NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên: PHAN THANH DŨNG Lớp: 48 ĐT – 1
Ngành: Đóng tàu thủy
Tên đề tài: Tính toán và mô phỏng quá trình uốn tấm tôn bao vỏ tàu bằng phần
mềm Ansys.
Số trang: 61 Số chương: 05 Số tài liệu tham khảo: 09
Hiện vật: - 03 bộ đề tài và 03 đĩa CD.

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Kết luận: Nha Trang, ngày……tháng.… năm 2011
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)
PGS TS. TRẦN GIA THÁI

LỜI CẢM ƠN

Sau hơn 03 tháng tích cực tìm hiểu, nghiên cứu và xây dựng đồ án tốt nghiệp:
“Tính toán và mô phỏng quá trình uốn tấm tôn bao vỏ tàu bằng phần mềm
Ansys”, đến nay tôi đã hoàn thành đồ án. Đồ án không chỉ có sự cố gắng của bản
thân mà còn được sự giúp đỡ động viên rất lớn của gia đình, quý thầy cô, đồng
nghiệp, bạn bè…
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến: Ban Chủ Nhiệm Khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy –
Trường Đại Học Nha Trang, quý Thầy cô trong Bộ Môn Đóng Tàu đã tạo điều kiện
thuận lợi để tôi thực hiện tốt đồ án.
Chân thành cảm ơn Thầy PGS TS. Trần Gia Thái, anh Kỹ sư Trần Ngọc
Anh và Thầy Thạc sĩ Bùi Văn Nghiệp – người đã hướng dẫn cho tôi trong suốt quá
trình thực hiện đồ án.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của gia đình, anh
chị em, bạn bè, các bạn đồng nghiệp đã động viên, tạo mọi điều kiện cho tôi học
tập, nghiên cứu trong suốt khóa học và trong quá trình thực hiện đồ án.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
1.3 Phương pháp và nội dung nghiên cứu của đề tài.
1.4 Giới hạn nội dung nghiên cứu. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
2.1 Tính toán chế độ gia công nhiệt.
2.1.1. Nhiệt độ.
2.1.2. Tốc độ di chuyển đèn hỏa công.
2.1.3. Vị trí gia công nhiệt.
2.1.4. Kích thước đường gia công nhiệt.
2.2 Bài toán phân tích nhiệt trong Ansys.
2.2.1. Giới thiệu phần mềm Ansys.
2.2.2. Bài toán phân tích nhiệt trong Ansys.
1. Tạo mô hình (Modeling).
2. Chia lưới (Meshing).
3. Các điều kiện tải nhiệt (Loads).
4. Giải (Slove).
5. Xử lí kết quả.
2.3 Mô tả phần tử SOLID187 sử dụng trong mô hình tính.
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG.
3.1. Tấm cong hai chiều.
3.2. Tấm cong một chiều.
 Nhận xét chung.
CHƯƠNG 4. CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM.
4.1. Bản vẽ chế tạo.
4.2. Báo cáo kết quả chế tạo.
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.
5.1. Kết luận.
5.2. Kiến nghị.
III. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN

MỤC LỤC

Trang
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1
ĐẶT VẤN ĐỀ 3
1.1. Tổng quan đề tài 3
1.2. Thực trạng của vấn đề đặt ra 3
1.3. Phương pháp và nội dung nghiên cứu của đề tài 4
1.3.1. Phương pháp nghiên cứu 4
1.3.2. Nội dung nghiên cứu 4
1.4. Giới hạn nội dung nghiên cứu 5
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6
2.1. Tính toán chế độ gia công nhiệt 6
2.1.1. Nhiệt độ 6
2.1.2. Tốc độ di chuyển đèn hỏa công (V) 7
2.1.3. Vị trí gia công nhiệt 9

CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59
5.1. Kết luận 59
5.2. Kiến nghị 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO 61
PHỤ LỤC.
Phụ lục 1: Bảng vẽ các trường hợp mô phỏng tấm cong hai chiều.
Phụ lục 2: Bảng vẽ các trường hợp mô phỏng tấm cong một chiều.

- 1 -

MỞ ĐẦU
Máy tính từ khi ra đời đã tạo điều kiện và hỗ trợ con người trong nhiều lĩnh
vực của cuộc sống và ngày càng được coi như là công cụ không thể thiếu trong học
tập cũng như trong nghiên cứu.
Chính vì vậy, việc nâng cao và phát triển khả năng tính toán xử lý của máy
tính ngày càng được các nhà khoa học, kỹ sư các ngành quan tâm đến. Tuy nhiên để
viết được một chương trình bằng ngôn ngữ lập trình cao cấp phục vụ tốt cho một
lĩnh vực khoa học kỹ thuật đòi hỏi không những phải giỏi về toán học, các kiến thức
về lập trình máy tính… mà còn phải nắm rất vững về các kiến thức chuyên môn của
chuyên ngành đó. Người lập trình để đạt được những yêu cầu này phải mất rất nhiều
thời gian và tốn rất nhiều công sức.
Để tạo điều kiện cho các nhà khoa học thuộc các chuyên ngành khác, người ta
đã xây dựng nên những phần mềm xử lý dữ liệu đơn giản, tiện lợi. Ansys là một
trong những phần mềm như vậy và hiện nay đang được sử dụng rất rộng rãi trên
toàn thế giới. Nó không chỉ cho phép tính toán, mà còn cung cấp cho ta những công
cụ cực mạnh để biểu diễn, mô phỏng, xử lí các dữ liệu, thông tin bằng đồ họa.

- 3 -

CHƯƠNG 1
ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI.
Trong quy trình công nghệ đóng tàu, việc chế tạo chi tiết kết cấu là một khâu
quan trọng, ảnh hưởng tới chất lượng, thẩm mỹ, cũng như thời gian hoàn thành con
tàu.
Trong quá trình đóng mới, để tạo hình cho những chi tiết và tấm cong có biên
dạng phức tạp, đặc biệt là tấm tôn bao vỏ tàu thì đòi hỏi phải có một phương pháp
gia công rõ ràng. Hiện nay phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong ngành
tàu là uốn bằng ngọn lửa. Tuy nhiên để uốn tấm tôn bao theo biên dạng các đường
sườn là một vấn đề khó khăn trong khi vật liệu gia công chỉ ở dạng phẳng. Vậy thì
làm thế nào để xác định được vị trí các đường cần gia nhiệt và nhiệt độ hỏa công để
phục vụ cho quá trình chế tạo?
Nghiên cứu này đề cập đến vấn đề nêu trên và đề xuất một giải pháp để khắc
phục chúng. Mối liên hệ giữa hình dạng ban đầu và cuối cùng của tấm tôn được làm

 Suy ra nhiệt độ và số lượng đường cần gia nhiệt cần thiết trên tấm tôn tại
trường hợp được chọn.
 Từ kết quả nhiệt độ và các đường gia nhiệt cần thiết tiến hành chế tạo thử
nghiệm.
 Nhận xét kết quả chế tạo thử nghiệm.
1.3.2. Nội dung nghiên cứu.
Với đề tài nghiên cứu và hướng giải quyết đã được nêu trong mục tổng quan,
đề tài thực hiện theo những nội dung như sau:
1. Chương 1: Đặt vấn đề.
2. Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
3. Chương 3: Tính toán, mô phỏng.
4. Chương 4: Chế tạo thử nghiệm.
5. Chương 5: Kết luận và kiến nghị.

- 5 -

1.4. GIỚI HẠN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.
Chúng ta biết rằng vỏ tàu thủy luôn có những đoạn cong từ đơn giản đến
phức tạp. Vì vậy việc chế tạo chi tiết cong phức tạp đòi hỏi có quy trình rõ ràng, có
đội ngũ kỹ sư, công nhân lành nghề, bên cạnh đó đòi hỏi hệ thống máy móc thiết bị
hiện đại. Hơn nữa những chi tiết đó thường là ở những vị trí mũi và đuôi tàu, nơi
mà con tàu làm việc chịu nhiều tác động khắc nghiệt nhất, ngoài việc có được thẩm
mỹ cho con tàu thì yếu tố độ bền đảm bảo an toàn cho con người cũng như con tàu
đóng vai trò cực kỳ quan trọng.
Mặc dù có thể chế tạo các chi tiết bằng các phương pháp khác nhau như dập,
uốn, .v v Nhưng là đối với chi tiết cong một chiều, còn tấm cong hai hay ba chiều
thì các phương pháp đó chỉ giúp phần nhỏ công việc mà thôi.
Do đó nghiên cứu phương pháp gia công nhiệt mới có thể giải quyết được các
bài toán khó trong việc chế tạo các chi tiết cong phức tạp. Vì vậy trong giới hạn nội
dung, đề tài chỉ đề cập đến bài toán uốn tấm bằng phương pháp nhiệt với sự hỗ trợ

0
C thì độ dẻo tăng rất nhanh, nên thông thường người ta chỉ hỏa công ở khoảng
nhiệt độ 550÷800
0
C. Và cũng để hỏa công đảm bảo an toàn cho vật liệu vì nhiệt độ
nóng chảy của thép tương đối cao (trên 1000
0
C), nhưng thép là vật liệu dễ bị oxy
hóa và phản ứng oxy hóa khử bắt đầu xảy ra ở nhiệt độ khoảng 850
0
C. Nếu nhiệt độ
thấp quá thì hỏa công sẽ không đạt hiệu quả.

Hình 2.1. Cản trở biến dạng phụ thuộc vào nhiệt độ.
Từ hình trên cho ta thấy ở khoảng gần 300
0
C thì cản trở biến dạng sẽ lớn nhất,
nhiệt độ lớn dần thì cản trở giảm đi. Khi nhiệt độ lên đến 600
0
C÷700
0
C vật liệu có
màu đỏ thẫm. Lúc này thuận lợi cho quá trình tạo hình chi tiết vì cản trở bé. Tuy
nhiên lên các khoảng nhiệt độ cao hơn cản trở biến dạng còn giảm nhưng chi tiết lại
bị oxy hóa và thoát cacbon ở bề mặt đồng thời xảy ra nhiều vấn đề ảnh hưởng xấu
đến cơ tính của chi tiết.
- 7 - Hình 2.2. Phạm vi nhiệt độ gia công nhiệt.

nhân ngọn lửa đến mặt thép phải chuẩn và không đổi. Góc lệch của mỏ đốt so với
mặt tôn là 60÷80
0
. Khoảng cách điểm nhiệt độ cao nhất của ngọn lửa cách nhân
khoảng 3÷5 mm.

Hình 2.3. Cách đặt mỏ đốt.

Hình 2.4. Khoảng cách điểm nhiệt độ và các thành phần trong ngọn lửa đốt.

- 9 -

2.1.3. Vị trí gia công nhiệt.
Trên mỗi chi tiết cần gia công thì tuỳ vào kiểu cong và độ cong mà có các vị
trí cần đốt khác nhau.
Vị trí đốt tuân theo hai quy luật chính:
 Hướng biến dạng chính nằm trong mặt phẳng vuông góc với các đường gia
nhiệt. Còn một phần nhỏ biến dạng theo hướng dọc theo các đường gia nhiệt.
 Khoảng cách giữa các đường gia nhiệt tỷ lệ nghịch với độ cong (biến
dạng) của chi tiết. Tức là biến dạng càng lớn thì khoảng cách giữa các đường gia
nhiệt càng bé và ngược lại.
2.1.4. Kích thước của đường gia nhiệt.
 Bề rộng: b=1÷2cm
 Chiều dày tuỳ thuộc vào kích thước và độ cong của tấm tôn.
2.2. BÀI TOÁN PHÂN TÍCH NHIỆT TRONG ANSYS.
2.2.1. Giới thiệu phần mềm Ansys.
Giải bài toán cơ học là một viêc vô cùng cần thiết nhưng khó khăn. Nhiều bài

nhớt…Trước hết, cần chọn được kiểu phần tử phù hợp với bài toán cần giải.
Ansys cung cấp trên 200 kiểu phần tử khác nhau. Mỗi kiểu phần tử, tương ứng
với một dạng bài toán. Khi chọn một phần tử, bộ lọc sẽ chọn các mô đun tính toán
phù hợp, và đưa ra các yêu cầu về việc nhập các tham số tương ứng để giải. Đồng
thời việc chọn phần tử, Ansys yêu cầu chọn dạng bài toán riêng cho từng phân tử.
Việc tính toán còn phụ thuộc vào vật liệu. Mỗi bài toán cần đưa mô hình vật liệu,
cần xác định rõ là vật liệu đàn hồi hay dẻo, là vật liệu tuyến tính hay phi tuyến, với
mỗi vật liệu, cần nhập đầy đủ các thông số vật lý của vật liệu. Ansys là phần mềm
giải các bài toán bằng phương pháp số, chúng giải trên mô hình hình học thực. Vì
vậy cần đưa vào mô hình hình học đúng. Ansys cho phép xây dựng các mô hình
hình học 2D và 3D, với các kích thước thực, hình dáng đơn giản hóa hoặc mô hình
như vật thật. Ansys có khả năng mô phỏng theo mô hình hình học với các điểm,
đường, diện tích, và mô hình phần tử hữu hạn với các nút và các phần tử. Hai dạng
mô hình được trao đổi và thống nhất với nhau để tính toán. Ansys là phần mềm giải
- 11 -

bài toán bằng phương pháp PTHH, nên sau khi dựng mô hình hình học, Ansys cho
phép chia lưới phần tử do người sử dụng chọn hoặc tự động chia lưới.
Số lượng nút và phần tử quyết định độ chính xác bài toán, nên chia lưới càng
nhỏ càng chính xác.
Để giải một bài toán bằng phần mềm Ansys, cần đưa vào điều kiện ban đầu và
điều kiện biên cho mô hình hình học. Các rạng buộc và các nội lực và ngoại lực
(lực, chuyển vị, nhiệt độ, mật độ) được đưa vào tại từng nút, từng phần tử trong mô
hình hình học.
Sau khi xác lập các điều kiện bài toán, để giải chúng, Ansys cho phép chọn
các dạng bài toán. Khi giải các bài toán phi tuyến, vấn đề đặt ra là sự hội tụ của bài
toán. Ansys cho phép xác lập các bước để giải bài toán lặp với độ chính xác cao.
Ansys có hệ hậu xử lý mạnh, đã đem lại một thế mạnh để các phần mềm khác
sử dụng. Ansys là một phần mềm xử lý phân tích trường ứng suất – biến dạng và
các thông số vật lý khác.

 Các hằng số đặc trưng.
Các điều kiện tải nhiệt (Loads).
Temperatures (Nhiệt độ) Các miền của mô hình đã biết nhiệt độ.
Heat flow (Dòng nhiệt)
Các điểm của mô hình đã biết tốc độ dòng
nhiệt.
Heat flux (Thông lượng nhiệt)
Các mặt của mô hình đã biết tốc độ dòng nhiệt
trên một đơn vị diện tích.
Convections (Đối lưu)
Các mặt ở đó nhiệt được truyền sang vùng lân
cận nhờ đối lưu. Đầu vào bao gồm hệ số màng
h (film coefficient) và nhiệt độ khối (bulk
temperature) của vùng lân cận T
B.

Heat generation (Sinh nhiệt)
Các vùng của mô hình đã biết tốc độ sinh nhiệt
thể tích.
Adiabatic surfaces
(Mặt đoạn nhiệt)
Các bề mặt “hoàn toàn cách nhiệt ” tức là không
có sự truyền nhiệt.
Radiation (Bức xạ)
Các bề mặt tại đó sự truyền nhiệt xuất hiện nhờ
bức xạ. Dữ liệu đầu vào bao gồm độ phát xạ,
hằng số Stefan-Boltzmann, và có thể (tuỳ chọn)
nhiệt độ tại một “nút không gian”.
- 13 -


 Solution

Loads

Apply

Heat Flow
 Hoặc các lệnh FK hoặc F.

d. Thông lượng nhiệt (Heat Flux).
Để áp đặt thông lượng nhiệt:
 Solution

Loads

Apply

Heat flux.
 Chọn lựa vị trí muốn đặt thông lượng nhiệt, thông
thường trên các mặt đối với các mô hình 2D, trên các thể tích
đối với các mô hình 3D.
 Chọn các thực thể liên quan trong màn hình đồ hoạ.
 Sau đó nhập các giá trị thông lượng nhiệt.
 Hoặc sử dụng họ các lệnh SF: SFL, SFA, SFE, SF.

Hình 2.6. Cửa sổ nhập giá trị thông lượng nhiệt.

- 15 -

e. Đối lưu (Convection)

thường trên các mặt đối với các mô hình 2D, trên các thể
tích đối với các mô hình 3D.
 Chọn các thực thể liên quan trên màn hình đồ
hoạ.
 Sau đó nhập các giá trị tải do sinh nhiệt. Hình 2.8. Cửa sổ đặt tải sinh nhiệt.
g. Các bề mặt đoạn nhiệt.
 Các bề mặt “cách ly hoàn toàn”: không có sự truyền nhiệt qua chúng.
 Đây là điều kiện mặc định, tức là bất kỳ mặt nào không có các điều kiện
biên xác định sẽ được tự động là bề mặt đoạn nhiệt.
h. Thay đổi và xóa các tải trọng.
 Để thay đổi giá trị tải trọng, chỉ cần đặt lại tải với giá trị mới.
 Để xoá các tải trọng:
- 17 -

 Solution

Loads

Delete
 Khi chúng ta xoá các tải trong mô hình hình
học, Ansys cũng tự động xoá tất cả các tải phần tử hữu
hạn tương ứng.

i. Các tùy chọn lời giải.
Phân tích ở trạng thái bình ổn (Steady State) và phân tích tức thời (Transient).
 Phân tích trạng thái bình ổn giả thiết rằng các điều kiện tải “bình ổn dần”
(settled down) tới mức bình ổn, ít phụ thuộc hoặc không phụ thuộc vào thời gian.