Phương pháp phần tử hữu hạn là gì? Áp dụng với SOLIDWORKS Simulation
Phần mềm phân tích FEA truyền thống phức tạp và khó sử dụng, chỉ dành cho những nhà phân tích giàu kinh nghiệm. SOLIDWORKS Simulation không chỉ đơn giản và trực quan mà nó còn có thể xử lý các phân tích phức tạp một cách dễ dàng. Tuy nhiên, trước khi đi vào chi tiết áp dụng giải pháp SOLIDWORKS Simulation trong phân tích các chi tiết, cơ cấu máy móc, hãy cùng tìm hiểu: phương pháp phần tử hữu hạn là gì?
SOLIDWORKS Simulation là một giải pháp phần mềm thông minh áp dụng phương pháp phân tử hữu hạn trong việc phân tích các chi tiết, máy móc, cơ khí, truyền nhiệt và thậm chí nhiều hơn thế…
Định nghĩa phương pháp phần tử hữu hạn là gì?
Các khái niệm về FEA đã có từ nhiều năm trước, nhưng phương pháp này trở nên phổ biến hơn khi nó được thực hiện trên máy tính để bàn. Bây giờ, FEA là một công cụ mạnh mẽ sử dụng rộng rãi bởi các nhà thiết kế trong nhiều ngành công nghiệp.
Theo wikipedia: Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM = Finite Element Method) là phương pháp số gần đúng để giải các bài toán được mô tả bởi các phương trình vi phân đạo hàm riêng trên miền xác định có hình dạng và điều kiện biên bất kỳ mà nghiệm chính xác không thể tìm được bằng phương pháp giải tích.
SOLIDWORKS Simulation là một trường thử nghiệm ảo để phân tích thiết kế của bạn, đánh giá hiệu suất về nó và đưa ra những quyết định cải tiến sản phẩm. Làm thế nào để thực hiện điều này? SOLIDWORKS Simulation sử dụng một thuật toán gọi là phân tích phần tử hữu hạn – FEA.
FEA (viết tắt của Finite Element Analysis) là một nghành học thuật nghiên cứu cung cấp các giải pháp số cho các phương trình vật lý của các mô hình từ các lĩnh vực phức tạp khác nhau. Phương pháp được áp dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực chế tạo công nghiệp, để phân tích cấu trúc của chi tiết máy giải quyết các bài toán cơ học để xác định trường ứng suất và biến dạng của vật thể. Ngoài ra, phương pháp phần tử hữu hạn cũng được dùng trong vật lý học để giải các phương trình sóng, như trong vật lý plasma, các bài toán về truyền nhiệt, động lực học chất lỏng, trường điện từ.
Các bước thực hiện phương pháp phần tử hữu hạn là gì?
Bước 1: Pre-Processing (tiền xử lý) thực hiện bằng cách chia lưới mô phỏng, chia vùng đối tượng thành những phần tử nhỏ và rất nhỏ, áp dụng vật liệu và điều kiện biên cho chúng.
Bước 2: Những chương trình máy tính (ví dụ như SOLIDWORKS Simulation) sẽ thực hiện các sơ đồ ma trận để phân tích kết quả trên từng phần tử và tổng hợp chúng lại. Và những hệ thống đó được sử dụng để phân tích các vấn đề về cấu trúc, rung động, mất ổn định, độ bền mỏi và nhiệt… trước khi chúng gây ra một vấn đề nghiêm trọng.
Bước 3: Các kỹ sư phân tích mô phỏng sẽ đánh giá kết quả phân tích ở bước 2, xem chúng có hợp lý và chính xác hay không.
Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong SOLIDWORKS Simulation
Khi bạn sử dụng SOLIDWORKS, nó bao gồm một công cụ phân tích miễn phí có tên SimulationXpress, có thể được sử dụng để phân tích một chi tiết duy nhất với các tải trọng và điều kiện biên đơn giản. Bạn có thể kích hoạt bằng truy cập Menu Tools> Evaluate> Xpress Products.
Để có thêm khả năng phân tích, SOLIDWORKS cung cấp ba gói mô phỏng được thiết kế để đáp ứng nhu cầu của những người dùng khác nhau.
- Simulation Standard được sử dụng để phân tích cấu trúc, chuyển động và độ bền mỏi của các chi tiết và lắp ráp.
- Simulation Professional bổ sung thêm nhiều bài toán phân tích bao gồm các phân tích về tần số, nhiệt, mất ổn định, rơi tự do và tối ưu hóa. Nó cũng bao gồm một bộ phận đầy đủ các công cụ năng suất cho phép bạn làm việc nhanh hơn và đạt được độ chính xác cao hơn trong kết quả của bạn.
- Simulation Premium có khả năng phân tích các chi tiết nhựa và cao su, hoạt động tạo hình kim loại (metal forming operations), vật liệu tổng hợp (composite materials) và tải trọng lượng như các cấu trúc dao động hoặc rung.
Bất kể thiết kế nào cũng được thử nghiệm, các bước cơ bản của những bài toán phân tích FEA luôn giống nhau.
Bạn có thể bắt đầu bài toán với một mô hình học. Có thể là chi tiết, lắp ghép SOLIDWORKS. Nó cũng có thể là một File được thiết kế từ một hệ thống CAD khác, thậm chí là định dạng trung gian: STEP, IGES, Parasolid.
Tiếp theo bạn chỉ định vật liệu được sử dụng cho bài toán phân tích, xác định các tải trọng tác dụng lên mô hình và áp dụng các điểm cố định để hạn chế sự dịch chuyển của mô hình trong quá trình phân tích.
Cuối cùng, chuyển đổi hình học sang các thực thể nhỏ hơn và đơn giản hơn được gọi là phần tử, quá trình này được gọi là chia lưới – Mesh. Bạn có thể tinh chỉnh lưới để có được kết quả mà mình mong muốn.
Sau khi chạy phân tích, bạn có thể xem kết quả bằng nhiều đồ thị, animations và báo cáo.
Mr. Đỗ Văn Tiến
Chuyên gia kỹ thuật SOLIDWORKS
ViHoth Corporation
Hướng dẫn sử dụng SOLIDWORKS Simulation trong phương pháp phần tử hữu hạn:
Tính độ bền cho thép tấm bằng SOLIDWORKS Simulation:
