Luận văn Nghiên cứu chế tạo bánh cán ren vít để lắp đường ray với tà vẹt bê tông

ui – giá trị u của phần tử thứ i. Ni(x) – là hàm quan hệ (hàm hình dạng) của các nút thứ i.                         )( 12 1 1 )( 2 )( )( 12 2 1 1)( 1 e ee e ee ee e e e ee e ee ee e hxx xx xx xx N h h xx xx xx xx N   Trong đó: e - số phần tử (e = 1, 2, ... n). xi - toạ độ của điểm nút thứ i (i = 1, ..., e-1, e, ..., n, n+1).  e ieN - Hàm quan hệ tại nút ie (ie = 1e, 2e). ξ – là gia số của 1 điểm tuỳ ý trên phần tử đang xét, ξ = x – xe = x – x1e; (h (e) ξ  0). h (e) - chiều dài của phần tử đang xét, h(e) = x1e - xe = x2e – x1e (1.1) (1.2) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27 Các hàm quan hệ thường được sử dụng là hàm bậc nhất hoặc hàm bậc hai. 2. Phương pháp phần tử hữu hạn với biến dạng phẳng Giá trị ứng suất, biến dạng có thể được xác định nhờ giải các phương trình vi phân riêng thông qua phương trình cân bằng quan hệ ứng suất - biến dạng hoặc phương trình liên kết, quan hệ biến dạng - chuyển vị và phương trình quan hệ điều kiện biên. Tuy nhiên, phương pháp trên chỉ nhận được lời giải chính xác với các bài toán kết cấu tĩnh và dạng hở còn với các kết cấu kín cho độ chính xác rất thấp hoặc đôi khi không thể nhận được lời giải. Để khắc phục các khó khăn này, phương pháp phần tử hữu hạn đưa ra lời giải gần đúng với kết quả nhận được biến dạng, ứng suất tại rất nhiều điểm khác nhau nên cho độ chính xác cao. a. Các bước phân tích biến dạng phẳng bằng phương pháp FEM Khi sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn phân tích biến dạng phẳng của vật chịu tải trọng tĩnh có thể thực hiện theo các bước sau: Bước 1: Phân tích đối tượng thành các phần tử. Bước 2: Xác định kiểu phần tử hoặc các hàm quan hệ, xác định gần đúng hàm quan hệ chuyển vị và biến dạng trong các phần tử. Bước 3: Xác định ma trận độ cứng, xây dựng mối quan hệ giữa lực và chuyển vị trong mỗi phẩn tử. Bước 4: Xây dựng ma trận độ cứng chung, xác định quan hệ giữa chuyển vị và lực trên toàn vật thể. Bước 5: Đưa các điều kiện biên (tải trọng, chuyển vị) vào ma trận độ cứng chung. Bước 6: Giải phương trình quan hệ (bước 5). Bước 7: Xác định giá trị ứng suất và biến dạng. b. Các công thức trong biến dạng phẳng b1. Phương trình cân bằng Xét sự cân bằng của của một phân tố diện tích chữ nhật trong một vật thể trên hệ toạ độ vuông góc với biến dạng hình 1.11. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 Hình 1.11. Trạng thái ứng suất và biến dạng của phân tố diện tích phẳng trong hệ xoy Phân tố chịu tác dụng của hai lực  xF và  yF lần lượt theo hai phương x và y, phương trình cân bằng biến dạng của phân tố (1.3):                    0 0 y yyx x xyx F yx F yx   Trong đó: x, y - các ứng suất pháp. xy = yx - các thành phần ứng suất tiếp. b2. Quan hệ biến dạng - chuyển vị Vật chịu biến dạng phẳng chỉ biến dạng theo hai phương, phương còn lại sẽ có biến dạng vô cùng nhỏ. Giả thiết biến dạng theo hai phương tương ứng x và y, còn biến dạng theo phương z xấp xỉ 0 ta có phương trình quan hệ (1.4):             y u x v y v x u xy y x            Trong đó: εx - biến dạng pháp tuyến theo phương x. (1.3) (1.4) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 εy - biến dạng pháp tuyến theo phương y. γxy - biến dạng góc trên mặt phẳng x-y. u, v - chuyển vị theo hai phương của trục x và y. b3. Quan hệ giữa ứng suất - biến dạng Theo định luật Hooke xây dựng công thức quan hệ như sau:                                 zxzxzy yzyzyz xyxyxy zz yy xx E G E G E G Ge E Ge E Ge E                         )1(2 )1(2 )1(2 2 )21)(1( . 2 )21)(1( . 2 )21)(1( . Hoặc                           G G G E z E E zx zx yz yz xy xy xyzz xyy zyxx          )( 1 )( 1 )( 1 E - mô đun đàn hồi dọc.  - hệ số Poisson. G - mô đun đàn hồi trượt:   12GE ev - biến dạng thể tích, V V ev   và ev = εx + εy + εz. - Ứng suất phẳng: z = 0; yz = zy = 0; xz = zx = 0. (1.5) (1.6) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30                  xyxyxy xyy yxx E G E E          )1(2 )( 1 )( 1 2 2 Hoặc             xy xy xy xyy yxx EG E E      )1(2 )( 1 )( 1 - Biến dạng phẳng: εz = γyz = γzx = 0                  xyxyxy xyy yxx E G E E          )1(2 )1[( )21)(1( ])1[( )21)(1( Hoặc                 xy xy xy xyy yxx G E E          E )1(2 ])1[( )1( ])1[( )1( Đặt:       1 E ' E E           1 ' Thay vào: Ứng suất phẳng Biến dạng phẳng Ứng suất phẳng Biến dạng phẳng (1.9) (1.10) (1.7) (1.8) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31                  xyxyxy xyy yxx E G E E          )'1(2 ' ]( 1 ]( 1 ' 2' ' ' 2' ' Hoặc             xy xy xy xyy yxx G E E      E )'1(2 ]'[( ' 1 ]'[( ' 1 Trong đó: ' )'1(2 ' )1(2 G EE G       b4. Điều kiện biên Khó khăn chủ yếu gặp phải khi giải các phương trình vi phân là không xác định được các hằng số trong phương trình. Các điều kiện giới hạn của ứng suất hoặc chuyển vị trên biên của bề mặt vật bị biến dạng được đưa vào bài toán nhằm lược bỏ các khó khăn trên, các điều kiện giới hạn này được gọi là điều kiện biên. * Các kiểu điều kiện biên: Xét một phần của một vật bị biến dạng, trong đó ứng suất đã được xác định bởi Sσ và bề mặt chính, chuyển vị được xác định bởi Su. Tổng hợp bề mặt của vật bị biến dạng được xác định bởi S = Sσ + Su. - Điều kiện biên tải trọng do Sσ xác định bởi phương trình:       ** ** yy xx tt tt Trong đó: * xt , * yt - là hình chiếu của lực t* trên hai trục ox và oy. Phương trình điều kiện cân bằng của bề mặt: (1.11) (1.12) (1.14) (1.13) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32         sincos sincos * * yxyy xyxx t t Trong đó: α – là góc giữa véc tơ đơn vị pháp (n) đặt tại một điểm của một phần tử nhỏ trên phần bề mặt Sσ và trục x. Tại các bề mặt tự do không chịu lực tác dụng thì * xt = 0, * yt = 0. Hình 1.12. Quan hệ giữa các phần tử theo hai phương - Điều kiện biên về chuyển vị Su xác định bởi phương trình:      vv uu Trong đó: u , v - là hình chiếu chuyển vị u của Su lên hai phương x và y. Điều kiện biên được sử dụng nhiều nhất là các chuyển vị, tại ngàm và gối thì chuyển vị: u = 0 và (hoặc) v =0 (hình 1.12). Chú ý: Không thể đặt đồng thời cả hai điều kiện của ứng suất và chuyển vị trên một phần bề mặt của vật bị biến dạng. b5. Công thức biến phân trong biến dạng (1.15) (1.16) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 Nguyên lý di chuyển khả dĩ sử dụng trong việc nghiên cứu biến dạng phẳng thông qua biểu thức: 0)( )()( **     tdStut tdxdyFuFtdxdy Se yx D yx D xyxyyyxxy   Trong đó: D - tất cả các miền của vật bị biến dạng phẳng. Sσ - tất cả các phần của bề mặt vật của vật bị biến dạng (S = Sσ U Su). Fx và Fy – được xác định ở (1.3). t – là chiều dày phần tử. Từ phương trình trên ta có thể xác định được toàn bộ các biến của bài toán biến dạng phẳng của vật. b6. Công thức cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn với biến dạng phẳng - Ma trận quan hệ giữa biến dạng và chuyển vi [B] Xét vật biến dạng có phần tử ở dạng tam giác (hình 1.13a) để từ đó suy ra biểu thức quan hệ giữa biến dạng - chuyển vị trong biến dạng phẳng: Hình 1.13. Phần tử chia a. Phần tử tam giác biến dạng là hằng số b. Tính liên tục của chuyển vị Theo hình 1.13. phần tử tam giác e xác định bởi 3 điểm 1e(x1e, y1e), 2e(x2e, y2e), 3e(x3e, y3e) và chuyển vị của các nút (u1e, 1e), (u2e, 2e), (u3e, 3e). Ma trận quan hệ giữa chuyển vị của cả phần tử và chuyển vị của các nút trên phần tử: (1.17) a) b) 2e 1e 3e (e) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34    )( 3 3 2 2 1 1 )( 3 )( 2 )( 1 )( 3 )( 2 )( 1 000 000 e e e e e e e e e e e e e e e e e e e N v u v u v u NNN NNN v u                                   Ma trận quan hệ giữa biến dạng và chuyển vị:      )( 3 3 2 2 1 1 332211 321 321 3 3 2 2 1 1 )( 3 )( 3 )( 2 )( 2 )( 1 )( 1 )( 3 )( 2 )( 1 )( 3 )( 2 )( 1 000 000 000 000 e e e e e e e eeeeee eee eee e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e xy y x B v u v u v u bcbcbc ccc bbb v u v u v u y N x N y N x N y N x N y N y N y N x N x N x N y v x u y v x u                                                                                                                                            Trong đó:                  )( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 23)(1 32)(1 2332)(1 eeee eeee eeeeee xxc yyb yxyxa                  )( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 31)(2 13)(2 3113)(2 eeee eeee eeeeee xxc yyb yxyxa (1.18) (1.20) (1.21) (1.22) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35                  )( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 12)(3 21)(3 1221)(3 eeee eeee eeeeee xxc yyb yxyxa         ) ) ) 333 )( 3 222 )( 2 111 )( 1 ycxbaN ycxbaN ycxbaN eee e e eee e e eee e e Trong đó: [B] – ma trận quan hệ giữa  e và ε. (e) - diện tích của phần tử e và được xác định bằng:   ee ee ee eeeeeeee e yx yx yx yyxxyyxx 33 22 11 23233231 )( 1 1 1 2 1 ))(())(( 2 1   - Ma trận quan hệ giữa ứng suất - biến dạng [D]          )( 2' 2 '1 00 01' 0'1 1 ' eee xy y x xy y x BDD E                                                 - Phương trình độ cứng của phần tử          )()()()()( 0 e F eeee FFkP   Fε0 - lực liên kết giữa tại các nút của phần tử. FF - lực tác dụng lên phần tử. [K]   - lực biến dạng của phần tử. - Phương trình độ cứng của vật thể:     PK  (1.27) (1.28) (1.23) (1.24) (1.25) (1.26) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 1.3.2. Giới thiệu phần mềm tính bền cho bánh cán Phần tử hữu hạn là phương pháp cho kết quả có độ chính xác cao. Tuy nhiên, số lượng phép tính khi thực hiện bài toán là rất lớn. Vì vậy, cần có sự trợ giúp của máy tính khi giải. Dựa theo thuật toán của phương pháp phần tử hữu hạn mà nhiều phần mềm tính toán, mô phỏng số đã ra đời nhằm trợ giúp cho việc tính toán các bài toán của ngành kỹ thuật như: Ansys, Cosmos, Inventor, Sap, Pro/ engineer... Hiện nay, phần mềm ANSYS đã được đưa vào sử dụng để xác định chuyển vị và ứng suất của các vật thể biến dạng chịu tải. Phần mềm này dùng để giải các bài toán, được thiết lập trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn nên cho độ chính xác cao. Tuy nhiên, việc xây dựng các kết cấu phức tạp bằng phần mềm này gặp rất nhiều khó khăn, tốn rất nhiều thời gian. Trong khi các phần mềm Inventor, Pro/ engineer, Solid, CATIA… rất mạnh trong việc tạo mô hình các chi tiết. Để làm tăng hiệu quả tính toán các chi tiết máy (thời gian và độ chính xác) thì việc tạo mối liên giữa phần mềm ANSYS với các phần mềm này là rất cần thiết. Vì vậy, đề tài đã thực hiện mối liên kết giữa phần mềm Pro/engineer và Ansys kiểm tra bền cho bánh cán để nhận được kết quả tính toán nhanh và chính xác hơn. 1. Giới thiệu phần mềm ANSYS ANSYS (Analysis Systems) được tạo lập năm 1970 do nhóm nghiên cứu của Dr. John Swanson tại Mỹ. Sau đó được ứng dụng tại nhiều nước châu Âu và châu Á. ANSYS là một trong nhiều chương trình phần mềm công nghiệp, sử dụng phương pháp Phần tử hữu hạn 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 về dạng số, với việc sử dụng phương pháp rời rạc hóa và gần đúng để giải. Nhờ ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn, các bài toán kỹ thuật về cơ, nhiệt, thuỷ khí, điện từ, sau khi mô hình hoá và xây dựng mô hình toán học, cho phép giải chúng với các điều kiện biên cụ thể với số bậc tự do lớn. Trong bài toán kết cấu, phần mềm ANSYS được dùng để xác định trường ứng suất, biến dạng, trường nhiệt cho các kết cấu. Giải các bài toán dạng tĩnh, dao Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 động, cộng hưởng, bài toán ổn định, bài toán va đập, bài toán tiếp xúc. Các dạng phần tử được sử dụng trong các kết cấu: dạng thanh, dầm, 2D và 3D. Vật liệu trong các bài toán có dạng: đàn hồi, đàn hồi phi tuyến, đàn hồi dẻo lý tưởng, dẻo nhớt, đàn hồi nhớt. 2. Đặc điểm của phần mềm a. Yêu cầu đối với phần cứng máy tính Phần mềm ANSYS trên máy PC trong môi trường: WindowsXP/ WindowsNT. Cấu hình máy: - Pentium Pro, Pentium 3~4. - Bộ nhớ (RAM): 128 MB trở lên. - Ổ cứng: tối thiểu là 500MB. - Chuột: 100% tương thích với các phiên bản của các hệ điều hành. - Đồ họa: các hệ điều hành Windows XP, Windows 2000, WindowsNT đều hỗ trợ cho card đồ họa, có khả năng hỗ trợ độ phân giải của màn hình là 1024x768 High Color (16-bit màu), và hỗ trợ cho màn hình 17 inch (hoặc hơn) cùng với card đồ họa tương ứng. b. Các thuộc tính của ANSYS Danh mục các thuộc tính đáng lưu ý được trình diễn trong phần mô tả bài toán và lời giải. - Chọn chế độ phân tích - Analysis Options - Kiểu phân tích - Analysis Types - Các mô đun sản phẩm riêng biệt sau: ANSYS/Multiphysics ANSYS/Mechanical ANSYS/Professional ANSYS/Structural ANSYS/LS-DYNA ANSYS/LinearPlus ANSYS/Thermal Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 ANSYS/Emag ANSYS/Flotran ANSYS/PrepPost ANSYS CFX ANSYS PTD ANSYS TASPCB ANSYS ICEM CFD ANSYS AI*Environment ANSYS DesignXplorer ANSYS DesignModeler ANSYS DesignXplorer VT ANSYS BladeModeler ANSYS TurboGrid ANSYS AUTODYN - Sử dụng trợ giúp Help: các thông tin trong phần trợ giúp của ANSYS được viết theo các tiêu đề, dễ tra cứu và sử dụng. - Toán tử logíc Boolean: toán tử Boolean Operations (dựa trên cơ sở đại số Boolean) cung cấp công cụ để có thể ghép các dữ liệu khi dùng các toán tử logic như: cộng, trừ, chèn... Toán tử Boolean có giá trị khi dựng mô hình vật rắn thể tích, diện tích, đường. - Trực tiếp tạo phần tử: định nghĩa phần tử bằng cách trực tiếp định nghĩa nút. - Phạm vi ứng dụng khoa học Discipline: có 5 lĩnh vực khoa học có thể giải bằng phần mềm ANSYS: Kết cấu - Cơ học (Structural), nhiệt (Thermal), điện (Electric), từ (Magnetic), thuỷ khí (Fluid) - Chọn phần tử (Element Options): nhiều kiểu phần tử có chọn phần tử được xác định vật thể như vậy là các phần tử với các hành vi và chức năng, phần tử cho kết quả được chọn in ra. - Kiểu phần tử được dùng (Element Types Used): cần chỉ rõ phần tử được dùng trong bài toán. Khoảng 200 kiểu phần tử trong ANSYS. Ta có thể chọn một Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 kiểu phần tử với các đặc tính, trong đó, xác lập số bậc tự do DOF (như chuyển vị, nhiệt độ...) cho các hình đặc trưng như đường, hình tứ giác, hình khối hộp, các hình nằm trong không gian 2-D hoặc 3D, tương ứng với hệ thống toạ độ. - Các phần tử bậc cao (Higher Order Elements): phần tử với các nút bậc cao có hàm dáng tứ giác và các giá trị bậc tự do. Đó là các phần tử gần đúng, dùng trong các bài toán với giao diện theo bước. Thời gian được lấy thời gian của hệ thống máy tính. - Tên bài toán (JobName): tên File được đặt riêng cho từng bài, nhưng có giá trị trong các phân tích ANSYS. Phần kiểu Jobname.ext, trong đó ext là kiểu File do ANSYS định tuỳ tính chất của dữ liệu được ghi. Tên File được đặt tuỳ yêu cầu người dùng. Nếu không đặt tên riêng, ANSYS mặc định tên là FILE.*. - Mức độ khó (Level of Difficulty): có 3 mức độ: dễ, trung bình và khó. Các bài toán khó có thể chuyển thành dễ, khi sử dụng bài toán tính theo bước. Tính chất điển hình của advanced ANSYS có dạng như các bài toán phi tuyến, macro hoặc advanced postprocessing. - Tham chiếu (Preferences): hộp thoại "Preferences" cho phép chọn các lĩnh vực kỹ thuật theo yêu cầu với việc lọc chọn thực đơn: Kết cấu, nhiệt, điện từ, thuỷ khí. Mặc định, thực đơn chọn đưa ra tất cả các lĩnh vực, các lĩnh vực không sử dụng được ẩn mờ. Việc chọn được tiến hành bằng đánh dấu. - Tiền xử lý (Preprocessing): là pha phân tích nhập mô hình hình học, vật liệu, kiểu phần tử... - Hậu xử lý (Postprocessing): ANSYS phân tích theo pha, ở đó ta có thể xem lại các kết quả phân tích nhờ các hình ảnh màu và các bảng số liệu. Hậu xử lý chung (POST1) được dùng phân tích kết quả tại một bước nhỏ trên toàn bộ mô hình vật thể. Hậu xử lý theo thời gian (POST26) được dùng nghiên cứu các kết quả tại các điểm đặc biệt trong mô hình trên toàn bộ thời gian các bước. - Giải (Solution): là pha phân tích của ANSYS, trong đó xác định kiểu phân tích và chọn, đặt tải và chọn tải, khởi động giải phần tử hữu hạn. Mặc định là phân tích tĩnh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 - Mô hình hình học: trước hết định nghĩa hình dáng hình học cho ANSYS. - Hằng số thực (Real Constants): cung cấp bổ sung các tham số đặc trưng mặt cắt hình học cho kiểu phần tử, những thông tin không thể nhập được vào các nút. - Thuộc tính vật liệu (Material Properties): thuộc tính vật lý của vật liệu như môđun đàn hồi, mật độ, luôn độc lập với tham số hình học. Nên chúng không gắn với kiểu phần tử. Thuộc tính vật liệu quy định để giải ma trận phần tử, nên để dễ dàng chúng được gán cho từng kiểu phần tử. Tuỳ thuộc ứng dụng, thuộc tính vật liệu có thể là tuyến tính, phi tuyến, hoặc đẳng hướng. Cũng như kiểu phần tử và hằng số đặc trưng hình dáng, cần phải đặt thuộc tính vật liệu nhiều lần, tuỳ theo vật liệu. - Mặt làm việc (Working Plane (WP)): là một mặt tưởng tượng với gốc toạ độ, dùng để xác lập các tham số hình học cục bộ. Trong hệ toạ độ 2-D (Hệ đề các hay toạ độ cực), mặt làm việc được bám theo từng tham số toạ độ. Dùng để định vị một đối tượng của mô hình. Gốc toạ độ của mặt làm việc chuẩn nằm trùng gốc toạ độ toàn cục, gốc toạ độ của các mặt làm việc tự chọn. Giữa gốc toạ độ trên mặt làm việc chuẩn (toàn thể) có quan hệ với gốc toạ độ cục bộ nằm trên hệ mặt làm việc cục bộ. Hình 1.14. Giao diện làm việc của ANSYS Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 3. Một số đại lượng cần chú ý a. Ứng suất Ứng suất Von Mises được dùng để biểu diễn trường ứng suất Von Mises. Trường ứng suất này biểu diễn định lượng trường vô hướng nhận được từ mật độ năng lượng biến dạng và dùng để đo trạng thái của ứng suất. Mật độ năng lượng biến dạng thể tích thường dùng cùng với giá trị ứng suất uốn để kiểm tra tình trạng cấu trúc chi tiết theo tiêu chí Von Mises. Ứng suất Von Mises nhận được bằng cách kết hợp tất cả các thành phần lực tại 1 điểm tạo ra một giá trị duy nhất có thể so sánh với ứng suất giới hạn biến dạng đàn hồi của vật liệu. Đây là phương pháp thông dụng nhất để kiểm tra ứng suất đã tính toán trong chi tiết. Trạng thái ứng suất được mô tả bởi 6 thành phần (x, y, z, xy, xz, yz), các ứng suất này ở các điểm là khác nhau. Ứng suất Von Mises được biểu diễn theo phương trình sau: )](6)()()[( 2 1 222222 YZXZXYZYZXYXVM   (1.29) Rõ ràng ứng suất này được coi là ứng suất hiệu dụng. Chú ý rằng ứng suất Von Mises luôn có giá trị dương. Biểu diễn theo ứng suất chính ứng suất Von Mises có thể được viết như sau: ])()()[( 2 1 2 32 2 31 2 21  VM (1.30) Trong thiết kế người ta thường dùng hệ số an toàn N. Khi đó ta có công thức VM = Y/N. Bản vẽ đường biên ứng suất Von Mises cho phép người dùng kiểm tra điều kiện trên. Do đó một thiết kế được coi là an toàn khi VM < Y/N. Điều kiện này là ứng suất Von Mises này phải nhỏ hơn giới hạn bền đàn hồi của vật liệu (Yield Strengh) E = 800MPa. b. Các dạng phần tử được sử dụng trong phần mềm Theo lý thuyết về phần tử hữu hạn có rất nhiều dạng phần tử: - Phần tử một chiều: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 + Đường thẳng bậc nhất + Đường cong bậc hai + Đường cong bậc ba - Phần tử hai chiều: dùng để tính toán cho dạng chi tiết thành vỏ mỏng + Tam giác bậc nhất + Tam giác bậc hai + Tam giác bậc ba - Phần tử ba chiều: dùng để tính toán cho chi tiết dạng khối * Phần tử tứ diện: + Tứ diện bậc nhất + Tứ diện bậc hai + Tứ diện bậc ba * Phần tử lăng trụ: + Lăng trụ bậc nhất + Lăng trụ bậc hai + Lăng trụ bậc ba Các dạng phần tử được sử dụng để tính toán các bài toán kết cấu trong phần mềm Ansys, bao gồm: STRUCTURE: Phần tử cấu trúc SPAR: Phần tử thanh BEAM: Phần tử dầm PIPE : Phần tử ống 2D SOLIDS: Phần tử khối đặc 2D 3D SOLID: Phần tử khối đặc 3D SHELL : Phần tử tấm vỏ SPECLTY: Phần tử đặc biệt CONTACT: Phần tử tiếp xúc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 SPAR Phần tử thanh 2D-SPAR: Phần tử Thanh 2D : LINK1 3D-SPAR: Phần tử Thanh 3D : LINK8 BILINEAR: Phần tử Thanh phi tuyến LINK10 BEAM Phần tử dầm 2D-ELAST: PT Dầm đàn hồi 2D đối xứng BEAM3 3D- ELAST: PT Dầm đàn hồi 3D, 2~3 nút BEAM4 2D- TAPER: PT Dầm thon 2 nút đàn hồi 2D BEAM54 3D-TAPER: PT Dầm thon 2 nút không đối xứng, 3D BEAM44 2D-PLAST: PT Dầm dẻo 2D 2nút BEAM23 THIN WALL: PT thành mỏng 3 nút dầm dẻo BEAM24 2D-SOLID Phần tử khối đặc 2D 2D-ELAST : Phần tử khối đặc 2D đàn hồi 8NodQuad: Phần tử 2D, 8 nút kết cấu tứ diện PLANE82 4NodQuad: Phần tử 2D, 4 nút kết cấu, tứ diện PLANE42 Triangle: Phần tử 2D, 6 nút, kết cấu tam giác PLANE2 3D-SOLID Phần tử vật đặc 3D GENERAL Phần tử 3D 20NodBri: PT Khối 3D, 20 nút, hộp,cấu trúc SOLID95 Brick: PT Khối 3D, 8 nút, hộp, cấu trúc SOLID45 Tetrahod: PT Khối 3D, 10 nút, chóp, cấu trúc SOLID92 RotBrick: PT Khối 3D ,8 nút, hộp có DOF quay SOLID92 RotTetra: PT Khối 4 nút, chóp quay SOLID72 1.4. Kết luận chương 1 1.4.1. Nhận xét Từ những kết quả nghiên cứu tổng quan rút ra một số nhận xét như sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 - Việc tìm hiểu, phân tích các phương pháp cán ren là cơ sở lựa chọn phương pháp chế tạo ren vít hợp lí góp phần nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm. - Việc nghiên cứu chế tạo sản phẩm vít thay thế gặp rất nhiều khó khăn do sản phẩm có hình dáng hình học rất phức tạp, đòi hỏi độ bền rất cao. - Nghiên cứu chế tạo sản phẩm ren vít cần xuất phát từ việc chế tạo chính xác của dụng cụ cán và chế độ cán ren vít. - Nghiên cứu tổng quan các phần mềm (Ansys, Pro/engineer) nhằm nâng cao độ chính xác tính toán, thiết kế và chế tạo bánh cán. 1.4.2. Xác định hướng nghiên cứu của đề tài Chi tiết vít dùng để lắp đường ray với tà vẹt bê tông đang được nhập ngoại. Để đáp ứng yêu cầu của dự án đổi mới nâng cao chất ngành đường sắt, nhằm tăng khả năng nội địa hóa sản phẩm từ đó giúp sử dụng nguồn vốn của dự án hiệu quả hơn. Bánh cán ren vít được làm bằng vật liệu thuộc nhóm khó gia công, mặt khác biên dạng ren trên bánh cán lại rất phức tạp. Vì vậy, việc chế tạo rất cần được nghiên cứu để tăng độ bền và độ chính xác. Hiện nay, chưa có cơ sở sản xuất nào chế tạo thành công loại vít này, vì vậy tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo bánh cán ren vít để lắp đường ray với Tà vẹt Bê tông”. - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu tính toán, thiết kế và chế tạo bánh cán nóng ren. - Mục tiêu: Chế tạo thành công sản phẩm vít thay thế cho hàng nhập ngoại. - Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu tính toán, thiết kế, chế tạo thử 02 bánh cán nóng; lựa chọn phương pháp cán hợp lí