Ml Huong Dan Abaqus

(1)

B

_{Ằ NG PHẦ N MỀ M ABAQUS}

|

_{Đ INH VĂ N Đ Ứ C}

FINITE

ELEMENT

ANALYSIS

PHÂN

TÍCH

PH

_Ầ

N

T

Ử

H

Ữ

U

H

_Ạ

N

DÙNG CHO SINH VIÊN KH

_{Ố I KỸ}

THU

_{Ậ T CƠ KHÍ-GIAO THÔNG}

TẬP 1 - PHÂN TÍCH

TĨNH VÀ TRUYỀN

(2)

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG

ABAQUS

TẬP 1: PHÂN TÍCH TĨNH VÀ TRUYỀN NHIỆT

BÌNH ỔN

(3)

MỤC LỤC

MỤC LỤC ... 2

LỜI NÓI ĐẦU ... 12

NỘI DUNG SÁCH ... 13

TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 14

1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ABAQUS ... 16

1.1 Giao diện phần mềm Abaqus ... 16

1.2 Tính năng phần mềm Abaqus ... 17

1.3 Trợ giúp của Abaqus ... 18

1.3.1 Abaqus/CAE User's Manual ... 19

1.3.2 Abaqus Analysis User's Manual ... 19

1.3.3 Abaqus Example Problems Manual ... 19

1.3.4 Getting Started with Abaqus: Interactive Edition ... 20

1.4 Các bước của một mô hình phân tích FEA ... 21

1.5 Hệ đơn vị trong Abaqus ... 22

1.6 Một số loại phần tử trong Abaqus ... 23

1.6.1 Phần tử thanh (Truss) ... 23

1.6.2 Phần tử dầm (Beam) ... 24

1.6.3 Phần tử Shell (2D hoặc 3D) ... 24

1.6.4 Phần tử Solid (khối đặc) 2D phẳng ... 25

1.6.5 Phần tử Solid 3D ... 25

1.7 Cách định nghĩa một chi tiết (part) ... 27

1.7.1 Không gian ba chiều (3D) ... 27

1.7.2 Không gian 2D phẳng ... 27

1.7.3 Đối xứng trục (Axisymmetric) ... 27

1.8 Kiểu chi tiết ... 27

1.8.1 Biến dạng được (deformable) ... 27

1.8.2 Dicrete rigid (chi tiết cứng tuyệt đối có hình dạng bất kỳ) ... 28

1.8.3 Analytical rigid (chi tiết cứng tuyệt đối có hình dạng trơn) ... 28

1.9 Kích cỡ chi tiết ... 28

(4)

1.11 Phân tích tuyến tính và phi tuyến ... 29

1.11.1 Phân tích tuyến tính (linear analysis) ... 29

1.11.2 Phân tích không tuyến tính (nonlinear analysis) ... 29

1.11.3 Nguyên nhân của phi tuyến ... 30

1.11.4 Tính phi tuyến của vật liệu ... 30

1.11.5 Phi tuyến do điều kiện biên ... 30

1.11.6 Phi tuyến do hình học ... 31

1.11.7 Tài liệu tham khảo ... 32

2 PHÂN TÍCH CƠ BẢN CHO HỆ KHÔNG CÓ TIẾP XÚC (CONTACT) ... 33

2.1 Định nghĩa phân tích ứng suất tĩnh ... 33

2.2 Phân tích tĩnh cho hệ thanh chịu tải trọng tĩnh ... 33

2.2.1 Tạo chi tiết ... 34

2.2.2 Phân vùng (Partition) cho chi tiết ... 36

2.2.3 Định vật liệu và tính chất mặt cắt ... 37

2.2.4 Tạo bộ lắp ... 38

2.2.5 Tạo bước phân tích và yêu cầu xuất kết quả ... 38

2.2.6 Đặt điều kiện biên và tải trọng ... 39

2.2.7 Chia lưới cho chi tiết ... 41

2.2.8 Tạo, kiểm tra và chạy một tác vụ ... 42

2.2.9 Quan sát kết quả ... 42

2.2.10 Lưu mô hình phân tích ... 45

2.3 Phân tích tĩnh cho dầm định hình (Beam) chịu tải trọng tĩnh ... 46

2.3.4 Tạo bộ lắp ... 54

(5)

2.4 Phân tích tĩnh cho hệ vỏ (Shell) chịu tải trọng tĩnh ... 63

2.4.4 Tạo bộ lắp ... 68

2.5 Phân tích ứng suất phẳng cho khối đặc (2D/3D) hoặc tấm (Plate) ... 76

2.5.4 Tạo bộ lắp ... 79

2.6 Phân tích tĩnh cho khối đặc 3D (solid) chịu tải trọng tĩnh ... 86

2.6.4 Tạo bộ lắp ... 92

(6)

