Nghiên cứu xác định ứng suất tác dụng lên cơ cấu thanh truyền động cơ D12 bằng phần mềm Ansys

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG



NGUYỄN THÀNH QUANG


NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT TÁC DỤNG
LÊN CƠ CẤU THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ D12
BẰNG PHẦN MỀM ANSYS



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐỘNG LỰC TÀU THỦY




NHA TRANG - 7/2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG




NGUYỄN THÀNH QUANG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT TÁC DỤNG
LÊN CƠ CẤU THANH TRUYỀN ĐỘNG CƠ D12
BẰNG PHẦN MỀM ANSYS



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐỘNG LỰC TÀU THỦY


Cán bộ hướng dẫn: ThS. MAI SƠN HẢI


NHA TRANG - 7/2013

- i -
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THÀNH QUANG Lớp: 51 DLTT
Ngành: Động Lực Tàu Thủy
Tên đề tài: Nghiên cứu xác định ứng suất tác dụng lên cơ cấu thanh truyền
động cơ D12 bằng phần mềm Ansys.
Số trang: 80 Số chương: 06 Số tài liệu tham khảo: 9
Hiện vật: - 2 đĩa CD.
- 2 cuốn đồ án

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Kết luận:


Nha Trang, ngày ……tháng……năm 2013
ĐIỂM
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Bằng số Bằng chữ (Ký và ghi rõ họ tên)







Th.S Mai Sơn Hải


- ii -
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐATN
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THÀNH QUANG Lớp: 51 DLTT
Ngành: Động Lực Tàu Thủy
Tên đề tài: Nghiên cứu xác định ứng suất tác dụng lên cơ cấu thanh truyền
động cơ D12 bằng phần mềm Ansys.
Số trang: 68 Số chương: 06 Số tài liệu tham khảo: 9
Hiện vật: - 3 đĩa CD
- 3 cuốn đồ án
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Điểm phản biện:
Nha Trang, ngày …… tháng …… năm 2013
CÁN BỘ PHẢN BIỆN



ĐIỂM CHUNG
Bằng số Bằng chữ


Nha Trang, ngày …… tháng …… năm 2013

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

- iii -
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian tìm hiểu và thực hiện đề tài “Nghiên cứu xác định
ứng suất tác dụng lên cơ cấu thanh truyền động cơ D12 bằng phần mềm
Ansys.”, cho đến nay nội dung đề tài đã được hoàn thành. Ngoài sự nỗ lực
của bản thân, tôi còn được qua tâm giúp đỡ từ nhiều phía.
Qua đây tôi muốn gửi lời cảm ơn tới các đơn vị, tập thể, cá nhân đã
giúp đỡ tôi trong suốt thời gian vừa qua.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ban chủ nhiệm khoa Kỹ Thuật

Giao Thông – Trường đại học Nha Trang, các thầy trong bộ môn Động Lực
Tàu Thủy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này.
Đặc biệt, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới thầy Mai Sơn Hải, người đã
tận tình theo sát hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu
hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Và cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn giúp đỡ
và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Nha Trang, ngày 12 tháng 7 năm 2013
Sinh viên

Nguyễn Thành Quang
- iv -
MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐATN ii
LỜI CẢM ƠN iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC HÌNH vi
LỜI MỞ ĐẦU 1
Chương 1: TỔNG QUAN 2
1.1. Đặt vấn đề 2
1.2. Mục tiêu nghiên cứu 3
1.3. Phương pháp nghiên cứu 3
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4
Chương 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ANSYS 5
2.1. Mở đầu 5
2.2. Cấu trúc bài tính trong Ansys 6
2.3. Các tính năng của Ansys. 6
Chương 3: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG – ĐỘNG HỌC

VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 11
3.1. Giới thiệu động cơ D12 11
3.2. Kết cấu thanh truyền động cơ D12 14
3.3. Tính chu trình nhiệt động của động cơ D12 15
3.3.1. Chu trình nhiệt thực tế của động cơ D12 15
3.3.2. Nhiệt độ và áp suất trong chu trình nhiệt thực tế động cơ D12 16
3.3.2.1. Quá trình nạp 16
3.3.2.2. Quá trình nén 16
3.3.2.3. Quá trình cháy 17
- v -
3.3.2.4. Quá trình thải 17
3.3.3. Xây dựng đồ thị P- φ 19
3.4. Động học và động lực học cơ cấu TT- KT động cơ D12 21
3.4.1. Động học cơ cấu TT- KT 21
3.4.1.1. Chuyển vị của piston theo góc quay trục khuỷu 22
3.4.1.2. Vận tốc của piston theo góc quay trục khuỷu 22
3.4.1.3. Gia tốc của piston theo góc quay trục khuỷu 23
3.4.2. Động lực học cơ cấu TT- KT 24
Chương 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH ỨNG SUẤT TT –KT ĐỘNG
CƠ D12 29
4.1. Xây dựng mô hình lí thuyết tính ứng suất thanh truyền theo góc
quay trục khuỷu 29
4.2. Xây dựng mô hình tính thanh truyền trong Ansys 34
Chương 5: KẾT QUẢ TÍNH ỨNG SUẤT THEO MÔ HÌNH XÂY DỰNG 44
5.1. Kết quả tính ứng suất thanh truyền bằng phương pháp truyền thống 44
5.2. Kết quả tính ứng suất thanh truyền bằng phần mềm Ansys 48
5.3 So sánh kết quả nghiên cứu 73
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 77
6.1. Tóm tắt kết quả đề tài 77
6.2. Đánh giá kết quả của đề tài 77

6.3. Đề nghị hướng phát triển của đề tài 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC




- vi -
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Xem xét đặc tính dòng không khí qua xe đua thể thức 1, mô
phỏng bằng phần mềm Ansys. 7
Hình 2.2 Mô phỏng mật độ phân bố dòng từ trường bằng phần mềm
Ansys 7
Hình 2.3 Mô phỏng dao động trục TurBine bằng phần mềm Ansys 8
Hình 2.4 Kết quả thu được từ mô phỏng buồng đốt sinh học bằng phần
mềm Ansys 9
Hình 2.5 Mô phỏng sự thay đổi hình dạng mô hình vật liệu dẻo 9
Hình 2.6 Mô phỏng phân bố vùng ứng suất trên mủi máy bay bằng
phần mềm Ansys 10
Hình 2.7 Mô phỏng phân bố ứng suất trên gậy bóng chày bằng phần
mềm Ansys 10
Hình 3.1 Đồ thị công khai triển P-φ động cơ D12 21
Hình 3.2 Lực tác dụng lên cơ cấu KT-TT 22
Hình 3.3 Đồ thị chuyển vị piston theo góc quay trục khuỷu 23
Hình 3.4 Đồ thị vận tốc piston theo góc quay trục khuỷu 24
Hình 3.5 Đồ thị gia tốc piston theo góc quay trục khuỷu 24
Hình 3.6 Đồ thị tổng lực tác dụng lên chốt piston 27
Hình 3.7 Đồ thị lực pháp tuyến tác dụng lên thành xylanh 28
Hình 3.8 Đồ thị lực tác dụng dọc trục thanh truyền 28
Hình 4.1 Vị trí piston theo góc quay trục khuỷu 30

