I. Giới thiệu về mô phỏng số bằng phương pháp phần tử hữu hạn
Luận văn này tập trung vào việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) trong việc mô phỏng số ứng xử động học của chi tiết trục có cơ tính thay đổi dọc trục. Mô phỏng số là một công cụ mạnh mẽ giúp giải quyết các bài toán cơ học phức tạp mà phương pháp giải tích truyền thống không thể thực hiện. PTHH cho phép chia nhỏ một kết cấu phức tạp thành các phần tử đơn giản, giúp dễ dàng tính toán và phân tích ứng suất, biến dạng của kết cấu. Theo kỹ thuật mô phỏng, các phần tử này được kết nối với nhau tại các điểm nút, tạo thành một mô hình hoàn chỉnh. Việc ứng dụng PTHH trong nghiên cứu này không chỉ giúp nâng cao độ chính xác mà còn tiết kiệm thời gian và chi phí cho quá trình tính toán.
1.1. Tầm quan trọng của PTHH trong cơ học
Phương pháp phần tử hữu hạn đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong nghiên cứu và thiết kế kết cấu cơ khí. Sự phát triển của công nghệ máy tính đã làm cho PTHH trở nên phổ biến hơn, giúp giải quyết các bài toán phức tạp trong cơ học. Nó cho phép nghiên cứu các chi tiết máy trong điều kiện chịu tải trọng động, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho thiết kế. Các ứng dụng của PTHH trong ngành cơ khí không chỉ giới hạn ở việc tính toán ứng suất mà còn mở rộng đến việc phân tích dao động và ổn định của kết cấu.
II. Cơ sở lý thuyết về chi tiết trục có cơ tính thay đổi dọc
Chương này trình bày các khái niệm cơ bản về chi tiết trục và cơ tính của vật liệu, đặc biệt là vật liệu có cơ tính biến đổi. Trục có cơ tính biến đổi dọc (Functionally Graded Material - FGM) được nghiên cứu với mục tiêu nâng cao hiệu suất làm việc và độ bền của chi tiết máy. Vật liệu FGM có khả năng giảm thiểu hiện tượng tập trung ứng suất và cải thiện sự phân bố ứng suất, nhờ vào sự thay đổi liên tục của tỉ lệ thể tích các thành phần. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế các chi tiết máy chịu tải trọng động, giúp tăng cường độ bền và độ ổn định của trục. Việc hiểu rõ về cơ tính biến đổi sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao khả năng chịu tải của các chi tiết máy.
2.1. Các dạng dao động của trục
Trục trong thiết bị cơ khí thường chịu nhiều dạng dao động khác nhau như dao động dọc, ngang và xoắn. Mỗi dạng dao động đều có ảnh hưởng nhất định đến độ bền và tuổi thọ của trục. Trong đó, dao động xoắn là dạng dao động quan trọng nhất, có thể dẫn đến hiện tượng gãy trục. Việc phân tích các dạng dao động này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về ứng xử động học của trục mà còn là cơ sở để áp dụng PTHH nhằm mô phỏng và dự đoán hành vi của trục dưới các tải trọng khác nhau.
III. Quy trình tính toán và mô phỏng số
Nội dung chương này tập trung vào quy trình tính toán và mô phỏng số ứng dụng PTHH để phân tích ứng xử động học của trục. Quy trình này bao gồm việc xây dựng mô hình số, xác định các tham số vật liệu và điều kiện biên. Sử dụng phần mềm MATLAB, các thuật toán số được triển khai để tính toán và phân tích kết quả. Quy trình tính toán được thiết kế nhằm đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong việc mô phỏng ứng xử của trục dưới các tải trọng động. Thông qua việc kiểm nghiệm các kết quả, luận văn sẽ đánh giá tính khả thi và độ tin cậy của mô hình số đã xây dựng.
3.1. Kết quả và thảo luận
Kết quả mô phỏng số cho thấy rằng ứng xử động học của trục có cơ tính biến đổi dọc có sự khác biệt đáng kể so với các trục có cơ tính không đổi. Sự thay đổi của thông số vật liệu ảnh hưởng đến tần số dao động và độ bền của trục. Việc phân tích kết quả mô phỏng không chỉ cung cấp thông tin quý giá cho thiết kế mà còn giúp cải thiện quy trình sản xuất các chi tiết máy, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm. Các kết quả này khẳng định tính ứng dụng của PTHH trong nghiên cứu cơ học và thiết kế kết cấu.
