần mềm tính toán công nghiệp ANSYS và cơ sở lý
thuyết về truyền nhiệt. Ngoài ra, chương này còn giới thiệu khái quát, một số
hình ảnh về dòng điện thoại Galaxy của hãng Samsung đang được ưa chuộng
trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng.
II.1. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN.
II.1.1. GIỚI THIỆU CHUNG.
Sự tiến bộ của khoa học, kỹ thuật đòi hỏi người kỹ sư thực hiện những đề
án ngày càng phức tạp, đắt tiền và đòi hỏi độ chính xác, an toàn cao.
Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) là một phương pháp rất tổng quát
và hữu hiệu cho lời giải số nhiều lớp bài toán kỹ thuật khác nhau. Từ việc
phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng trong các kết cấu cơ khí, các chi tiết
trong ô tô, máy bay, tàu thuỷ, khung nhà cao tầng, dầm cầu, v.v. đến những
bài toán của lý thuyết trường như: lý thuyết truyền nhiệt, cơ học chất lỏng,
thuỷ đàn hồi, khí đàn hồi, điện-từ trường v.v. Với sự trợ giúp của ngành Công
nghệ thông tin và hệ thống CAD, nhiều kết cấu phức tạp cũng đã được tính
toán và thiết kế chi tiết một cách dễ dàng.
Hiện có nhiều phần mềm PTHH nổi tiếng như: ANSYS, ABAQUS, SAP,
v.v. Để có thể khai thác hiệu quả những phần mềm PTHH hiện có hoặc tự xây
dựng lấy một chương trình tính toán bằng PTHH, ta cần phải nắm được cơ sở
lý thuyết, kỹ thuật mô hình hoá cũng như các bước tính cơ bản của phương
pháp.

GVHD: Page 14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
II.1.2. XẤP XỈ BẰNG PHẦN TỬ HỮU HẠN
Giả sử V là miền xác định của một đại lượng cần khảo sát nào đó (chuyển
vị, ứng suất, biến dạng, nhiệt độ, v.v.). Ta chia V ra nhiều miền con v
e
có kích
thước và bậc tự do hữu hạn. Đại lượng xấp xỉ của đại lượng trên sẽ được tính
trong tập hợp các miền v
e
.
Phương pháp xấp xỉ nhờ các miền con v
e
được gọi là phương pháp xấp xỉ
bằng các phần tử hữu hạn, nó có một số đặc điểm sau:
• Xấp xỉ nút trên mỗi miền con v
e
chỉ liên quan đến những biến nút
gắn vào nút của v
e
và biên của nó,
• Các hàm xấp xỉ trong mỗi miền con v
e
được xây dựng sao cho chúng
liên tục trên v
e
và phải thoả mãn các điều kiện liên tục giữa các miền
con khác nhau.
• Các miền con v
e

được gọi là các phần tử.
II.1.3. ĐỊNH NGHĨA HÌNH HỌC CÁC PHẦN TỬ HỮU HẠN
a) Nút hình học.
Nút hình học là tập hợp n điểm trên miền V để xác định hình học các
PTHH. Chia miền V theo các nút trên, rồi thay miền V bằng một tập hợp các
phần tử v
e
có dạng đơn giản hơn.
Mỗi phần tử v
e
cần chọn sao cho nó được xác định giải tích duy nhất theo các
toạ độ nút hình học của phần tử đó, có nghĩa là các toạ độ nằm trong v
e
hoặc
trên biên của nó.
b) Quy tắc chia miền thành các phần tử.
Việc chia miền V thành các phần tử v
e
phải thoả mãn hai quy tắc sau:
• Hai phần tử khác nhau chỉ có thể có những điểm chung nằm trên biên
của chúng. Điều này loại trừ khả năng giao nhau giữa hai phần tử. Biên
giới giữa các phần tử có thể là các điểm, đường hay mặt (Hình II.1).
GVHD: Page 15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
• Tập hợp tất cả các phần tử v
e
phải tạo thành một miền càng gần với
miền V cho trước càng tốt. Tránh không được tạo lỗ hổng giữa các phần
tử.
c) Các dạng phần tử hữu hạn.

