Tiểu luận tin học nâng cao Phần mềm Ansys

Tiểu luận tin học nâng caoPhần mềm AnsysDanh sách nhóm 3Phạm Trần BằngNguyễn Gia QuânĐặng Văn ThuânNguyễn Xuân TrườngNguyễn Ngọc ThanhVũ Văn Tiến .Hoàng Tiến MạnhHà Minh ĐứcNguyễn Văn ThoPhạm Bùi Giôn MácNguyễn Văn MinhĐề tài :mô phỏng sự vỡ nát của 1 cái lon soda rỗng(Simulate the Crushing of an Empty Soda Can) Mục lục :Chương I : Giới thiệu tổng quan về phần mềm Ansys .Chương II : Các bước thực hiện mô phỏng va chạm giữa 1 thanh thép cứng rơi tự do xuống 1 cái lon soda được đặt trên 1 tấm thép cứng .Chương III : Kết luậnChương IV : Lời cảm ơnChương I : Giới thiệu tổng quan về phần mềm ansys ANSYS (Analysi systems) là một hệ thống tính toán đa năng . Trong hệ thống này bài toán kỹ thuật được giải quyết bằng phương pháp phẩn tử hữu hạn lấy chuyển vị làm gốc . ANSYS được lập ra từ năm 1970 , được nhóm nghiên cứu của Dr.John Swanson, hệ thống tính toán Swanson, Tại Hợp Chủng Quốc Hoa Kỳ , và từ đó nhanh chóng lan sang các nước trên thế giới , qua nhiều phiên bản với những đặc nhưng như sau:Phiên bản 2.X . Tĩnh học , động lưu học , nhiệt động học , dòng điện ,Phiên bản 3.X .Mở rộng đến những khả năng cũ , hình thành các module hình học , thư viên phân tử ,Phiên bản 4.X .Khả năng về trường điện từ , vật liệu composite, âm học, ngôn ngữ APDL(Ansys Parametic Designlanguage) chứa các hàm cơ bản như sin,cos , arcsin, arccos, loga, hàm e mũ, hàm căn, giá trị tuyệt đối, véctơ, các phép tính ma trận .Phiên bản 5.X .Phép toán Boolean, tạo lưới tự động, dùng thêm “P-method”, biến dạng lớn nhất, mặt tiếp xúc , siêu đàn hồi , độ nhớt , dòng lưu chất Giới thiệu tổng quan về phần mềm Ansys=>Ngoài ra cụ thể còn những phiên ban như: ANSYS 4.4 ANSYS 5.0 ANSYS 5.1 ANSYS 5.3 ANSYS 5.4 ANSYS 5.7 .Phiên bản mới nhất là ANSYS 13.0 ANSYS đã được dùng để giải quyết những bài toán cho giới kỹ nghệ và phục vụ trong công tác giảng dây cho sinh viên , kỹ sư , cao học , cán bộ giảng dậy cảu các ngành Toán – Cơ kỹ thuật , Kỹ Thuật Giao Thông , Xây Dựng,Cơ Khí Tại các trương Đai Học Bách Khoa TP.HCM và trường Đại Học Cần Thơ.Những tính năng nổi bật của AnsysKhả năng đồ họa mạnh mẽ (như một chương trình CAD), giúp cho việc mô hình cấu trúc rất nhanh , chính xác có khả năng truyền dẫn những mô hình CAD của cấu trúc , thành phần hay hệ thống .Giải được nhiều bài toán , như tính toán chi tiết máy , cấu trúc công trình ,điện, điện tử ,điên từ, lưu chấtThư viện phần tử lớn , có thêm phần tử được thêm vào hoặc loại bỏ (Element Birth and Death).Dùng để loai bỏ phần tử hay thêm phẩn tử hoặc thay đổi độ cứng phần tử trong mô hình khi tinh toán .Ví dụ: như bài toán đào đất xây dựng theo từng giai đoạn .Người sử dụng có thể tạoThêm phân tử mớiĐa dạng về tải trọng: tải tập trung, phân bố nhiệt , vận tốc góc Phân sử lý kết quả cao cấp , cho phép vẽ các đồ thị , tính toán tối ưu Có thể dùng ANSYS như một ngôn ngữ lập trình Có khả năng nghiên cứu những đáp ứng vật lý như : trường ứng suất ,trường nhiệt độ.Những tính năng nổi bật của AnsysCó khả năng nghiên cứu những đáp ứng vật lý như : trường ứng suất ,trường nhiệt độ.Giảm chi phí sản xuất và có thể tính toán thử nghiệm .Tạo những mẫu kiểm tra cho những môi trường có điều kiện làm việc khó khăn.Chương trình có thể truy cập dễ dàng đến các hàm , lệnh , tài liệu tham khảo .Hệ thống menu có tính trực giác cho người sử dựng địn hướng đi xuyên suốt chương trình ANSYS , người sử dựng có thể nhập dữ liệu bằng chuột , bằng bàn phím hay kết hợp cả hai.Tổng quan về EXPLIXIT DYNAMICExplixit dynamic : là một modul của ansys chuyên sử dụng để giải các bài toán về va chạm.Một số kiến thức cơ bản về thuyết va chạmĐịnh nghĩa về va chạm:Va chạm là một trường hợp đặc biệt của chuyển động cơ học, trong đó vận tốc các chất điểm của cơ hệ biến đổi hữu hạn trong một khoảng thời gian rất nhỏ khoảng 10-3sec đến 10-2 sec khoảng thời gian đó được gọi là khoảng thời gian va chạm.Các đặc điểm của quá trình va chạmFreshwater Aquarium FishPlaylist Freshwater Aquarium FishĐặc điểm thứ nhất: Quá trình va chạm sẩy ra trong khoảng thời gian rất bé nhưng gây ra sự biến đổi vận tốc hữu hạn, nghĩa là trong va chạm vận tốc lớn nhất. Như vậy trong va cham xuất hiện lực rất lớn để phân biệt với các lực thông thường khác người ta gọi đó là lực va chạm. Lực va chạm bản chất là những lực liên kết do kết quả của sự xuất hiện hoặc biến mật đột ngột các liên kết. Lực va chạm rất lớn so với các lực thông thường khác như trọng lực áp lựcĐó là đặc điểm thứ nhất của hiện tượng va chạmMột số kiến thức cơ bản về thuyết va chạmĐặc điểm thứ hai: Do hiện tượng xảy ra tức thời nên trong khoảng thời gian va chạm rất bé ,các chất điểm của cơ hệ di chuyển rất ít, người ta đã chứng minh được rằng đoạn di chuyển của các chất điểm trong quá trình va chạm là những đại lượng vô cùng bé cùng bậc với thời gian va chạm.Nói khác đi trong qua trình va chạm các chất điêm của cơ hệ di chuyển không đáng kể. Đó là đặc điểm thứ hai của hiện tượng va chạm Một số kiến thức cơ bản về thuyết va chạmĐặc điểm thứ ba:Quan sát quá trình va chạm người ta nhận thấy quá trình va chạm tiến triển theo hai giai đoạn , đó là giai đoạn biến dạng va giai đoạn phục hồi .Giai đoạn biến dạng được xảy ra trong thời gian bắt đầu từ lúc hai vật vừa tiếp xúc nhau. Giai đoạn khôi phục kéo dài trong khoảng thời gian A‑2 bắt đầu từ giai đoạn cuối của quá trình biến dạng lúc hai vật có va chạm bằng nhau.Do tính chất đàn hồi, các vật thể lấy lại hình dáng một phần hoặc hoàn toàn và kết thúc khi hai vật rời khỏi nhau Căn cứ vào mức độ khôi phục hình dạng cũ của các vật va chạm , người ta phân thành va chạm mềm và va chạm đàn hồi.Một số kiến thức cơ bản về thuyết va chạm Va chạm mềm:Là quá trình va chạm trong đó không có giai đoạn khôi phục. Đặc điểm của loại va chạm này là khi kết thúc quá trình va chạm những phần tử của hai vật ở miền tiếp xúc có cùng vận tốc pháp tuyến. Va chạm đàn hồi:Là quá trình va chạm trong đó có giai đoạn khôi phục các vật va chạm khôi phục một phần hay toàn bộ hình dạng trước va chạm của nó.Nếu hình dạng của các vật được khôi phục hoàn toàn thì va chạm được gọi là va chạm hoàn toàn đàn hồi, vận tốc pháp tuyến của những phần tử thuộc hai vật tại miền tiếp xúc là khác nhau.Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_canMục đích :Nén một vỏ đồ uống bằng nhôm và cho phép nó đàn hồi trở lại các bước .Tạo ra một hệ thống phân tích động lực học tường minh sử dụng chương trình ansys.Lựa chọn hệ thống đơn vị và xác định các tính chất của vật liệu, hiệu chỉnh và tạo lưới cho đối tượng hình học của vỏ lon nước ngọt.Thiết lập chế độ phân tích, các điều kiện biên , tải trọng tác động từ bên ngoài, bất đầu giải bài toán và cuối cùng xem lại kết quảChương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_canBước 1 : Bắt đầu với ansys workbench và làm theo bước ở dưới, sử dụng các chữ viết tắt. DC: click kép chuột trái CF: click đơn với chuột trái RMB: chọn chuột phải D$D : kéo và thả bằng cách giữ chuột trái xuống các mục dưới và kéo chúng thả và vị trí mới.Tạo ra một hệ thống phân tích động lực học tường minh sử dụng chương trình ansys.Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_canBước 2.xác định hệ thống đơn vị của hệ thống. -2a: chọn MKS . cho đơn vị của hệ thống từ danh sách đơn vị được cung cấp sẵn .Yêu cầu bẵng việc áp dụng sẵn có trong workbench phải có những giá trị của chungs và hiển thị trong đơn gị của dự án.kiểm tra những hệ thống đơn vị đó để loại trừ những cái xuất hiện trong danh sác đơn vị.chú ý : các dữ liệu kỹ thuật đã sẵn có trong workbench các tính cơ học không thấy ở thời điểm này nhưng sẽ thấy ở các bước sau đó.Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_canXác định các thông số kỹ thuật của vật liệu 3a : chỉnh sửa các bộ phận trong dữ liệu kỹ thuật để thêm vào một vật liệu cho thư viện mặc định.3b: lựa chọn các dữ liệu kỹ thuật ở dưới để xác định một vật liệu mới .Chú ý : tồn tại một mẫu vật liệu trong thư viện vật liệu để có thể đã lựa chọng và có một vài sự giới hạn trên kiểu phần tử mà từ đó có thể sử dụng mẫu vật liệu nhất định và sẽ được nói đến sau.3c: nhập tên mẫu vật liệu “ my_ alunium”.Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can3d: tạo ra mẫu vật liệu mới , xác định các thính chất của nó 3e: thêm vào các thính chất vật lý của vật liệu ở dưới : - Density - Isotropic elasticity - Bilinear isotropic hardeningTừ đó vật liệu có đầy đủ các tính chất, các câu hỏi đánh dấu mầu xanh và các ô màu vàng không xuất hiện trong bảng dữ liệu . Kết quả của các đường cong ứng xuất chẩy là hoàn toàn đàn hồi dẻo.Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can3f: nhập vào các giá trị dưới đây.Tỷ trọng =2710 kg/m3Modul đàn hồi =7e10paHệ số passion =0.3 Độ bền dẻo 2.9e8pa Modul tiếp tuyến = 0paChương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can3g: quay trở lại với project schematic.3h: lưu project bởi lựa chọn “ save as “ thư mục và đường dẫn tới những thư mục nhỏ được xác định bởi instructor của bạn. sử dụng tên “ empty _ soda_can “ cho tên project .Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_canNhập và hiệu chỉnh hình dạng 4a : nhập đối tượng hình học theo những bước được diễn tả ở bên dưới.Không click dúp chuột trên “ geometry”.4b: dẫn tới mẫu thiết kế 11.0SP1 tên file đối tượng hình học “ soda_ can_filled _ 110.agdb”4c: workbench có sự xác định file hình học ( chú ý nhãn màu xanh ở trong ô geometry). Và tiếp đó click kép chuột vào geometry , chọn edit để chỉnh sửa vật thể .Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can4d: bỏ đi một phần khối đặc trên đối tượng lon soda và gọi lệnh “ surface body hole”4e : tạo ra một sự thay đổi trong hình học. mặc dù sự biến đổi thêm vào có thể được tạo ra nhưng những điều này là không cần thiết.4f : lưu toàn bộ dự án.Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can Bước 5 : sửa các mẫu trong mechanical :5a : chỉnh sửa mẫu trong workbench mechanical .Từ sự chỉnh sửa đó là sự mặc định tác .động, click dúp trên model 5b: lựa chọn hệ thống đơn vị.Chú ý :mặc dù hệ thống dữ liệu được sử dụng cho dữ liệu đầu vào và quá trình xử lý là hệ thống MKS, nhưng thực tế hệ thống đơn vị được sử dụng là AUTODYN solver là hệ thống mm_mg_ms ,bởi vì nó cung cấp độ chính xác cao hơn. Điều này sẽ được chỉ ra sau khi mà phần Analysis Settings được trình bày và phân tích .Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can5C: xác định tính chất của nhôm. Đặc tính của nhôm là dẻo . Độ dày =0,00025m Gán vật liệu là “ my_ alunium5d: xác định tính chất của tấm cố định và thanh đập :Đặc tính là cứng Vật liệu thép kết cấu Thanh đập làm bằng thép cứng rơi xuốngHộp soda làm bằng nhôm Đế là thép cứng Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can5e: xem lại những sự tiếp xúc đặc biệt Giữ lại sự tiếp xúc mặc định giữa các đối tượng .5f : lưu project .Chú ý không lưu biểu tượng trong mechanical .Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_canBước 6 : thiết lập điều khiển kích cỡ và mẫu lưới 6a: lựa chọn mục mesh 6b: xác định các tính chất của lưới Physics preference = explicit Element size = 0.01 m 6c: sử dung “ edge selection filter6d: mesh – insert – sizing 6e: định hướng mẫu để chọn 8 cạnh hoặc sử dụng phím CTRL để chọn toàn bộ đối tượng nếu cần thiết. khộng chọn các cạnh lỗ trên đỉnh của lon soda.6f: với 8 cạnh đã chon tạo ra trên màn hìn chọn apply .Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can6g : Thông số về kích thước riêng của các cạnh (Edge Sizing Details ):Kiểu chia(type) : phân chia theo số lượng ô(dựng lưới).Số lượng phân chia cua lưới :36Trạng thái hoạt động : cứng.6h :Khởi chạy môi trường Mesh (click chuột phải vào Mesh rồi chọn Generate Mesh).Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_canBước 7 :7a: Thiết lập và chỉ rõ chế độ phân tích.Thời gian kết thúc (end time) :6.e-004 sTỉ lệ khối lượng tự động :0Chú ý :tỉ lệ khối lượng thì có thể được sử dụng trong môi trường làm việc tiếp theo cho cái mẫu này.7b: chú ý : đơn vị để giải là mm,mg, ms : Hệ thống đơn vị mm, mg, ms, hoàn toàn chính xác trong hầu hết các mô phỏng , vì vây nó là một áp dụng duy nhất, có thể cho giải toán. Mặc dù có nhiều hệ thống đơn vị để giải sẽ được cung cấp trong tương lai. Bất cứ hệ thống đơn vị nào được kéo xuống từ danh sách có thể sử dụng để nhập dữ liệu và hiển thị kết quả.Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can7c: giữ lại những mặc định có sẵn. Chú ý: có nhiều phương pháp để điều kiển sự biến đổi của phần tử. trong trường hợp này các phần tử sẽ biến đổi khi ứng xuất vượt quá 150%.7d: sử dụng những con số mặc định trong dữ liệu cài đặt và lưu lại trong khi giải, phụ thuộc vào sự phân tích cần thiết con số này có thể tăng lên. Nhưng đòi hỏi phải thêm vào không gian của ổ chứa, nên cần thận trọng ở đây.Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can Bước 8:8a: cố định thanh thép đế .lựa chọn “ body filter” ở trên thanh công cụexplicit dynamic chọn insert / fix support lựa chọn thanh thép ở đế apply sự lựa chọn Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can8b:chuyển chỗ thanh đập .Từ explicit dynamic / insert/ displaceChọn thanh đập. Chọn apply cho lựa chọn này.Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can8c: xác định khoảng dịch chuyển theo trục y Theo hướng x và z là bằng 0. Độ dốc theo đồ thị của y như sau. Time =0 sec y=0m Time=5e-4sec y=o,o6m. Time =6e-4sec y= 0,03mChú ý . vận tốc của thanh đập thay đổi bất ngờ theo hướng là không có thực. bình thường chuyển động sẽ theo một hàm sóng sine.Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_canStep 9(bước 9): Chèn kết quả cho sự xử lý . 9a: từ solution / insert / perfomation/ total9b: từ solution / insert / stress/ equivalentChương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can9c: từ solution / insert /strain / equivalent plastic9d: lưu các dự án lại Chú ý: hầu hết ở một thời điểm đơn (ở cuối quá trình chạy) được xác định. Những kết quả đã hoàn thành có thể xem bao gồm những hình ảnh động.Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_canStep10(bước 10): Lựa chọn solver output dưới solution information và solve của simulation. Lời giải chỉ ở dạng thống kê bao gồm thời gian để hoàn thành. Một vài lỗi và cảnh báo cần chú ý. Để hoàn thành lời giải thì ta cần đợi một thời gian.Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_canLựa chọn Energy Summary ở bên dưới Solution Information để xem lại toàn bộ con số thống kê .Chú ý sự thay đổi bất ngờ trong phần động năng nhờ vào chuỗi tải trọng không thực tế .Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_canBước 11 : xem lại kết quả :11.a :lựa chọn Total Deformation và Show the Elements ở bên dưới True scale (tỉ lệ thật) .Giá trị biến dạng lớn nhất do vật rơi tạo ra trên hộp soda là -006 m là nhờ vào giá trị động lượng phứ tạp(một cái tốc độ rơi cho phép thì đã được sử dụng để hạn chế nhưng đòi hỏi trong khoảng thời gian chạy của máy tính).Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can11.b :sự hiển thị kết quả do thiết lập điều khiển chỉ ra ở dưới bằng cách nhấn vào ô Animate .Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_canLặp lại cách trên nếu muốn xem lại kết quả phần Equivalent stress .Chú ý : không có ứng suất được tạo ra trong các đối tượng cứng .Sự tiếp xúc của các vật là dựa trên cơ sở các bề mặt bên ngoài của chúng Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_canẨn đi thanh thép và khối chữ nhật để nhìn kết quả tốt hơn.Trên sự cài đặt phân tích(Analysis Settings ) ,sự biến đổi không xảy ra cho đến khi sức căng của đối tượng vượt quá 1.5.11f : Click Show All Bodies khi đã hoàn thành phần quan sát bên trên . Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_canBước 12 : nhìn lại các file đầu ra.12.a: Từ View chọn File để thêm vào Project File.12b: lựa chọn Open Containing Folder nhờ chuột phải vào ô admodel.prt Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can12.c:kích đúp vào admodel.prt 12.d :như hệ thống đơn vị được ghi chú 1 cách dễ dàng ,hệ thống đơn vị mm_mg_ml có thể tăng độ chính xác đến mức cao nhất . Sau khi sự mô phỏng được hoàn thành,kết quả được biến đổi thành hệ thống đơn vị cơ học hiện tại .Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can12.e :phần Autodin print file cũng bao gồm những thông tin tổng quát về vật liệu .Năng lượng và động lượng được hiển thị trên cả hai loại vật liệu cơ bản và chi tiết cơ bản .Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can12.f :năng lượng và động lượng được cân bằng ,tỷ lệ giữa khối lượng và thời gian chạy(Run Times ) cũng bao gồm trong File admodel.prt Ghi chú : phần tỷ lệ khối lượng (mass scaling) thi không được sử dụng trong mẫu này nhưng sẽ được thêm vào phần công đoạn tiếp theo để chỉ ra khoảng thời gian chạy là như thế nào thì có thể được giảm bớt với chi 1 lượng nhỏ của phần trống để thêm vào lời giải .Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can12.g :đóng File admodel.prt và nhìn lại File setup.log theo cách giống như vậy .12.h : File setup.log cũng chứa đựng những thông tin liên quan tới sự di chuyển của các dữ liệu từ phần Explicit Dynamics (ANSYS) đến file AUTODYN Cycle Zero ,cái mà sau đó được chạy bởi AUTODYN solver .Đóng file và quay lại cửa sổ MechanicalChương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_canBước 13 : Tạo ra 1 bản báo cáo :13.a: click vào ô Solution ở cây Project và sau đó click vào thanh Report Preview ở phần bên dưới của graphics window .ANSYS đã ở chế độ nghỉ ! Bây giờ nó sẽ tự động tạo ra 1 cái bản tường thuật bằng sự thông qua toàn bộ cây và tổng kết mô hình và kết quả . Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can13.b : những tính chất của mô hình được tóm tắt ở bản báo cáo gồm khối lượng, tải trọng, trọng tâm và những tính chất không đổi tức thời .13.c :thông tin về tải trọng cũng được chỉ ra trong thanh định dạng Table .Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can13.d : thậm chí cả đồ thị năng lượng cũng được trình bày trong bảng báo cáo 1 cách thuận tiện .Chương II : Các bước mô phỏng va chạm của Empty_soda_can13.e :bảng tóm tắt dữ liệu kết quả .Cuối cùng lưu lại và kết thúc ANSYS .Chương III: Tổng kếtNhư vậy để mô phỏng được va chạm của lon soda rỗng như trên nói riêng và nhiều các chuyển động va chạm khác nói chung cần có đầy đủ các thông số đầu vào cần thiết . Nhập đúng các dữ liệu đó và tạo được mô phỏng cũng như các thông số cuối cùng .Tóm lại, Ansys là một trong những phần mềm rất đa năng và hỗ trợ mô phỏng các va chạm giữa các vật thể khá mạnh ,qua đó nó trợ giúp rất tốt cho việc học tập và nghiên cứu của các sinh viên, thạc sĩ , tiến sĩ trong các ngành kĩ thuật . Chương IV : lời cảm ơnCuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo cung các bạn sinh viên trong lớp DHCK6LTTB đã giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến báu để nhóm chúng em có thể hoàn thành tốt đề tài này .Trong quá trình thực hiện dù đã cố gắng nhiều xong không tránh khỏi nhưng thiếu xót ,chúng em mong thầy giáo và các bạn trong lớp tiếp tục góp ý đế đề tài của nhóm chúng em được hoàn chỉnh hơn . Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn ! Thái Bình,ngày 31 tháng 8 năm 2011.