- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN. - Vấn đề tính toán kết cấu và phương pháp PTHH 5 1.2. - Phương pháp nghiên cứu 7 1.4. - Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 8 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP 9 2.1. - Giới thiệu tổng quan về cầu trục 9 2.1.1. - Công dụng và phân loại cầu trục 9 2.1.2. - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cầu trục 11 2.2. - Phương pháp tính toán kết cấu thép 12 2.2.1. - Phương pháp lực Một số khái niệm Hệ tĩnh định tương đương 14 2.2.1.3. - Những hạn chế của phương pháp lực trong tính toán kết cấu 21 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CẦU TRỤC 23 3.1. - Tổng quan về phương pháp PTHH 23 3.2. - Phương pháp PTHH trong tính toán kết cầu thép cầu trục 25 3.2.1. - PTHH trong tính toán hệ khung không gian 26 3.2.1.1. - PTHH trong tính toán tấm 33 3.2.2.1. - Ma trận độ cứng phần tử 41 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CẦU TRỤC 42 4.1. - Thiết kế, mô phỏng kết cấu thép cầu trục dầm đơn dạng dàn 42 4.1.1. - Thiết kế cầu trục dầm đơn dạng dàn 42 4.1.1.1. - Đặc điểm kết cấu 42 4.1.1.2. - Tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng lên kết cấu 47 4.1.2. - Mô phỏng tính toán kết cấu thép cầu trục 53 4.1.2.1. - Kết quả tính toán 56 4.2. - Thiết kế, mô phỏng kết cấu thép cầu trục dầm đơn dạng hộp 78 4.2.1. - Đặc điểm kết cấu 78 Luận văn thạc sỹ cơ học kĩ thuật Trang 3 4.2.1.2. - Tải trọng và tổ hợp tải trọng tác dụng lên kết cấu 84 4.2.2. - Mô phỏng tính toán kết cấu thép cầu trục dầm đơn dạng hộp 87 4.2.2.1. - Kết quả tính toán 90 CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MÔ ĐUN TÍCH HỢP TRÊN PHẦN MỀM ANSYS HỖ TRỢ THIẾT KẾ MÔ PHỎNG CẦU TRỤC 109 5.1. - Vấn đề tính toán kết cấu và phương pháp PTHH Trong công tác thiết kế các kết cấu công trình hoặc chi tiết máy thì việc tính toán sức bền của kết cấu chịu lực đóng vai trò quan trọng, nó chiếm khối lượng lớn về lao động và thời gian trong toàn bộ công việc thiết kế. - Kết quả tính toán càng chính xác và đầy đủ thì không những vừa đảm bảo được các yêu cầu về độ bền, độ cứng và độ ổn định của kết cấu và làm cho công trình hay máy móc làm việc chắc chắn và an toàn mà còn cho phép tận dụng tối đa khả năng làm việc của vật liệu, giảm kích thước, trọng lượng và giá thành công trình. - Trước đây việc tính toán kết cấu được thực hiện theo các công thức kinh nghiệm, các bảng tra lập sẵn hoặc sử dụng các phương pháp như: phương pháp lực, phương pháp chuyển vị. - Tuy nhiên với các kết cấu có độ phức tạp hơn thì việc tính toán thiết theo các phương pháp trên rất khó khăn và mất rất nhiều thời gian và công sức. - Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) là một phương pháp tính kết cấu được bắt đầu nghiên cứu một cách hệ thống và cơ bản từ những năm 1960. - Với sự trợ giúp đắc lực của máy tính và dựa trên cơ sở lý luận của phương pháp PTHH, hàng loạt các phần mềm tính toán kết cấu ra đời như: SAP, COSMOS, NASTRAN, ANSYS, ABAQUS… mở ra một xu hướng mới: Tự động hóa tính toán kết cấu Luận văn thạc sỹ cơ học kĩ thuật Trang 6 Trong tính toán kết cấu thép máy nâng chuyển với dạng kết cấu phức tạp như khung siêu tĩnh, dàn phẳng, dàn không gian. - Nói chung phương pháp này đều gặp khó khăn khi giải các hệ siêu tĩnh bậc lớn. - Việc giải một hệ phương trình tuyến tính với số phương trình và số ẩn rất lớn sẽ đòi hỏi nhiều thời gian và trên thực tế có thể không giải được nếu chỉ sử dụng những phương pháp tính toán thông thường. - Làm như vậy kết quả nhận được sẽ không chính xác, thông thường sẽ làm cho các giá trị tìm được như: nội lực, ứng suất, biến dạng lớn hơn so với thực tế làm cho kích thước cũng như trọng lượng kết cấu tăng lên, lãng phí vật liệu. - Với việc vận dụng cơ sở lý thuyết của phương pháp PTHH và tính toán kết cấu thép máy nâng chuyển sẽ khắc phục được các khó khăn, hạn chế mà phương pháp trên mắc phải. - Phương pháp PTHH có đặc điểm cơ bản là thuật toán đơn giản, tính hệ thống cao nên rất phù hợp với việc lập trình và giải bằng máy tính, khối lượng tính toán tuy lớn nhưng sẽ do máy tính đảm nhiệm, việc tính toán sẽ nhanh và kết quả cũng chính xác hơn nhiều so với các phương pháp trước đây. - Một trong những lợi thế nữa của phương pháp PTHH đối với tính toán kết cấu thép máy nâng chuyển là khi cần thay đổi vị trí trạng thái cầu trục hoặc thay đổi phương án tải thì chỉ cần thay đổi một số nội dung của chương trình tính, còn với các phương pháp lực chẳng hạn thì công việc tính toán gần như làm lại toàn bộ. - Trong khi đó yêu cầu của tính toán kết cấu thép máy nâng chuyển là phải tính ở nhiều trạng thái làm việc với nhiều trường hợp tải. - Luận văn thạc sỹ cơ học kĩ thuật Trang 7 Hiện nay đã có khá nhiều chương trình phần mềm tính toán kết cấu thép máy nâng chuyển đã được đưa vào khai thác tại Việt Nam, thực tế đã áp dụng rất hiệu quả cho một số ngành. - Trong luận văn này tác giả sử dụng phần mềm ANSYS cho quá trình tính toán mô phỏng. - Phần mềm ANSYS có thể liên kết với các phần mềm thiết kế mô hình hình học 2D và 3D, lấy đó làm mô hình hình học phục vụ quá trình mô phỏng: phân tích trường ứng suất, biến dạng … của kết cấu. - ANSYS cung cấp phương pháp giải các bài toán kết cấu với nhiều dạng mô hình vật liệu khác nhau: đàn hồi tuyến tính, đàn hồi phi tuyến, dẻo, siêu đàn hồi … 1.2. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết phương pháp lực trong tính toán các hệ siêu tĩnh. - Từ đó đưa ra các điểm hạn chế và khó khăn gặp phải của phương pháp lực trong việc tính toán kết cấu thép máy nâng chuyển. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phương pháp PTHH trong tính toán kết cấu. - Ứng dụng PTHH để tính toán mô phỏng kết cấu thép máy nâng chuyển bằng phần mềm công nghiệp ANSYS. - Trong đề tài tác giả thực hiện tính toán, mô phỏng kết cấu thép của cầu trục dầm đơn dạng dàn và kết cấu thép của cầu trục dầm đơn dạng hộp. - Xây dựng một chương trình tích hợp trên phần mềm công nghiệp ANSYS hỗ trợ tính toán kết cấu thép thiết bị nâng chuyển. - Phương pháp nghiên cứu - Cơ sở lý thuyết của phương pháp PTHH đã được các nhà khoa học trên thế giới xây dựng khá hoàn chỉnh, biên soạn thành các giáo trình và tài liệu Luận văn thạc sỹ cơ học kĩ thuật Trang 8 tham khảo. - Đề tài này thực hiện với phương pháp nghiên cứu lý thuyết cơ sở của phương pháp PTHH trong tính toán kết cấu thép. - Về ví dụ ứng dụng lý thuyết: đề tài thực hiện khai thác chương trình phần mềm ANSYS để tính toán kết cấu thép cầu trục và xây dựng chương trình tích hợp trên nền phần mềm ANSYS để hỗ trợ cho việc thiết kế và tính toán. - Phương pháp lực trong tính toán kết cấu thép và những hạn chế của phương pháp lực trong tính toán kết cấu thép. - Phương pháp PTHH trong tính toán kết cấu thép cầu trục. - Ứng dụng phương pháp PTHH trong tính toán kết cấu thép cầu trục. - Xây dựng module tích hợp trên nền phần mềm ANSYS để hỗ trợ tính toán mô phỏng kết cấu thép cầu trục. - Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học: đề tài này không nhằm mục đích đưa ra một lý thuyết tính toán kết cấu mới mà chỉ nghiên cứu cơ sở lý luận đã có sẵn và ứng dụng cơ sở lý thuyết này vào tính toán một chủng loại kết cấu thép cầu trục. - Ý nghĩa thực tiễn: đề tài này giúp cho các kỹ sư khai thác một công cụ mới trong tính toán thiết kế kết cấu thép máy nâng chuyển. - Đó chính là cơ sở lý luận để khai thác sử dụng các phần mềm tính toán sẵn có. - một chương trình tích hợp giúp cho việc tính toán thiết kế nhanh hơn, chính xác hơn, đỡ tốn công sức hơn. - Luận văn thạc sỹ cơ học kĩ thuật Trang 9 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP 2.1. - Giới thiệu tổng quan về cầu trục 2.1.1. - Công dụng và phân loại cầu trục a. - Công dụng: Cầu trục là loại máy trục có công dụng chung. - Hình 2.1: Cầu trục trong xưởng bảo dưỡng máy bay Cầu trục là một kết cấu dầm hộp hoặc dàn, trên đó đặt xe con có cơ cấu nâng. - Vì vậy cầu trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất cứ điểm nào với các thiết bị mang hàng