Su Kien 2016

Seminar: Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn phi tuyến phân tích sức bền giới hạn kết cấu

Thứ hai - 13/03/2017 23:56
Ngày 10 tháng 3 năm 2017, Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí tổ chức Hội thảo chuyên đề: Phương pháp phần tử hữu hạn phi tuyến phân tích sức bền giới hạn kết cấu – Nonlinear Finite Element Method (NFEM) for Ultimate Strength Analysys Structures.
Thành phần tham dự Hội thảo chuyên đề gồm: Giảng viên bộ môn Kỹ thuật Cơ khí; Ths. Nguyễn Quân Tùng - Chuyên viên, đại diện phòng Khoa học Công nghệ & Hợp tác quốc tế. Dưới sự điều hành của Ths. Mạc Thị Nguyên – Trưởng bộ môn Kỹ thuật Cơ khí, các thầy cô tham dự hội thảo đã nghe TS. Vũ Văn Tản - Đại diện cho nhóm tác giả, trình bày báo cáo:
 I. Đặt vấn đề
Ngày nay, sự tiến bộ của khoa học việc tính toán những kết cấu, công trình  phức tạp đòi hỏi độ chính xác và an toàn cao. Với phương pháp tính toán truyền thống, việc tính toán những kết cấu, những công trình phức tạp gặp rất nhiều khó khăn, thậm chí phương pháp truyền thống không thể thực hiện được.  
Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM – Finite Element Method) là một phương pháp hiện đại trong việc giải quyết các bài toán kỹ thuật khác nhau như: Phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng trong các kết cấu cơ khí. Tuy nhiên, để đơn giản hóa việc phân tích, chúng ta thường đưa ra các giả thuyết về vật liệu, lực, kích thức hình học, lý thuyết đàn hồi tuyến tính được áp dụng để phân tích, tính toán.
Hiện nay, có nhiều phần mềm chuyên dụng tính toán FEM như (MARC, ABAQUS, ANSYS, ...) đã được ra đời và phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trong việc giải quyết các bài toán phần tử hữu hạn phi tuyến, sức bền giới hạn của kết cấu để dự đoán sức bền giới hạn của kết cấu với độ chính xác rất cao.
II. Vật liệu, điều kiện, phương pháp NFEM
2.1. Vật liệu, điều kiện:
- Vật liệu phi tuyến: Vật liệu không có các tính chất liên tục, đồng nhất, đẳng hướng và không có tính đàn hồi tuyệt đối.
- Phi tuyến hình học: Kích thước của kết cấu bị biến dạng lớn, không phải biến dạng nhỏ, có thể bỏ qua như trong lý thuyết đàn hồi tuyến tính. Mối quan hệ giữa chuyển vị và ứng suất không thể mô tả bởi một mối quan hệ tuyến tính.
- Điều kiện biên phi tuyến: Điều kiện biên phi tuyến có thể xảy ra với sự những kết cấu chịu tải trọng lớn, chịu tải rung động, tải trọng thay đổi theo thời gian.
2.2. Phương pháp NFEM
2.21. Mô hình hóa kết cấu: Để phân tích, tính toán kết cấu bằng phương pháp NFEM, đầu tiên phải xây dựng được mô hình tính toán. Việc xây dựng đúng mô hình kết cấu chính xác sẽ đảm bảo kết quả phân tích chính xác.
2.2.2. Chia lưới phần tử: Trong tính toán phân tích kết cấu bằng phương pháp NFEM, việc chia lưới phần tử có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Phần tử phải được lựa chọn hợp lý về loại phần tử và kích thước lưới trong quá trình phân tích. Nếu kích thước lưới chia quá lớn sẽ dẫn đến kết quả tính thiếu chính xác, nếu kích thước lưới quá nhỏ, số lượng phần tử quá lớn sẽ dẫn đến việc tính toán khó khăn, tốn thời gian phân tích.
2.2.3. Thiết lập các điều kiện biên và điều kiện ban đầu: Sau khi mô hình hóa kết cấu và chia lưới phần tử, điều kiện tải trọng và các điều kiện biên phải được thiết lập. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên phụ thuộc vào tính chất vật liệu, điều kiện làm việc và trạng thái chịu tải trọng của kết cấu.
2.2.4. Tính toán, phân tích kết quả: Nhóm tác giả sử dụng phần mềm ABAQUS để phân tích, tính toán. Sau khi mô hình hóa kết cấu, chia lưới phần tử, đặt các điều kiện biên và điều kiện ban đầu ta tiến hành tính toán và phân tích kết cấu:
-  Xác định được giá trị ứng suất giới hạn của các phần tử và trường ứng suất (hình 3, 4b)
- Xác định được biến dạng của kết cấu (hình 3a, 4a).
- Xây dựng được mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng (3b, 4b)
III. Kết quả, thảo luận: Thông qua kết quả phân tích trên, có thể xác định được vị trí nguy hiểm của kết cấu, biến dạng của kết cấu, mô phỏng được quá trình biến dạng của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng.
Từ kết quả phân tích trên, nhóm tác giả đã xác định được sức bền giới hạn của kết cấu từ đó làm cơ sở để tính toán thiết kế kết cấu cơ khí đảm bảo độ cứng vững, độ ổn định và độ bền. Với phương pháp này, các nhà thiết kế - sản xuất có thể tham khảo để lựa chọn vật liệu, kích thức, quy cách kết cấu tối ưu, hiệu quả kinh tế.
IV. Kết luận: Phương pháp NFEM được ứng dụng rất rộng rãi để phân tích, tính toán kết cấu. Với phương pháp NFEM có thể giải quyết được những bài toán có kết cấu phức tạp mà phương pháp truyền thống không thể giải quyết. Độ chính xác của phương pháp NFEM cao và đáng tin cậy. Trong tính toán sức bền giới hạn của kết cấu, kết cấu được phân tích trong trường hợp chịu tải trọng cho tới khi đạt đến trạng thái giới hạn. Thông qua kết quả phân tích xác định được trạng thái giới hạn của kết cấu, đưa ra phương án tính toán, thiết kế, lựa chọn kết cấu để kết cấu có độ bền, độ cứng và độ ổn định tốt nhất làm cơ sở cho việc tối ưu hóa kết cấu.

