Đề tài Nghiên cứu thiết kế, chế tạo vỏ bình ắc quy tàu điện mỏ bằng vật liệu phi kim loại

í dụ như độ võng lớn, biến dạng lớn, bài toán tiếp xúc chảy dẻo, siêu đàn hồi từ biến... Phân tích động lực học: - Bao gồm hiệu ứng khối lượng và giảm chấn. - Phân tích modul: xác định tần số riêng và dạng dao động riêng. - Phân tích điều hoà: xác định ứng xử của kết cấu khi tải trọng có dạng hình sin với biên độ và tần số xác định. - Phân tích động lực học tức thời: xác định ứng suất của kết cấu khi tải trọng thay đổi theo thời gian và có thể bao gồm cả ứng sử phi tuyến. Một số khả năng khác trong phân tích kết cấu: - Phân tích phổ. - Phân tích dao động ngẫu nhiên. - Phân tích sự mất ổn định. 2. Động lực học biến dạng lớn: - Dùng để mô phỏng biến dạng rất lớn khi lực quán tính đóng vai trò quyết định - Dùng để mô phỏng các bài toán va chạm. 3. Phân tích nhiệt - Phân tích nhiệt được dùng để xác định trường phân bố nhiệt độ trong một vật thể. Các đại lượng đáng quan tâm khác bao gồm: lượng nhiệt mất đi hoặc tăng thêm, dòng nhiệt. 4. Phân tích điện từ - Phân tích điện từ được sử dụng để tính toán từ trường trong các thiết bị điện từ. - Phân tích điện từ tĩnh và tần số thấp: + Mô phỏng các thiết bị sử dụng nguồn điện một chiều, nguồn xoay chiều tần số thấp, Ví dụ: thiết bị khởi động từ, các động cơ, máy biến thế. + Các thông số đáng quan tâm bao gồm: mật độ thông lượng từ, cường độ từ trường, lực và mô men từ, trở kháng, độ từ cảm... + Phân tích điện từ tần số cao. + Phân tích tĩnh điện. 5. Tính toán động lực học dòng chảy - Để xác định phân bố lưu lượng và nhiệt độ trong một dòng chảy. - Các đại lượng đáng quan tâm là vận tốc, áp suất, nhiệt độ và các hệ số màng. - Phân tích chất lỏng trong bể chứa. 6. Phân tích tương tác giữa các trường vật lý - Xem xét sự tương tác của hai hay nhiều trường khác nhau. Vì trên thực tế các trường đều phụ thuộc lẫn nhau, nên không thể giải quyết chúng một cách tách biệt. Bởi vậy, cần có một chương trình giải quyết đồng thời cả hai hiện tượng bằng cách kết hợp chúng. - Ví dụ: Phân tích nhiệt - ứng suất. Trong phạm vi đồ án này nhóm đề tài chỉ dùng phân tích kết cấu, để lựa chọn kết cấu hợp lý của bình ắc quy khi thay từ vỏ bình kim loại bằng vỏ bình nhựa nhiệt dẻo. 2.4.2. Phân tích ứng suất và biến dạng vỏ bình ắc quy bằng kim loại. Khi làm việc chủ yếu là thân bình chịu tác dụng của các lực như: lực thuỷ tĩnh, lực quán tính... còn nắp bình chịu lực không đáng kể. Chính vì vậy, đề tài đi sâu phân tích kết cấu của thân bình, đồng thời lựa chọn vật liệu nhựa nhiệt dẻo chế tạo nó sao cho với bình ắc quy đã thay đổi kết cấu và bằng nhựa thì khả năng làm việc của nó tương đương vỏ bình ắc quy bằng kim loại. 2.4.2.1. Tính toán lực tác động vào thân bình trong quá trình làm việc Như trên đã nói, khi làm việc, thân bình chịu tác dụng của rất nhiều lực như: lực thuỷ tĩnh do dung dịch trong bình gây ra; lực quán tính; tải trọng va đập... Tuy nhiên để đơn giản đề tài chỉ quan tâm tính toán lực thuỷ tĩnh, ảnh hưởng của các lực khác được sử lý bằng