Hình 4.2 Mô hình mẫu 2D phân bố vị trí piston và thanh truyền theo
góc quay trục khuỷu trong quá trình cháy giãn nở 33
Hình 4.3 Mô hình động cơ D12 mô phỏng trong Ansys 34
Hình 4.4 Mô hình chia lưới thanh truyền động cơ D12 38
- vii -
Hình 4.5 Xác định mặt cần đặt lực 39
Hình 4.6 Mô hình đặt lực trên thanh truyền 40
Hình 4.7 Đầu dưới của thanh truyền BC lắp theo kiểu khớp bản lề 41
Hình 4.8 Đầu dưới của thanh truyền BC bị ngàm chặt 41
Hình 4.9 Xác định mặt cần cố định 42
Hình 4.10 Mô hình thanh truyền sau khi áp đặt tải và điều kiện biên 43
Hình 5.1 Đồ thị ứng suất mặt cắt ngang tại nơi chuyền tiếp từ thân đến
các đầu của thanh truyền theo góc quay trục khuỷu bằng
phương pháp truyền thống 47
Hình 5.2 Mô phỏng vùng ứng suất trên thanh truyền tại vị trí φ = 371,6
0
48
Hình 5.3 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang, nơi
chuyển tiếp từ thân đến đầu dưới thanh truyền tại vị trí φ =371,6
0
48
Hình 5.4 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang, nơi
chuyển tiếp từ thân đến đầu trên thanh truyền tại vị trí φ
=371,6
0
49
Hình 5.5 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt chính tâm của
thanh truyền tại vị trí φ =371,6
0
49

Hình 5.6 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài trên mặt chịu nén của
thanh truyền tại vị trí φ = 371,6
0
50
Hình 5.7 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài trên mặt chịu uốn của
thanh truyền tại vị trí φ = 371,6
0
50
Hình 5.8 Mô phỏng ứng suất trên thanh truyền tại vị trí φ = 380
0
51
Hình 5.9 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang nơi
chuyển tiếp từ thân đến đầu dưới thanh truyền tại vị trí φ =380
0
52
Hình 5.10 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang nơi
chuyển tiếp từ thân đến đầu trên thanh truyền tại vị trí φ =380
0
52
- viii -
Hình 5.11 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt chính tâm của
thanh truyền tại vị trí φ =380
0
53
Hình 5.12 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài trên mặt chịu nén của
thanh truyền tại vị trí φ = 380
0
53
Hình 5.13 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài trên mặt chịu uốn của
thanh truyền tại vị trí φ =380

0
54
Hình 5.14 Mô phỏng ứng suất trên thanh truyền tại vị trí φ = 405
0
55
Hình 5.15 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang nơi
chuyển tiếp từ thân đến đầu dưới thanh truyền tại vị trí φ =405
0
55
Hình 5.16 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang nơi
chuyển tiếp từ thân đến đầu trên thanh truyền tại vị trí φ =405
0
56
Hình 5.17 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt chính tâm của
thanh truyền tại vị trí φ =405
0
56
Hình 5.18 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài trên mặt chịu nén của
thanh truyền tại vị trí φ = 405
0
57
Hình 5.19 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài trên mặt chịu uốn của
thanh truyền tại vị trí φ =405
0
57
Hình 5.20 Mô phỏng ứng suất trên thanh truyền tại vị trí φ = 430
0
58
Hình 5.21 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang nơi
chuyển tiếp từ thân đến đầu dưới thanh truyền tại vị trí φ

=430
0
59
Hình 5.22 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang nơi
chuyển tiếp từ thân đến đầu trên thanh truyền tại vị trí φ =430
0
59
Hình 5.23 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt chính tâm của
thanh truyền tại vị trí φ =430
0
60
Hình 5.24 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài trên mặt chịu nén của
thanh truyền tại vị trí φ = 430
0
60
- ix -
Hình 5.25 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài trên mặt chịu uốn của
thanh truyền tại vị trí φ =430
0
. 61
Hình 5.26 Mô phỏng ứng suất trên thanh truyền tại vị trí φ = 470
0
62
Hình 5.27 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang nơi
chuyển tiếp từ thân đến đầu dưới thanh truyền tại vị trí φ =470
0
62
Hình 5.28 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang nơi
chuyển tiếp từ thân đến đầu trên thanh truyền tại vị trí φ =470
0