2.6.10 Lưu kết quả phân tích ... 109

3 PHÂN TÍCH TRUYỀN NHIỆT BÌNH ỔN CƠ BẢN CHO HỆ KHÔNG CÓ TIẾP XÚC (CONTACT) ... 111

3.1 Sơ lược về truyền nhiệt ... 111

3.1.1 Một số kiểu truyền nhiệt ... 111

3.1.2 Một số thông số trong truyền nhiệt ... 111

3.1.3 Giới hạn nội dung ... 112

3.2 Phân tích ảnh hưởng của nhiệt lên hệ thanh không chịu tải trọng ... 112

3.2.1 Tạo chi tiết ... 113

3.2.4 Tạo bộ lắp ... 113

3.2.8 Tạo tương tác trao đổi nhiệt bức xạ và trao đổi nhiệt đối lưu ... 118

3.2.9 Hiệu chỉnh thuộc tính mô hình ... 120

3.3 Phân tích ứng suất và chuyển vị của thanh chịu đồng thời nhiệt và tải trọng ... 123

3.3.1 Tạo chi tiết ... 123

3.3.4 Tạo bộ lắp ... 124

(7)

3.4 Phân tích truyền nhiệt trên chi tiết dạng tấm ... 129

3.4.1 Tạo chi tiết ... 129

3.4.4 Tạo bộ lắp ... 129

3.5 Phân tích ứng suất và chuyển vị của chi tiết dạng tấm chịu đồng thời nhiệt và tải trọng... 137

3.5.1 Tạo chi tiết ... 137

3.5.4 Tạo bộ lắp ... 137

3.6 Tài liệu tham khảo. ... 142

4 CHIA LƯỚI CHO CHO VẬT THỂ CÓ HÌNH HỌC PHỨC TẠP ... 143

4.1 Phân vùng (Partition) cho cạnh ... 143

4.1.1 Phân vùng cho cạnh bằng cách chỉ định vị trí ... 143

4.1.2 Phân vùng cho cạnh bằng cách tham số hóa cạnh cần phân vùng ... 143

(8)

4.1.4 Sử dụng mặt phẳng để phân vùng cạnh ... 144

4.2 Phân vùng cho mặt ... 145

4.2.1 Sử dụng phương pháp vẽ Sketch để phân vùng cho mặt ... 145

4.2.2 Sử dụng phương pháp đường dẫn ngắn nhất ... 148

4.2.3 Sử dụng mặt phẳng làm việc (Datum Plane) để phân vùng bề mặt ... 148

4.2.4 Sử dụng đường dẫn cong để phân vùng bề mặt ... 149

4.2.5 Sử dụng bề mặt kéo dài để phân vùng bề mặt ... 150

4.2.6 Sử dụng sự giao nhau để phân vùng bề mặt ... 151

4.2.7 Dùng phương pháp chiếu các cạnh để phân vùng bề mặt ... 151

4.3 Phân vùng cho cells (cắt khối) ... 152

4.3.1 Sử dụng mặt phẳng cắt để cắt khối ... 152

4.3.2 Dùng mặt phẳng làm việc (datum plane) để cắt khối ... 153

4.3.3 Sử dụng bề mặt kéo dài để cắt khối ... 154

4.3.4 Sử dụng extrude/sweep để cắt khối ... 155

4.3.5 Dùng phương pháp N-sided patch để phân vùng cell (cắt khối) ... 156

4.3.6 Phân vùng cell bằng cách sử dụng Sketch được dựng trong mặt phẳng ... 157

4.3.7 Đánh giá lưới ... 158

4.4 Phân tích tấm có nhiều lỗ chịu tải ... 161

4.4.1 Tạo chi tiết ... 161

4.4.2 Phân vùng (cắt) để chia lưới cho vật thể ... 162

4.4.3 Chia lưới cho tấm ... 167

4.4.5 Tạo bộ lắp ... 171

4.5 Phân tích các khối plate dùng mối ghép bulong ... 176

4.5.1 Xuất mô hình lắp ghép từ phần mềm Creo 2.0 ... 176

(9)

4.5.7 Tạo Contact ... 207

4.6 Phân tích mối ghép weldneck flange ... 218

4.6.1 Xuất mô hình lắp ghép từ phần mềm Creo 2.0 ... 218

4.6.3 Phân vùng (partition) cho chi tiết ... 224

4.7 Phân tích hệ có Contact cho Shell ... 270

4.7.1 Tạo chi tiết ... 270

4.7.4 Tạo bộ lắp ... 278

(10)

5 PHÂN TÍCH TRUYỀN NHIỆT CHO HỆ NHIỀU CHI TIẾT TIẾP XÚC (CONTACT)

... 293

5.1 Phân biệt dependent part instance và independent part instance ... 293

5.1.1 Phân biệt part và part instance ... 293

5.1.2 Khi nào sử dụng dependent part instance và independent part instance ... 293

5.2 Phân tích truyền nhiệt cho ba tấm tiếp xúc nhau ... 293

5.2.1 Tạo chi tiết ... 294

5.2.4 Tạo bộ lắp ... 296

5.3 Phân tích truyền nhiệt cho mối ghép Plate_Bolts ... 309

5.3.1 Tạo chi tiết ... 309

5.3.4 Tạo bộ lắp ... 310

6 PHÂN TÍCH BỀN CHO HỆ GỒM NHIỀU CHI TIẾT LẮP GHÉP LẠI VỚI NHAU ... 321

6.1 Xử lý tiếp xúc (contact) giữa các chi tiết có khả năng tiếp xúc nhau ... 321

(11)

6.3 Phân tích ứng suất và chuyển vị của mối ghép Plate_Bolts chịu đồng thời nhiệt và tải

trọng... 321

6.3.1 Tạo chi tiết ... 321

6.3.4 Tạo bộ lắp ... 322

7 CHI TIẾT CỨNG TUYỆT ĐỐI (RIGID PART) ... 329

7.1 Chi tiết cứng tuyệt đối (rigid part) ... 329

7.1.1 Discrete rigid part ... 329

7.1.2 Analytical rigid part ... 330

7.1.3 Sự khác nhau giữa rigid part và ràng buộc rigid body ... 331

7.2 Chi tiết hiển thị (display body) ... 332

7.3 Tạo hình cho máng ... 332

7.3.1 Tạo chi tiết ... 332

7.3.4 Tạo bộ lắp ... 337

(12)

7.4.1 Tạo chi tiết ... 357

7.4.4 Tạo bộ lắp ... 364

8 ĐIỂM TÍCH PHÂN ĐẦY ĐỦ, ĐIỂM TÍCH PHÂN SUY GIẢM VÀ PHẦN TỬ KIỂU KHÔNG TƯƠNG THÍCH ... 388

8.1 Điểm tích phân (integration point) ... 388

8.1.1 Định nghĩa ... 388

8.1.2 Ký hiệu ... 388

8.2 Lựa chọn kiểu điểm lấy tích phân ... 388

8.2.1 Điểm tích phân đầy đủ (full integration point) ... 388

8.2.2 Điểm tích phân suy giảm (reduced integration) ... 389

8.3 Phần tử kiểu không tương thích (incompatible mode) ... 389

8.4 Tài liệu tham khảo ... 390

PHỤ LỤC 1 ... 391

SƠ LƯỢC VỀ BIẾN DẠNG TUYẾN TÍNH VÀ PHI TUYẾN ... 391

TÍNH DẺO CỦA VẬT LIỆU DẺO ... 392

XỬ LÝ ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG TƯƠNG ĐỐI TRONG THÍ NGHIỆM KÉO ... 393

MỘT SỐ DẠNG ĐƯỜNG CONG ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG THỰC TRONG FEA .. 396

PHỤ LỤC 2 ... 403

ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU THÉP THAY ĐỔI THEO NHIỆT ĐỘ ... 403

SỰ GIẢM SỨC BỀN CHẢY VÀ SỨC BỀN KÉO THEO NHIỆT ĐỘ ... 404

SỰ GIẢM MÔĐUYN ĐÀN HỒI THEO NHIỆT ĐỘ ... 405

(13)

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay phần mềm Abaqus khá phổ biến trong các trường Đại học ở Việt Nam và các công ty chuyên về phân tích FEA (Finite Element Analysis). Nhu cầu về nhân lực trong lĩnh vực phân tích Phần Tử Hữu Hạn tại Việt Nam hiện nay là khá lớn. Mức lương dành cho các tân kỹ sư trong lĩnh vực này khá hấp dẫn. Vì vậy các bạn hãy mạnh dạn theo đuổi cách sử dụng phần mềm này.

Mục tiêu của cuốn sách này là cung cấp một số phương pháp phân tích và đánh giá chỉ tiêu sức bền tĩnh của chi tiết máy chịu tải trọng (Lực, mômen, áp suất, nhiệt độ). Sách chủ yếu tập trung vào việc phân tích chi tiết hoặc cụm chi tiết chịu tải trọng tĩnh và nhiệt.

Trong thiết kế cơ khí, mối lắp bằng bulong thường hay gặp trong thực tế. Vì vậy trong sách này, mối lắp bằng bulong cho hệ gồm nhiều chi tiết sẽ được mổ xẻ trong chương 4, 5 và 6.

Lý thuyết ứng dụng sẽ được đề cập ngay trong bài học khi tiến hành từng bài toán cụ thể để cuốn sách được ngắn gọn hơn. Một vài công cụ tính toán hỗ trợ cho phần mềm cũng sẽ được giới thiệu trong sách này. Để tiện cho việc học được nhanh hơn, một số mô hình đã được dựng sẵn trong các phần mềm thiết kế 3D và được chuyển đổi thành các loại file có thể nhập vào phần mềm Abaqus.

Tác giả xin chân thành cảm ơn sự đóng góp ý kiến về nội dung của các bạn Th.S trong lớp Cao học Chế Tạo Máy 2011-2013, trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, các đồng nghiệp trong công ty PVEngineering để cuốn sách được hoàn thiện hơn. Và đặc biệt là bố mẹ, những người đã tạo động lực rất nhiều cho tôi.

Lần đầu tiên xuất bản có lẽ vẫn còn sai sót và thiếu sót, mong bạn đọc góp ý để sách ngày càng hoàn thiện hơn.

Mọi ý kiến đóng góp xin liên hệ qua Email: dinhvanduc06@gmail.com, hoặc qua số điện thoại: 0167 458 7571.

Hi vọng sách sẽ mang lại cho các bạn những nội dung bổ ích.

TP.HCM, ngày 01/09/2016 Th.S Đinh Văn Đức

(14)

NỘI DUNG SÁCH

Sách ngắn gọn, gồm những bài viết được sưu tầm từ các bài viết của một số tác giả, một số bài nằm trong gói Documents của Abaqus và một số bài toán gặp trong thực tế. Tên tài liệu tham khảo sẽ được đề cập ở cuối bài viết. Nội dung được sắp xếp theo trình tự từ cơ bản đến phức tạp.

Sách đề cập đến một số vấn đề cơ bản hay gặp trong tính toán thiết kế, bao gồm một số bài toán về phân tích tĩnh và nhiệt.

Bên cạnh phần nội dung chính là cách sử dụng phần mềm, tác giả cũng trình bày phần Phụ Lục để giúp bạn đọc một số công cụ tính toán các thông số đặc tính vật liệu thép đầu vào. Bạn đọc lưu ý ở mỗi công thức trong phần Phụ Lục, các ký hiệu có thể bị lặp lại nhưng lại là các thông số khác nhau do được trích dẫn từ các tiêu chuẩn khác nhau. Các bạn yên tâm vì chúng đã được định nghĩa rõ ràng trong từng công thức.

(15)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Abaqus Keywords Reference Manual 6.12.

[2] Getting Start with Abaqus: Interative Edition, Section 8 Nonlinearity.

[3] Professor Suvranu De, Introduction to Finite Elements, Department of Mechanical, Aerospace and Nuclear Engineering.

[4] API Spec 5L, Specification for Line Pipe, 2004.

[5] Abaqus/CAE User’s Manual 6.12, 70 The Partition Toolset.

[6] Holman, Heat Transfer 10th Edition, Setion 2-11, Page 2-50, McGraw Hill, 2010.

[7] Abaqus Example Problems Manual, Section 5.1.5, Abaqus Document 6.12. [8] Abaqus Example Problems Manual, Section 5.1.6, Abaqus Document 6.12. [9] Abaqus/CAE User’s Manual 6.12, 17.6.1 Verifying Your Mesh.

[10] Abaqus Document 6.12, Get Started, Section 12.8.

[11] James M. Gere at al, Mechanics of Materials Full SI Edition, 8th_Edition,

2013.

[12] ASME VIII-Section 2, Appendix 3.D.3 & 3.D.5, 2010.

[13] Hoàng Đình Tín, Cơ Sở Truyền Nhiệt, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2003.

[14] DNV-OS-F101, Submarine Pipeline Systems, August, 2012. [15] API 5L, Specification for Line Pipe, 45th Edition.

[16] Abaqus Document 6.12, Get Started, Section 10.

[17] ANA-DIANA ANCAS and D. GORBANESCU, Theoretical Models in the Study of Temperature Effect on Steel Mechanical Properties, 2006.

[18] DNV-RP-F110, Global Buckling of Submarine Pipelines, 2007.

[19] Abaqus/CAE User's Manual 6.12, 11.7 Modeling Rigid Bodies and Display Bodies.

[20] Getting Start with Abaqus: Interative Edition, 12.6 Abaqus/Standard 2-D Example: Forming a Channel.

[21] Abaqus Example Problems Manual 6.12, Section 1.3.5 Extrusion of a Cylindrical Metal Bar with Frictional Heat Generation.

(16)

[22] Getting Start with Abaqus: Interative Edition, Section 4.1 Element Formulation and Integration.