Đề tài Xây dựng chương trình tính toán silo dùng Apdl và Visual Basic
Tác giả: Nguyễn Tấn Dũng, Trịnh Văn Dũng, Trần Đức Ba
Xuất bản: ĐH Quốc gia TP.HCM
Tóm tắt: Xây dựng mô hình toán truyền nhiệt lạnh đông xác định tỉ lệ nước đóng băng và nhiệt độ lạnh đôngtối ưu của vật liệu ẩm dạng hình trụ hữu hạn ở giai đoạn 1 trong sấy thăng hoa
Khi lạnh đông thực phẩm để bảo quản cũng như thực hiện giai đoạn 1 trong điều kiện sấy thăng hoa thì việc xác nhiệt độ lạnh đông tối ưu là vấn đề phức tạp. Ở bài viết này, sẽ công bố xây dựng một mô hình toán truyền nhiệt lạnh đông, xác định tỉ lệ nước đóng băng theo nhiệt độ lạnh đông của vật liệu ẩm (VLA) dạng hình trụ hữu hạn, kết quả nhận làm cơ sở xác định nhiệt độ lạnh đông tối ưu, xác định chế độ công nghệ giai đoạn 1 trong điều kiện sấy thăng hoa và ứng dụng trong tính toán thiết kế hệ thống lạnh cũng như hệ thống sấy thăng hoa.
12 trang |
Chia sẻ: maiphuongtl | Lượt xem: 3030 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Xây dựng chương trình tính toán silo dùng Apdl và Visual Basic, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Science & Technology Development, Vol 13, No.K5- 2010
Trang 28 Bản quyền thuộc ĐHQG.HCM
XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN SILO DÙNG APDL VÀ VISUAL BASIC
Nguyễn Tường Long, Trần Thái Dương, Cao Nhân Tiến, Nguyễn Công Đạt, Nguyễn Thái Hiền
Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM
(Bài nhận ngày 28 tháng 06năm 2010,, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 01 tháng 11 năm 2010)
TÓM TẮT: Nhằm giúp quy trình thiết kế các silo chứa lúa, gạo hiệu quả hơn, bài báo này xây
dựng một chương trình tính toán, kiểm tra bền, hướng ñến việc tối ưu cho các bản thiết kế silo. Chương
trình này kết hợp khả năng tính toán kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn của ANSYS thông qua
ngôn ngữ APDL và khả năng thiết kế giao diện của VISUAL BASIC. Các tác giả ñã ñề xuất một quy
trình tính toán cho các silo dạng tròn và dạng vuông của Công Ty Cổ Phần Cơ Khí Chế Tạo Máy Long
An (LAMICO) và hiện thực hóa bằng phần mềm tính toán silo CCMSilo.
Từ khóa: Silo, ANSYS, APDL, Visual Basic, phương pháp phần tử hữu hạn.
1. GIỚI THIỆU
Hiện nay, Việt Nam nằm trong nhóm 3
nước xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới. Theo các
báo cáo, sản lượng gạo của Việt Nam khoảng
39 triệu tấn/ năm, và hàng năm xuất khẩu 3 – 5
triệu tấn gạo.
Tuy nhiên, hệ thống kho lưu trữ chỉ ñáp
ứng ñược 2 triệu tấn. Chính phủ ñang có kế
hoạch tăng gấp ñôi khả năng dự trữ ñể ñảm bảo
an ninh lương thực và tăng giá trị xuất khẩu
[1].
Một trong những vấn ñề khó khăn của việc
lưu trữ là ñảm bảo chất lượng của lúa, gạo
trong thời gian dài. Các nhà khoa học Việt
Nam ñã nghiên cứu, chế tạo trong nước mẫu
Silo mới có khả năng khắc phục những nhược
ñiểm của nhiều phương pháp bảo quản hiện
nay. Các nghiên cứu từ Trung tâm nghiên cứu
công nghệ và thiết bị công nghiệp trường ñại
học Bách khoa TP.HCM cho thấy quá trình bảo
quản nông sản ñòi hỏi phải xử lý ñược những
nhược ñiểm về thời tiết và khí hậu của Việt
Nam [2].
Trong một luận văn thạc sĩ thuộc chương
trình EMMC, Nguyễn Hữu Liêm ñã trình bày
các nghiên cứu về sử dụng tấm gợn sóng ñể
chế tạo silo. Tuy nhiên luận văn này chỉ dừng
lại ở việc tính toán các trường hợp chịu tải của
tấm gợn sóng [3].
Các nghiên cứu trên ñều chưa ñáp ứng
ñược nhu cầu sản xuất hàng loạt các silo, ñặc
biệt là các silo ñược sản xuất theo kiểu lắp
ghép- cho phép lựa chọn ña dạng về sức chứa
cũng như kết cấu.
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 13, SỐ K5 - 2010
Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang 29
2. THIẾT KẾ SILO THEO EUROCODE 1
1: Mặt phẳng tương ñương
3: Vị trí chuyển tiếp giữa vách thân và ñáy
t: Bề dày vách.
hh: Chiều cao ñáy.
hc: Chiều cao thân.
hb: Chiều cao tổng.
dc: Đường kính ñường tròn nội tiếp tiết diện
ngang của silo.
β: Góc nghiêng của ñáy.
φr: Góc ma sát nghỉ của vật liệu.
Các kí hiệu khác có thể ñược tra cứu trong [6]
Hình 1. Các ñặc trưng hình học tiêu biểu của silo
2.1. Những tải trọng trên các vách ñứng
của Silo
Các giá trị áp lực nằm ngang hfp và lực
ma sát wfp lên vách tại ñộ cao bất kỳ ñược xác
ñịnh như sau:
hf ho Rp p= Υ
(1)
wf ho Rp pµ= Υ (2)
Trong ñó:
1
ho o
Ap z
U
γ γ
µ
= Κ =
(3)
1 1
n
o
R
o o
z hY
z h
− = − +
−
(4)
0
1 A
z
K Uµ
= (5)
( )( )1 tan 1 /r o on h zφ= − + − (6)
h0 : Giá trị của z tại mức cao nhất mà vật
liệu tiếp xúc với vách (xem Hình 1).
γ: Trọng lượng riêng của lúa, gạo.
µ: Hệ số ma sát trên vách ñứng.
K: Hệ số áp lực ngang.
z : Độ sâu dưới mạt phẳng tương ñương
của vật liệu.
A: Diện tích tiết diện.
U: Nội chu vi của tiết diện.
φr: Góc ma sát nghỉ của vật liệu.
Science & Technology Development, Vol 13, No.K5- 2010
Trang 30 Bản quyền thuộc ĐHQG.HCM
pvft
phf
pwf
z
hc
zt
phf
dc
1 Mặt phẳng tương ñương
2 Áp lực ngang
Hình 2. Lực tác ñộng lên vách silo
Giá trị áp lực ñứng
vfp tại ñộ cao bất kỳ
ñược xác ñịnh như sau:
vf Vp zγ= (7)
( )
( )
( )
1
0
21
1
n
o o
V o o n
o o
z z h
z h z h
n z h
+ + −
= − − −
+
−
(8)
2.2. Những tải trọng trên phễu và ñáy
Silo
Khi ñộ dốc của vách phễu nằm ngang một
góc lớn hơn 20o (như Hình 3.) thì áp lực pháp
lên vách nghiêng phễu np tại bất kỳ mức ñộ sẽ
ñược tính toán như sau:
( )3 2 1 2n n n n n
h
xp p p p p
l
= + + − (9)
Trong ñó:
( )2 21 sin cosn vft bp p C β β= + (10)
2
2 sinn vft bp p C β= (11)
2
3 3,0 cosn
h
A Kp
U
γ β
µ
= (12)
β: Góc nghiêng phần phễu của silo.
x: Độ dài giữa 0 và lh (xem Hình 3).
vftp : Giá trị của áp lực ñứng vfp tại vị trí
chuyển tiếp, tính theo (7) với z=zt (xem Hình
2).
µh: Hệ số ma sát trên ñáy (giá trị cận
dưới).
Cb: Hệ số khuyếch ñại lực tại ñáy.
lh: Chiều dài phần phễu.
Giá trị lực ma sát lên vách tp tính bởi:
t n hp p µ= (13)
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 13, SỐ K5 - 2010
Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang 31
phft
pn1
pn3pn2
x
lh
pt
β hh
β ptf
pnf
zt
z
pvft
pnf
pnf
Hình 3. Các lực tác dụng lên phần phễu
3. NGÔN NGỮ APDL (ANSYS Parametric
Design Language)
APDL là ngôn ngữ lập trình của ANSYS,
dựa trên nền FORTRAN. Mặc dù ADPL không
bao quát và mạnh mẽ bằng FORTRAN nhưng
nó giúp chúng ta sử dụng ANSYS linh hoạt
hơn rất nhiều.
APDL giúp người sử dụng mở rộng khả
năng của ANSYS mà không cần ñến các hiểu
biết phức tạp về cấu trúc dữ liệu của bản thân
ANSYS. Về bản chất, APDL là ngôn ngữ
thông dịch, do ñó, hạn chế lớn nhất của nó là
tốc ñộ thực thi, ñiều này có thể kéo dài thời
gian chạy chương trình hơn bình thường.
Điểm ñặc sắc nhất của APDL là giúp ta
tính toán theo các thông số. Chúng ta có thể
chạy nhiều lần, với các thông số có giá trị khác
nhau mà không cần phải mô hình lại từ ñầu.
Điều này ñặc biệt có ý nghĩa trong việc thiết
kế, khi mà các kích thước hình học và dữ liệu
liên quan liên tục thay ñổi. Bằng cách dùng
APDL, ta có thể xây dựng một mô hình tổng
quát, sau ñó tiến hành hàng loạt phân tích với
các giá trị thông số cho sẵn ñể chọn ra thiết kế
tốt nhất.
4. KẾT HỢP APDL VÀ VISUAL BASIC
Công việc kiểm tra thiết kế trên ANSYS
ñòi hỏi những hiểu biết chuyên sâu về cách sử
dụng phần mềm. Điều này ñôi lúc gây ra những
trở ngại không nhỏ. Thậm chí ñối với những
người thường xuyên sử dụng ANSYS thì việc
lặp ñi lặp lại thường xuyên các phân tích với rất
nhiều số liệu cũng là công việc ñơn ñiệu và có
thể gây ra những sai lầm.
Việc kết hợp ANSYS và VISUAL BASIC
cho phép tạo ra một phần mềm trực quan
chuyên giải quyết cho một loạt bài toán thuộc
cùng nhóm, chẳng hạn việc tính toán- thiết kế-
kiểm tra bền- tối ưu kết cấu cho silo
4.1. Tóm tắt giao tiếp giữa người sử
dụng- VB và ANSYS
- Người dùng nhập dữ liệu thông qua GUI.
- VB tạo các cơ sở dữ liệu chuẩn bị cho
ANSYS và gọi ANSYS thực thi (Bacth mode).
Science & Technology Development, Vol 13, No.K5- 2010
Trang 32 Bản quyền thuộc ĐHQG.HCM
- ANSYS ñọc các cơ sở dữ liệu, thực thi
các module ñược thiết kế trước.
- Sau khi chạy các phân tích, ANSYS xuất
các kết quả ra các file ảnh *.bmp hoặc các báo
cáo dưới dạng *.txt.
- VB ñọc các kết quả và hiển thị trên GUI
theo yêu cầu của người dùng.
- Nếu kết quả ñược chấp nhận, quy trình
kết thúc. Ngược lại, người dùng sẽ thay ñổi các
thông số thiết kế và quy trình ñược lặp lại.
4.2. Các loại dữ liệu sử dụng trong quá
trình thiết kế Silo
Quy trình thiết kế Silo ñược ghi rõ trong
tiêu chuẩn Eurocode 1. Việc thiết kế ñòi hỏi rất
nhiều dữ liệu, có thể phân ra 3 nhóm chính:
- Hình học.
- Vật liệu: Thép, Nông sản…
- Khác
USER
GUI VB6.0
Input
(*.Txt)
APDL
Resulf
(*.bmp)
Designer
(Data)
Hình 4. Giao tiếp giữa người dùng- VB- ANSYS
Hình học
Vật liệu
Khác
Kích thước Silos
Tiết diện thép hình
Vách gợn sóng..v.v..
Các hằng số từ EC-I
Các hằng số trong
APDL (chia lưới pt…)
Hình 5. Các loại dữ liệu
4.3. Tổ chức và trao ñổi dữ liệu giữa VB
và ANSYS
Dữ liệu ñược VB ghi ra các file text *.txt
theo một ñịnh dạng nhất ñịnh. Sau ñó ANSYS
sẽ ñọc các file này vào một mảng và gán các
giá trị từ mảng này cho các biến thông số.