Có nhiều dạng phần tử hữu hạn: phần tử một chiều, hai chiều và ba chiều.
Trong mỗi dạng đó, đại lượng khảo sát có thể biến thiên bậc nhất (gọi là phần
tử bậc nhất), bậc hai hoặc bậc ba v.v. Dưới đây, chúng ta làm quen với một số
dạng phần tử hữu hạn hay gặp.
 Phần tử một chiều.

 Phần tử hai chiều.
GVHD: Page 16
biên giới
biên giới
v
2
v
1
biên giới
v
2
v
1
v
1
v
2
Hình II.1: Biên giới của các phần tử
Phần tử bậc nhất
Phần tử bậc hai
Phần tử bậc ba
Phần tử bậc nhất
Phần tử bậc hai
Phần tử bậc ba

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
 Phần tử ba chiều.
Phần tử tứ diện
d) Sơ đồ tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
Một chương trình tính bằng PTHH thường gồm các khối chính sau:
Khối 1: Đọc các dữ liệu đầu vào: Các dữ liệu này bao gồm các thông tin mô tả
nút và phần tử (lưới phần tử), các thông số cơ học của vật liệu (môđun đàn
hồi, hệ số dẫn nhiệt), các thông tin về tải trọng tác dụng và thông tin về liên
kết của kết cấu (điều kiện biên).
Khối 2: Tính toán ma trận độ cứng phần tử k và véctơ lực nút phần tử f của
mỗi phần tử.
Khối 3: Xây dựng ma trận độ cứng tổng thể K và véctơ lực nút F chung cho
cả hệ (ghép nối phần tử).
Khối 4: Áp đặt các điều kiện liên kết trên biên kết cấu, bằng cách biến đổi ma
trận độ cứng K và vec tơ lực nút tổng thể F.
GVHD: Page 17
Phần tử bậc nhất
Phần tử bậc hai
Phần tử bậc ba
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
Khối 5: Giải phương trình PTHH, xác định nghiệm của hệ là véctơ chuyển vị
chung Q.
Khối 6: Tính toán các đại lượng khác (ứng suất, biến dạng, gradient nhiệt độ,
v.v.).
Khối 7: Tổ chức lưu trữ kết quả và in kết quả, vẽ các biểu đồ, đồ thị của các
đại lượng theo yêu cầu.
Sơ đồ tính toán với các khối trên được biểu diễn như hình sau (Hình II.2) :
GVHD: Page 18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu

GVHD: Page 19
Tính toán ma trận độ cứng phần tử k
Tính toán véctơ lực nút phần tử f
Giải hệ phương trình KQ = F
(Xác định véctơ chuyển vị nút tổng thể Q)
Đọc dữ liệu đầu vào
- Các thông số cơ học của vật liệu
- Các thông số hình học của kết cấu
- Các thông số điều khiển lưới
- Tải trọng tác dụng
- Thông tin ghép nối các phần tử -
- Điều kiện biên
Xây dựng ma trận độ cứng K và véctơ lực chung F
Áp đặt điều kiện biên
(Biến đổi các ma trận K và vec tơ F)
Tính toán các đại lượng khác
(Tính toán ứng suất, biến dạng, kiểm tra bền, v.v)
In kết quả
- In các kết quả mong muốn
- Vẽ các biểu đồ, đồ thị
Hình II.2. Sơ đồ khối của chương trình PTHH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
II.2. PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CÔNG NGHIỆP ANSYS.
Những năm gần đây, nhờ sự phát triển của các công cụ toán cùng với sự
phát triển của máy tính điện tử, đã thiết lập và dần dần hoàn thiện các phần
mềm công nghiệp, sử dụng để giải quyết các bài toán cơ học vật rắn, cơ học
thủy khí, các bài toán động, bài toán tường minh và không tường minh, các
bài toán tuyến tính và phi tuyến, các bài toán về trường điện từ, bài toán tương
tác đa trường vật lý… Ansys là một phần mềm mạnh được phát triển và ứng
dụng rộng rãi trên thế giới, có thể đáp ứng các yêu cầu nói trên của cơ. Trong