63
Hình 5.29 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt chính tâm của
thanh truyền tại vị trí φ =470
0
63
Hình 5.31 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài trên mặt chịu uốn của
thanh truyền tại vị trí φ =470
0
64
Hình 5.32 Mô phỏng ứng suất trên thanh truyền tại vị trí φ = 540
0
65
Hình 5.33 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang nơi
chuyển tiếp từ thân đến đầu dưới thanh truyền tại vị trí φ =540
0
66
Hình 5.34 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt ngang nơi
chuyển tiếp từ thân đến đầu trên thanh truyền tại vị trí φ =540
0
66
Hình 5.35 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài mặt cắt chính tâm của
thanh truyền tại vị trí φ =540
0
67
Hình 5.36 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài trên mặt chịu nén của
thanh truyền tại vị trí φ = 540
0
67
Hình 5.37 Đồ thị ứng suất phân bố theo chiều dài trên mặt chịu uốn của
thanh truyền tại vị trí φ =540

0
68
Hình 5.38 Đồ thị ứng suất tại mặt cắt ngang nơi chuyển tiếp từ thân đến
đầu dưới thanh truyền theo góc quay trục khuỷu bằng phần
mềm Ansys 70
- x -
Hình 5.39 Đồ thị ứng suất tại mặt cắt ngang nơi chuyển tiếp từ thân đến
đầu trên thanh truyền theo góc quay trục khuỷu bằng phần
mềm Ansys 70
Hình 5.40 Đồ thị ứng suất các mặt của thanh truyền theo góc quay trục
khuỷu bằng phần mềm Ansys 71
Hình 5.41 Đồ thị ứng suất tại vị trí mặt cắt ngang nơi chuyển tiếp từ
thân đến đầu dưới thanh truyền 74
Hình 5.42 Đồ thị ứng suất tại vị trí mặt cắt ngang nơi chuyển tiếp từ
thân đến đầu trên thanh truyền 74






- 1 -
LỜI MỞ ĐẦU
Trong thực tế để tạo ra một mô hình tối ưu đáp tốt các yêu cầu kỷ thuật,
tính kinh tế thì phải trải qua hàng loạt các nghiên cứu bằng thực nghiệm.Tuy
nhiên việc nghiên cứu ảnh hưởng này rất phức tạp và tốn kém, đặc biệt trong
những điều kiện ngặt nghèo khó có thể thực hiện nghiên cứu bằng thực nghiệm.
Ngày nay với sự phát triển mạnh về công nghệ thông tin, máy tính
được sử dụng trong việc mô phỏng tính, toán được đánh giá khá hữu hiệu,
làm giảm thiểu khối lượng nghiên cứu thực nghiệm, kết quả tính toán có độ

chính xác cao, đáng tin cậy.
Với ý tưởng đó Khoa Kỹ Thuật Giao Thông Trường Đại Học Nha
Trang đã giao cho tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu xác định ứng suất tác
dụng lên cơ cấu thanh truyền động cơ D12 bằng phần mềm Ansys”. Nội
dung của đề tài bao gồm các chương sau:
Chương 1:
TỔNG QUAN.

Chương 2:
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ANSYS.

Chương 3:
TÍNH CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG – ĐỘNG HỌC - ĐỘNG LỰC HỌC.
Chương 4:
XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH ỨNG SUẤT TT – KT ĐỘNG CƠ D12
Chương 5:
KẾT QUẢ TÍNH ỨNG SUẤT THEO MÔ HÌNH XÂY DỰNG

Chương 6:
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.

Do thời gian, kiến thức, kỹ năng và kinh nghiệm sử dụng phần mềm
còn nhiều hạn chế, nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình
thực hiện đề tài. Kính mong quý thầy cô, các bạn cùng những ai quan tâm đến
vấn đề này góp ý bổ sung để đề tài được hoàn thiện hơn.
Nha trang, ngày 12 tháng 7 năm 2013
Sinh viên

Nguyễn Thành Quang
- 2 -

Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ.
Thanh truyền là một trong những chi tiết quan trọng dùng để truyền áp
lực khí cháy từ piston tới cổ trục khuỷu, chịu lực tải động lớn, chế tạo tương
đối khó khăn trong các chi tiết của động cơ. Nó có đặc điểm hình học phụ
thuộc vào từng lọai động cơ, tốc độ piston, số kỳ và mục đích sử dụng. Thanh
truyền làm việc trong điều kiện chịu tác động của các loại tải động trong suốt
quá trình khai thác.
Trong quá trình làm việc thanh truyền chịu tác dụng của áp lực khí thể
sinh ra trong quá trình cháy, các lực quán tính của các khối lượng chuyển
động tịnh tiến, lực ma sát và trọng lực. Các lực này sinh ra mômen uốn, thay
đổi cả về trị số lẫn phương chiều theo vị trí piston trong chu trình làm việc.
Do tác dụng của những lực và mômen nêu trên nên thanh truyền luôn
làm việc trong điều kiện chịu ứng suất nén, ứng suất uốn và đôi khi có cả ứng
suất kéo. Hình dáng kết cấu thanh truyền tạo nên ứng suất tập trung lớn nhất
tại mặt ngoài nơi chuyển tiếp giữa thân và đầu thanh truyền (chỗ ngàm).
Điều kiện làm việc của thanh truyền phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố
như: giá trị và tính chất của áp lực trên đỉnh piston, độ cứng, việc lựa chọn
các lọai vật liệu, chất lượng công nghệ chế tạo lắp ghép.
Do xu hướng tăng cường độ làm việc của động cơ như: tăng tốc độ
quay, sử dụng các biện pháp nhằm nâng cao công suất, giảm kích thướt hình
học, tiết kiệm vật liệu, làm cho ứng suất trong thanh truyền tăng lên. Điều này
dẫn đến giảm tính tin cậy khi làm việc của thanh truyền trong quá trình sử
dụng. Vì vậy thanh truyền phải luôn đảm bảo về độ tin cậy trong những điều
- 3 -
kiện làm việc khác nhau, đảm bảo độ bền, độ cứng, tính chống mài mòn, đảm
bảo thời hạn sử dụng, kích thướt hình dáng hình học đảm bảo ứng suất gây ra
đến mức nhỏ nhất.
Vì vậy xác định một cách chính xác giá trị và vị trí ứng suất trong thanh

truyền là rất cần thiết, làm tối ưu hóa thanh truyền, cơ sở cho việc nâng cao
độ tin cậy, tuổi thọ thanh truyền nói riêng và đảm bảo an toàn khi khai thác
của động cơ nói chung. Đồng thời đưa ra đặc điểm hình học phù hợp nhầm
nâng cao khả năng tiết kiệm vật liệu.
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Thanh truyền làm việc trong điều kiện chịu tác động của nhiều loại tải
động, thay đổi chiều có chu kỳ không đối xứng, nó rất dể bị cong vênh và rạn
nứt, dẫn đến vị trí không đúng của trục thanh truyền và các mặt phẳng.
Khi phân tích chỗ rạn nứt, công vênh của thanh truyền, người ta thấy
rằng đa số các trường hợp vật liệu bị phá hủy theo độ bềnh mỏi.Tại nơi có
ứng suất tập trung lớn nhất mà nguyên nhân là do áp lực khí thể sinh ra trong
quá trình cháy và lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến gây nên.
Do đó trong đề tài này mục tiêu là xác định ứng suất trong thanh truyền
động cơ dưới tác dụng của lực khí cháy trong buồn đốt và lực quán tính của
các khối lượng chuyển động tịnh tiến.
1.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
Từ các thông số kỹ thuật và kết cấu của động cơ ta tính toán các quá
trình nhiệt động, động học và động lực học. Vẽ các đồ thị áp suất, chuyển vị,
vận tốc, gia tốc của piston theo góc quay trục khuỷu.
Sau khi tính toán đầy đủ các thông số ta xây dựng mô hình. Sử dụng
phần mềm ansys vẽ mô hình và xác định ứng xuất trên thanh truyền .
- 4 -
1.4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU.
Đề tài được nghiên cứu trên thanh truyền của đông cơ D12(lọai 195S).
Thực tế trong quá trình làm việc động cơ hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau:
chế độ khởi động, chế độ hoạt động ổn định, chế độ ngừng đột ngột động cơ,
chế độ thay đổi tải, chế độ quá tải, chế độ tải trọng nặng…
Quá trình hoạt động của động cơ (nạp, nén, cháy – giản nở, xả) thì quá
trình cháy – giãn nở gây ra hư hỏng lớn nhất cho động cơ, đây là quá trình
làm việc nguy hiểm nhất.

Do thời gian có hạn nên trong đề tài này tôi xin nghiên cứu: Xác định
ứng xuất trong thanh truyền ở quá trình cháy – giãn nở, theo góc quay trục
khuỷu, trong trường hợp động cơ hoạt động ở chế độ tải trọng nặng.


- 5 -
Chương 2
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ANSYS
Trong chương này đề cập về cấu trúc bài tính trong Ansys, tính năng
của Ansys được ứng dụng trong các lĩnh vực nghiên cứu khoa học.
2.1. MỞ ĐẦU.
Ngày nay, ngành công nghiệp trên thế giới đang tiếp tục phát triển ở
mức độ cạnh tranh toàn cầu. Các nhà chế tạo không ngừng đưa ra các kiểu
dáng mô hình mới để cạnh tranh lẫn nhau. Tuy nhiên, để có được một mẫu
mô hình mới đảm bảo tiêu chuẩn, đáp ứng tốt yêu cầu người sử dụng, giá
thành hợp lí thì không phải là dễ dàng. Với sự hỗ trợ của máy tính có khá
nhiều phần mềm đáp ứng được yêu cầu trên. Trong đó Ansys là một chương
trình lớn, rất mạnh mẽ.
Ansys được lập ra từ năm1970, do nhóm nghiên cứu của Dr. John
Swanson, tại Hợp Chủng Quốc Hoa Kỳ.Từ đó, Ansys nhanh chóng lan sang
các nước khác trên thế giới chẳng hạn như: CHLB Đức, Áo, Thụy Sĩ, Nhật,
Trung Quốc….qua nhiều phiên bản khác nhau như: Ansys4.4, Ansys5.0…….
phiên bản mới nhất hiện nay là Ansys14.5.
Ansys là một hệ thống đa tính năng. Trong hệ thống này, bài toán cơ kỹ
thuật được giải quyết bằng phương pháp phần tử hửu hạn lấy chuyển vị làm gốc.
Phương pháp phần tử hửu hạn là một phương pháp số, dùng để giải các
bài toán cơ học. Tư tưởng của phương pháp là chia vật thể ra thành một tập
hữu hạn các miền con liền nhau nhưng không liên kết hoàn toàn với nhau trên
khắp từng mặt biên của chúng. Trường chuyển vị, biến dạng, ứng suất được
xác định trong từng miền con. Mỗi miền con được gọi là một phần tử hữu

hạn. Các phần tử được nối kết với nhau qua các nút, nút được đánh số theo
thứ tự từ 1 đến n.
- 6 -
2.2. CẤU TRÚC BÀI TÍNH TRONG ANSYS.
Cấu trúc trong bài tính Ansys gồm 3 phần chính:
+ Tạo mô hình.
+ Tính toán.
+ Xử lí kết quả.














2.3. CÁC TÍNH NĂNG CỦA ANSYS.
Khả năng mô hình hóa của phương pháp số trong Ansys được sử dụng
rộng khắp ở nhiều lĩnh vực khác nhau như: Tính toán chi tiết máy, cơ học lưu
chất (Ansys Fluid), tính toán nhiệt (Thermal), tính toán về điện (Electric), tính
toán về từ trường (Magnetic – Nodal), tính toán cấu trúc (Structural)…v v
Cấu trúc bài tính trong Ansys
Tạo mô hình Tính toán Xử lí kết quả
Định nghĩa kiểu

phần tử
Các hằng số
Đặc trưng vật
li
ệ
u

Đơn vị
Tạo mô hình tính
Chọn kiểu tính toán
Đặt điều kiện biên
Đặt tải trọng
Giải
Xem kết quả
Xuất kết quả
Sơ đồ cấu trúc bài tính trong Ansys
- 7 -
+ Lĩnh vực cơ học lưu chất: Phần mềm Ansys được ứng dụng để mô
phỏng, phân tích, hiển thị đường đi của dòng không khí qua xe đua thể thức 1,
xác định vùng phân bố áp suất tập trung, từ đó phân tích sâu hơn và xử lý
được một số vấn đề lực cản, tối ưu hóa trong thiết kế kiểu dáng xe, để đem lại
kết quả cao nhất cho các vận động viên nhưng vẫn đảm bảo độ an toàn tuyệt đối.

Hình 2.1 Xem xét đặc tính dòng không khí qua xe đua thể thức 1, mô
phỏng bằng phần mềm Ansys.
+ Lĩnh vực về từ trường: Phần mềm Ansys được ứng dụng để mô
phỏng từ trường sinh ra khi dòng điện đi qua cuộn dây cuốn quanh lỏi thép.
Kết quả của việc mô phỏng giúp ta xác định được mật độ và hướng đi của
dòng từ trường, từ đó xử lí một số vấn đề về thời gian đóng mở của van điện
từ. Đảm bảo an toàn, chính xác, nâng cao hiệu quả cho người sử dụng.

Hình 2.2 Mô phỏng mật độ phân bố dòng từ trường bằng phần mềm Ansys
- 8 -
+ Về lĩnh vực tính dao động: Phần mềm Ansys được ứng dụng trong
việc mô phỏng quá trình dao động của trục TurBine. Kết quả của việc mô
phỏng giúp ta xác định được biên độ dao động, cường độ dao động của trục.
Qua đó đưa ra giải pháp hạn chế vấn đề dao động trục TurBine.

Hình 2.3 Mô phỏng dao động trục TurBine bằng phần mềm Ansys
+ Lĩnh vực tính toán nhiệt: Phần mềm Ansys được ứng dụng trong
việc mô phỏng quá trình hoạt động của buồng đốt nhân tạo. Các kết quả mô
phỏng của phần mềm được sử dụng để cải tiến trong thiết kế, từ đó nâng cao
hiệu quả nhiệt cũng như việc giảm lượng khí thải cacbon, oxit nitơ và bụi.
Xác định điểm nóng bên trong buồng đốt, nơi nhiệt độ nguy hiểm và xác định
được khu vực ăn mòn cao. Việc phân tích vùng nhiệt độ tạo điều kiện thuận
lợi cho việc lựa chọn thép thích hợp trong chế tạo vỏ, đảm bảo tốt trong việc
tối ưu hóa quá trình vận hành buồng đốt.
- 9 -









Hình 2.4 Kết quả thu được từ mô phỏng buồng đốt sinh học bằng phần
mềm Ansys
+ Lĩnh vực vật liệu: Quá trình biến đổi trạng thái, hình dáng mô hình

một vật thể sau khi bị tác động của lực, chuyển động trong không gian luôn
gợi sở thích tìm hiểu. Kết quả mô phỏng phần mềm Ansys giúp ta thấy được
chuyển biến, biến đổi mô hình vật liệu, từ đó phân tích sau hơn, tìm hiểu rỏ
đặc tính cấu trúc vật liệu. Đồng thời lựa chọn được loại vật liệu phù hợp trong
sản suất công nghiệp.


Hình 2.5 Mô phỏng sự thay đổi hình dạng mô hình vật liệu dẻo

+ Lĩnh vực hàng không: Phần mềm Ansys được ứng dụng trong việc
mô phỏng, phân tích, tính toán thiết kế chế tạo máy bay. Đặc biệt quan trọng
trong việc mô phỏng một số trường hợp khó khăn khi tiến hành bằng thực
nghiệm, nếu tiến hành được bằng thực nghiệm thì chi phí cũng rất lớn. Các

- 10 -
kết quả mô phỏng của phần mềm được sử dụng trong việc tối ưu hóa mô hình
máy bay, xác định vùng ứng suất, vùng biến dạng, vùng có áp suất phân bố
lớn nhất, nâng cao hiệu quả kinh tế, chọn loại vật liệu thích hợp chế tạo vỏ
máy bay. Phương pháp mô phỏng số giúp giảm được chi phí, nguyên vật liệu
cũng như bảo vệ môi trường.

