Tính toán kết cấu bằng Phương pháp phần tử hữu hạn _ Finite Element Analysis Method

Việc tính toán local check cho kết cấu ngoài phương pháp tính toán thông thường là dùng công thức thì phương pháp phần tử hữu hạn (FEM - Finite Element Method) với sự hỗ trợ bằng các phần mềm (SACS, Staad Pro, ANSYS… vv) là phương pháp tương đối phổ biến trong tính toán kiểm tra kêt cấu thép.
Về cơ bản các bước để tính toán local check bằng phương pháp phần tử hữu hạn với sự hỗ trợ từ phần mềm gồm các bước:

1) Modelling: Mô hình hệ kết cấu (ống, dầm) thông qua các phần tử tấm (elements) 3 hoặc 4 cạnh liên kết với nhau thông qua các nút (nodes). Việc chia element cho hệ nếu mô hình bằng SACS hiện tại được hỗ trợ tương đối mạnh thông qua các công cụ “Mesh element”.

• Nguyên tắc cơ bản là các elements trong cùng một mặt phẳng làm việc phải có cùng hướng trục oz của hệ tọa độ địa phương (Local coordinates).
• Thông số hình dạng (Aspect ratio) của các elements không được vượt quá 4. Có thể hiểu đơn giản Aspect ratio của element là tỷ số giữa chiều dài của cạnh dài nhất / chiều dài của cạnh ngắn nhất của element. Giá trị Aspect ratio của element có thể kiểm tra trực tiếp trong model nếu bạn mô hình bằng phần mềm SACS.
• Gán thông số - properties của element tương ứng với thông số vật liệu và chiều dày của ống hoặc dầm cần mô hình.

2) Gán điều kiện biên: Việc gán điều kiện biên cho hệ mô hình bằng FEM cũng tương tự như hệ kết cấu bình thường. Thông thường sẽ khai báo fixities tại các nút mà kết cấu có liên kết ngàm.


3) Gán tải trọng: Tải trọng đặt lên hệ có thể dưới dạng áp lực lên phần tử plate (plate pressure) hoặc lực tập trung tại các nút. Việc gán tải trọng nếu bạn mô hình bằng Staad / SACS còn hỗ trợ gán thông qua Master joints.


4) Chạy static để kiểm tra ứng suất trong các phần tử.

Kết quả kiểm tra ứng suất bao gồm: tất cả các thành phần ứng suất như ứng suất do uốn thớ trên của element - Bending-upper surface; ứng suất làm việc theo phương cùng mặt phẳng chính – Membrane và chú ý hơn cả là giá trị ứng suất tổng hợp - ứng suất dẻo (Von-mises stresses), Unity check cho element.

Ví dụ việc tính toán kiểm tra local check cho một hệ support: (hình từ trên xuống dưới theo các bước đã trình bày)

 

Kết quả tính toán kiểm tra khả năng chịu lực của mặt boong sà lan khi hạ thủy (FEM model bằng Staad pro)

 

FEM (finite element method) là phương pháp lấy chuyển vị làm gốc bằng cách chia đối tượng hay vậy thể thành những node do người dùng tự định nghĩa, kết quả của FEM là kết quả gần đúng chia lưới càng mịn thì càng tiệm cận đến giá trị chính xác. Tóm lại kết quả của FEM tính ra là kết quả gần chính xác nên nó vẫn có sai số với kết quả thật.
Điểm khác biệt lớn nhất so với phương pháp kiểm tra thông thường ở chỗ FEM đặc biệt hiệu quả cho những bài toán lớn tương đối phức tạp hoặc những bài toán không thể giải quyết bằng những công thức thông thường làm bằng tay, do đó tiết kiệm được rất nhiều thời gian cho kỹ sư mà vẫn đem lại kết quả như mong muốn. Vì tính ưu việt của nó nên hiện nay có rất nhiều software phát triển tính toán dựa trên phương pháp này như ANSYS, ABAQUS, LS-DYNA, ADINA...
Riêng mảng dầu khí hay sử dụng Ceasar II, Rorhr2... để tính cho piping . SACS, Staad Pro, SAP.. để tính cho civil hoặc structure.
Hiện nay nhiều phần mềm cơ khí ứng dụng CAE đều có tích hợp phương pháp tính FEM. Ưu điểm của phương pháp này là sau khi xây dựng xong mô hình 3d thì sẽ tính trực tiếp trên phần mềm mới vẽ thay vì phải import sang một software thứ 2 để tính. Điển hình có thể thấy như: Solidwork, Catia...

 

Việc kiểm tra Buckling cho plate phải tính toán bằng công thức, lập spread sheet để tính mình thấy không có gì phức tạp. Phần mềm chỉ kiểm tra được ứng suất thôi.