các hệ số trong quá trình tính toán bằng phần mềm ANSYS. Biểu đồ 2.1 thể hiện sự phân bố lực trong bình. Các thông số của bình ắc quy SN300 • Chiều cao lớn nhất của bình: 450mm • Chiều rộng đáy bình: 175mm • Chiều dài đáy bình: 180mm • Chiều cao vỏ bình: 395mm Theo yêu cầu kỹ thuật của ắc quy kiềm sắt-niken SN300 thì khoảng cách giữa mặt trên tấm cực và miệng rót dung dịch: 60mm. Như vậy, với quy định mức điện dịch cao hơn mặt trên tấm cực 15-30mm thì khoảng cách từ miệng rót dung dịch đến mặt phẳng mức điện dịch như sau: • lớn nhất hmax=45mm. • nhỏ nhất hmin=20mm. Như vậy chiều cao mức điện dịch lớn nhất trong bình so với đáy là: h = 395-20 = 375mm. Dung dịch điện dịch dùng cho bình là NaOH có tỷ trọng bằng 1,18(g/cm3). Từ đó, ta tính được lực thuỷ tĩnh tác dụng lên đáy là: P= γ*h. Trong đó: P: Áp suất thuỷ tĩnh tại mặt đáy bình. γ: Khối lượng riêng của dung dịch điện dịch γ=1,18 (g/cm3)=1,18.10-5(N/mm3). h: Chiều cao lớn nhất của mức điện dịch so với đáy h = 375mm.⇒ P = 1,18.10-5x375 = 0,004425(N/mm2). P = 44,25x10-4(N/mm2) BiÓu ®å 2.1: Ph©n bè lùc trong b×nh ¾c quy 2.4.2.2. Dùng ANSYS phân tích tính toán Từ việc phân tích các lực có thể tác dụng vào bình. Bây giờ, ta áp dụng phần mền ANSYS để phân tích ứng suất và biến dạng tại các vị trí khác nhau của vỏ bình. Trình tự các bước như sau: 1. Chuẩn bị (Preprocessor). 2. Xử lý ban đầu (Processor). 3. Giải (Solve). 4. Xử lý kết quả (Postprocessor). 1. Quá trình chuẩn bị (Preprocessor) a. Lựa chọn kiểu phân tích. Ở trên ta đã biết trong phần mềm ANSYS có rất nhiều kiểu phân tích như phân tích dòng chảy, phân tích kết cấu, điện từ... Trong bước này ta chọn kiểu phân tích kết cấu bằng cách vào hộp thoại preferences (Main menu>Preferences) để lựa chọn kiểu phân tích kết cấu (Structural). Đồng thời, loại bỏ các kiểu phân tích khác không dùng đến trong phân tích kết cấu. Điều này sẽ giúp ta loại bỏ các thuộc tính không dùng đến trong phân tích kết cấu Hình 2-1: Chọn kiểu phân tích kết cấu b. Lựa chọn kiểu mô hình hoá. Có các kiểu mô hình hoá như sau: ™ Đối xứng trục: Được dùng khi tải trọng, vật liệu và điều kiện biên là đối xứng trục. Kiểu mô hình này là đơn giản nhất. ™ Đối xứng quay: Khi tải trọng, vật liệu và điều kiện biên là đối xứng nhưng thuận lợi hơn là đối xứng trục vì đưa ra thêm một số kết quả thông qua áp đặt điều kiện biên. ™ Mô hình 3D: Đây không phải là một lựa chọn hiệu quả so với mô hình đối xứng trục và mô hình đối xứng quay. Tuy nhiên, nếu kết quả mô hình hoá bị ảnh hưởng nhiều bởi điều kiện biên đối xứng (mà thực tế không đúng) thì có thể đây là sự lựa chọn duy nhất. Đối với chi tiết thân bình ắc quy ta dùng mô hình 3 chiều đầy đủ. c. Lựa chọn kiểu phần tử. Chọn kiểu phần tử là một bước quan trọng, nó xác định những đặc tính như sau: 9 Bậc tự do (Degree of Freedom): Ví dụ: một kiểu phần tử nhiệt có một bậc tự do: TEMP (nhiệt độ), trong khi đó, một kiểu phần tử kết cấu có thể có 6 bậc tự do: UX, UY,UZ, ROTX, ROTY, ROTZ (ba thành phần chuyển vị dài theo ba trục và ba thành phần chuyển vị gúc quanh ba trục). 