ứng dụng máy tính trong thiết kế và mô phỏng động học, động lực học trong kết cấu máy bào quang, chương 1 pps

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ĐỀ TÀI
1.1. Giới thiệu đề tài.
- Tên đề tài : Ứng dụng máy tính trong thiết kế và
mô phỏng động học, động lực học kết cấu máy bào ngang (
máy bào vạn năng ).
- Máy bào là một trong những máy công cụ quan
trọng trong công nghiệp chế tạo máy. Máy thường được
dùng trong gia công các mặt phẳng nằm ngang, thẳng đứng
hoặc mặt phẳng nghiêng. Một số mặt đònh hình có profile
là những cung tròn hoặc những đường cong phức tạp hơn
cũng có thể gia công được trên máy bào.
- Trong phạm vi đề tài được giao, ở đây chúng em
chủ yếu đi sâu vào vấn đề thiết kế máy công cụ ( cụ thể là
máy bào ngang vạn năng ) với sự hỗ trợ của các phần mềm
máy tính chuyên dùng như Auto CAD, Mechanical Destop,
Dynamic Designer, ANSYS,…
- Việc thiết kế và tối ưu hoá một kết cấu máy có thể
được thực hiện bằng nhiều phương pháp (tính toán và thiết
kế theo phương pháp truyền thống, tính toán thiết kế bằng
phương pháp chế thử, tính toán thiết kế với sự hỗ trợ của
các công cụ máy tính…) và ở đây chúng em tập trung
nghiên cứu và trình bày
phương pháp thiết kế với sự hỗ
trợ của máy tính
. Đây là phương pháp hiện đại được dùng
phổ biến hiện nay, nó tiết kiệm được thời gian, chi phí và
đặc biệt là có thể cho được kết quả tối ưu mà vẫn đảm bảo
yêu cầu thiết kế.
- Vấn đề trọng tâm của đề tài là từ những thông số
đầu vào( công suất cắt, hành trình bào, kiểu máy…) người

thiết kế tiến hành tính toán và mô phỏng kết cấu máy từ
đó tập trung phân tích một số chi tiết máy quan trọng để có
được hình dạng tối ưu mà vẫn đảm bảo hoạt động của máy
như lúc thiết kế.
- Một số vấn đề về bôi trơn, điều khiển máy… cũng
là những vấn đề rất quan trọng nhưng trong phạm vi và
thời gian hoàn thành có hạn nên chúng em chưa thể trình
bày đầy đủ để hoàn thiện đề tài.
- Như vậy điểm mới của đề tài là so với phương
pháp thiết kế máy truyền thống phương pháp được trình
bày trong đề tài thể hiện tính ưu việt của quá trình tư động
hoá thiết kế trong việc thu thập thông tin, đánh giá, so
sánh các phương án và xác đònh giải pháp tối ưu. Nó tạo ra
cho người thiết kế một cái nhìn trực quan hơn trong quá
trình thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả lao động của người
thiết kế cũng như đảm bảo năng suất, chất lượng và tính
kinh tế của máy mới.
1.2. Phương pháp nghiên cứu đề tài.

Ngoài việc tính toán thiết kế theo phương pháp truyền
thống ( tính toán sơ bộ về động học, động lực học và thiết
kế hệ thống truyền động máy ), ở đây trong phạm vi đề tài
chúng em trình bày việc thiết kế, mô hình hoá, mô phỏng
động học và tối ưu hoá kết cấu bằng sự trợ giúp của các
phần mềm máy tính như Mechanical Destop, Dynamic
Designer, Ansys.
1.2.1. Mô hình hoá bằng Mechanical Destop.
Mechanical Destop là một trong những bộ phần mềm
chuyên dùng của hãng Autodesk phát triển trên môi
trường AutoCAD. Đây là phần mềm mô hình hoá hình

học bằng tham số sử dụng chủ yếu trong lónh vực cơ khí
và kỹ thuật. Mechanical Destop được trang bò những
công cụ mạnh và thông minh nhằm quản lý các đối
tượng, trợ giúp quá trình thiết kế làm tăng năng suất
cũng như chất lượng thiết kế. Mechanical Destop bao
gồm 3 môi trường chính:
-
Part Modeling: là môi trường để tạo các chi tiết đơn
3D bằng các công cụ mà phần mềm đã cung cấp. Có
một thuận lợi là do Mechanical Destop chạy trên môi
trường AutoCAD nên tất cả các lệnh của AutoCAD đều
có thể sử dụng trong việc mô hình hoá chi tiết. Các mô
hình 3D trong Mechanical Destop có thể sử dụng để tạo
bản vẽ 2D để lập tài liệu thiết kế.
-
Surface Modeling: là môi trường cho phép ta mô
hình hoá các mặt cong. Mô hình hoá các mặt cong
không phải là quá trình độc lập, ta có thể kết hợp mô
hình solid và các mặt cong để tạo nên các chi tiết phức
tạp.
-
Assembly Modeling: là môi trường để lắp ráp các chi
tiết đơn đã tạo trong phần Part Modeling thành các cụm
lắp ráp hoặc các kết cấu máy hoàn chỉnh. Ta có thể tạo
nên các đường lắp ráp chi tiết, tối ưu, hiệu chỉnh quá
trình lắp.
1.2.2. Dynamic Designer.
- Dynamic Designer là một phần mềm phụ trợ của
Mechanical Destop, có thể nói nó là một module của
Mechanical Destop. Khi cài đặt nó tạo nên môi trường

thứ tư trong Mechanical Destop, môi trường Motion. Sau
khi đã mô hình hoá và lắp ráp hoàn chỉnh các kết cấu
máy ta chuyển sang môi trường Motion để mô phỏng
động học hoạt động của kết cấu máy vừa mô phỏng.
- Ưu điểm của Dynamic Designer là nó được thiết kế
cho Mechanical Destop nên việc mô phỏng động học
của máy tương đối dễ dàng( bằng việc xác lập các bộ
phận chuyển động, đứng yên, gán vận tốc, quy luật
chuyển động, bậc tự do…).
- Đặc biệt, ngoài việc mô phỏng tương đối chính xác
hoạt động của máy, môi trường Motion trong Dynamic
Designer còn có thể xuất các kết quả khi mô phỏng
động học( đồ thò vận tốc, gia tốc…) tạo thuận lợi cho
người thiết kế trong việc so sánh, đánh giá các kết cấu
máy đã thiết kế.
1.2.3. ANSYS.
- Ansys là một phần mềm FEA ( Finite Element
Analysis : Phân tích phần tử hữu hạn ) dùng để mô
phỏng ứng xử của một hệ vật lý khi chòu tác động của
các loại tải trọng khác nhau. Đây là một phần mềm đã
và đang được sử dụng trên toàn thế giới trong hầu hết
các lónh vực kỹ thuật như : Kết cấu, nhiệt, dòng chảy,
điện/tónh điện, điện từ và trong tương tác giữa các môi
trường, các hệ vật lý.
- Đặc điểm của một hệ vật lý khi mô hình hoá và phân
tích bằng phần tử hữu hạn là :
+ Mỗi phần tử có các phương trình chính xác mô tả
ứng xử của nó với một tải xác đònh.
+ Tổng ứng xử của tất cả các phần tử trong mô hình
sẽ cho ta ứng xử chung của hệ vật lý.

+ Các phần tử có số lượng hữu hạn do đó chúng là
các phần tử hữu hạn.
- Như đã trình bày ở trên, Ansys là một phần mềm
FEA tương đối mạnh và được sử dụng trong nhiều lãnh
vực. Trong phạm vi đề tài, việc ứng dụng “sức mạnh”
của Ansys chủ yếu là phân tích và tối ưu hoá kết cấu.
Khả năng phân tích kết cấu của Ansys được sử dụng để
xác đònh trường chuyển vò, biến dạng, ứng suất và lực.
Nó bao gồm:
+ Phân tích tónh : dùng trong trường hợp tải tónh, ứng
xử phi tuyến ví dụ như độ võng lớn, biến dạng lớn,
bài toán tiếp xúc, chảy dẻo,…
+ Phân tích động lực học: hiệu ứng khối, hiệu ứng
giảm chấn, phân tích module để xác đònh tần số
riêng và dao động riêng, phân tích điều hoà, phân
tích động lực học tức thời.
+ Một số ứng dụng khác trong phân tích kết cấu như :
phân tích phổ, dao động ngẫu nhiên, mất ổn đònh…
- Như vậy Ansys đem lại cho quá trình thiết kế một
lợi ích không nhỏ, ta có thể kiểm tra độ tin cậy của chi
tiết máy sau khi thiết kế, lập ra các “kòch bản’ thiết kế
“Nếu…thì…” để từ đó có thể tối ưu hoá kết cấu máy mà
vẫn đảm bảo thông số thiết kế và tăng lợi ích kinh tế.
=> Trên đây là phần trình bày phương hướng nghiên cứu
chính mà đề tài tập trung. Việc nghiên cứu thiết kế và tối ưu
hoá kết cấu máy nói chung đã và đang được thực hiện với nhiều
hình thức và công cụ khác nhau. Mỗi một công cụ thiết kế có
những thế mạnh và hạn chế riêng song tuỳ vào quan điểm của
người dùng mà chọn được công cụ thiết kế sao cho phù hợp nhất
nhằm đạt được mục đích cuối cùng của quá trình thiết kết là cho

ra một sản phẩm thiết kế đảm bảo độ tin cậy và tính kinh tế đặt
ra.