 

Có thể có cái tool nào đó mình chưa biết có thể dùng để kiểm tra vấn đề này. Đ/c biết thì nói hoặc chụp cái ảnh kết quả post lên đây cho ae tham khảo phát, HAY CHỈ NÓI PHÉT?

Để kiểm tra Buckling cho plate thì có thể tham khảo theo tài liệu sau đây của DNV: DNV-RP-C201 BUCKLING STRENGTH OF PLATED STRUCTURES

 

GeniE Ext Plate code check (PULS plate code check).

 

Máy móc giờ hiện đại thật, chỉ tích chuột một phát nhìn mầu là biết thế nào ngay.
Theo quan điểm của cơ kết cấu, nhẽ ra cái vùng tập trung ứng suất phải nằm ở chân của brace.
Hình bác chụp toàn màu xanh.
Xem lại điệu kiện biên hoặc tải trọng đi bác.

 

PULS là stiffeners plate cho kết cấu Hull. Nó dùng cho bên kết cấu tàu bè là chính.
Với câu chuyện mà bác Noname nói thì nó là việc khác: trong GeniE hoặc Plate Work module bạn chỉ có thể thấy ứng suất ( tại mọi điểm và tại điểm critical). Người ta dùng thông số ứng suất này để làm input cho môtk module khác để tín Plated Buckling ( module tên là Nauticus Hull).
Quá trình này tương tự như việc bạn ấy giá trị ứng suất trong FEM model rồi đi kiểm tra Plate buckling bằng công thức một cách độc lập.

tóm tại trả lời cho câu hỏi của Bigcrab là: NO (trừ khi mới xuất hiện công cụ mới mà em chưa cập nhật )

---------- Post added at 12:38 PM ---------- Previous post was at 12:18 PM ----------

Bạn comment chuẩn. Nếu đúng như chỉ có tải trọng tác dụng như hình mình đã post thì đúng là như vậy. Tuy nhiên cái hình kết quả cho Von mises stresses contour là cho tổ hợp của nhiều tải trọng khác nữa mà mình không thể show hết lên được ( tải trọng dọc tấm sadle, tải theo phương z, vv).
thanks

 

Cái này là new version hả Bigcrab? Chỗ mình đang dùng cái tool cũng của DnV tên làNuticus Hull nó là một cái spreadsheet viết bằng Visual basic thôi. Không thể kiểm tra trực tiếp Buckling plated trong FEM model được

 

Tựu trung lại liên quan tới câu hỏi của bác Bigcrab về việc kiểm tra ứng suất và kiểm tra Buckling plated trong FEM model như sau:
-Nếu FEM model bằng: SACS 5.7, Staad pro, SAP 2000, Abaqus: Kết quả là chỉ kiểm tra ứng suất của element. Việc kiểm tra Buckling tromg trường hợp này cần tính manual bằng spreadsheet hoặc tool có tên là "Nauticus Hull".
- Nếu FEM model bằng GeniE bản new 2015: có thể kiểm tra cả ứng suất và plated buckling trực tiếp trong model. ( như hình mà bác Bigcrab gửi). Mình chưa được tiếp cận new version này nên ko sure, tuy nhiên theo như thông tin mà bác Bigcrab post lên thì có thể hiểu như vậy.

 

Em chào các bác, Em là Newbie trong lĩnh vực CTB.
Em thì có dùng ANSYS cũng đc vài năm, không biết các phần mềm khác tính toán thế nào, việc tính toán kiểm tra ứng suất và vấn đề mất ổn định trên ANSYS là điều ko hề khó. Không biết ở đây có bác nào dùng qua cái món ANSYS cho CTB chưa ạ? Em đang quan tâm và muốn được học hỏi kinh nghiệm từ các bác đi trước trong việc ứng dụng các công cụ FEM vào phân tích thiết kế các CTB hiện nay ạ.
Rất mong các bác giúp đỡ

 

Bên mình đã dùng ANSYS trong tính toán phân tích khá nhiều bài toán & công trình, ANSYS rất mạnh về các bài toán tương tác giữa kết cấu và môi trường sóng, gió hoặc các điều kiện biên dạng tiếp xúc như liên kết masat,...

 

Về các bài toán tương tác giữa kết cấu với môi trường như sóng, gió, dòng chảy,... Bác NoName sử dụng tool nào của ANSYS vậy? em cũng đang mò mẫm vấn đề này, có gì cho em học hỏi.

 

Hii all,
Từ SACS 5.3 đã có khả năng check buckling cho plate, cần chọn các element và định nghĩa nhóm đó như panel. Sacs 5.3 check theo dnv. Các version sau có add thêm check theo API (pl check)