Các ñịnh dạng xác ñịnh chiều rộng trường
trong từng bản ghi cho mỗi số. Các ñịnh dạng
này nhằm ñảm bảo cho ANSYS có thể ñọc vào
ñúng dữ liệu. Bất kỳ ñịnh dạng FORTRAN tiêu
chuẩn nào cho số thực (như (4F6.0), (E10.3,
2X, D8.2), vv) hoặc ñịnh dạng chữ (A) ñều có
thể ñược sử dụng.
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 13, SỐ K5 - 2010
Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang 33
SECDATASECTYPE
Hình 6. Trao ñổi dữ liệu giữa VB và ANSYS
4.4. Tóm tắt quá trình tính toán
Đọc dữ liệu từ file *.txt
Dựng mô hình hình học
Chia lưới phần tử
Tải trọng bản thân Tải trọng nông sản
Kết quả 1 Kết quả 2
Kết quả tổng hợp
Xuất kết quả
Đặt tải
Hình 7. Tóm tắt quá trình tính toán
Dữ liệu ñầu vào:
Science & Technology Development, Vol 13, No.K5- 2010
Trang 34 Bản quyền thuộc ĐHQG.HCM
Hình 8. Bản vẽ và kích thước silo
1: Vành trên – Thép U
2: Khung thân – Thép U
3: Vành ñai (dưới) – Thép U
4: Chân – Thép H
5: Giằng chân – Thép U
6: Gân phễu – Thép la
7: Phễu – Thép tấm
8: Vách thân – Thép tấm
Hình 9. Phân bố thép cho silo
Bảng 1. Các trường hợp tính toán (thay ñổi thép)
Chiều dày (mm) Trường hợp 1 Trường hợp 2 Trường hợp 3
Vách 1 1 1 1
Vách 2 1.5 1.2 1.2
Vách 3 1.5 1.2 1.2
Vách 4 2 1.5 1.5
Đáy 1 3 2.5 2.5
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 13, SỐ K5 - 2010
Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang 35
Đáy 2 5 3.5 3.5
Số hiệu mặt cắt thép hình
Thép U 14 14 10
Thép H 14 14 10
Tính toán các trường hợp tải trọng cho kết cấu.
- Áp lực lên vách thân là lớn nhất.
- Lực kéo (ma sát) trên vách thân là lớn nhất.
- Lực theo phương ñứng lên phễu là lớn nhất.
- Áp lực lên phễu là lớn nhất.
Các kết quả sau khi tính toán:
Bảng 2. Kết quả tính các TH thay ñổi thép hình
Chuyển vị Max
(mm)
Ứng suất Max
(von Mises, Mpa)
Thỏa bền?
([σ]=230Mpa)
Trường hợp 0(*) 10.7 34.7 Có
Trường hợp 1 11.71 177.63 Có
Trường hợp 2 11.71 182.63 Có
Trường hợp 3 12.7 182.61 Có
(*) Chỉ chịu tải trọng bản thân, số liệu giống Trường hợp 1.
Hình 10. Biểu ñồ so sánh kết quả tính (TH thay ñổi thép)
Science & Technology Development, Vol 13, No.K5- 2010
Trang 36 Bản quyền thuộc ĐHQG.HCM
Hình 11. Biểu ñồ so sánh kết quả cho các trường hợp tải trọng
4.5. Sự thực thi của chương trình
Chương trình CCMSilo sẽ gọi ANSYS
dưới chế ñộ Batch:
ñể thực thi file CCMS.mac.
File CCMS.mac bao gồm nhiều ñoạn code
APDL (có thể trích xuất thành các macro
chuyên biệt) hoàn toàn tự ñộng thực hiện quy
trình tính toán ñã giới thiệu ở trên.
Các macro ñược viết hướng tới sự linh
hoạt cao nhằm ñạt ñược mục tiêu hỗ trợ người
dùng thay ñổi thiết kế về KẾT CẤU ngay trên
CCMSilo (version sau).
Hiện tại CCMSilo cho phép người dùng
thay ñổi các loại thép hình (mac thép; hình
dạng H,U,I,O,thép hộp, thép la), cách bố trí các
loại thép, vật liệu chứa , tải trọng…
CCMSilo giúp chúng ta có thể nhanh
chóng kiểm tra xem silo có ñủ bền hay không
và có những thay ñổi cần thiết ñể có một kết
cấu hợp lí nhất.
5. GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH CCMS
5.1. Giao diện chương trình
Thông qua giao diện của chương trình,
người dùng có thể:
- Lựa chọn kiểu silo (dạng chữ nhật,
vuông hay dạng tròn).