9 Dạng phần tử: Hình lục diện, hình tứ diện, hình tứ giác, hình tam giác… 9 Không gian: 2D (chỉ trong mặt phẳng X-Y) hoặc 3D. 9 Dạng giả thiết của trường chuyển vị: Bậc nhất hoặc bậc hai. ANSYS có một thư viện gồm hơn 150 kiểu phần tử để người dụng lựa chọn. Các phần tử thông dụng bao gồm: 9 Các phần tử một chiều (line element): Bao gồm. ƒ Các phần tử dầm (beam): Dùng để mô hình hoá kết cấu bu lông, kết cấu dạng ống, thép hình hoặc bất kỳ một kết cấu dài mảnh nào mà ta chỉ quan tâm đến ứng suất màng và ứng suất uốn. ƒ Các phần tử thanh (spar): Dùng để mô hình hoá lò xo, hệ dàn thanh. ƒ Các phần tử lò xo (spring): Dùng để mô hình hoá lò xo, kết cấu ghép bu lông. 9 Phần tử vỏ (shell): Dùng để tạo mô hình những bản mỏng hoặc những mặt cong. 9 Các phần tử khối 2D (2D solid): Dùng để tạo mô hình mặt cắt ngang của những đối tượng khối 3D. 9 Phần tử khối 3D: ƒ Dựng cho những kết cấu mà do mô hình hình học, vật liệu, tải, hoặc do yêu cầu kết quả chi tiết không thể mô hình hoá bằng những phần tử đơn giản hơn. Cũng được dùng khi mô hình hình học được nhập từ các hệ CAD 3D, mà nếu chuyển sang mô hình 2D hoặc vỏ thì sẽ mất nhiều thời gian và công sức. 9 Bậc của phần tử: Bậc của phần tử là bậc đa thức của hàm dạng (hàm nội suy) của phần tử. Đối với chi tiết là thân bình ắc quy thì ta dựng phần tử SOLID95, thông số hình học của phần tử này như sau: Hình 2-2: Kiểu phần tử khối 3D SOLID95 Để định nghĩa một kiểu phần tử ta làm như sau: ¾ Main menu>Preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete. • [Add] để thêm phần tử mới. • Chọn kiểu phần tử cần thiết (SOLID 95) rồi bấm OK. • [Optional] để xác định các tuỳ chọn của phần tử. ¾ Hoặc dùng lệnh ET: ET,1,SOLID95. (trong đó “1” là số thứ tự của phần tử). Lưu ý: • Nếu ta chỉ định kiểu phân tích ngay từ đầu (Main menu > Preprocessor), ANSYS sẽ chỉ hiện thị những kiểu phần tử hợp lệ cho kiểu phân tích đó. • Nó định nghĩa sớm kiểu phần tử trong quá trình xử lý ban đầu và các lựa chọn trong GUI không phù hợp với kiểu phần tử kết cấu sẽ bị loại bớt hoặc hoàn toàn không hiển thị. Hình 2-3: Cách lựa chọn kiểu phần tử SOLID95. 2. Quá trình xử lý ban đầu a.Tạo mô hình hình học. Một mô hình hình học thông thường được định nghĩa bởi các thể tích, các diện tích, các đường và các điểm. ™ Thể tích (volume): Được giới hạn bởi các diện tích. Chúng mô tả các đối tượng khối 3D. ™ Diện tích (area): Được giới hạn bởi các đường. Chúng mô tả các mặt của đối tượng khối hoặc là các tấm mỏng. ™ Đường (line): Được giới hạn bởi các điểm. Chúng mô tả các cạnh của đối tượng. ™ Điểm (point): Được định vị trong không gian 3D. Chúng mô tả đỉnh của đối tượng. ANSYS có một thư viện các công cụ phong phú giúp ta tạo mô hình trực tiếp trong môi trường ANSYS. Ngoài ra, ANSYS còn có thể kết nối với bản vẽ của chi tiết có định dạng *.iges…, nhược điểm của việc định dạng file có định dạng IGES vào ANSYS là phải chuyển đổi hai lần: CAD → IGES → ANSYS, nên trong nhiều trường hợp mô hình không được chuyển đổi hoàn toàn. Các sản phẩm kết nối của ANSYS giúp khắc phục vấn đề này bằng cách đọc trực tiếp file bản vẽ chi tiết “gốc” của các phần mềm CAD: • Kết nối với Pro/ENGINEER.; Kết nối với UNIGRAPHICS; Kết nối với SAP; Kết nối với CATIA. Ở đây ta kết nối ANSYS với CATIA bằng cách đọc file *.model hoặc *.dvl được tạo bởi CATIA. Quá trình nhập mô hình hình học của chi tiết được tạo ra trong phần mềm CATIA vào môi trường ANSYS được thực hiện như sau: Utility Menu>File>Import>Catia. Hình 2-4. Nhập mô hình 3D từ phần mềm CATIA vào môi trường ANSYS. b. Khai báo các thuộc tính vật liệu Mỗi phân tích đòi hỏi phải nhập vào một vài thuộc tính của vật liệu: Mô đun đàn hồi Ex, hệ số poatson cho các phần tử kết cấu. Có hai cách để khai báo thuộc tính của vật liệu: 9 Thư viện vật liệu: 9 Các thuộc tính riêng biệt: b.1. Sử dụng thư viện vật liệu: • Phương thức này cho phép chúng ta chọn một tập tính chất đã được định nghĩa trước cho vật liệu. • ANSYS cung cấp các tính chất cơ học và nhiệt (tuyến tính) dặc trưng cho một số vật liệu thông dụng, nhưng ta có thể tạo thư viện vật liệu riêng cho mình. • Để chọn vật liệu từ thư viện ta làm như sau: ™ Xác định đường dẫn tới thư viện. o Preprocessor>Material props>Material Library>Library Path: Nhập vào vị trí bản vẽ của chi tiết. Hình 2 – 5: Cách chọn vật liệu o Hoặc sử dụng lệnh: MPLIB. ™ Sau đó nhập vào một vật liệu từ thư viện: o Preprocessor>Material props>Material Library>Import Library: ƒ Chọn hệ đơn vị: Việc này chỉ có tác dụng lọc bớt danh sách các tệp trong hộp thoại tiếp theo. ANSYS không phân biệt cũng như không chuyển đổi đơn vị. ƒ Lựa chọn tệp vật liệu mong muốn. o Hoặc sử dụng lệnh: MPREAD cùng với tuỳ chọn LIB. b2. Xác định trực tiếp các thông số vật liệu: Thay vì chọn tên vật liệu, phương thức này xác định trực tiếp các thông số vật liệu cần thiết thông qua Material Model GUI. Các lệnh tiến hành: ¾ Preprocessor>Material Props>Material Models. • Nhấp đúp lên đặc tính thích hợp đó được định nghĩa. • Sau đó nhập giá trị từng thông số một. ¾ Hoặc sử dụng lệnh MP. 3. Tạo mô hình phần tử hữu hạn. Quá trình chia lưới được sử dụng để điền đầy mô hình hình học bằng nút và bằng phần tử tức là tạo mô hình FEA (Finite Element analysis). Để giải quyết bài toán phần tử hữu hạn ta cần có nút và phần tử chứ không chỉ là mô hình hình học. Mô hình hình học không tham gia vào lời giải phần tử hữu hạn. Nguyên tắc cơ bản của FEA là khi số phần tử (mật độ lưới) tăng lên thì lời giải FEA càng tiến gần đến lời giải chính xác. Tuy nhiên, khi số phần tử tăng lên thì thời gian tính toán và nhu cầu về tài nguyên máy tính cũng tăng lên một cách khủng khiếp. Nếu cần giá trị chính xác của ứng suất: 9 Sẽ cần một lưới chia mịn, không bỏ qua các chi tiết hình học tại các vị trí quan trọng của kết cấu. 9 Cần chứng minh được sự hội tụ của ứng suất. 9 Đơn giản hoá mô hình tại bất cứ vị trí nào cũng có thể dẫn đến sai số đáng kể. Nếu chỉ quan tâm đến chuyển vị hoặc ứng suất danh định: 9 Một lưới chia tương đối thưa là đủ. 9 Các chi tiết hình học nhỏ có thể bỏ qua. ANSYS cung cấp