hướng dẫn sử dụng phần mềm ldsolids

Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdso l ids Trang 1

Phần I. TỔNG QUAN PHẦN MỀM
1. Giới thiệu
Trong những năm qua, cùng với sự phát triển của đất nước, nền giáo dục
Việt Nam nói chung và giáo dục đại học nói riêng, đã có những bước phát triển
đáng kể. Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thời kì công nghiệp
hóa, hiện đại hóa đất nước, đòi hỏi giáo dục đại học cần có sự đổi mới toàn diện
và sâu sắc. Một trong những giải pháp quan trọng là nhanh chóng đổi mới
phương pháp dạy học ở đại học. Điều 40 của Luật giáo dục 2005 nêu rõ:
“ Phương pháp đào tạo trình độ cao đẳng, trình độ đại học phải coi trọng việc
bồi dưỡng ý thức tự giác trong học tập, năng lực tự học, tự nghiên cứu, phát
triển tư duy sáng tạo, rèn luyện kĩ năng thực hành, tạo điều kiện cho người học
tham gia nghiên cứu, thực hành, ứng dụng”
Để đào tạo ra lớp người đáp ứng được yêu cầu đó, đổi mới phương pháp
dạy học theo hướng phát huy tính tích cực chủ động sáng tạo của sinh viên
(phương pháp dạy học tích cực) là cấp thiết hiện nay. Một công cụ hỗ trợ đắc
lực cho phương pháp dạy học tích cực là ứng dụng công nghệ thông tin - một
phương tiện dạy học hiện đại, hữu ích và hiệu quả trong dạy học. Là giáo viên
giảng dạy môn học sức bền vật liệu để góp phần nâng cao chất lượng dạy và học
môn học này tôi giới thiệu đến các độc giả một phần mềm dạy học MD Solids
Hiện nay có rất nhiều phần mềm hổ trợ học tập và giảng dạy môn học sức bền
vật liệu, tuy nhiên hiện nay vẫn chưa có phần mềm nào có giao diện thân thiện,
phù hợp và dễ sử dụng như là MDSolids.
MDSolids là phần mềm của Timothy A. Philpot, Ph.D, P.E, giảng viên
trường Đại học Missouri – Rolla (Mỹ).Đây là phần mềm đạt giải thưởng phần
mềm dạy học xuất sắc nhất trong cuộc thi phần mềm giáo dục năm 1998, với
giao diện thân thiện, tính năng phong phú. Phần mềm được xây dựng dựa trên
các giáo trình về sức bền vật liệu chuẩn của các tác giả có uy tín lớn trên thế giới

như : Machanics of Materials của Roy R. Craig; Machanics of Materials của
Beer Johnston và Dewolf, Machanics of Materials của Gere, Machanics of Ma-
terials của Hibbeler… MDSolids đã được sử dụng nhiều ở các trường đại họccủa
Phạm Quốc Hòa
Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Trang 2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsolids


Mỹ như : University of Texas, The Pennsylvania State University, Stanford
University và nhiều trường đại học ở nhiều nước khác trên thế giới.
2. Những ứng dụng của MDSolids
Phần mềm này có thể hỗ trợ chúng ta trong các vấn đề sau:
1. Giải các bài toán SBVL. Phần mềm này có thể giúp giải quyết
hầu hết các dạng bài tập cơ bản của môn học SBVL.
2. Giúp sinh viên kiểm tra lại kết quả đã tính toán bằng tay, giúp
kiểm tra lỗi trong quá trình tính toán.
3. MDSolids cung cấp cách giải gọn nhẹ. Những giải thích rõ ràng
trong các bước giải sẽ giúp sinh viên nâng cao khả năng hiểu và giải
quyết các bài tập. Đồng thời qua đó giúp sinh viên hiểu và nắm luôn
các khái niệm cơ bản của sức bền vật liệu.
4. Cung cấp hình ảnh minh hoạ nội lực và ứng suất trong mặt cắt
ngang khi thanh chịu kéo (nén), uốn, xoắn,… rất trực quan và sinh
động.
5. Phần mềm này giúp sinh viên có một cái nhìn trực quan về kết
quả tính toán. Bằng trực giác sẽ giúp sinh viên nắm kỹ hơn về nguyên
lý cộng độc lập tác dụng, đây là vấn đề khó mà phần lớn sinh viên
thường vấp phải.
6. Nếu muốn tìm hiểu môn học SBVL, phần trợ giúp (help) của
chương trình bao gồm nhiều tham khảo bổ ích.

7. MDSolids có phần trợ giúp rất chi tiết, trong đó có các ví dụ
kèm theo hướng dẫn giải rất rõ ràng, giúp cho chúng ta tự nghiên cứu.
8. Cung cấp những tuỳ chọn cho những đơn vị thường sử dụng
nhất, đồng thời các ký hiệu quy ước được dùng bằng chữ (không dùng
các ký hiệu) nên rất thuận lợi cho người học tiếp cận phần mềm này.
Giao diện chính của phần mềm:
Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsol ids Trang 3










3. Các mô đun chính của phần mềm
Phần mềm có 12 mô đun, mỗi mô đun đề giúp giải quyết một vấn đề tiêu biểu
của môn học sức bền vật liệu như:
-Vẽ biểu đồ nội lực
- Kéo,nén đúng tâm.
- Hệ thanh siêu tĩnh chịu kéo, nén đúng tâm.
- Trạng thái ứng suất.
- Thanh tròn chịu xoắn thuần tuý.
- Dầm chịu uốn ngang phẳng.
- Đặc trưng hình học tiết diện của mặt cắt.
- Ổn định thanh chịu nén.

- Thanh chiu lực phức tạp.
- Tính bình chịu áp lực.
- Thư viện các bài tập
- Phân tích tổng quát của bài toán sức bền vật liệu cơ bản.
Ngoài ra chương trình còn có phần Animated Learning Tools giúp chúng ta vừa
học vừa chơi đầy thú vị.



Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Trang 4 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsolids


Phần II. HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG MDSOLIDS GIẢI BÀI TẬP SỨC BỀN
VẬT LIỆU
CHƢƠNG 1: BIỂU ĐỒ NỘI LỰC CỦA DẦM CHỊU UỐN
Bài tập 1:Cho dầm chịu lực như hình vẽ. Biết P =20kN, q = 5kN/m, M =
30kNm.
Yêu cầu: Vẽ biểu đồ nội lực cho dầm





Hƣớng dẫn giải
- Click chuột vào mô đun Determinate Beamsnhư trên hình 1.1

Hình 1.1. Giao diện phần mềm
-Ta được giao diện như hình 1.2
P
M
2m 2m 1m
Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsol ids Trang 5

Hình 1.2.Các dạng dầm có trong phần mềm
- Vì ta đang cần vẽ biểu đồ cho dầm chịu uốn nên ta chọn mô đun thứ nhất trên
hình 2 ta có giao diện như hình 3











Hình 1.3. Thông số chiều dài dầm
- Ta nhập giá trị chiều dài dầm vào khung 1, đơn vị tính của dầm vào khung 2,
tọa độ vị trí các gối đỡ vào khung 3 và khung 4 như ở hình 1.4.

Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Trang 6 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsolids

Hình 1.4. Các thông số của dầm
- Sau đó click chuột vào nút enter ta có kết quả như hình 1.5

Hình 1.5.Hình dạng của dầm chịu uốn
- Đặt lực theo yêu cầu đề bài như ở ví dụ này ta lần lượt đặt các lực như ở các
hình 6, 7, 8:
Đặt lực tập trung P = 20kN

Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsol ids Trang 7












Hình 1.6. Lực tập trung
Đặt lực phân bố q = 5kN/m

Hình 1.7. Lực phân bố trên dầm


Đặt mô men tập trung M = 30kNm

Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Trang 8 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsolids











Hình 1.8. Mô men trên dầm

- Sau mỗi lần đặt lực ta lưu ý click chuột vào nút enter. Kết quả ta sẽ nhận được
biểu đồ nội lực như hình 9















Hình 1.9.Biểu đồ nội lực.
Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsol ids Trang 9


Bài tập 2:Cho dầm chịu
lực như hình vẽ. Biết P=20kN,
q
1
=5kN/m, q
2
=10kN/m

,M=30kNm; Hãy vẽ biểu đồ
nội lực cho dầm.
Hƣớng dẫn giải
- Click chuột vào mô đun Determinate Beams như trên hình 1.10










Hình 1.10.Giao diện của phần mềm
-Ta được giao diện như hình 1.11









Hình 1.11.Chọn dạng dầm.
q
1m
2m
1

2
q
P
M
Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Trang 10 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsolids


- Vì ta đang cần vẽ biểu đồ cho dầm chịu uốn nên ta chọn mô đun thứ nhất trên
hình 1.11 ta có giao diện như hình 1.12











Hình 1.12.Giao diện để điền các thông số của dầm
Đưa các thông số kích thước của dầm và ngoại lực tác dụng lên dầm như hình vẽ
bên dưới.

Hình 1.13.Giao diện để điền các thông số lực phân bố hình thang
- Điền giá trị lực phân bố hình thang vào các khung trên gồm chiều dài
đoạn dầm mà lực phân bố và độ lớn lực phân bố.
Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsol ids Trang 11

- Các lực P và mô men ta đưa các giá trị như ở bài 1 ta được kết quả biểu
đồ nội lực như hình bên dưới:

Hình 1.14.Biểu đồ nội lực của dầm
Kết luận: Với hai bài tập điển hình như trên ta thấy rằng việc vẽ biểu đồ nội lực
được thực hiện rất nhanh chóng và chính xác.




Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Trang 12 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsolids


CHƢƠNG 2: KÉO NÉN ĐÚNG TÂM
Bài toán tĩnh định
Bài tập 1: Cho thanh thép chịu lực như hình vẽ. Biết P

1
= 30kN,
P
2
= 20kN, a = 1m.
1. Hãy tính nội lực bên trong thanh thép
2. Kiểm tra bền cho thanh, biết thanh làm bằng vật liệu dẻo có ứng
suất cho phép [σ] = 250Mpa, tiết diện ngang của thanh F
1
= 1000
mm
2
,F
2
= 2000 mm
2
.
3. Tính biến dạng dài tuyệt đối cho thanh biết E=2.10
9
Mpa

Hƣớng dẫn giải
-Kích chuột vào biểu tương problem libery trên menu chính của phần mềm
Mdsolids:
Chọn thư mục Axial Defomation

Segmented axial members

Vertical ax-
ialmembers


Rod areas specified màn hình sẽ hiện ra bảng tính như sau:











Hình 2.1.Giao diện menu phần mềm

Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsol ids Trang 13











Hình 2.2.mô hình thanh chịu nén

Hình 2.3.Bảng điền các thông số
-Nhập các số liệu đề bài cho vào bảng tính toán trên( chú ý các ô tô vàng là nơi
cần thêm số liệu vào ta tính được ứng suất trên thanh và biến dạng dài tuyệt đối
của từng đoạn và của toàn bộ thanh:
Lực tác dụng lên đoạn BC: P
1
=30kN
Lực tác dụng lên đoạn AB: P
2
=20kN
Chiều dài đoạn BC: a= 1m
Chiều dài đoạn AB:a= 1m
Tiết diện đoạn BC: F=10cm
2
=1000mm
2
Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Trang 14 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsolids

Tiết diện đoạn AB: F=20cm
2
=2000mm
2
Mô đun đàn hồi E cho đoạn AB và BC: E=2.10
4
kN/cm
2
=2.10
9
kN/cm
2

Sau khi nhấn compute ta nhận được kết quả:
- Force (lực dọc):
Đoạn AB: 50kN
Đoạn BC: 30kN
- Stress(Ứng suất):
Đoạn AB: 25Mpa=2,5kN/cm
2
Đoạn BC: 30Mpa=3kN/cm
2

- Elongation-total(Biến dạng dài toàn bộ thanh )=27,5e-6=0,00275cm.
Trƣờng hợp thanh có 3 đoạn ta vào Segments chỉnh 3segs ta được:

Hình 2.4.Mô hình thanh chịu kéo nén có 3 đoạn

Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsol ids Trang 15

Trƣờng hợp thanh chịu ngàm ở dƣới ta chỉnh Support at bottom










Hình 2.5.Mô hình thanh chịu kéo nén bị ngàm dưới
Trƣờng hợp thanh nằm theo phƣơng ngang:
-Kích chuột vào biểu tương problem libery trên menu chính của phần mềm
Mdsolids. Chọn thư mục Axial Defomation

Segmented axial members

Herizontal axialmembers

Rod areas specified màn hình sẽ hiện ra bảng
tính như sau:

Hình 2.6.Mô hình thanh chịu kéo nén theo phương ngang
Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Trang 16 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsolids













Hình 2.7.Mô hình thanh chịu kéo nén theo phương ngang có 3 đoạn
Ta nhập số liệu vào tính toán như trên đã trình bày.
Trường hợp nếu đề không cho diện tích mà chỉ cho biết đường kính của
các thanh ta chuyển sang phương án b:

Hình 2.8.Mô hình thanh chịu kéo nén khi biết đường kính thanh
Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsol ids Trang 17

Bài toán siêu tĩnh
Bài tập 2: Xác định nội lực ứng suất và biến dạng
của thanh chịu lực như hình vẽ. Biết P=40kN,
F
1
=10cm
2
, F
2
=20cm
2
, a=1m.

Hƣớng dẫn giải
Từ menu chính của phần mềm chọn Indet Axial

Analysis Options

End to
EndBars

with force in middle màn hình sẽ hiện ra bảng tính sau:












Hình 2.9.Giao diện chính của phần mềm

Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Trang 18 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsolids











Hình 2.10.Bảng điền thông số thanh siêu tĩnh chịu kéo nén
Số liệu đầu vào:
Load : lực tác dụng lên thanh
Bar length: chiều dài thanh
Elastic Modulus: mô đun đàn hồi của thanh
Kết quả:
Force: nội lực của các thanh.
Stress: Ứng suất trên các thanh.
Strain: biến dạng của các thanh.
Nhập các số liệu đề cho vào bảng tính trên:
P=40kN;
a=1m;
F
1
=10cm
2

=1000mm
2
; F
2
=20cm
2
=2000mm
2

Sau khi nhập đầy đủ các số liệu ta nhấn Compute ta nhận được kết quả:






Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsol ids Trang 19










Hình 2.11.Kết quả bài toán siêu tĩnh

Nội lực trong các thanh: N
1
=13,33kN; N
1
=26,67kN
Ứng suất trong các thanh :
1

=13,33Mpa;
2

=13,33Mpa.
Biến dạng trong các thanh:
1
l
=0,000183m;
2
l
=0,000183m.
Chú ý thanh 1 chịu kéo và thanh 2 chịu nén.
Những trƣờng hợp đặc biệt:
Bài tập 3: Cho thanh chịu lực kéo nén như hình vẽ. Biết P
1
=50kN,
P
2
=100kN,P
3
=50kN, E=200Gpa; F
1

=50mm
2
,F
2
=60mm
2
,F
3
=40mm
2
,F
4
=30mm
2
,
1. Vẽ biểu đồ nội lực cho dầm.
2. Vẽ biểu đồ ứng suất cho dầm.
3. ẽ biểu đồ chuyển vị cho dầm.




Hƣớng dẫn giải
Từ giao diện của phần mềm ta chọn General Analysis
Axial Torsion Beamsta nhận được giao diện như hình
2.11
Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Trang 20 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsolids

Hình 2.12.Giao diện điền các thông số bài toán kéo, nén
Sau khi điền các thông số cần thiết của bài toán vào các ô trên ta nhấn nút com-
pute ta nhận được kết quả như hình 2.12.













Hình 2.13. Giao diện kết quả bài toán kéo, nén

Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsol ids Trang 21

Để xác định biểu đồ nội lực, biểu đồ ứng suất của bài toán ta nhấn nút Plots ta
được các biểu đồ sau:










Hình 2.14.Biểu đồ lực dọc










Hình 2.15.Biểu đồ ứng suất pháp

Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Trang 22 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsolids



Hình 2.16.Biểu đồ chuyển vị


















Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsol ids Trang 23

CHƢƠNG 3 TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT
Bài tập 1:Cho trạng thái ứng suất phẳng như hình vẽ.

a) Xác định ứng suất chính và phương chính.
b) Xác định ứng suất trên mặt cắt nghiêng.
c) Xác định ứng suất tiếp cực trị.

Hƣớng dẫn giải
a)Từ menu chính của phần mềm chọn Mohr’s Circlexuất hiện bảng như hình
bên dưới:














Hình 3.1.Bảng nhập thông số ứng suất pháp, ứng suất tiếp
Ta nhập các số liệu đầu vào bảng trên như sau:
2
x
Mpa


nhập dương 2 vào ô Nomal stress( x direction).
1

y
Mpa


nhập dương 1 vào ô Nomal stress( y direction).
1
xy
Mpa


nhập dương 1 vào ô Shear stress( xy direction).
Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Trang 24 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsolids


Chú ý: Nếu
2
2/
xx
kN cm


;
2
1/
y
kN cm



thì ta chọn Tension(+), nếu ngược
lại ta chọn Compression(-).
Nếu
2
1/
xy
kN cm


thì ta chọn Compression(-),nếu ngược lại ta chọn Ten-
sion(+).
Sau khi nhập xong mọi thông số ta nhấn compute để thực hiện tính toán cho bài
toán trạng thái ứng suất. Ta sẽ thấy xuất hiện bảng sau:
















Hình 3.2.Kết quả các ứng suất chính

Nhìn vào bảng trên ta dễ dàng xác định được ứng suất lớn nhất
1
2.618Mpa


;
2
0.382Mpa


;
max
1.118Mpa


.
Ta tiếp tục nhấn vào nút Details trên bảng ta thấy suất hiện bảng sau:
Phạm Quốc Hòa-Trường đại học Trần Đại Nghĩa

Hướng dẫn sử dụng phần mềm Mdsol ids Trang 25


Hình 3.3.Kết quả chi tiết các thành phần ứng suất
Nhìn vào bảng Principal Stress Orientationta hoàn toàn có thể xác định được
phương chính. Trong trường hợp cụ thể này góc của phương chính là 31.72
0
.
Nhìn vào bảng Max In – plane Shear Stress Orientation ta hoàn toàn xác định
được phương của ứng suất tiếp lớn nhất.
b) Để tính ứng suất trên mặt cắt nghiêng bất kỳ ta điền giá trị của góc


vào ô
Angle from x axis to n axis.
Trong trường hợp cụ thể này ta tính ứng suất trên mặt nghiêng một góc 60
0
so
với phương của trục x. ta thấy xuất hiện bảng như sau: