ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
Bộ Giáo Dục và Đào Tạo Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
_ _ _ _ _ _ _ _ $ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ $ _ _ _ _ _ _ _
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
Họ và tên :
Ngành : Chế Tạo Máy
Viện : Cơ Khí
1. Đề tài: Mô phỏng và tính toán bài toán cơ – nhiệt trong điện thoại
Samsung Galaxy S3.
2. Nội dung thuyết minh.
 Giới thiệu chung.
 Mô phỏng thiết kế điện thoại samsung galaxy s3.
 Mô phỏng số bài toán điện thoại samsung galaxy s3 chịu tải trọng cơ.
 Mô phỏng và tính toán bài toán truyền nhiệt trong điện thoại samsung
galaxy s3.
3. Giáo viên hướng dẫn :
4. Ngày hoàn thành :
Chủ nhiệm bộ môn Giáo viên hướng dẫn
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
GVHD: Page 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………

………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
GVHD: Page 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
Kết quả đánh giá đồ án tốt nghiệp:
Điểm hướng dẫn : ……………
Điểm duyệt : ……………
Điểm bảo vệ hội đồng : ……………
Ngày …. Tháng …. Năm 2014
Chủ tịch hội đồng
( ký và ghi rõ họ tên)
GVHD: Page 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
LỜI CẢM ƠN
Ngày nay sự phát triển mạnh mẽ của máy tính điện tử đã giúp cho việc
tính toán đạt tốc độ siêu nhanh, cải thiện đáng kể thời gian và có độ chính xác
rất cao. Thậm chí các khâu thử mẫu, thử độ bền, mô phỏng quá trình làm
việc… cũng đều được thực hiện trên các phần mền công nghiệp trước khi đưa
vào sản xuất hàng loạt.

III.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHUNG THÂN,PIN VÀ VỎ TRƯỚC 38
III.3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỆN THOẠI……………………… …40
CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG SỐ BÀI TOÁN ĐIỆN THOẠI SAMSUNG
GALAXY S3 CHỊU TẢI TRỌNG CƠ…………………………….….… 41
IV.1. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC……………………………………….… 42
IV.2. CHỌN PHẦN TỬ VÀ VẬT LIỆU……………………… …… 43
IV.3. CÁCH CHIA LƯỚI…………………………………………… …47
IV.4. CÁCH ĐẶT ĐIỀU KIỆN BIÊN…………………………… ……47
GVHD: Page 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
IV.5. CÁC BƯỚC GIẢI…………………….……………… ………….48
IV.6. KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT………………………………… …53
CHƯƠNG V: MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN BÀI TOÁN TRUYỀN
NHIỆT TRONG ĐIỆN THOẠI SAMSUNG GALAXY S3……… ……59
V.1. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC………………………………………… … 60
V.2. CHỌN PHẦN TỬ VÀ VẬT LIỆU……………………… …….…63
V.3. CÁCH CHIA LƯỚI……………………………………… …….…65
V.4. CÁCH ĐẶT ĐIỀU KIỆN BIÊN…………………………… …… 65
V.5. CÁC BƯỚC GIẢI………………………………………… …… 65
V.6. KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT………………………………… … 74
CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA
ĐỀ TÀI…………………………………………………………… ……… 80
VI.1.KẾT LUẬN CHUNG………….………………………….……… 81
VI.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI………………………….……….82
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………83
GVHD: Page 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
LỜI NÓI ĐẦU
Trước đây khi ĐTDĐ chưa ra đời mọi người muốn trao đổi thông tin chủ
yếu phải gửi thư từ, việc làm này tốn nhiều thời gian mới nhận được thông tin.

Một chiếc điện thoại được xem là thông minh, tốt ngoài các tính năng ưu
việt, còn phải đáp ứng được các điều kiện trong quá trình sử dụng như va đập,
bị ngoại lực tác động vào không bị hư hỏng, nhiệt độ tăng lên khi sử dụng, khi
xạc điện nằm trong giới hạn cho phép Như chúng ta đã biết muốn bảo vệ
được các chi tiết trong máy hoạt động tốt thì vỏ của nó phải có các tính chất
để chống lại các tác nhân xấu làm hư hỏng các chi tiết bên trong. Điều đó đã
đặt ra một yêu cầu thực tế là: Cần phải kiểm nghiệm độ tin cậy của vỏ trong
việc chịu tác dụng của cơ và nhiệt.
Với những yêu cầu nêu trên, việc kiểm nghiệm biến dạng, ứng suất và sự
phân bố nhiệt trên vỏ điện thoại là rất cần thiết và quan trọng.
I.2. NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Đề tài tập trung giải quyết các vấn đề sau :
• Bài toán xây dựng mô hình vỏ điện thoại bằng phần mềm Solidworks.
• Bài toán xác định biến dạng vỏ điện thoại khi chịu một ngoại lực dụng
lên trong miền đàn hồi.
• Bài toán xác định sự phân bố nhiệt của vỏ trước khi có một nguồn
nhiệt từ bên ngoài đặt lên một vùng diện tích của vỏ.
• Bài toán xác định sự phân bố nhiệt của vỏ sau khi có nguồn nhiệt là
Pin đặt lên trong quá trình sử dụng hoặc xạc điện.
GVHD: Page 11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
Từ đó xây dựng một quy trình tính toán, thiết kế, kiểm nghiệm sự phân bố
nhiệt trên vỏ điện thoại. Trên cơ sở đó ta có thể mở rộng ra để áp dụng cho
mọi kết cấu dạng tấm vỏ khác làm từ các vật liệu khác nhau.
I.3. PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
Toàn bộ nội dung của đề tài được giải quyết dựa trên lý thuyết phần tử hữu
hạn với công cụ hỗ trợ là phần mềm mô phỏng và tính toán công nghiệp
Ansys Multyphysic.
Trong nội dung đồ án tốt nghiệp này, vỏ điện thoại được mô hình dạng
3D bằng phần mền SolidWorks rồi xuất file mô hình ra file trung gian *.SAT

GVHD: Page 14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
II.1.2. XẤP XỈ BẰNG PHẦN TỬ HỮU HẠN
Giả sử V là miền xác định của một đại lượng cần khảo sát nào đó (chuyển
vị, ứng suất, biến dạng, nhiệt độ, v.v.). Ta chia V ra nhiều miền con v
e
có kích
thước và bậc tự do hữu hạn. Đại lượng xấp xỉ của đại lượng trên sẽ được tính
trong tập hợp các miền v
e
.
Phương pháp xấp xỉ nhờ các miền con v
e
được gọi là phương pháp xấp xỉ
bằng các phần tử hữu hạn, nó có một số đặc điểm sau:
• Xấp xỉ nút trên mỗi miền con v
e
chỉ liên quan đến những biến nút
gắn vào nút của v
e
và biên của nó,
• Các hàm xấp xỉ trong mỗi miền con v
e
được xây dựng sao cho chúng
liên tục trên v
e
và phải thoả mãn các điều kiện liên tục giữa các miền
con khác nhau.
• Các miền con v
e

Có nhiều dạng phần tử hữu hạn: phần tử một chiều, hai chiều và ba chiều.
Trong mỗi dạng đó, đại lượng khảo sát có thể biến thiên bậc nhất (gọi là phần
tử bậc nhất), bậc hai hoặc bậc ba v.v. Dưới đây, chúng ta làm quen với một số
dạng phần tử hữu hạn hay gặp.
 Phần tử một chiều.

 Phần tử hai chiều.
GVHD: Page 16
biên giới
biên giới
v
2
v
1
biên giới
v
2
v
1
v
1
v
2
Hình II.1: Biên giới của các phần tử
Phần tử bậc nhất
Phần tử bậc hai
Phần tử bậc ba
Phần tử bậc nhất
Phần tử bậc hai
Phần tử bậc ba

GVHD: Page 19
Tính toán ma trận độ cứng phần tử k
Tính toán véctơ lực nút phần tử f
Giải hệ phương trình KQ = F
(Xác định véctơ chuyển vị nút tổng thể Q)
Đọc dữ liệu đầu vào
- Các thông số cơ học của vật liệu
- Các thông số hình học của kết cấu
- Các thông số điều khiển lưới
- Tải trọng tác dụng
- Thông tin ghép nối các phần tử -
- Điều kiện biên
Xây dựng ma trận độ cứng K và véctơ lực chung F
Áp đặt điều kiện biên
(Biến đổi các ma trận K và vec tơ F)
Tính toán các đại lượng khác
(Tính toán ứng suất, biến dạng, kiểm tra bền, v.v)
In kết quả
- In các kết quả mong muốn
- Vẽ các biểu đồ, đồ thị
Hình II.2. Sơ đồ khối của chương trình PTHH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
II.2. PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CÔNG NGHIỆP ANSYS.
Những năm gần đây, nhờ sự phát triển của các công cụ toán cùng với sự
phát triển của máy tính điện tử, đã thiết lập và dần dần hoàn thiện các phần
mềm công nghiệp, sử dụng để giải quyết các bài toán cơ học vật rắn, cơ học
thủy khí, các bài toán động, bài toán tường minh và không tường minh, các
bài toán tuyến tính và phi tuyến, các bài toán về trường điện từ, bài toán tương
tác đa trường vật lý… Ansys là một phần mềm mạnh được phát triển và ứng
dụng rộng rãi trên thế giới, có thể đáp ứng các yêu cầu nói trên của cơ. Trong

thao tác click chuột hoặc viết mã lệnh trong một file văn bản rồi đọc vào từ
File/Read input from (ta cũng có thể dùng kết hợp cả 2 cách này một cách linh
hoạt: dùng lệnh tạo cấu trúc, rồi dùng menu khai thác kết quả…).
Các dòng sản phẩm của ANSYS của Công ty Ansys đã thiết lập nên một
chuẩn mực mô phỏng kỹ thuật. Công ty ANSYS xây dựng, phát triển, cung
cấp phần mềm, hỗ trợ toàn cầu cho các giải pháp mô phỏng kỹ thuật nhằm dự
đoán các ứng xử của sản phẩm ở trong môi trường sản xuất và sử dụng thực
tế. Công ty Ansys là công ty hàng đầu trong việc phát triển cả công cụ và công
nghệ CAE (Computer Aided Engineering). Các giải pháp ANSYS giúp doang
nghiệp không chỉ biết được các tính năng hoạt động của sản phẩm mà cả chất
lượng thiết kế của nó.
ANSYS được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp :
GVHD: Page 21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
 Các sản phẩm và quy trình công nghệ chất lượng cao và luôn được đổi
mới.
 Giảm số lượng mẫu thử cũng như thòi gian kiểm tra sản phẩm.
 Nhanh chóng thu hồi vốn do giảm được thời gian xây dựng sản phẩm
mới.
 Quy trình mềm dẻo và đáp ứng nhanh hơn, cho phép thay đổi thiết kế
ngay cả ở các giai đoạn sau của quá trình xây dựng sản phẩm.
 Chiến lược mô phỏng đón đầu tạo ra một phương pháp hiệu quả để
đưa sản phẩm vào thị trường nhanh hơn và với giá thành thấp hơn.
Ansys Multiphysics trước đây, để có được tất cả các khả năng mô phỏng
số (cần thiết cho các bài toán phức tạp và kết hợp nhiều trường vật lý ) cần có
một kịch bản rất phức tạp, đòi hỏi phải kết hợp nhiều phần mềm khác nhau.
Phần mềm Ansys Multiphysics cung cấp một công cụ phân tích đắc lực kết
hợp các mô đun : tính toán kết cấu, nhiệt, động lực học dòng chảy (CFD), âm
học và điện từ trong một sản phẩm tích hợp duy nhất.Gói phần mềm Ansys
Multiphysics, người sử dụng sẽ cảm thấy thực sự thoải mái và có được một

