Luận Văn Tính toán và mô phỏng quá trình uốn tấm tôn bao vỏ tàu bằng phần mềm Ansys

Đồ án tốt nghiệp năm 2011
Đề tài: Tính toán và mô phỏng quá trình uốn tấm tôn bao vỏ tàu bằng phần mềm Ansys


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU . 1
CHƯƠNG 1
ĐẶT VẤN ĐỀ 3
1.1. Tổng quan đề tài 3
1.2. Thực trạng của vấn đề đặt ra . 3
1.3. Phương pháp và nội dung nghiên cứu của đề tài . 4
1.3.1. Phương pháp nghiên cứu 4
1.3.2. Nội dung nghiên cứu 4
1.4. Giới hạn nội dung nghiên cứu . 5
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6
2.1. Tính toán chế độ gia công nhiệt . 6
2.1.1. Nhiệt độ . 6
2.1.2. Tốc độ di chuyển đèn hỏa công (V) . 7
2.1.3. Vị trí gia công nhiệt . 9
2.1.4. Kích thước của đường gia nhiệt . 9
2.2. Bài toán phân tích nhiệt trong Ansys 9
2.2.1. Giới thiệu phần mềm Ansys . 9
2.2.2. Bài toán phân tích nhiệt trong Ansys. . 11
1. Tạo mô hình (Modeling) 11
2. Chia lưới (Meshing) . 11
3. Giải(Slove) . 13
4. Xử lí kết quả -17 -17
2.3. Mô tả phần tử SOLID187 sử dụng trong mô hình tính . 18
CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG . 22
3.1. Tấm conghai chiều U17HU-K#01 23
3.1.1. Lựa chọn bài toán và phương pháp giải cho mô hình tính 26
3.1.2. Chọn kiểu phần tử cho mô hình tính 28
3.1.3. Nhập các thông số vật liệu cho mô hình . 28
3.1.4. Dựng mô hình tính tấm 31
3.1.5. Chia lưới cho tấm 39
3.1.6. Đặt điều kiện biên cho mô hình . 40
3.1.7. Tiếnhành giải 43
3.1.8. Xuất kết quả từ mô hình tính 43
3.2. Tấm cong một chiều U17HU-K#10 . 48
Nhận xét chung kết quả 52
CHƯƠNG 4
CHẾ TẠO THỬ NGIỆM 54
4.1. Bảng vẽ chế tạo 54
4.2. Báo cáo kết quả chế tạo . 56
CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 59
5.1. Kết luận 59
5.2. Kiến nghị 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 61




MỞ ĐẦU
Máy tính từ khi ra đời đã tạo điều kiện và hỗ trợ con người trong nhiều lĩnh
vực của cuộc sống và ngày càng được coi như là công cụ không thể thiếu trong học
tập cũng như trong nghiên cứu.
Chính vì vậy, việc nâng cao và phát triển khả năng tính toán xử lý của máy
tính ngày càng được các nhà khoa học, kỹsư các ngành quan tâm đến. Tuy nhiên để
viết được một chương trình bằng ngôn ngữ lập trình cao cấp phục vụ tốt cho một
lĩnh vực khoa học kỹ thuật đòi hỏi không những phải giỏi về toán học, các kiến thức
về lập trình máy tính mà còn phải nắm rất vững về các kiến thức chuyên môn của
chuyên ngành đó. Người lập trình để đạt được những yêu cầu này phải mất rất nhiều
thời gian và tốn rất nhiều công sức.
Để tạo điều kiện cho các nhà khoa học thuộc các chuyên ngành khác, người ta
đã xây dựng nên những phần mềm xử lý dữ liệu đơn giản, tiện lợi. Ansys là một
trong những phần mềm như vậyvà hiện nay đang được sử dụng rất rộng rãi trên
toàn thế giới. Nó không chỉ cho phép tính toán, mà còn cung cấp cho ta những công
cụ cực mạnh để biểu diễn, mô phỏng, xử lí các dữ liệu, thông tin bằng đồ họa.
Đất nước đang trong thời kỳ đổi mới, công nghiệp hóa hiện đại hóa. Ngành
công nghiệp cơ khí nói chung và ngành công nghiệp tàu thủy nói riêng vẫn còn
đang trên đà phát triển và đang rất cần áp dụng những phần mềm để mô phỏng và
tính toán. Ứng dụng phần mềm tin học trong tính toán và mô phỏng đã đang vàsẽ là
một trong những ngành mũi nhọn cần được đầu tư nhờ những thiết thực của nó.
Hiện nay, việc thúc đẩy năng suất là một chủ đề quan trọng trong ngành đóng
tàu. Các đường đốt nóng, được sử dụng để tạo thành các tấm cong phức tạp, và
được thực hiện bởi công nhân lành nghề.Độ chính xác của hình dạng cuối cùng và
thời gian sản xuất chỉ dựa vào kinh nghiệm và trực giác của người lao động. Vì vậy
mà việc chế tạo các chi tiết cong phức tạp gặp nhiều khó khăn.
Vớimục đích nghiên cứu và đề xuất phương pháp xácđịnh vị trí đường đốt
nóng, nguồn nhiệtcó thể đạt được.v v phục vụ cho gia công nhiệt trong điều
kiện hiện nay tại các nhà máy đóng tàu ở khu vực khác nhau. Nên việc thực hiện
- 2 -nghiên cứu đề tài: “Tính toán và mô phỏng quá trình uốn tấm tôn bao vỏtàu
bằng phần mềm Ansys”, là rất cần thiết.


CHƯƠNG 1
ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI.
Trong quy trình công nghệ đóng tàu, việc chế tạo chi tiết kết cấu là một khâu
quan trọng, ảnh hưởng tới chất lượng, thẩm mỹ,cũng như thời gian hoàn thành con
tàu.
Trongquá trình đóng mới, đểtạo hình cho những chi tiết và tấm cong có biên
dạng phức tạp,đặc biệt là tấm tôn bao vỏ tàu thì đòi hỏi phải có một phương pháp
gia công rõ ràng. Hiện nay phương phápđược sử dụng phổ biến nhất trong ngành
tàu là uốn bằng ngọn lửa. Tuy nhiên để uốn tấm tôn bao theo biên dạng các đường
sườn là một vấn đề khó khăn trong khi vật liệu gia công chỉ ở dạng phẳng.Vậy thì
làm thế nào để xác định được vị trí các đường cần gia nhiệt và nhiệt độ hỏa côngđể
phục vụ cho quá trình chế tạo?
Nghiên cứunày đề cập đến vấn đề nêu trên và đề xuất một giải pháp để khắc
phục chúng.Mối liên hệ giữa hình dạng ban đầu và cuối cùng của tấm tônđược làm
rõ thông qua quá trình tính toán và mô phỏng bằng cách sử dụngphần mềm Ansys
dựa trên Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn. Căn cứ trên những kiến thức thu được
qua phân tích FEM(Finite Element Method), ta xác định được vị trí của các đường
đốt nóng vàsốliệucần thiết phục vụ cho quá trình chế tạochi tiết.
1.2. THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ ĐẶT RA.
Ở nước ta hiện nay khá ít chủ đề nghiên cứu về quá trình uốn tấm bằng những
đường đốt nóng với sự hỗ trợ của phần mềm. Trong các nhà máy đóng tàu Việt
Nam hiện nay để tạo nhữngtấm có biên dạng cong phức tạp chủ yếu là dựa vào
kinh nghiệm của những công nhân lành nghềvà thực hiện theo phương pháp đúng
dần. Do đó số lượng phế phẩm sẽ tăng, mất rất nhiều thời gian cho côngviệc, sản
phẩm tạo thành khó đảm bảo về mặt cơ tính.v v
Hiện nay cũngchưa có cơ sở lý thuyết phù hợp để dự đoán kết quả hình dạng
và cơ tính của vật liệu cuối cùng sau khi gia công nhiệt đạt được yêu cầu chưa.
- 4 -Có nhiều lựa chọnđể giải quyết những vấn đề này, chẳng hạn như phương
pháp gia công tự động đòi hỏi nhiều lợi thế của máy tính, tính toán và mô phỏng để
có một số liệu tương đối chính xác phục vụ cho quá trình chế tạo.v v
Trong đề tài này tôisử dụng phần mềm Ansys tính toán và mô phỏng cho hai
trường hợp,tấm cong hai chiều và tấm cong một chiều.
Kết quả tính toán và so sánh được thể hiện ở toàn bộ chương 3 và kết quả chế
tạo thử nghiệm được thể hiện ở chương 4.
1.3. PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨUCỦA ĐỀ TÀI.
1.3.1. Phương pháp nghiên cứu.
 Chọn tấm tôn của một con tàu cụ thể đã có hình dạng ban đầu và hình
dạng cuối cùngcần đạt được.
 Tính toán và mô phỏng cho nhiều trường hợp khác nhautrên tấm tôn được
chọn.
 Chọnratrường hợp tấm có biến dạng gần đúngnhấtvới hình dạngcuối
cùng của tấm cần đạt được.
 Suy ra nhiệt độ và số lượng đường cần gia nhiệt cần thiết trên tấm tôn tại
trường hợp được chọn.
 Từ kết quả nhiệt độ và các đườnggia nhiệt cần thiết tiến hànhchế tạothử
nghiệm.
 Nhận xét kết quả chế tạo thử nghiệm.
1.3.2. Nội dung nghiên cứu.
Với đề tài nghiên cứu và hướng giải quyết đã được nêu trong mục tổngquan,
đề tài thực hiện theo những nội dung như sau:
1. Chương 1: Đặt vấn đề.
2. Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
3. Chương 3: Tính toán, mô phỏng.
4. Chương 4: Chế tạo thử nghiệm.
5. Chương 5: Kết luận và kiến nghị.
- 5 -1.4. GIỚI HẠN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.
Chúng ta biết rằng vỏ tàu thủy luôn có những đoạn cong từ đơn giản đến
phức tạp. Vì vậyviệc chế tạo chi tiết cong phức tạp đòi hỏi có quy trình rõ ràng, có
đội ngũ kỹ sư, công nhân lành nghề, bên cạnh đó đòi hỏi hệ thống máy móc thiết bị
hiện đại. Hơn nữa những chi tiết đóthường là ở những vị trí mũi và đuôi tàu, nơi
mà con tàu làm việc chịu nhiều tác động khắc nghiệt nhất, ngoài việc có được thẩm
mỹ cho con tàu thì yếu tố độ bền đảm bảo an toàn cho con người cũng như con tàu
đóng vai trò cực kỳ quan trọng.
Mặc dùcó thể chế tạo các chi tiết bằng các phương pháp khác nhau như dập,
uốn, .v v .Nhưng là đốivới chi tiết cong một chiều, còn tấm cong hai hay ba chiều
thì các phương pháp đó chỉ giúp phần nhỏ công việc mà thôi.
Do đó nghiên cứu phương pháp gia công nhiệt mới có thể giải quyết được các
bài toán khó trong việc chế tạo các chi tiết cong phức tạp.Vì vậy trong giới hạn nội
dung, đề tài chỉ đề cập đến bài toán uốn tấm bằng phương pháp nhiệt với sự hỗ trợ
của phần mềm ansys.


CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ GIA CÔNG NHIỆT.
2.1.1. Nhiệt độ.
Thép đóng tàu thường là thép cacbon thấp nên khi nung từ 20ư100
0
C, độ dẻo
tăng một ít và tăng chậm, từ 200ư600
0
C thì độ dẻo giảm dần, ở nhiệt độ khoảng
500ư550
0
C thì thép dòn dễ gãy, người ta gọi nhiệt độ này là vùng dòn, khi nung quá
600
0
C thì độ dẻo tăng rất nhanh, nên thông thường người ta chỉ hỏa công ở khoảng
nhiệt độ 550ư800
0
C. Và cũng để hỏa công đảm bảo an toàn cho vật liệu vì nhiệt độ
nóng chảy của thép tương đối cao (trên 1000
0
C), nhưng thép là vật liệu dễ bị oxy
hóa và phản ứng oxy hóa khử bắt đầu xảy ra ở nhiệt độ khoảng 850
0
C. Nếu nhiệtđộ
thấp quá thì hỏa công sẽ không đạt hiệu quả.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Đức Ân (chủ biên), Võ Trọng Cang (2003), Công nghệ đóng và sữa
chữa tàu thủy, NXB Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh.
2. Trương Đắc Dũng, “Nghiên cứu phương phápgia công nhiệt trong chế tạo chi
tiết kết cấu tàu vỏ thép”, Đề tài tốt nghiệp tháng 11 năm 2008, Trường Đại học
Nha Trang.
3. Đinh Bá Trụ, Hoàng Văn Lợi (2003), Hướng dẫn sử dụng Ansys -phần I, NXB
Hà nội.
4. Đinh Bá Trụ, Hoàng Văn Lợi, Hướng dẫn sử dụng Ansys -phần II, NXB Hà
Nội.
5. Nguyễn Văn Thiện, “Ứng dụng phần mềm Ansysđể giải một số bài toán phân
tích độ bền cục bộ kết cấu thân tàu composite”, Đề tài tốt nghiệp tháng 05 năm
2005, Trường Đại học Nha Trang.
6. Trần Ích Thịnh, Ngô Như Khoa (2007), Phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Hà
Nội.
7. ANSYS Help.
8. Guoxin Yu, “Modeling of shell forming by line heating”,Shanghai Jiao Tong
University, China.
9. Henritk Bisgaard Clausen, “Plate forming by line heating”, University of
Denmark.