tính toán thiết kế cơ khí, phần mềm ANSYS có thể liên kết với các phần mềm
thiết kế mô hình hình học 2D và 3D như SolidWorks, Catia, Inventor để phân
tích trường ứng suất, biến dạng, trường nhiệt độ, tốc độ dòng chảy, có thể xác
định độ mòn, mỏi và phá hủy của chi tiết. Nhờ việc xác định đó, có thể tìm các
thông số tối ưu cho công nghệ chế tạo. ANSYS còn cung cấp phương pháp
giải các bài toán cơ với nhiều dạng mô hình vật liệu khác nhau: đàn hồi tuyến
tính, đàn hồi phi tuyến, đàn dẻo, đàn nhớt, dẻo, dẻo nhớt, chảy dẻo, vật liệu
siêu đàn hồi, siêu dẻo, các chất lỏng và chất khí…
ANSYS ( Analysis Systems ) là một gói phần mềm phân tích phần tử hữu
hạn ( Finite Element Analysis, FEA ) hoàn chỉnh dùng để mô phỏng, tính
toán, thiết kế công nghiệp, đã và đang được sử dụng trên thế giới trong hầu hết
các lĩnh vực kĩ thuật : kết cấu, nhiệt, dòng chảy, điện, điện từ, tương tác giữa
các môi trường, giữa các hệ vật lý.
Trong hệ thống tính toán đa năng của ANSYS, bài toán cơ kỹ thuật được
giải quyết bằng phương pháp Phần tử hữu hạn lấy chuyển vị làm gốc.
GVHD: Page 20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
Cấu trúc cơ bản một bài toán trong ANSYS. Tổng quát cấu trúc cơ bản của
một bài toán trong ANSYS, gồm 3 phần chính :tạo mô hình tính
(preprocessor), tính toán (solution) và xử lý kết quả (postprocessor).
Ngoài 3 bước chính trên, quá trình phân tích bài toán trong ANSYS còn
phải kể đến quá trình chuẩn bị (preferences) chính là quá trình định hướng cho
bài tính. Trong quá trình này ta cần định hướng xem bài toán ta sắp giải dùng
kiểu phân tích nào (kết cấu, nhiệt hay điện) mô hình hóa thế nào (đối xứng
trục hay đối xứng quay, hay mô hình 3D đầy đủ), dùng kiểu phân tích nào
(Beam, Shell, plate…).
Hiểu được các bước phân tích này trong ANSYS sẽ giúp ta dễ dàng hơn
trong việc giải bài toán của mình. Vấn đề đặt ra là làm sao để thực hiện những
ý tưởng này trong ANSYS. ANSYS cung cấp 2 cách để giao tiếp với người
dùng (Graphic User Interface, GUI): công cụ trực quan dùng menu với các

thao tác click chuột hoặc viết mã lệnh trong một file văn bản rồi đọc vào từ
File/Read input from (ta cũng có thể dùng kết hợp cả 2 cách này một cách linh
hoạt: dùng lệnh tạo cấu trúc, rồi dùng menu khai thác kết quả…).
Các dòng sản phẩm của ANSYS của Công ty Ansys đã thiết lập nên một
chuẩn mực mô phỏng kỹ thuật. Công ty ANSYS xây dựng, phát triển, cung
cấp phần mềm, hỗ trợ toàn cầu cho các giải pháp mô phỏng kỹ thuật nhằm dự
đoán các ứng xử của sản phẩm ở trong môi trường sản xuất và sử dụng thực
tế. Công ty Ansys là công ty hàng đầu trong việc phát triển cả công cụ và công
nghệ CAE (Computer Aided Engineering). Các giải pháp ANSYS giúp doang
nghiệp không chỉ biết được các tính năng hoạt động của sản phẩm mà cả chất
lượng thiết kế của nó.
ANSYS được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp :
GVHD: Page 21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
 Các sản phẩm và quy trình công nghệ chất lượng cao và luôn được đổi
mới.
 Giảm số lượng mẫu thử cũng như thòi gian kiểm tra sản phẩm.
 Nhanh chóng thu hồi vốn do giảm được thời gian xây dựng sản phẩm
mới.
 Quy trình mềm dẻo và đáp ứng nhanh hơn, cho phép thay đổi thiết kế
ngay cả ở các giai đoạn sau của quá trình xây dựng sản phẩm.
 Chiến lược mô phỏng đón đầu tạo ra một phương pháp hiệu quả để
đưa sản phẩm vào thị trường nhanh hơn và với giá thành thấp hơn.
Ansys Multiphysics trước đây, để có được tất cả các khả năng mô phỏng
số (cần thiết cho các bài toán phức tạp và kết hợp nhiều trường vật lý ) cần có
một kịch bản rất phức tạp, đòi hỏi phải kết hợp nhiều phần mềm khác nhau.
Phần mềm Ansys Multiphysics cung cấp một công cụ phân tích đắc lực kết
hợp các mô đun : tính toán kết cấu, nhiệt, động lực học dòng chảy (CFD), âm
học và điện từ trong một sản phẩm tích hợp duy nhất.Gói phần mềm Ansys
Multiphysics, người sử dụng sẽ cảm thấy thực sự thoải mái và có được một

chuỗi khả năng mô phỏng tuyệt vời của ANSYS.
Ví dụ về bài toán tiếp xúc trong Ansys Multiphysics. Trong ví dụ này,
dòng và hiệu ứng nhiệt Joule trong một công tắc tiếp xúc được mô phỏng khi
công tắc được kích hoạt và các ứng xử cơ học, nhiệt học, dòng được mô
phỏng bằng các phần tử trường tương tác trực tiếp.
II.2.1. ANSYS MULTIPHYSICS
Ansys Multyphysics tích hợp cả hai phương pháp trực tiếp (phương pháp
ma trận) và phương pháp nối tiếp (phương pháp vectơ tải trọng) để đưa ra các
kết quả mô phỏng chínhxác, đáng tin cậy trong mọi lĩnh vực từ các hệ thống
làm mát, sản xuất năng lượng, tới công nghệ sinh học và các hệ vi cơ điện tử
GVHD: Page 22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
(MEMS). Phần mềm cũng có khả năng mô phỏng dễ dàng các bài toán tương
tác giữa các trường vật lý khác nhau : nhiệt-cơ, dòng chảy-kết cấu hay tĩnh
điện-kết cấu với nhiều thuật giải phong phú mà người dùng có thể lựa chọn.
Ví dụ về phân tích bài toán trao đổi nhiệt bằng phóng xạ giữa một trụ lăn
trên một tấm bằng phẳng bằng thuật toán Đa trường ( multi-field).
II.2.2. ANSYS STRUCTURAL
Ansys Structural có khả năng mô phỏng hoàn hảo các kết cấu tuyến tính
cũng như phi tuyến sẽ mang lại cho ta các kết quả chính xác, đáng tin cậy.
Trong Ansys Structural có đầy đủ các loại phần tử, các mô hình vật liệu tuyến
tính hay phi tuyến, mô hình vật liệu không đàn hồi giúp cho phần mềm có thể
mô phỏng được các kết cấu lơn và phức tạp. Ngoài ra, phần mềm cũng phân
tích được sự tiếp xúc trong các mối lắp. Người sử dụng sẽ hoàn toàn cảm thấy
thoải mái và dễ dàng tiếp cận các mô hình vật liệu cũng như lựa chọn các tùy
chon giải tối ưu cho bài toán qua giao diện đồ họa kiểu cấu trúc cây. Các tùy
chọn giải cao cấp hơn được thực hiện qua chức năng tính toán song song. Từ
Ansys Structural, người sử dụng cũng có khả năng nâng cấp lên mức tính cao
hơn Ansys Mechanical khi cần thiết. Các phân tích tương tác cao cấp hơn nữa
như dòng chảy, điện từ chỉ được tính toán trong gói phần mềm Ansys