nhiều công cụ để điều khiển mật độ lưới, nằm ở hai mức: Tổng thể và cục bộ: ™ Điều khiển tổng thể. • Kích thước thông minh. • Kích thước phần tử tổng thể. • Kích thước mặc định. ™ Điều khiển địa phương. • Kích thước điểm. • Kích thước đường. • Kích thước diện tích. Kích thước phần tử tổng thể: • Cho phép ấn định kích thước cạnh phần tử lớn nhất cho toàn bộ mô hình (hoặc số khoảng chia trên mỗi đường) bằng cách: 9 ESIZE,SIZE. 9 Hoặc Preprocessor>Mesh Tool>Size Controls-Global. Hoặc>Preprocessor>Meshing-Size Cntrls>Global-Size. Hình 2 - 6: Lựa chọn thông số lưới Kích thước thông minh (SmartSizing): - Xác định kích thước phần tử bằng cách ấn định các khoảng chia trên tất cả các đường có tính đến độ cong, vị trí lân cận lỗ, các đặc tính khác và bậc của phần tử. - Chức năng kích thước thông minh để tắt theo mặc định. Tuy nhiên, nó có thể dùng trong chia lưới tự do. Nó không có tác dụng trong chia lưới quy tắc. • Để sử dụng kích thước thông minh ta làm như sau: 9 Bật hộp thoại MeshTool (Preprocessor>MeshTool), bật chức năng Smartsizing, đặt kích thước cần thiết. o Hoặc dùng lệnh SMRT,Level. o Độ lớn của kích thước từ mức 1 (rất mịn) đến mức 10 (rất thô), mặc định là 6. Đối với vật thể này ta chọn là 6. 9 Sau đó nên chia lưới tất cả các thể tích (hoặc tất cả các diện tích) trong một lần, hơn là từng thực thể một. Hình 2 - 7: Chọn lưới thông minh • Những ví dụ về sự khác nhau của mức kích thước (Size level) trong chia lưới thông minh được minh hoạ như trong hình vẽ. Hình 2 - 8: Lựa chọn mật độ lưới Size Level=10 (Thô) Hình 2 – 9: Lưạ chọn mật độ Size level=6 (mặc định). Hình 2 – 10: Lựa chọn mật độ lưới Size level = 1(mịn) Kích thước phần tử tổng thể có thể được sử dụng riêng hoặc kết hợp với chức năng kích thước thông minh : • Chỉ sử dụng ESIZE (tắt chức năng kích thước thông minh) sẽ có kết quả là một kích thước phần tử đồng nhất trong toàn bộ thể tích (hoặc diện tích) được chia lưới. • Khi bật chức năng kích thước thông minh, ESIZE hoạt động như một “người hướng dẫn”, nhưng kích thước ấn định có thể bị thay đổi để phù hợp với độ cong của đường hoặc các vị trí lân cận các đặc tính của mô hình. Đối với vật thể này ta chia lưới sử dụng kích thước thông minh với SmartSize = 6. Bước cuối cùng trong quá trình chia lưới đó là tạo lưới, cách làm như sau: ¾ ấn nút Mesh trong MeshTool. ¾ ấn PickAll trên hộp thoại lựa chọn để chia lưới tất cả các thực thể. Hình 2 – 11: Cách tạo lưới. Kết quả của quả trình tạo lưới như sau: Hình 2 – 12: Kết quả quá trình tạo lưới (Size level=10) 4. Quá trình giải 4.1. Xác định các tải đặt lên mô hình. Có 5 loại tải. 9 Những áp đặt trên bậc tự do(Degree Of Freedom DOF): áp đặt giá trị cho các DOF, ví dụ chuyển vị trong phân tích ứng suất, hoặc nhiệt độ trong phân tích nhiệt. 9 Tải tập chung (Concentrated Load): Tải đặt vào điểm, ví dụ như lực hoặc tiêu thụ dòng nhiệt… 9 Tải bề mặt (Surface Load): Tải phân bố trên toàn bộ bề mặt, ví dụ như áp suất hoặc đối lưu. 9 Tải vật thể (Body Load): Tải thể tích hoặc tải trường. 9 Tải quán tính (Inertial Load): Tải khối lượng kết cấu hoặc tải quán tính, ví dụ như trọng lực hay vận tốc quay. Có thể đặt tải trên mô hình hình học hay trực tiếp trên mô hình FEA (các nút và các phần tử). 9 Đặt tải trên mô hình hình học dễ hơn và phải chọn ít thực thể hơn. 9 Hơn nữa, tải đặt trên mô hình hình học không phụ thuộc vào lưới (mesh). Do đó, không cần đặt lại tải khi thay đổi mesh. 9 Dù cho cách đặt tải như thế nào, thì FEA cũng cần có tải trên mô hình phần tử hữu hạn. Vì thế, tải đặt trên mô hình hình học sẽ tự động chuyển đổi đến các nút và phần tử trong quá trình giải. Hình 2 – 13: Đặt lực lên thân ắc quy 4.2.Giải (Solvers). 9 Chức năng của Solvers là để giải hệ phương trình tuyến thể hiện các bậc tự do của kết cấu. 9 Thời gian giải có thể kéo dài từ vài dây đến nhiều giờ phụ thuộc chủ yếu vào kích thước mô hình và tốc độ của máy tính. 9 Một phép phân tích tuyến tính tĩnh với một bước tải chỉ yêu cầu một lời giải như vậy, nhưng một phép phân tích phi tuyến hoặc tức thời có thể yêu cầu mười, một trăm hoặc thậm chí hàng nghìn lời giải. Do đó, phương pháp mà chúng ta chọn để giải là rất quan trọng. 9 Các phương pháp có hiệu lực trong ANSYS có thể được phân loại thành 3 dạng như sau: ¾ Các phương pháp khử trực tiếp. • Prontal. • Sparse (mặc đinh). ¾ Các phương pháp lặp. • PCG (Pre-conditioned Conjuagate Gradien). • ICCG (Incomplete Cholesky Conjuagate Gradien). • JCG (Jacobi Conjuagate Gredien). ¾ Các phương pháp thực hiện song song. • AMG ( Algebraic Multgrid). • DDS (Distributed Domain Solver). • Đối với bài toán này ta chọn phương pháp giải PCG (Pre- conditioned Conjuagate Gradien). Để chọn phương pháp giải ta làm như sau: • Main Menu>Solution>Analyis Type-Sol’n Control, sau đó chọn Tab Sol’n Options. • Hoặc dùng lệnh: EQSLV. Hình 2 – 14: Lựa chọn phương pháp giải. 5. Quá trình xử lý kết quả • Xử lý kết quả là bước cuối cùng trong quá trình FEA. • Bắt buộc phải có để hiển thị các kết quả tương ứng với các giả thiết trong quá trình tạo và giải mô hình. • Thường từ các kết quả thu được ta sẽ phải đưa ra các quyết định về thiết kế nên ta phải khai thác kết quả một cách cẩn thận và đồng thời phải kiểm định lại kết quả. • Khai thác kết quả của một phân tích ứng suất thường bao gồm: 9 Trường chuyển vị. 9 Trường ứng suất. 9 Các phản lực. a.Trường chuyển vị. • Nhanh chóng chỉ ra xem tải áp đặt có đúng hướng không. • Hiển thị các cột chú giải cho chuyển vị lớn nhất. • Cũng có khả năng mô phỏng động trường chuyển vị. • Để hiển thị trường chuyển vị ta làm như sau: 9 MainMenu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shape. 9 Hoặc dựng lệnh PLDISP. Hình 2 – 15: Lựa chọn phương pháp giải • Để mô phỏng động ta làm như sau: 9 Utility Menu>PlotCtrls>Animate>Deformed Shape. 9 Hoặc dựng lệnh ANDISP. • Để mô phỏng động ta làm như sau: 9 Utility Menu>PlotCtrls>Animate>Deformed Shape. 9 Hoặc dùng lệnh ANDISP. Hình 2-16: Kết quả phân tích biến dạng Nhìn vào kết quả phân tích ta thấy được chỗ biến dạng lớn nhất của chi tiết khi làm việc là 0.181328(mm). b.Trường ứng suất. • Đối với mô hình 3D ANSYS có các dạng ứng suất sau: 9 Các ứng suất thành phần: SX, SY, SZ, SXY, SXZ, SYZ (mặc định trong hệ toạ độ đề các). 