Khi liên kết trong dàn lệch tâm

Ở bài trước khi nói về các liên kết trong dàn chúng ta đã nhắc đến vấn đề khi liên kết trong dàn bị lệch tâm. Khi đó các thanh liên kết lệch tâm sẽ chịu một moment từ liên kết đó.Khi đó mô hình dàn trên ANSYS sẽ không còn đồng nhất là các thanh 2D Spar nữa, mà khi đó tại các thanh bị liên kết lệch tâm sẽ phải mô hình lại thành BEAM3 (Như hình vẽ dưới dây). Vậy để giải quyết vấn đề này bạn cần phải làm gì?

Bài toán như sau (hình dưới). Điểm G, H, I và B, C, D liên kế lệch tâm như hình trên.

Các thanh xiên trong dàn có kích thước: 100x20

Các thanh đứng trong dàn có kích thước: 80x80x6

Các thanh ngang trong dàn có kích thước:  100x100x10.

Tính toán moment khi liên kết G, H, I và B, C, D liên kế lệch tâm một đoạn 15mm.

Nhập vật liệu và đặc trưng hình học:

+ Element type
- Processor -> Element Type -> Add/Edit/Delete:
 Beam -> 2D elastic 3
  Link -> 2D spar 1

- Real constants -> Add/Edit/Delete
+ BEAM3:     Area:     36e-4
                     Izz    492e-8
                     Height:    0.1
+ LINK1 (2D spar 1): Area: 17.76e-4          
+ LINK1 (2D spar 1): Area: 20e-4 

- Material Props ->  Material Models:
        Chọn Structural -> Linear -> Elastic - > Isotropic
        EX (Modulus of elastics): 2.1e8
        PRXY (Poisson’s ratio): 0.3

Vấn đề ở đây bạn cần phải mô hình bài toán với những điểm node trùng nhau, sau đó sử dụng Couple of DOF (Degree of Freedom). Bạn mô hình các điểm như sau:

Tại các liên kết: B, C, D, G, H và I sẽ có những điểm node trùng nhau như hình vẽ. Tọa độ các điểm được cho dưới dây:

Bằng cách sử dụng chức năng node:

- Preprocessor -> Model -> Create -> Nodes -> In active CS
- Preprocessor -> Model -> Create -> Elements -> Auto Number -> Thru Nodes

Chú ý chọn - Preprocessor -> Model -> Create -> Elements -> Elem Attributes để mô hình được chính xác.

Tip: Chú ý khi thiết lập element cho các phần tử trùng nhau, màn hình sẽ hỏi bạn chọn điểm nào trong các điểm trùng nhau đó. Bạn cần phải chọn đúng điểm và bấm OK. Tốt nhất nên sử dụng công cụ phóng to của ANSYS để nhìn các điểm vì khoảng cách lệch tâm là khá bé 15mm. Nên nếu bạn để màn hình to thì bạn sẽ thấy có đến 3 hoặc 4 điểm trùng nhau tại 1 vị trí. Như vậy không được trực quan. Vậy hãy dùng chức năng phóng to và thu nhỏ. Sau đó khi chọn điểm vẽ bạn nên chọn những điểm rõ vị trí, và điểm còn lại nên điền số vào ô chữ ở ngay trên chữ APPY hoặc OK. Như thế sx chính xác hơn.

Sau khi mô hình xong việc bạn cần phải làm là sử dụng chức năng liên kết các điểm trùng nhau là Couple of DOFs.

Preprocessor -> Coupling/ Ceqn -> Couple DOFs

Sau khi mô hình xong bạn sẽ thu được:

Việc còn lại chở nên đơn giản rồi. Giờ chỉ cần thiết lập điều kiện biên và lực tác dụng nữa là xong.

- Solution -> Define Load -> Apply -> Structural -> Displacement -> On Nodes
- UY cho node 9
- UX, UY cho node 1
- Solution -> Define Load -> Apply -> Structural -> Force/Moment -> On Nodes
   Nhập 100kN cho các node sau:  12, 14 and 16 với chiều UY.

Giờ chỉ cần bấm Solves -> Current LS.

Kết quả bạn sẽ thu được như sau:

Tính toán bằng tay:

Sử dụng công thức cơ bản do, liên kết thanh dọc và thanh ngang tại dàn không lệch tâm nên tại đó không có moment cho thanh dọc. Vậy nếu tính tay, sử dụng tính gần đúng như sau.

Từ dây dễ dàng tính được Pcos(a) x a x b/L và góc trong tam giác BGC. Bảng kế quả dưới dây là kết quả tính tay, cho kết quả gần như tính toán từ ANSYS.