rất đa dạng như móc treo thiết bị cặp, nam châm điện, gầu ngoạm. - Đặc Luận văn thạc sỹ cơ học kĩ thuật Trang 10 biệt cầu trục được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo máy và luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng. - Cầu trục được chế tạo với tải trọng nâng có thể đến hàng trăm tấn, khẩu độ dầm cầu đến hàng chục mét, chiều cao nâng có thể đến 50 m, tốc độ nâng tương đối lớn từ 2 đến 40 m/ph, tốc độ di chuyển xe con đến 60 m/ph và tốc độ di chuyển cầu trục đến 125 m/ph. - Cầu trục có tải trọng nâng 30 tấn thường được trang bị hai hoặc ba cơ cấu nâng vật: một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ. - Tải trọng nâng của loại cầu trục này thường được ký hiệu bằng một phân số với các tải trọng nâng chính và nâng phụ. - Phân loại: Theo công dụng: có hai loại cầu trục công dụng chung và cầu trục chuyên dùng. - Cầu trục có công dụng chung chủ yếu dùng với móc treo để xếp dỡ, lắp ráp và sửa chữa máy móc. - Loại cầu trục này có tải trọng nâng không lớn và khi cần có thể dùng gầu ngoạm, nam châm điện hoặc các thiết bị cặp có thể xếp dỡ một loại hàng nhất định. - Cầu trục chuyên dùng được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp luyện kim với các thiết bị mạng vật chuyên dùng và có chế độ làm việc rất nặng. - Theo kết cấu dầm cầu: gồm cầu trục một dầm (dầm đơn) và cầu trục hai dầm (dầm đôi). - Dầm của cầu trục một dầm thường là chữ I hoặc dầm tổ hợp với các dàn thép tăng cứng cho dầm. - Cầu trục một dầm thường dùng palăng điện chạy dọc theo dầm chữ I hoặc nhờ cơ cấu di chuyển palăng. - Cầu trục hai dầm có các dầm hộp và dầm dàn không gian. - Theo cách di chuyển của dầm trên đường ray: có các loại cầu trục tựa và cầu trục treo. - Loại cầu trục tựa được phổ biến hơn. - Luận văn thạc sỹ cơ học kĩ thuật Trang 11 Theo cách bố trí cơ cấu di chuyển cầu trục: có các loại cầu trục dẫn động chung và cầu trục dẫn động riêng. - Theo nguồn dẫn động: có các loại cầu trục dẫn động tay và cầu trục dẫn động máy. - Theo vị trí điều khiển: có các loại cầu trục điều khiển từ cabin gắn trên dầm cầu và cầu trục điều khiển từ dưới nền bằng hộp nút bấm thường dùng cho loại cầu trục một dầm có tải trọng nhỏ. - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cầu trục a. - Tổng thể cầu trục hai dầm hộp 1-Dầm đầu. - Luận văn thạc sỹ cơ học kĩ thuật Trang 12 9-Cơ cấu di chuyển cầu trục. - Nguyên lý hoạt động: Hình vẽ trên là sơ đồ tổng thể của cầu trục hai dầm. - Hai dầm đầu và dầm chính của cầu trục được liên kết cứng với nhau tạo thành một khung cứng trong mặt phẳng ngang, đảm bảo độ cứng cần thiết của kết cấu thép theo phương thẳng đứng và phương ngang. - Xe con chạy dọc theo cầu trục. - Khoảng cách giữa hai dầm đầu được gọi là khẩu độ của cầu trục, là quãng đường di chuyển lớn nhất của xe con dọc theo cầu trục. - Tùy theo công dụng của cầu trục mà trên xe con có một hoặc hai cơ cấu nâng. - Cơ cấu di chuyển cầu trục được đặt trên kết cấu dầm cầu. - Ngoài ra, phần kết cấu thép của cầu trục còn có phần sàn đứng với lan can để có thể đi lại kiểm tra, bảo trì, sửa chữa. - Nhờ có thể chuyển động theo ba phương nên cầu trục có thể vận chuyển hàng tới bất cứ vị trí nào của nhà xưởng. - Phương pháp tính toán kết cấu thép Một kết cấu hợp lý ngoài việc mang lại hiệu quả kinh tế cao, nó sẽ đảm bảo an toàn khi cầu trục làm việc. - Do đó việc tính toán kết cấu thép là một phần rất quan trọng trong việc chế tạo. - Phương pháp lực Phương pháp lực là phương pháp quen thuộc để tính toán các hệ siêu tĩnh phẳng và hệ siêu tĩnh không gian. - Việc loại bỏ các liên kết thừa có thể thực hiện theo nhiều cách khác nhau, vì vậy từ một hệ siêu tĩnh ban đầu đã Luận văn thạc sỹ cơ học kĩ thuật Trang 14 cho, ta có thể có nhiều hệ cơ bản khác nhau, tuy nhiên ta phải chọn hệ cơ bản thế nào để việc tính toán là đơn giản nhất. - Nếu không đảm bảo điều này kết cấu sẽ trở thành cơ cấu. - Hệ tĩnh định tương đương có được từ phương pháp sau: a
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt