CHƯƠNG 10: ANSYS WORKBENCH VÀ KHẢ NĂNG Ứ NG DỤNG ANSYS WORKBENCH PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH MÁY PHAY CNC 3.1 Tổng quan về Ansys 1. Gi ới thiệu chung Ansys là một trong nhiều chương trình phần mềm công nghiệp, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để phân tích bài toán vật lý – cơ học, chuyển các phương trình vi phân, phương trình đạo hàm riêng t ừ dạng giải tích về dạng số, với việc sử dụng phương pháp rời r ạc hóa và gần đúng để giải. Nh ờ ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn, các bài toán kỹ thuật về cơ, nhiệt, thủy khí, điện từ, sau khi mô hình hóa và xây d ựng mô hình toán học, cho phép giải chúng với các điều kiện biên c ụ thể với số bậc tự do lớn. Trong bài toán k ết cấu (Stuctural), phần mềm Ansys dùng để giải các bài toán trường ứng suất – biến dạng, trường nhiệt cho các k ết cấu. Giải các bài toán dạng tĩnh, dao động, cộng hưởng, bài toán ổn định, bài toán va đập, bài toán tiếp xúc. Các bài toán được gi ải cho các dạng phần tử kết cấu thanh, dầm, 2D và 3D, giải các bài toán v ới vật liệu đàn hồiđàn hồi phi tuyến, đàn dẻo lý tưởng, dẻo nhớt, đàn nhớt…Ansys cung cấp trên 200 kiểu phần tử khác nhau. M ỗi kiểu phần tử tương ứng với một dạng bài toán. Khi chọn m ột phần tử, bộ lọc sẽ chọn các module tính toán phù hợp, và đưa ra các yêu cầu về việc nhập các tham số tương ứng để giải. Đồng th ời việc chọn phần tử, Ansys yêu cầu chọn dạng bài toán riêng cho t ừng phần tử. Việc tính toán còn phụ thuộc vào dạng vật liệu. M ỗi bài toán cần đưa mô hình vật liệu, cần xác định rõ mô hình là v ật liệu đàn hồi hay dẻo, là vật liệu tuyến tính hay phi tuyến tính, v ới mỗi vật liệu cần nhập đủ thông số vật lý của vật liệu. Ansys là ph ần mềm giải các bài toán bằng phương pháp số, chúng giải trên mô hình h ọc thực. Vì vậy cần đưa vào mô hình học đúng. Ansys cho phép xây dựng các mô hình học 2D và 3D với các kích thước th ực hình dáng đơn giản hóa hoặc mô hình như vật thật. Ansys có kh ả năng mô phỏng theo mô hình học với các điểm, đường, diện tích và mô hình ph ần tử hữu hạn với các nút và phần tử. Hai dạng mô hình được trao đổi và thống nhất với nhau để tính toán. Ansys là ph ần mềm giải bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn, nên sau khi d ựng mô hình hình học, Ansys cho phép chia lưới phần tử do ngườ i sử dụng hoặc tự động chia lưới. Số lượng nút và phần tử quyết định đến độ chính xác của bài toán, nên cần chia lưới càng nh ỏ càng tốt. Nhưng việc chia lưới phụ thuộc năng lực của từng ph ần mềm. Để giải một bài toán bằng phần mềm Ansys, cần đưa các điều ki ện ban đầu và điều kiện biên cho mô hình hình học. Các ràng bu ộc, các nội lực hoặc ngoại lực (lực, chuyển vị, nhiệt độ, mật độ) được đưa vào tại từng nút, từng phần tử trong mô hình hình học. Sau khi xác l ập được các điều kiện bài toán, để giải chúng Ansys cho phép ch ọn các dạng bài toán. Khi giải các bài toán phi tuy ến, đặt ra vấn đề là sự hội tụ của bài toán. Ansys cho phép xác l ập các bước lặp để giải bài toán lặp với độ chính xác cao. Để theo dõi b ước tính, Ansys cho biểu đồ các bước lặp và hội tụ. Các kết qu ả tính toán được ghi vào file dữ liệu. Việc xuất các dữ liệu được tính toán và lưu trữ, Ansys xử lý rất mạnh, cho phép xuất dữ liệu dưới dạng đồ thị, ảnh đồ, để có thể quan sát trường ứng suất và bi ến dạng, đồng thời cũng cho phép xuất kết quả dưới dạng bảng s ố. Ansys là gói ph ần mềm FEA hoàn chỉnh dùng để mô phỏng, tính toán thi ết kế công nghiệp, đã và đang sử dụng trên toàn thế giới trong hầu hết các lĩnh vực kĩ thuật: - Kết cấu – cơ học (Structural) - Nhiệt (Thermal) - Dòng chảy, bao gồm cả mô phỏng số động lực học dòng chảy (Computational Fluid Dynamics, CFD) - Điện, Tĩnh điện (Electric) - Điện từ (Magnetic) - Thủy khí (Fluid) - Tương tác giữa các môi trường, giữa các hệ vật lý Các l ĩnh vực công nghiệp chính có sử dụng Ansys: - Vũ trụ, hàng không - Công nghiệp ôtô - Y sinh - Xây dựng và cầu đường - Điện tử và thiết bị - Máy móc và thiết bị công nghiệp nặng - Các hệ vi cơ – điện tử (Micro Electromechanical Systems, MEMS). - Dụng cụ thể thao  ANSYS/Multiphysics là sản phẩm tổng quát nhất của ANSYS, nó ch ứa tất cả các khả năng của ANSYS và bao trùm t ất cả các lĩnh vực kỹ thuật.  Có 3 sản phẩm thành phần chính dẫn xuất từ ANSYS/Multiphysics là: + ANSYS/Mechanical : Tính toán k ết cấu và nhiệt. + ANSYS/Emag : Tính toán điện từ. + ANSYS/FLOTRAN : Tính toán CFD.  Ngoài ra còn có các dòng sản phẩm khác: + ANSYS/LS-DYNA : Giải quyết các vấn đề kết cấu có độ phi tuyến cao (VD:bài toán động lực học biến dạng lớn trong gia công áp l ực) + DesignSpace : Là m ột công cụ gọn nhẹ cho phép phân tích và thi ết kế nhanh trong các môi trường CAD khác nhau (ví d ụ: SolidWorks, Autodesk products, SolidEdge, Unigraphics …). + ANSYS/ProFEA : Cho phép phân tích và t ối ưu thiết kế trong môi tr ường CAD Pro/ENGINEER . các vấn đề kết cấu có độ phi tuyến cao (VD:bài toán động lực học biến dạng lớn trong gia công áp l ực) + DesignSpace : Là m ột công cụ gọn nhẹ cho phép phân tích và thi ết kế nhanh trong các. l ĩnh vực công nghiệp chính có sử dụng Ansys: - Vũ trụ, hàng không - Công nghiệp ôtô - Y sinh - Xây dựng và cầu đường - Điện tử và thiết bị - Máy móc và thiết bị công nghiệp nặng - Các hệ vi cơ –. chỉnh dùng để mô phỏng, tính toán thi ết kế công nghiệp, đã và đang sử dụng trên toàn thế giới trong hầu hết các lĩnh vực kĩ thuật: - Kết cấu – cơ học (Structural) - Nhiệt (Thermal) - Dòng chảy,