Sau 3 giờ làm việc nghiên túc dưới sự điều hành của Ths. Mạc Thị Nguyên, các thành viên tham dự hội thảo chuyên đề đã tích cực trao đổi, thảo luận và Trưởng bộ môn tổng hợp, giải đáp các ý kiến phát biểu và kết luận :
1- NFEM là phương pháp có nhiều ưu điểm, được các nhà thiết kế sử dụng để phân tích, tính toán kết cấu phức tạp.
2 - Xác định được đúng trạng thái làm việc của kết cấu để đánh giá chính xác sức bền của kết cấu làm cơ sở tối ưu hóa.
3 - Giúp cho giảng viên tiếp cận với phương pháp tính toán kết cấu tiên tiến trong giảng dạy các học phần cơ học vật rắn (Sức bền vật liệu, Cơ học kết cấu...).
4 - Ứng dụng phương pháp NFEM trong lĩnh vực khoa học, công nghệ: Tính toán, thiết kế, kiểm nghiệm bền, mô phỏng các kết quả thực nghiệm các sản phẩm của các đề tài NCKH và báo cáo khoa học.
5 - Đề nghị nhóm tác giả tiếp tục mở rộng đối tượng nghiên cứu là chất lỏng, module truyền nhiệt phục vụ đào tạo và nghiên cứu khoa học.

Tác giả bài viết: Vũ Văn Tản

Tổng số điểm của bài viết là: 5 trong 1 đánh giá

Xếp hạng: 5 - 1 phiếu bầu
Click để đánh giá bài viết

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn

Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây