Đang tải... (xem toàn văn)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang 4 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Đặt vấn đề Sự tiến bộ của khoa học, kỹ thuật đòi hỏi người kỹ sư thực hiện những đề án ngày càng phức tạp, đắt tiền và đòi hỏi độ chính xác, an toàn cao. Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) là một phương pháp rất tổng quát và hữu hiệu cho lời giải số nhiều lớp bài toán kỹ thuật khác nhau. Từ việc phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng trong các kết cấu cơ khí, các chi tiết trong ô tô, máy bay, tàu thủy, khung nhà cao tầng, dầm cầu v.v.., những bài toán của lý thuyết trường như: lý thuyết truyền nhiệt, cơ học chất lỏng, thủy đàn hồi, khí đàn hồi, điện từ trường v.v.. Với sự giúp đỡ của nghành Công nghệ thông tin và hệ thống CAD, nhiều kết cấu phức tạp cũng đã được tính toán và thiết kế chi tiết một cách dễ dàng. Trên thế giới có nhiều phần mềm PTHH nổi tiếng như: NASTRAN, ANSYS, MODULLEF, SAP 2000, CASTEM 2000, SAMCEF v.v.. Phần mềm ANSYS là một trong nhiều chương trình phần mềm công nghiệp sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM Finite Element Method) để phân tích các bài toán vật lý cơ học, chuyển các phương trình vi phân, phương trình đạo hàm riêng từ dạng giải tích số, với việc sử dụng phương pháp rời rạc hóa về dạng gần đúng để giải. Đề tài : “Dùng phần tử hữu hạn (FEM) và phương pháp Virtual Crack Closure Technique (VCCT) thông qua phần mềm Ansys để tính toán khả năng phá huỷ của một kết cấu hai vật liệu (bimaterial structure)” được lựa chọn để đáp ứng mục đích kiểm nghiệm, xác định năng tỷ lệ lượng giải phóng (hay độ cứng chống phá hủy) của kết cấu khi vết nứt hình thành, từ đó so sánh với các cấu trúc trong thực tế nhằm đưa ra phương pháp sử dụng cấu trúc vật liệu một cách phù hợp nhất.
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VÂN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN KĨ THUẬT MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỂ TÀI DÙNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ PHƢƠNG PHÁP VIRTUAL CRACK CLOSURE TECHNIQUE (VCCT) THÔNG QUA PHẦN MỀM ANSYS ĐỂ TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG PHÁ HỦY CỦA MỘT KẾT CẤU HAI VẬT LIỆU Giáo viên hƣớng dẫn : Th.s Trần Thanh Hải Sinh viên thực Lớp : : Phạm Xuân Hiếu Cơ điện tử K46 HÀ NỘI - 2010 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI …………………………………… ……… Đặt vấn đề Nội dung đề tài CHƢƠNG I: CƠ HỌC PHÁ HỦY…………………………………… I Giới thiệu học phá hủy (Fracture Mechanics) II Biểu đồ ứng suất – chuyển vị III Fracture modes (các chế độ phá hủy) 11 IV Năng lƣợng cân vết nứt 11 V Lý thuyết Griffith 12 CHƢƠNG II: PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN………………14 I Khái niệm chung nội dung phƣơng pháp 14 Khái niệm chung 14 Nội dung phƣơng pháp 15 Một số khái niệm sử dụng toán phần tử hữu hạn 16 Trình tự phân tích toán theo phƣơng pháp PTHH 24 Giải toán hệ phƣơng pháp phần tử hữu hạn 26 II Các phần tử 33 Giới thiệu chung 33 Một số phần tử tính chất chúng 35 CHƢƠNG III: PHƢƠNG PHÁP VIRTUAL CRACK CLOSURE TECHNIQUE………………………………………………………… 41 I Phƣơng pháp VCCT bƣớc 41 GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP II Virtual Crack Closure Technique………………………………… 43 CHƢƠNG IV: PHẦN MỀM ANSYS…………………………………46 I Giới thiệu chung 46 II Ứng dụng Ansys 48 Phân tích kết cấu : 49 Động lực học biến dạng lớn: 50 Phân tích nhiệt 50 Phân tích điện từ 51 Tính toán động lực học dòng chảy 53 Phân tích tƣơng tác trƣờng vật lí 54 III Các bƣớc thực giải toán Ansys 54 Preprocessing 55 Solution 58 Postprocessing 59 CHƢƠNG V: TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG PHÁ HỦY CỦA KẾT CẤU HAI VẬT LIỆU (CU-EPOXY MOLDING COMPOUND)………….67 I Nội dung toán xác định phƣơng hƣớng triển khai 68 Nội dung 68 Hƣớng triển khai toán 69 II Giải toán Ansys 70 KẾT LUẬN…………………………………………………………….80 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………… 81 GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Đặt vấn đề Sự tiến khoa học, kỹ thuật đòi hỏi ngƣời kỹ sƣ thực đề án ngày phức tạp, đắt tiền đòi hỏi độ xác, an toàn cao Phƣơng pháp phần tử hữu hạn (PTHH) phƣơng pháp tổng quát hữu hiệu cho lời giải số nhiều lớp toán kỹ thuật khác Từ việc phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng kết cấu khí, chi tiết ô tô, máy bay, tàu thủy, khung nhà cao tầng, dầm cầu v.v , toán lý thuyết trƣờng nhƣ: lý thuyết truyền nhiệt, học chất lỏng, thủy đàn hồi, khí đàn hồi, điện từ trƣờng v.v Với giúp đỡ nghành Công nghệ thông tin hệ thống CAD, nhiều kết cấu phức tạp đƣợc tính toán thiết kế chi tiết cách dễ dàng Trên giới có nhiều phần mềm PTHH tiếng nhƣ: NASTRAN, ANSYS, MODULLEF, SAP 2000, CASTEM 2000, SAMCEF v.v Phần mềm ANSYS nhiều chƣơng trình phần mềm công nghiệp sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn (FEM - Finite Element Method) để phân tích toán vật lý học, chuyển phƣơng trình vi phân, phƣơng trình đạo hàm riêng từ dạng giải tích số, với việc sử dụng phƣơng pháp rời rạc hóa dạng gần để giải Đề tài : “Dùng phần tử hữu hạn (FEM) phương pháp Virtual Crack Closure Technique (VCCT) thông qua phần mềm Ansys để tính toán khả phá huỷ kết cấu hai vật liệu (bi-material structure)” đƣợc lựa chọn để đáp ứng mục đích kiểm nghiệm, xác định tỷ lệ lƣợng giải phóng (hay độ cứng chống phá hủy) kết cấu vết nứt hình thành, từ so sánh với cấu trúc thực tế nhằm đƣa phƣơng pháp sử dụng cấu trúc vật liệu cách phù hợp GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sau trình tìm hiểu, nghiên cứu với nỗ lực thân với hƣớng dẫn bảo tận tình thầy giáo Th.s Trần Thanh Hải_ BM KTM đề tài đƣợc hoàn thành Tuy vậy, thời gian vốn kiến thức hạn chế nên đề tài nhiều thiếu sót Rất mong nhận đƣợc bảo góp ý sâu sắc Thầy, Cô bạn để đề tài đƣợc hoàn thiện Hà nội, ngày 30 tháng năm 2010 Sinh viên thực Phạm Xuân Hiếu Lớp điện tử K46 _ ĐHGTVT GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nội dung đề tài Đề tài đƣợc chia thành chƣơng sau: Chƣơng 1: Tìm hiểu học phá hủy (Fracture Mechanics) Xác định nguyên lý việc dùng Cơ học phá hủy (Fracture Mechanics) việc đánh giá độ bền phá hủy kết Chƣơng 2: Nghiên cứu phƣơng pháp PTHH Trong chƣơng tìm hiểu khái niệm, nội dung ứng dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn (PPPTHH) việc giải toán cụ thể Đồng thời giới thiệu số phần tử thƣờng đƣợc sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn (PPPTHH) Chƣơng 3: Giới thiệu phƣơng pháp Virtual Crack Closure Technique (VCCT), phƣơng pháp PTHH dùng để xác định tỷ lệ lƣợng giải phóng (hay độ cứng chống phá hủy) có vết nứt hình thành