9 Các ứng suất chính: S1, S2, S3 (ứng suất chính), SEQV (ứng suất tương đương theo Von Mises), SINT (cường độ ứng suất). • Các đường đồng mức cho phép định vị nhanh nhất các “các điểm nóng” hoặc vùng nguy hiểm. 9 Lời giải nút (Nodal Solution): Các ứng suất được tính trung bình tại các nút, hiển thị bằng các đường đồng mức trơn và liên tục. 9 Lời giải phần tử (Element Solution): Không tính trung bình. Do đó, các đường đồng mức sẽ không liên tục. • Để hiển thị đường đồng mức ứng suất ta làm như sau: 9 General Postproc>Plot Result>Nodal Solution… hoặc lệnh PLNSOL. 9 General Postproc>Plot Result>Element Solution… hoặc lệnh PLESOL. Nhìn vào kết quả phân tích dưới đây ta thấy được chỗ có ứng suất lớn nhất là 17.074(N/mm2). Hình 2 – 17: Kết quả phân tích ứng suất • Để mô phỏng động ta làm như sau: 9 Utility Menu>PlotCtrls>Animate>Deformed Result. 9 Hoặc dùng lệnh ANCNTR. 2.4.3. Dùng ANSYS tính toán vỏ bình bằng vật liệu phi kim loại Đối với vật liệu chọn làm vỏ bình là nhựa dẻo PE và các phân tích lực tương tự như đối với vỏ bình kim loại. Trình tự tính cũng tương tự như trên ta thu được kết quả như sau: 1. Kết quả phân tích lưới. Hình 2 – 18: Kết quả phân tích lưới 2. Trường chuyển vị. Hình 2 – 19:. Kết quả phân tích biến dạng Nhìn vào kết quả phân tích ta thấy biến dạng lớn nhất là 3,34(mm). 3. Trường ứng suất. Hình 2 – 20:. Kết quả phân tích trường áp suất. Nhìn vào kết quả phân tích ta thấy ứng suất lớn nhất là 17,177 N/mm2. Từ các kết quả phân tích như trên ta đưa ra kết cấu hợp lý của thân bình ắc quy bằng nhựa PE (xem phần bản vẽ), kết quả này tương đối phù hợp với mẫu vỏ bình ắc quy của Trung Quốc và được thể hiện trong phần bản vẽ thiết kế vỏ bình ắc quy. Ch−¬ng 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUÔN 3.1. Tìm hiểu khuôn ép nhựa 3.1.1. Cấu tạo chung của khuôn ép phun. Khuôn là dụng cụ để định hình một sản phẩm nhựa, kích thước và kết cấu của khuôn phụ thuộc vào kích thước, hình dáng sản phẩm. Số lượng sản phẩm yêu cầu cũng là một yếu tố rất quan trọng để xem xét bởi vì yêu cầu sản xuất loạt nhỏ không cần đến loại khuôn nhiều lòng khuôn hoặc loại khuôn có kết cấu cao cấp. Khuôn là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp với nhau, ở đó nhựa được phun vào, được làm nguội, rồi đẩy sản phẩm ra. Sản phẩm được tạo hình giữa hai phần của khuôn. Khoảng trống giữa hai phần của khuôn được điền đầy bởi nhựa và nó sẽ mang hình dạng của sản phẩm. Một phần là lõm vào sẽ xác định hình dạng ngoài của sản phẩm được gọi là lòng khuôn, phần xác định hình dạng bên trong của sản phẩm được gọi là lõi. Phần tiếp xúc giữa lòng và lõi khuôn được gọi là đường phân khuôn. Kho¶ng trèng gi÷a lßng khu«n vµ lâi §uêng ph©n khu«n Lßng khu«n Lâi khu«n Hình 3 - 1: Các bộ phận cơ bản của khuôn. Ngoài lõi và lòng khuôn còn có các bộ phận khác và chức năng của chúng được chỉ ra ở hình sau: Hình 3 – 2: Cấu tạo một