Mô phỏng chi tiết dạng ống trụ bằng các mô hình khác nhau
3D, axisymetry, plane stress.
Hình dáng thực tế của bất kỳ vật thể nào trong thực tế đều có 3 chiều (3D), vì vậy thuật toán tổng quát để tính toán ứng suất, chuyển vị và biến dạng của vật thể đều được xây dựng với tất cả các thành phần theo ba chiều OX, OY và OZ của hệ tọa độ OXYZ. Tuy nhiên để đơn giản hóa các phép tính toán và phép mô phỏng, mô hình tổng quát được biến đổi khi áp dụng với các vật thể có hình dạng đặc trưng như dạng tấm, hình trụ, hình ống, dạng thanh thẳng… Các mô hình đơn giản hóa có thể thực hiện trong ANSYS WORKBENCH là axisymetry (xoay quanh trục), plane stress (ứng suất trong trục OZ bằng 0). Trong bài viết này, vật thể dạng ống (tube) sẽ được mô phỏng bằng các mô hình như đã nêu trên.
1. 3D solid simulation (mô hình 3D).
Mô hình 3D và mô hình đặt áp suất.
 |
 |
Hê tọa độ hình trụ OXYZ (Trục li tâm là OX, trục quay là OZ, trục góc là OY) được thiết lập để xuất kết quả ứng suất và chuyển vị.
Hệ tọa độ hình trụ.
Kết quả mô phỏng bằng mô đun 3D static structural như sau:
Ứng suất pháp theo OX |
Ứng suất pháp theo OY |
Ứng suất pháp theo OZ |
|
|
|
 Chuyển vị trong phương OX |
Chuyển vị trong phương OZ.Đánh giá kết quả:
Ứng suất pháp theo OZ có giá trị vô cùng nhỏ so với các giá trị theo OX và OY, có thể xem giá trị này bằng 0 khi so sánh với các ứng suất theo các hướng OX, OY.
Chuyển vị theo OX là Theo OZ là Như vậy chuyển vị theo phương OZ và OX là tương đương nhau.
Vì vậy, bài toán có thể được mô phỏng bằng mô hình plane stress (ứng suất theo OZ, ), mô hình này sẽ được thực hiện ở phần 3.
- Axisymetry (xoay quanh trục).
Hình ống có tọa độ các điểm đối xứng quanh trục, vì vậy có thể đơn giản hóa bằng mô hình Axisymetry trong Ansys.
Dựng mô hình 2D trong mặt phẳng OXY cho ống với Spaceclaim.
Hình 2.1: Mô hình 2D xoay quanh trục OY và đặt áp suất
Kết quả của các ứng suất và chuyển vị thu được có giá trị tương đương với mô hình 3D ở phần 1.
- Plane stress.
Như đã kết luận ở phần 1, ứng suất pháp theo phương dọc trục của ống , bài toán có thể được thực hiện bằng mô hình plane stress.
Mô hình ¼ mặt cắt của ống được dựng như hình dưới.
Mô hình 2D trong mặt phẳng OXY và đặt áp suất
Kết quả thu được cũng tương đương với kết quả của mô hình phần 1 và phần 2.
Kết luận:
Như vậy để tính toán ứng suất, chuyển vị của một ống hình trụ tròn xoay, ba mô hình tính toán được sử dụng và cho ra kết quả tương đương nhau.
Với những vật thể có hình tròn xoay quay trục, và chịu tác dụng của ngoại lực đối xứng quanh trục, mô hình Axisymetry có thể áp dụng.
Với vật thể chịu tác dụng của ngoại lực, nhưng ứng suất theo một hướng (hoặc OX, hoặc OY, hoặc OZ) bằng 0 và chiều dày theo hướng đó không đổi, mô hình Plane stress có thể áp dụng. Ví dụ như vật dạng tấm, không phại chịu tác dụng của ngoại lực có hướng nằm ngoài mặt phẳng của tấm.
