Tính bền mỏi khung xe ch-551 bằng phần mềm ansysworkbench

Chơng 3
Tính bền mỏi khung xe ch-551 bằng phần mềm
ansysworkbench
3.1. Giới thiệu công cụ xây dựng mô hình và tính bền mỏi khung xe.
3.1.1 Tổng quan về phần mềm SolidWorks 2005.
SolidWorks là một phần mềm CAD-3D đợc sử dụng rộng rãi trong
nghành cơ khí chế tạo máy. Đặc biệt với các phiên bản Solid Works từ 2005 trở
đi trong toolbox của chúng có hệ thống th viện tơng đối đầy đủ về một số chi
tiết cơ khí theo tiêu chuẩn. Với hệ thống th viện này trợ giúp cho ngời thiết kế
có thể nhanh chóng tạo ra đợc một số chi tiết cơ khí nh các bánh răng, các ổ bi,
ổ trợt, bu lông, đai ốc, vòng đệm, vít, đinh tán ...chỉ bằng lệnh Create Part và
nhập các thông số của chi tiết đó. Điều này rút ngắn đợc rất nhiều thời gian thiết
kế và có độ chuẩn xác cao.
Ngoài ra phần mềm SolidWorks còn cho phép trao đổi dữ liệu với nhiều
phần mềm thông dụng khác nh : Pro/Eng, Inventor, SolidEdge và một đặc
điểm rất quan trọng là các file dữ liệu của phần mềm này tơng thích với nhiều
phần mềm phân tích kết cấu.
34
Dao diện chính của phần mềm SolidWorks nh sau:
Hình 3.1: Giao diện chính của phần mềm SolidWorks
Việc ứng dụng phần mềm SolidWorks đã tăng nhanh tốc độ thiết kế, việc
thay đổi kích thớc, kết cấu các chi tiết rất dễ dàng và nhanh chóng do đó rút
ngắn đợc thời gian từ thiết kế đến chế tạo. Một đặc điểm khá nổi bật của phần
mềm SolidWorks là quá trình xuất các bản vẽ kỹ thuật, bản vẽ lắp, các hình
chiếu trên bản vẽ kỹ thuật, các định chuẩn trong việc ghi kích thớc, các ký hiệu
mang tính trực quan cho phép chúng ta dễ thể hiện ý tởng và cũng tơng thích với
các tiêu chuẩn quốc tế. Phần mềm ANSYS Workbench và SolidWorks hoàn toàn
tơng thích với nhau, do đó khi xây dựng mô hình trên SolidWorks rất thuận lợi
cho việc tính toán trên ANSYS Workbench.
35
Môi trờng làm

việc
Các nút
lệnh
Dữ liệu về cấu
trúc của mô hình
3.1.2 Tổng quan về phần mềm ANSYS Workbench 9.0.
ANSYS Workbench là một phần mềm công nghiệp, sử dụng phơng pháp
phần tử hữu hạn để phân tích các bài toán vật lý- cơ học, chuyển các phơng trình
vi phân, phơng trình đạo hàm riêng từ dạng giải tích về dạng số, sử dụng phơng
pháp rời rạc hóa và gần đúng để giải các bài toán. Nhờ ứng dụng phơng pháp
phần tử hữu hạn, các bài toán kỹ thuật đợc mô hình hóa và mô phỏng toán học,
cho phép lý giải trạng thái bên trong của vật thể khi chịu một tác động bên
ngoài.
Là một chơng trình mạnh, tính cho các phần tử kết cấu 2D và 3D, giải
các bài toán kết cấu, nhiệt, điện từ ... Mỗi loại vật liệu đợc đa thành một mô hình
hình học, với các cách chia các phần tử phù hợp. Các mô hình vật lý của vật liệu
đợc xác định bằng các hằng số đặc trng hình học, các mô men quán tính, các giá
trị đặc trng của mặt cắt, hệ số poatson, hệ số dẫn nhiệt ...
ANSYS Workbench có modul Design để thiết kế 2D, 3D các chi tiết, bên
cạnh đó nó có thể giao tiếp dễ dàng với hầu hết các phần mềm CAD nh:
AutoCAD, SolidWorks, Autodesk Inventor, ProE, Mechanical Destop... để tận
dụng đợc những điểm mạnh của các phần mềm này. (Trong đề tài tôi tiến hành
xây dựng mô hình khung xe bằng phần mềm SolidWorks sau đó chuyển sang
môi trờng Simulation của ANSYS Workbench để giải bài toán về kết cấu).
Trong phần mềm ANSYS Workbench có modul Fatigue Tool, đây là
môđun chuyên tính bền mỏi kết cấu. Việc áp dụng môđun này đối với bài toán
đánh giá độ bền mỏi khung xe có nhiều thuận lợi. Mô hình khung xe đã xây
dựng bằng phần mềm SolidWorks, nên việc chuyển sang ANSYS Workbench để
tiến hành tính toán đợc thực hiện một cách dễ dàng.
36

Giao diện chính của ANSYS Workbench (Phần Simulation) nh sau:
Hình 3.2: Giao diện chính của ANSYS Workbench.
Đây là giao diện rất thân thiện với ngời dùng, các công cụ thể hiện một
cách trực quan dễ hiểu, các thao tác đơn giản.
37
Môi trờng làm
việc
Vùng dữ liệu về
cấu trúc của mô
hình, dạng kết
quả
Vùng dữ liệu thông
số vật liệu, lực, liên
kết
3.2. Giới thiệu mô đun Fatigue tool.
3.2.1 Cách sử dụng.
Để có thể sử dụng mô đun Fatigue tool khi tính bền mỏi cần thực hiện
theo một số bớc cơ bản sau đây:
- Bớc 1: Khởi động ANSYS Workbench
Hình 3.3: Các mô đun của phần mềm AnsysWorkbench
1. Mô hình hình học (Geometry)
2. Mô hình tính toán (Simulation)
3. Mô hình phần tử hữu hạn (Finite Element Model)
4. Mô hình chia lới (CFX-Mesh)
5. Dự án rỗng (Empty Project)
Sau đó vào mô đun tính toán (Simulation) và tiến hành các bớc tiếp theo.
- Bớc 2: Chạy mô hình hình học đã xây dựng
38
H×nh 3.4: Ch¹y m« h×nh h×nh häc trong phÇn mÒm AnsysWorkbench
- Bíc 3: Chia líi

s
H×nh 3.5: M« h×nh chia líi
39
- Bớc 4: Đặt tải và chọn các ràng buộc
Hình 3.6: Mô hình đặt lực
- Bớc 5: Tính toán với Simulation
Tại đây ta chọn dạng xuất kết quả tính bền thông thờng, sau đó tiến hành
giải với Solve
Hình 3.7: Giải bài toán tính bền
40
Bíc 6: Sö dông m« ®un Fatigue tool
H×nh 3.8: Sö dông m« ®un Fatigue Tool
- Bíc 7: Khai b¸o c¸c th«ng sè ®Çu vµo
H×nh 3.9: Khai b¸o cho tÝnh bÒn mái
41
- Bíc 8: Chän c¸c d¹ng xuÊt kÕt qu¶ tÝnh mái
H×nh 3.10: C¸c d¹ng xuÊt kÕt qu¶
- Bíc 9: Xö lý c¸c kÕt qu¶ thu ®îc
H×nh 3.11: Tuæi thä tÝnh theo sè chu kú mái
42
3.2.2 Các khai báo.
a. Khai báo về vật liệu (Meterials).
Trong khai báo về vật liệu có hai tuỳ chọn nh sau:
- Khai báo cấu trúc vật liệu của kết cấu
Hình 3.12: Các đặc trng vật liệu thép 45X
+ Khai báo mô đun đàn hồi (Youngs Modulus)
+ Khai báo hệ số poát xong (Poissions Ratio)
+ Khai báo khối lợng riêng (Density)
+ Khai báo hệ số giãn nở nhiệt (Thermal Expansion)
+ Dạng đờng cong mỏi (Alternating Stress) có các thuộc tính:

Phép nội suy (Interpolation) có 3 loại: Linear, Semi-Log, Log-Log
Kiểu đờng cong mỏi (Mean Curve Type): Theo ứng suất trung bình
(Mean Stress)và theo tỷ số (R-Ratio).
Số liệu của đờng cong mỏi (Alternating Stress Curve Data).
Giá trị ứng suất và chu kỳ của đờng cong mỏi (Alternating Stress vs.
Cycles ).
43
Hình 3.13: Đờng cong mỏi của vật liệu
+ Khai báo độ bền kéo và nén (Tensile, Compressive Strength)
- Khai báo thuộc tính nhiệt của vật liệu (Thermal)
+ Tính dẫn nhiệt (Thermal Conductivity)
- Khai báo thuộc tính điện từ của vật liệu (Electromagnetics)
+ Độ từ thấm (Relative permeability)
+ Suất điện trở (Resistivity)
- Khai báo hệ số bền mỏi ( 0 K
f
1):
Đây là hệ số thu nhỏ độ bền mỏi. Đờng cong mỏi là sự điều chỉnh hệ số
này trong quá trình phân tích mỏi. Hệ số này đã sử dụng trong tài khoản với môi
trờng thế giới thực có thể khắc nghiệt hơn sự điều chỉnh độ cứng trong phòng
thí nghiệm với trờng hợp tĩnh. Hệ số thu gọn độ bền mỏi phổ biến và có thể tìm
thấy trong số tay thiết kế.
44