bộ khuôn ép nhựa thông dụng Trong đó: 1 Tấm kẹp phía trước 10 Chốt dẫn hướng 2 Tấm khuôn trước 11 Bạc dẫn hướng 3 Tấm khuôn sau 12 Bạc mở rộng 4 Tấm kẹp phía sau 13 Bộ định vị 5 Tấm đỡ 14 Chốt hồi về 6 Khối đỡ 15 Chốt đẩy 7 Tấm giữ 16 Bạc dẫn hướng chốt 8 Tấm đẩy 17 Chốt đỡ 9 Vũng định vị 18 Bạc cuống phun Chức năng của các bộ phận khác nhau của khuôn: 1) Tấm kẹp phía trước: Kẹp phần cố định của khuôn vào máy ép phun. 2) Tấm khuôn phía trước: Là phần cố định của khuôn tạo nên phần trong và phần ngoài của sản phẩm. 3) Tấm khuôn phía sau: Là phần chuyển động của khuôn tạo nên phần trong và phần ngoài của sản phẩm. 4) Tấm kẹp phía sau: Kẹp phần chuyển động của khuôn vào máy ép phun. 5) Tấm đỡ: Giữ cho mảnh ghép của khuôn không bị rơi ra ngoài. 6) Khối đỡ: Dùng làm phần ngăn giữa tấm đỡ và tấm kẹp di động để cho tấm đẩy hoạt động được. 7) Tấm giữ: giữ cho chốt đẩy vào tấm đẩy 8) Tấm đẩy: Đẩy chốt đẩy đồng thời với quá trình đẩy. 9) Vòng định vị: Đảm bảo vị trí thích hợp của vòi phun với khuôn. 10) Chốt dẫn hướng: Dẫn phần chuyển động tới phần cố định của khuôn(để liên kết chính xác 2 phần của khuôn). 11) Bạc dẫn hướng: Tránh mài mòn nhiều hoặc làm hỏng tấm khuôn di động. 12) Bạc mở rộng: Dùng làm bạc kẹp để tránh mài mòn hỏng tấm kẹp di động, khối đỡ và tấm đỡ. 13) Bộ định vị: Đảm bảo cho sự phù hợp giữa phần cố định và phần chuyển động của khuôn. 14) Chốt hồi về: Làm cho chốt đẩy có thể quay trở lại khi khuôn đóng lại 15) Chốt đẩy: Dùng để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn khi khuôn mở. 16) Bạc dẫn hướng chốt: Tránh hao mòn và hỏng hóc chốt đỡ 17) Chốt đỡ: Dẫn hướng chuyển động và đỡ cho tấm đỡ tránh khỏi bị cong do áp lực cao. 18) Bạc cuống phun: Nối vòi phun và kênh nhựa với nhau thông qua tấm kẹp cố định và tấm khuôn cố định. 3.1.2. Các loại khuôn ép phun. Khuôn nhìn chung có thể chia làm 3 nhóm như sau: 1. Nhóm khuôn đơn giản chỉ gồm chày và cối. Trong nhóm khuôn này cấu tạo của khuôn tương đối đơn giản chỉ gồm chày và cối sản phẩm khi tháo cũng rất đơn giản kết cấu tháo sản phẩm chỉ gồm có các chốt đẩy và chốt Z để giữ kênh nhựa do đó loại này thường chỉ dùng khuôn hai tấm. Các miếng ghép lòng khuôn nếu có cũng chỉ đơn giản là đảm bảo tạo hình và giảm độ phức tạp cho gia công, nhóm này sảm phẩm chủ yếu là dạng nửa hộp hay dạng khối không có phần mặt cắt ngang. 2. Nhóm khuôn có lõi mặt bên. Khi khuôn đó được thiết kế và đường phân khuôn đã cố định, thường có một số phần của sản phẩm không tháo ra được theo hướng mở khuôn. Trong trường hợp đó cần đến các lõi mặt bên. Nhóm khuôn có lõi mặt bên bao gồm: + Các chi tiết có cắt sâu ở phía ngoài. + Các chi tiết có cắt sâu ở bên trong. 3. Nhóm khuôn có ren. Ren là một dạng cắt sâu phức tạp hơn, độ phức tạp phụ thuộc vào: - Loại ren: Ren trong hay ren ngoài. - Phương pháp: Khuôn của ren được làm trong khuôn hay được làm bởi miếng lắp ghép. - Dạng sản xuất: Bằng tay, nửa tự động, hoàn toàn tự động. Khuôn có nhiều loại và sự phân loại khuôn là rất khó khăn vì cấu tạo và nguyên lý hoạt động của