Hình 2.6 Mô phỏng phân bố vùng ứng suất trên mủi máy bay bằng phần
mềm Ansys
+ Trong lĩnh vực thể thao : Phần mềm Ansys được ứng dụng để mô
phỏng, phân tích, hiển thị sự phân bố vùng ứng suất, vùng biến dạng, từ đó
phân tích sâu hơn và xử lí cho ra các mô hình dụng cụ thể thao tối ưu, đảm
bảo an toàn,tiết kiệm vật liệu, đem lại kết quả cao nhất cho các vận động viên.

Hình 2.7 Mô phỏng phân bố ứng suất trên gậy bóng chày bằng phần
mềm Ansys

- 11 -
Chương 3
TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG – ĐỘNG HỌC
VÀ ĐỘNG LỰC HỌC
Trong chương này trình bày các thông số kỹ thuật, kết cấu thanh
truyền động cơ D12. Tính toán các chu trình nhiệt động học, động học và
động lực học của cơ cấu thanh truyền khuỷu trục. Vẽ đồ thị công khai triển P-
φ, đồ thị chuyển vị S (φ), đồ thị vận tốc V (φ), đồ thị gia tốc a (φ), đồ thị lực
tổng lực tác dụng lên chốt piston P (φ), đồ thị lực tác dụng dọc trục thanh
truyền P
tt
(φ), đồ thị lực pháp tuyến tác dụng lên thành xylanh N (φ).
3.1. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ D12
Động cơ D12 là động cơ diesel cao tốc một xylanh, làm mát kiểu bốc
hơi, có kết cấu gọn nhẹ, lắp ráp và sửa chữa đơn giản, vận hành êm dịu. Có
cấu tạo thanh truyền đơn giản.

- 12 -

Bảng 3.0 : Thông số kỹ thuật động cơ D12
Stt Tên thông số Ký hiệu

Đơn vị Trị số Chú thích
1 Tốc độ quay định mức n v/p 2000
2 Công suất động cơ N
e
HP 12
3 Suất tiêu hao nhiên liệu g
e
g/HP.giờ Dưới

185

4 Áp suất có ích trung bình P
e
KG/cm
2
6,63
5 Áp suất phun nhiên liệu P
f
KG/cm
2
120±5


6 Trọng lượng máy M kg 135
7 Tỉ số nén λ 1,774 (1,2÷2,4)
8 Tỉ số tăng áp khi cháy ε 20:1
9 Chỉ số nén đa biến
trung bình
n
1
1,37 (1,34÷1,39)
10 Chỉ số giản nở đa biến n
2
1,17 (1,15÷1,25)
- 13 -
trung bình
11 Tỉ số giản nở khi cháy ρ 1,25 (1,2÷1,7)
12 Hệ số khí sót ɣ
r

0,04 (0,03÷0,06)
13 Hệ số thay đổi mol tại
điểm Z
β
z
1,044
14 Góc nạp sớm α
ns

0
gqtk sau
ĐCD
17
15 Góc nạp muộn α
nm
0
gqtk sau
ĐCD
43
16 Góc xả sớm α
xm
0
gqtk trước

ĐCD
43
17 Góc xả muộn α
xm
0
gqtk sau

ĐCD
17
18 Góc phun dầu α
f

0
gqtk trước

ĐCT
16÷20


19 Chiều dài thanh
truyền
l mm 206
20 Khoảng cách từ nắp
Xylanh đến ĐCT
S
c
mm 6,1
21 Thể tích buồn đốt V
c
cm
3
43
22 Hành trình piston S mm 115
23 Thể tích công tác
xylanh
V
s

cm
3
815
24 Thể tích toàn bộ
piston
V
a
cm
3
858
25 Bán kính quay
trục khuỷu
r mm 57.5
26 Hệ số giản nở trong
quá trình giản nở
δ 16