Hầu hết các bạn đã học về FEM và CAE, đều biết có 3 bước chính để giải bài toán kỹ thuật sử dụng FEA là:
1. Pre- Processing:
- Chia lưới-Meshing. Hiện nay sử dụng phổ biến nhất là 2 phần mềm HyperMesh & Ansa. Mình chỉ biết sử dụng Hypermesh nên tất cả những bài viết của mình sẽ chỉ sử dụng HyperMesh để minh hoạ. Các bạn hoàn toàn có thể sử dụng các phần mềm khác như Ansys, Ansa, Nastran.
- Gán vật liệu (Material), thông số hình học(Properties)
- Tạo các ràng buộc- Boundary condition (Restrains and Force)
2. Solver: Các gói phần mềm FEA(Hyperworks, ANSYS, NASTRAN, ABAQUS) sẽ sử dụng các phương pháp lặp (phương pháp số) để giải hệ phương trình với số ẩn là số bậc tự do của hệ. Trong những bài toán phức tạp và lớn thì số phần tử có thể lên đến hàng triệu. Và chúng ta cần phải có những máy tính hiệu năng cao đa nhân (không thể giải bằng tay!!!!) để có thể có kết quả nhanh nhất có thể. Thực tế cho thấy một số bài toán ứng dụng cỡ vừa và nhỏ là chúng ta đã nên làm việc khác (chơi thể thao hoặc lượn lờ với gái) trong khi chờ máy tính tính toán. (CPU core i7) (^-^)
3. Post Processing:
- Sau khi các phần mềm FEA/Solver giải ra nghiệm là các chuyển vị, từ đó tính ra các ứng suất,... tại các nút chúng ta cần một công cụ để đọc các dữ liệu đó. Ở đây mình sẽ minh hoạ bằng HyperView là một công cụ trong gói công cụ Hyperworks.
Với quy trình tuần tự như vậy, chúng ta có thể thấy được tầm quan trọng của Pre-Processing (Meshing hay chia lưới). Nếu chúng ta chia lưới với chất lượng thấp thì đương nhiên kết quả về sau sẽ rất sai khác (có thể sai lệch hẳn so với thực tế). Ở bài viết khác mình sẽ giải thích một cách tỉ mỉ thế nào là chất lượng tốt và chia lưới như nào để kết quả có thể chính xác cao(90% hoặc hơn so với thực tế thử nghiệm).
Tôi sẽ bắt đầu với ví dụ đơn giản nhất để so sánh giữa kết quả tính toán lý thuyết và sử dụng phần mềm FEA (Ở đây tôi sử dụng Hyperworks)
Thông số vật liệu:
E = 2.1* E+05 N/mm2
Hệ số Nuy = 0.3
A. Kết quả tính toán bằng giải tích (Analytical)
Stress = F/A = 1,00,000/(3.14*25*25) = 50.95 N/mm2
Displacement (Chuyển vị) = FL/AE = 100,000*500/(3.14*25*25*2.1E05) = 0.12
B. Tính toán bằng phần mềm Hyperworks:
* Bước 1 - Pre-Processing:
- Chia lưới(meshing)
Vì đây là bài toán thanh chịu kéo nén đơn giản nên ta chỉ cần sử dụng phần từ 1D.
Vậy khi nào thì chọn phần tử 1D? => Đó là khi một kích thước sẽ lớn hơn rất nhiều(~10x) 2 kích thước còn lại ( X >>Y,Z). Trong ví dụ của chúng ta ở trên, rõ ràng là 500>>25,25.
Có rất nhiều kiểu phần tử 1D: Rod, Bar, Beam, Pipe, Spot weld (tôi sẽ giải thích rõ hơn ở các bài viết sau). Trong khuôn khổ của bài viết này, tôi sẽ sử dụng phần tử Rod?
- Tạo Vật liệu/Properties và gán chúng cho component (lưới vừa tạo):
- Điều kiện biên(Boundary condition): Force theo phương X (1,00,000N), Restraint gầm tại đầu bên trái 6 bậc tự do(Degree of freedom - DOF). (Câu hỏi đặt ra là tại sao 6 bậc tự do?)
- Tạo các loadstep- quy định kiểu bài toán là gì? Linear Static, Buckling Analysis, Modal,....
* Bước 2: Solver => Sử dụng Optistruct hoặc Radioss của Hyperworks.
* Bước 3: Post Processing
- Xem kết quả chuyển vị/ứng suất bằng HyperView
- Mô phỏng animation quá trình deformation/deflection
- Phân tích kết quả xem có chính xác hay không.