Multiphysics.
II.2.3. ANSYS DESIGNSPACE
Ansys DesignSpace là gói phần mềm mô phỏng mạnh mẽ, giúp cho các
nhà thiết kế và kỹ sư có thể thực hiện toàn bộ công việc của mình từ việc xây
dựng ý tưởng, mô hình hóa, và hiện thực hóa các ý tưởng ngay trên bàn làm
việc. Sử dụng công nghệ Knowledge-Based Automation, phần mềm này được
GVHD: Page 23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
xây dựng dựa trên những kỹ thuật đặc biệt mạnh mẽ của Ansys, những kỹ
thuật đã được phát triển suôt hơn 30 năm qua.
Sử dụng Ansys DesignSpace, các nhà thiết kế có thể rút ngắn thời gian
cho ra một sản phẩm mới và tránh được nhiều sai sót.Với DesignSpace các kỹ
sư dễ dàng thực hiện các bài tính kết cấu, nhiệt, đọng lực học, tối ưu hóa khối
lượng, tối ưu hóa chức năng mô phỏng các dao động, tính toán các hệ sô an
toàn.v.v.
DesignSpace hoàn toàn tương thích với các phần mềm CAD mới nhất và
hiện đại nhất hiện nay : Autodesk Inventor, Unigraphics, SolidWorks, Pro-
Engineer, Mechanical, Catia. Ngoài ra, DesignSpace còn đọc được file trung
gian khác như *.IGS hay parasolid.
Từ các nô hình chỉ gồm một chi tiết hay các mô hình lắp phức tạp, môi
trường 3D của DesignSpace mang lại một cái nhìn toàn diện về hệ phần mềm
mô phỏng ảo.Mô phỏng trên DesignSpace được chia làm bốn nhóm, các
môđun ngoài, các plug-in CAD và các kết nối động học được thiết kế để đáp
ứng các yêu cầu của nhốm người sử dụng khác nhau.
II.3. LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN DẪN NHIỆT.
Mục đích của chúng ta là xác định sự phân bố nhiệt T(x,y) trong vật thể
hình chữ nhật và có chiều dày t. Khảo sát một lượng vi phân thể tích như hình
sau:
GVHD: Page 24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu

Vi phân thể tích có độ dày t là hằng số theo phương Z, lượng nhiệt sinh ra
trong phân tố là Q(w/m
3
),bởi vì lượng nhiệt đi vào vi phân thể tích cộng với
lượng nhiệt phát sinh phải bằng lượng nhiệt đi ra. Do đó:

tdxdy
y
q
qtdydx
x
q
qtQdxdytdxqtdyq
y
y
x
xyx








∂
∂
++







∂
∂
+=++
(1)
Từ (1), suy ra:

0
=−
∂
∂
+
∂
∂
Q
y
q
x
q
y
x
(2)
thay
yTkqxTkq
yx
∂∂−=∂∂−=

;
vào (2), ta sẽ được phương trình dẫn nhiệt :

0=+








∂
∂
∂
∂
+






∂
∂
∂
∂
Q
y
T

k
yx
T
k
x
(3)
Phương trình vi phân đạo hàm riêng mô tả quá trình dẫn nhiệt 2 chiều (3) là
một trường hợp riêng của phương trình tổng quát cho quá trình dẫn nhiệt
Helmholtz.
II.3.1 ĐIỀU KIỆN BIÊN.
Phương trình (3) phải được giải quyết với các điều kiện biên xác định. Có
ba dạng điều kiện biên như mô tả dưới đây.
Các điều kiện biên được phát biểu cụ thể như sau:
Cho trước nhiệt độ T = T
0
trên biên S
T
;
GVHD: Page 25
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
Cho trước mật độ nhiệt q
n
= q
0
trên S
q
;
Cho trước qui luật trao đổi nhiệt giữa bề mặt của vật và môi trường q
n
= h(T-

T
∞
) trên S
c
Phần bên trong vật ký hiệu là A. Biên tổng cộng là S = (S
T
+ S
q
+ S
c
). Ngoài
ra, véctơ mật độ nhiệt q
n
vuông góc với biên dẫn. Ở đây ta qui ước: q
0
>0 nếu
nhiệt đi ra ngoài vật và q
0
<0 nếu nhiệt đi vào trong vật.
II.3.2. GIẢI BÀI TOÁN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH.
Dưới đây, chúng ta sẽ sử dụng phần tử tam giác để giải bài toán dẫn nhiệt.
Ta biểu diễn trường nhiệt độ trong phần tử được biểu diễn bởi:
GVHD: Page 26
S
c
: q
n
= h(T-T
∞
)

S
T
: T=T
0
S
q
: q
n
= q
0
A
1
2
3
1
2
3
ξ
η
ξ
= 1
η
= 1
y
x
T(x,y)
T
1
T
3

T
2
Phần tử quy chiếu