kết cấu Chƣơng 4: Tìm hiểu phần mềm Ansys Nội dung chƣơng sâu tìm hiểu phần mềm Ansys, ứng dụng phần mềm lĩnh vực công nghiệp Thực phân tích, tính toán cấu trúc, cấu kiện, chi tiết máy phần mềm Ansys Chƣơng 5: Nghiên cứu triển khai phƣơng pháp VCCT Ansys để tính độ bền phá hủy kết cấu GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG I CƠ HỌC PHÁ HỦY I Giới thiệu học phá hủy (Fracture Mechanics) Cơ học phá hủy (Fracture Mechanics) môn khoa học chuyên nghiên cứu độ bền tuổi thọ vật liệu, chi tiết máy cấu kiện có vết nứt Cho phép định lƣợng mối quan hệ tính chất vật liệu, ứng suất, diện vết nứt gây phá hủy kết cấu chế lan truyền vết nứt Nó sử dụng phƣơng pháp phân tích học vật rắn để tính toán động lực vết nứt thử nghiệm học vật rắn để mô tả đặc điểm chống lại phá hủy kết cấu (theo [1]) Hầu hết thành phần kỹ thuật cấu trúc chứa khuyết tật hình học Kích thƣớc hình dạng chúng quan trọng chúng xác định độ bền cấu trúc vật liệu Thông thƣờng, độ bền thành phần cấu trúc có chứa khuyết tật bị ảnh hƣởng hai yếu tố ứng suất độ bền uốn Tuy nhiên, cách tiếp cận thƣờng cho kết không xác khuyết tật có đặc trƣng hình học lớn Để giải thích điểm này, xem xét trƣờng hợp sau (hình 1): Hình Các mẫu thử có vết nứt Tất mẫu có độ dày Các lực cần thiết để phá vỡ bốn mẫu đƣợc xếp theo thứ tự sau: F4 < F3 < F1 < F2 GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Rõ ràng, kích thƣớc khuyết tật mẫu C D ảnh hƣởng lớn đến độ bền mẫu, làm giảm độ bền mẫu So với phƣơng pháp thông thƣờng có tên tiếp cận sức bền vật liệu có hai yếu tố ảnh hƣởng, phƣơng pháp học phá hủy (Fracture mechanics) bị ảnh hƣởng ba yếu tố áp dụng ứng suất, kích thƣớc phá hủy độ bền phá hủy Trong phƣơng pháp tiếp cận này, độ bền phá hủy thay độ bền uốn phù hợp tính chất vật liệu Fracture Mechanics xác định giới hạn ba yếu tố Hình cho thấy khác biệt cách tiếp cận Fracture Mechanics với cách tiếp cận sức bền vật liệu Hình So sánh phương pháp Fracture Mechanics với phương pháp tiếp cận Sức bền vật liệu Đối với vật liệu không thay đổi theo thời gian, Fracture Mechanics đƣợc chia thành Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) Elasto Plastic Fracture Mechanics (EPFM) LEFM cho kết vƣợt trội cho vật liệu giòn nhƣ thép cƣờng độ đàn hồi cao, thủy tinh, đá, bê tông, vv Tuy nhiên, vật liệu dễ uốn nhƣ thép carbon thấp, thép không gỉ, hợp kim nhôm, polyme, vv, tính dẻo xảy trƣớc phá hủy Tuy nhiên, tải trọng nhỏ, LEFM cho kết gần Sơ đồ hình Fracture Mechanical đƣợc nhìn thấy hình 3: GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình Mô hình cấu trúc hình đơn giản Fracture Mechanics II Biểu đồ ứng suất – chuyển vị Theo thí nghiệm vật liệu dẻo (Thép CT 38) ta có đƣợc đồ thị chuyển vị – ứng suất nhƣ hình (theo [2]): Hình Đồ thị chuyển vị - ứng suất Trong trình từ lúc bắt đầu kéo đến bị đứt, mẫu thử qua điểm đặc biệt Dƣới ta phân tích trình GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giai đoạn tỉ lệ: Giai đoạn thể đoạn OA Trong giai đoạn vật liệu tuân theo định luật Hooke, ứng suất lớn gọi giới hạn tỉ lệ Độ dốc đoạn OA giá trị modul đàn hồi vật liệu Trong giai đoạn này, vật liệu có tính đàn hồi, tức sau bỏ hết tải trọng – lực kéo, mẫu thử hoàn toàn trở lại trạng thái chiều dài ban đầu Tuy nhiên phía giới hạn đàn hồi ít, ngƣời ta thấy vật liệu đàn hồi A’.Ứng suất lớn mà vật liệu đàn hồi đƣợc gọi ứng suất đàn hồi Khi kéo mẫu đến điểm C, đồ thị có dạng nằm ngang CC’ gọi mặt chảy Trong giai đoạn này, không tăng lực kéo, mẫu bị giãn Ứng suất tƣơng ứng với điểm C gọi giới hạn chảy Hết mặt chảy độ bền kim loại đƣợc khôi phục Đó giai đoạn tái bền tƣơng ứng với đoạn C’D Cuối giai đoạn này, mẫu thử hình thành chỗ thót Chính chỗ thót làm cho độ giãn lớn Ứng suất cao (điểm D) gọi giới hạn bền Sau điểm D, đồ thị tụt xuống đến điểm định mấu đứt Sở dĩ có đoạn tụt xuống lúc chỗ thót có diện tích tƣơng đối bé nên lực kéo không cần lớn nhƣ trƣớc Từ sau giới hạn đàn hồi, vật liệu có biến dạng dƣ hay biến dạng dẻo Thí dụ điểm M ta bỏ lực, đồ thị giảm tải trọng theo đƣờng MP có độ dốc độ dốc giai đoạn đàn hồi OA Khi hết tải trọng, biến dạng dẻo thể đoạn OP, đoạn PQ biến dạng đàn hồi GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG V TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG PHÁ HỦY CỦA KẾT CẤU HAI VẬT LIỆU (CU-EPOXY MOLDING COMPOUND) EMC (Epoxy Molding Compound) EMC vật liệu phi kim loại sử dụng rộng rãi gói vi điện tử Nó đƣợc tạo từ thành phần chủ yếu nhựa Epoxy kết hợp với vật liệu khác nhƣ chất đóng rắn, cao su lƣu hóa… EMC có đặc tính gần giống với tính chất Epoxy nhƣ độ bền học cao, chịu nƣớc hóa chất cao Epoxy ? Epoxy loại nhựa tổng hợp cứng có độ bền cao Epoxy không giống với loại nhựa khác đƣợc dùng ngành đóng thuyền, độ bám dính cao nhiều so với Polyester (nhựa composite) Ngoài ra, Epoxy có độ bền học cao, chịu nƣớc hóa chất tốt loại nhựa khác Cũng giống nhƣ nhựa Polyester, Epoxy đƣợc hình thành từ phản ứng hóa học thành phần riêng biệt: Nhựa (resin) chất đóng rắn (hardener) Polyester đóng rắn ta trộn lƣợng nhỏ chất đóng rắn vào, nhƣng Epoxy cần lƣợng chất đóng rắn nhiều Thông thƣờng tỷ lệ chất đóng rắn với nhựa Polyester phần ngàn, với Epoxy 1:1 (1 Epoxy + chất đống rắn), 1:2, 1:3, 1:4, 1:5 Trong ngành đóng thuyền, Epoxy đƣợc sử dụng nhƣ chất keo dán, bột trét kết hợp với sợi thủy tinh để tạo nên lớp vỏ bọc chắn cho vỏ thuyền Trong ngành đóng thuyền kỹ thuật cao ngƣời ta phân Epoxy thành loại khác dựa mục đích sử dụng đặc tính kỹ thuật nhƣ: độ đặc (viscosity), độ Trong phần lớn ứng dụng thông thƣờng, ngƣời ta dùng nhựa Epoxy phổ thông Nhựa Epoxy phổ thông dùng để đóng thuyền có độ GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP đặc thấp giúp chúng thấm nhanh vào lớp sợi thủy tinh tạo lớp vật liệu có tính kỹ thuật tốt nhiều so với lớp vật liệu làm từ nhựa Polyester sợi thủy tinh I Nội dung toán xác định phƣơng hƣớng triển khai Nội dung Dùng phƣơng pháp phần tử hữu hạn phƣơng pháp Virtual Crack Closure Technique thông qua phần mềm Ansys để tính toán khả phá hủy kết cấu hai vật liệu (bi-material) Kết cấu đƣợc làm từ hai vật liệu Cu có E = 135 GPa ν = 0,34 hợp chất EMC (Epoxy Molding Compound) có E = 30 GPa ν = 0,24 Mô hình kết cấu nhƣ hình 50: Hình 50 Kết cấu hai vật liệu (Cu-EMC) Các kích thƣớc: chiều dải mẫu l = 48 mm, chiều rộng mẫu b = 8,8 mm, chiều dày lớp vật liệu Đồng tcu = 0.28 mm, chiều dày Epoxy Molding Compound temc = 2.1mm, khoảng cách hai gối c = 20 mm, khoảng cách hai điểm đặt lực d = 40 mm Biết chiều dài vết nứt a = mm, tải trọng tác dụng P = 5N, xác định tỷ lệ lƣợng giải phóng vết nứt hay độ cứng chống phá huỷ kết cấu GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang 68 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hƣớng triển khai toán Trên Ansys ta thực nhƣ sau: Do tính đối xứng nên ta xây dựng tính toán nửa mô hình (hình 51) Hình 51 Một nửa mô hình cấu trúc Đồng – Epoxy Molding Compound Ta xác định tỷ lệ lƣợng giải phóng vết nứt đƣợc tạo theo phƣơng pháp Virtual Crack Closure Technique cho phần tử nút (hình 52) Hình 52 Phương pháp VCCT cho phần tử nút Ở toán ta xét với phần tử hai chiều nên có tỷ lệ lƣợng giải phóng theo hai phƣơng X Z Ta có tỷ lệ lƣợng giải phóng đƣợc tính theo công thức sau: GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang 69 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Z i w l w l* Z j w m w m* 2a GII X i ul ul* X j um um* 2a GI Tổng tỷ lệ lƣợng giải phóng GT đƣợc tính toán từ tỷ lệ lƣợng giải phóng thành phần bằng: GT = + Ta chọn điểm Crack Tip nút i (đầu vết nứt hay mũi nứt), khoảng cách nút Δa = delr = a/190 (bán kính dãy phần tử thứ điểm Crack Tip) Trong a = (mm) chiều dài vết nứt II Giải toán Ansys Chƣơng trình tính toán khả phá hủy kết cấu hai vật liệu theo phƣơng pháp Virtual Crack Closure Technique thông qua phần mềm Ansys đƣợc viết nhƣ sau: fini /clear /filname,CT,on /title, Structure bi_material ! Geometry parameters l = 24*1e-3 ! half of length (m) b = 8.8*1e-3 ! thickness temc = 2.1*1e-3 ! thickness of EMC tcu = 0.25*1e-3 ! thickness of Cu c = 10*1e-3 ! distance from the support to the notch d = 20*1e-3 ! distance from the load to the notch a = 5*1e-3 ! crack length ECu = 135e9 GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang 70 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP vCu = 34 EEMC = 30e9 vEMC = 24 ! Loading parameters load = 5/(2*b) ! load (N), ! Meshing parameters mes = a/40 ! define maximum elementsize ! KSCON parameters npt1 = !Specifies a keypoint about which an area mesh will be skewed ! keypoint at crack-tip npt2 = 81 delr = a/190 ! radius of 1st row elements at crack tip kctip = ! -> normal elements nthet = 16 ! elements in circumferential direction rrat = 0.75 ! element size ratio: 1st row to 2nd row tol = 1e-12 da = delr /prep7 ! thiet lap mo hinh hinh hoc va vat lieu ET,1,PLANE183 ! xac dinh dang phan tu duoc su dung KEYOPT,1,3,2 ! lua chon keyo cua phan tu mp,ex,1,ECu ! Cu youngs's modulus = 135e9 (Pa) mp,nuxy,1,vCu mp,ex,2,EEMC ! EMC youngs's modulus = 30e9 (Pa) mp,nuxy,2,vEMC k,1,0,0 k,2,c,0 k,3,l,0 k,4,l,(tcu+temc) k,5,d,(tcu+temc) k,6,,(tcu+temc) GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang 71 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP k,7,,tcu k,71,,tcu k,8,a,tcu k,81,a,tcu k,9,l,tcu k,91,l,tcu l,1,2 l,2,3 l,3,9 l,9,8 l,8,7 l,7,1 al,all !tao mot be mat tu cac duong da chon l,71,81 l,81,91 l,91,4 l,4,5 l,5,6 l,6,71 lsel,s,line,,7,12 !Selects a subset of lines al,all lsel,all esize,mes !xac dinh kich thuoc cua luoi kscon,npt1,delr,kctip,nthet,rrat kscon,npt2,delr,kctip,nthet,rrat MSHKEY,0 !xac dinh dang luoi duoc su dung mat,1 amesh,1 mat,2 amesh,2 fini GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang 72 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP /solu ! giai bai toan PTHH Save antype, static !Coupling nodes nsel,s,loc,x,a,l ! selecting those nodes that must be couples including crack tip nsel,r,loc,y,tcu cpintf,all,5e-6 nsel,s,loc,x,0 nsel,r,loc,y,0,tcu d,all,ux,0 nsel,s,loc,y,0 nsel,r,loc,x,c d,all,uy,0 allsel fk,5,fy,-load solve finish /post1 ! xuat ket qua tuon ung voi doi tuong tai mot thoi diem khao sat PLESOL, S,EQV, 0,1.0 ! Select node at the crack tip ksel,s,kp,,8 nslk,s fsum !Sums the nodal force and moment contributions of elements *get,F_i1_lower,fsum,fy *get,F_i2_lower,fsum,fx !not neccessary to get the reaction forces ksel,s,kp,,81 nslk,s GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang 73 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP fsum !Sums the nodal force and moment contributions of elements *get,F_i1_upper,fsum,fy *get,F_i2_upper,fsum,fx ! Select first node behind the crack tip (1st right node) asel,s,area,,2 nsla,s,1 nsel,r,loc,y,tcu nsel,r,loc,x,a-delr-tol,a-delr+tol *GET,n_upper,NODE,0,num,max !Highest or lowest node number in the selected set !get the displacement of the selected node *get,U_l1_upper,node,n_upper,u,y *get,U_l2_upper,node,n_upper,u,x asel,s,area,,1 nsla,s,1 nsel,r,loc,y,tcu nsel,r,loc,x,a-delr-tol,a-delr+tol *GET,n_lower,NODE,0,num,max !Highest or lowest node number in the selected set !get the displacement of the selected node *get,U_l1_lower,node,n_lower,u,y *get,U_l2_lower,node,n_lower,u,x asel,s,area,,2 nsla,s,1 nsel,r,loc,y,tcu nsel,r,loc,x,a+delr/2-tol,a+delr/2+tol fsum !Sums the nodal force and moment contributions of elements *get,F_k1_upper,fsum,fy *get,F_k2_upper,fsum,fx GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang 74 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP asel,s,area,,1 nsla,s,1 nsel,r,loc,y,tcu nsel,r,loc,x,a+delr/2-tol,a+delr/2+tol fsum !Sums the nodal force and moment contributions of elements *get,F_k1_lower,fsum,fy *get,F_k2_lower,fsum,fx !!!!! Select second node behind the crack tip (2nd right node) asel,s,area,,2 nsla,s,1 nsel,r,loc,y,tcu nsel,r,loc,x,a-delr-tol,a-delr+tol *GET,h_upper,NODE,0,num,max !get the displacement of the selected node *get,U_m1_upper,node,h_upper,u,y *get,U_m2_upper,node,h_upper,u,x asel,s,area,,1 nsla,s,1 nsel,r,loc,y,tcu nsel,r,loc,x,a-delr-tol,a-delr+tol *GET,h_lower,NODE,0,num,min !get the displacement of the selected node *get,U_m1_lower,node,h_lower,u,y *get,U_m2_lower,node,h_lower,u,x !!!!!!!!!!From left to right l,m,i,k G1=-(abs(F_i1_upper)*abs(U_m1_upper)-abs(F_i1_lower)*abs(U_m1_lower)+ abs(F_k1_upper)*abs(U_l1_upper)-abs(F_k1_lower)*abs(U_l1_lower))/(delr*2) GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang 75 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP G2=-(abs(F_i2_upper)*abs(U_m2_upper)-abs(F_i2_lower)*abs(U_m2_lower)+ abs(F_k2_upper)*abs(U_l2_upper)-abs(F_k2_lower)*abs(U_l2_lower))/(delr*2) G=(G1+G2) *status Kết Mô hình kết cấu tính toán toán đƣợc mô Ansys nhƣ hình dƣới (hình 53) Hình 53 Mô hình tính toán Ansys Sau trình phân tích tính toán ta thu đƣợc biểu đồ biến dạng, độ võng, ứng suất biểu đồ phân bố lƣới ứng suất đầu vết nứt (điểm Crack Tip) kết cấu nhƣ hình dƣới đây: GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang 76 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 54 Biến dạng kết cấu Hình 55 Độ võng kết cấu GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang 77 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 56 Ứng suất phân bố kết cấu Hình 57 Sơ đồ lưới phân bố ứng suất đầu vết nứt GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang 78 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Lƣu ý: biểu đồ trên, giá trị độ võng, ứng suất đƣợc thể qua mầu: theo thứ tự từ trái qua phải giá trị tăng dần Kết cuối tính đƣợc tỷ lệ lƣợng giải phóng (độ cứng chống phá hủy kết cấu theo phƣơng tổng tỷ lệ lƣợng giải phóng lƣợng kết cấu ABBREVIATION STATUSNAME DIMENSIONS VALUE TYPE G -12.0958248 SCALAR G1 -12.5962238 SCALAR G2 0.500399027 SCALAR Tổng tỷ lệ lƣợng giải phóng: G = G1 + G2 = -12.0958248 J / m GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang 79 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KẾT LUẬN Việc ứng dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn vào phân tích, tính toán với hỗ trợ Ansys có ý nghĩa quan trọng việc phân tích, đánh giá độ bền phá hủy kết cấu đƣợc làm vật liệu khác sử dụng ngành kỹ thuật, công trình nhƣ đời sống hàng ngày Trong thời gian qua, với nỗ lực thân với giúp đỡ tận tình thầy giáo Ths.Trần Thanh Hải thầy cô giáo môn Kỹ Thuật Máy em hoàn thành đồ án Đồ án đạt đƣợc kết sau: Nghiên cứu, tìm hiểu ứng dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn vào việc tính toán Tìm hiểu đặc điểm nhƣ tính chất số phần tử Nghiên cứu phƣơng pháp để tính toán lƣợng giải phóng vết nứt đƣợc hình thành - VCCT Tìm hiểu phần mềm Ansys, số ứng dụng lĩnh vực đời sống Tiếp cận sử dụng phần modul để hỗ trợ cho việc phân tích, tính toán trạng thái kết cấu (biến dạng, ứng suất, ) xác định lƣợng giải phóng hình thành vết nứt cấu trúc hai vật liệu Sau trình thực đề tài, em thu đƣợc kết yêu cầu Tuy nhiên, trình độ thân thời gian có hạn nên việc thực đề tài hạn chế Để hoàn thiện đề tài em mong nhận đƣợc đóng góp, đánh giá thầy cô giáo toàn thể bạn Em xin chân thành cảm ơn ! GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang 80 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] FRACTURE MECHANICS – FUNDAMENTALS AND APPLICATINONS T.L Anderson - 2nd Edition, CRC Press, Boca Raton, Florida, USA, 1995 [2] SỨC BỀN VẬT LIỆU Vũ Đình Lai, Nguyễn Xuân Lựu, Bùi Đình Nghi – NXB GTVT 2005 [3] PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Chu Quốc Thắng – NXB KHKT [4] HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG ANSYS Đinh Bá Trụ, Hoàng Văn Lợi – NXB KHKT [5] UNIVERSITY OF ALBERTA – ANSYS TUTORIALS [6] PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN LÝ THUYẾT VÀ LẬP TRÌNH Nguyễn Quốc Bảo, Trần Nhất Dũng – NXB KHKT GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang 81 ... phƣơng pháp rời rạc hóa dạng gần để giải Đề tài : Dùng phần tử hữu hạn (FEM) phương pháp Virtual Crack Closure Technique (VCCT) thông qua phần mềm Ansys để tính toán khả phá huỷ kết cấu hai vật liệu. .. Phƣơng pháp phần tử hữu hạn dùng để giải gần toán biên tuyến tính, phi tuyến bất phƣơng trình Ứng dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn Với hỗ trợ máy tính điện tử, phƣơng pháp phần tử hữu hạn đƣợc sử... trúc, cấu kiện, chi tiết máy phần mềm Ansys Chƣơng 5: Nghiên cứu triển khai phƣơng pháp VCCT Ansys để tính độ bền phá hủy kết cấu GVHD_THS.TRẦN THANH HẢI Trang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG I CƠ HỌC PHÁ