Sau đây là kết quả trên HW:
Như vậy, tính theo FEA:
Stress = 50.93N/mm2 ~ Stress(lý thyết) = 50.95
Displacement = 0.1213 mm ~ Lý thuyết = 0.12
Nếu bạn nào chưa làm được trên HW thì mình sẽ up video hướng dẫn làm nhanh (khoảng 5 phút)
1. Pre- Processing:
- Chia lưới-Meshing. Hiện nay sử dụng phổ biến nhất là 2 phần mềm HyperMesh & Ansa. Mình chỉ biết sử dụng Hypermesh nên tất cả những bài viết của mình sẽ chỉ sử dụng HyperMesh để minh hoạ. Các bạn hoàn toàn có thể sử dụng các phần mềm khác như Ansys, Ansa, Nastran.
- Gán vật liệu (Material), thông số hình học(Properties)
- Tạo các ràng buộc- Boundary condition (Restrains and Force)
2. Solver: Các gói phần mềm FEA(Hyperworks, ANSYS, NASTRAN, ABAQUS) sẽ sử dụng các phương pháp lặp (phương pháp số) để giải hệ phương trình với số ẩn là số bậc tự do của hệ. Trong những bài toán phức tạp và lớn thì số phần tử có thể lên đến hàng triệu. Và chúng ta cần phải có những máy tính hiệu năng cao đa nhân (không thể giải bằng tay!!!!) để có thể có kết quả nhanh nhất có thể. Thực tế cho thấy một số bài toán ứng dụng cỡ vừa và nhỏ là chúng ta đã nên làm việc khác (chơi thể thao hoặc lượn lờ với gái) trong khi chờ máy tính tính toán. (CPU core i7) (^-^)
3. Post Processing:
- Sau khi các phần mềm FEA/Solver giải ra nghiệm là các chuyển vị, từ đó tính ra các ứng suất,... tại các nút chúng ta cần một công cụ để đọc các dữ liệu đó. Ở đây mình sẽ minh hoạ bằng HyperView là một công cụ trong gói công cụ Hyperworks.
Với quy trình tuần tự như vậy, chúng ta có thể thấy được tầm quan trọng của Pre-Processing (Meshing hay chia lưới). Nếu chúng ta chia lưới với chất lượng thấp thì đương nhiên kết quả về sau sẽ rất sai khác (có thể sai lệch hẳn so với thực tế). Ở bài viết khác mình sẽ giải thích một cách tỉ mỉ thế nào là chất lượng tốt và chia lưới như nào để kết quả có thể chính xác cao(90% hoặc hơn so với thực tế thử nghiệm).
Tôi sẽ bắt đầu với ví dụ đơn giản nhất để so sánh giữa kết quả tính toán lý thuyết và sử dụng phần mềm FEA (Ở đây tôi sử dụng Hyperworks)
Thông số vật liệu:
E = 2.1* E+05 N/mm2
Hệ số Nuy = 0.3
A. Kết quả tính toán bằng giải tích (Analytical)
Stress = F/A = 1,00,000/(3.14*25*25) = 50.95 N/mm2
Displacement (Chuyển vị) = FL/AE = 100,000*500/(3.14*25*25*2.1E05) = 0.12
B. Tính toán bằng phần mềm Hyperworks:
* Bước 1 - Pre-Processing:
- Chia lưới(meshing)
Vì đây là bài toán thanh chịu kéo nén đơn giản nên ta chỉ cần sử dụng phần từ 1D.
Vậy khi nào thì chọn phần tử 1D? => Đó là khi một kích thước sẽ lớn hơn rất nhiều(~10x) 2 kích thước còn lại ( X >>Y,Z). Trong ví dụ của chúng ta ở trên, rõ ràng là 500>>25,25.
Có rất nhiều kiểu phần tử 1D: Rod, Bar, Beam, Pipe, Spot weld (tôi sẽ giải thích rõ hơn ở các bài viết sau). Trong khuôn khổ của bài viết này, tôi sẽ sử dụng phần tử Rod?
- Tạo Vật liệu/Properties và gán chúng cho component (lưới vừa tạo):
- Điều kiện biên(Boundary condition): Force theo phương X (1,00,000N), Restraint gầm tại đầu bên trái 6 bậc tự do(Degree of freedom - DOF). (Câu hỏi đặt ra là tại sao 6 bậc tự do?)
- Tạo các loadstep- quy định kiểu bài toán là gì? Linear Static, Buckling Analysis, Modal,....
* Bước 2: Solver => Sử dụng Optistruct hoặc Radioss của Hyperworks.
* Bước 3: Post Processing
- Xem kết quả chuyển vị/ứng suất bằng HyperView
- Mô phỏng animation quá trình deformation/deflection
- Phân tích kết quả xem có chính xác hay không.
Sau đây là kết quả trên HW:
Như vậy, tính theo FEA:
Stress = 50.93N/mm2 ~ Stress(lý thyết) = 50.95
Displacement = 0.1213 mm ~ Lý thuyết = 0.12
Nếu bạn nào chưa làm được trên HW thì mình sẽ up video hướng dẫn làm nhanh (khoảng 5 phút)