Multiphysics.
II.2.3. ANSYS DESIGNSPACE
Ansys DesignSpace là gói phần mềm mô phỏng mạnh mẽ, giúp cho các
nhà thiết kế và kỹ sư có thể thực hiện toàn bộ công việc của mình từ việc xây
dựng ý tưởng, mô hình hóa, và hiện thực hóa các ý tưởng ngay trên bàn làm
việc. Sử dụng công nghệ Knowledge-Based Automation, phần mềm này được
GVHD: Page 23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
xây dựng dựa trên những kỹ thuật đặc biệt mạnh mẽ của Ansys, những kỹ
thuật đã được phát triển suôt hơn 30 năm qua.
Sử dụng Ansys DesignSpace, các nhà thiết kế có thể rút ngắn thời gian
cho ra một sản phẩm mới và tránh được nhiều sai sót.Với DesignSpace các kỹ
sư dễ dàng thực hiện các bài tính kết cấu, nhiệt, đọng lực học, tối ưu hóa khối
lượng, tối ưu hóa chức năng mô phỏng các dao động, tính toán các hệ sô an
toàn.v.v.
DesignSpace hoàn toàn tương thích với các phần mềm CAD mới nhất và
hiện đại nhất hiện nay : Autodesk Inventor, Unigraphics, SolidWorks, Pro-
Engineer, Mechanical, Catia. Ngoài ra, DesignSpace còn đọc được file trung
gian khác như *.IGS hay parasolid.
Từ các nô hình chỉ gồm một chi tiết hay các mô hình lắp phức tạp, môi
trường 3D của DesignSpace mang lại một cái nhìn toàn diện về hệ phần mềm
mô phỏng ảo.Mô phỏng trên DesignSpace được chia làm bốn nhóm, các
môđun ngoài, các plug-in CAD và các kết nối động học được thiết kế để đáp
ứng các yêu cầu của nhốm người sử dụng khác nhau.
II.3. LÝ THUYẾT VỀ TRUYỀN DẪN NHIỆT.
Mục đích của chúng ta là xác định sự phân bố nhiệt T(x,y) trong vật thể
hình chữ nhật và có chiều dày t. Khảo sát một lượng vi phân thể tích như hình
sau:
GVHD: Page 24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu






∂
∂
+=++
(1)
Từ (1), suy ra:

0
=−
∂
∂
+
∂
∂
Q
y
q
x
q
y
x
(2)
thay
yTkqxTkq
yx
∂∂−=∂∂−=

k
yx
T
k
x
(3)
Phương trình vi phân đạo hàm riêng mô tả quá trình dẫn nhiệt 2 chiều (3) là
một trường hợp riêng của phương trình tổng quát cho quá trình dẫn nhiệt
Helmholtz.
II.3.1 ĐIỀU KIỆN BIÊN.
Phương trình (3) phải được giải quyết với các điều kiện biên xác định. Có
ba dạng điều kiện biên như mô tả dưới đây.
Các điều kiện biên được phát biểu cụ thể như sau:
Cho trước nhiệt độ T = T
0
trên biên S
T
;
GVHD: Page 25
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Cơ học vật liệu và kết cấu
Cho trước mật độ nhiệt q
n
= q
0
trên S
q
;
Cho trước qui luật trao đổi nhiệt giữa bề mặt của vật và môi trường q
n
= h(T-

S
T
: T=T
0
S
q
: q
n
= q
0
A
1
2
3
1
2
3
ξ
η
ξ
= 1
η
= 1
y
x
T(x,y)
T
1
T
3