- Thay ñổi sức chứa của silo.
- Thông số vật liệu của thép và vật liệu
chứa (lúa, gạo, …).
- Bố trí thép cho kết cấu.
- Thay ñổi các mặt cắt thép hình.
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 13, SỐ K5 - 2010
Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang 37
Hình 12. Màn hình chào
Hình 13. Giao diện chính
Hình 14. Lựa chọn kiểu Silo Hình 15. Lựa chọn mặt cắt
5.2. Một số kết quả
Hình 16. Chuyển vị tổng
Hình 17. Chuyển vị khung ñế Silo
Hình 18. Ứng suất von Mises khung ñế Silo
Hình 19. File .txt thể hiện kết quả tính toán
6. KẾT LUẬN
Bài báo trình bày những ñiểm cơ bản nhất
trong việc kết hợp ANSYS và VISUAL BASIC
ñể tạo ra một chương trình thiết kế- tính toán
mạnh mẽ và thân thiện với người dùng. Khả
năng kết hợp này mở ra một hướng ñi mới cho
việc áp dụng các nghiên cứu trên ANSYS vào
thực tế sản xuất.
CCMSilo ñược viết trên nền tảng APDL-
một công cụ phục vụ cho module tính toán tối
Science & Technology Development, Vol 13, No.K5- 2010
Trang 38 Bản quyền thuộc ĐHQG.HCM
ưu mạnh mẽ của ANSYS, do ñó, chương trình
có thể ñược mở rộng thêm khả năng giải quyết
bài toán tối ưu.
Lời cảm ơn:
Các tác giả cảm ơn Công Ty Cổ Phần Cơ
Khí Chế Tạo Máy Long An (LAMICO) ñã
cung cấp số liệu của các silo 150 tấn.
Công Ty Cổ Phần Cơ Khí Chế Tạo Máy
Long An (LAMICO), một trong những ñơn vị
cung cấp các silo cho vùng lúa ñồng bằng sông
Cửu Long, ñã ñặt hàng việc tính toán, kiểm tra
bền, tối ưu các silo dạng tròn và vuông cho
Phòng Tính toán cơ học thuộc Bộ môn Cơ kỹ
thuật, ĐH Bách Khoa Tp HCM.
Theo yêu cầu từ Công Ty Cổ Phần Cơ Khí
Chế Tạo Máy Long An (LAMICO), Phòng
Tính toán cơ học ñã xây dựng một quy trình
tính toán silo bằng phương pháp phần tử hữu
hạn (dùng chương trình ANSYS). Để thuận
tiện cho người sử dụng, một phần mềm tính
toán silo (CCMS) với giao diện trực quan, thân
thiện ñã ñược phát triển trên nền APDL
(ANSYS Parametric Design Language) và
VISUAL BASIC.
A SILO COMPUTING PROGRAM BASED ON APDL AND VISUAL BASIC
Nguyen Tuong Long, Tran Thai Duong, Cao Nhan Tien, Nguyen Cong Dat, Nguyen Thai Hien
University of Technology, VNU-HCM
ABSTRACT: To help process design silo containing wheat, rice more effectively meet the urgent
demand of the system stockpiles, this paper built a program calculations, tests strength, aims to optimize
the design of silo. This program combines powerful computing capabilities of ANSYS in finite element
method and the ability to design intuitive interface of Visual Basic. The authors proposed a process for
calculating the silo as round and square form of the Long An Machinery Industry Joint - Stock
Company (LAMICO) and realize the software calculates silo CCMSilo.
Keywords: Silo, ANSYS, APDL, Visual Basic, finite element method.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Dữ liệu thị trường nông sản AGRODATA,
Trung tâm Thông tin Phát triển Nông
nghiệp Nông thôn, Viện Chính sách và
Chiến lược Phát triển Nông nghiệp Nông
thôn.
[2]. Bùi Song Cầu, Nghiên cứu thiết kế, chế
tạo hệ thống Silô bảo quản các hạt nông
sản xuất khẩu qui mô 200- 300 tấn, Hội
thảo "Nghiên cứu công nghệ và Silô bảo
quản các nông sản xuất khẩu", HCMUT
(2003).
[3]. Nguyễn Hữu Liêm, Luận văn Thạc sĩ, ĐH
Bách Khoa Tp HCM (2005).
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 13, SỐ K5 - 2010
Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang 39
[4]. GS. TS. Nguyễn Văn Phái, GVC. TS.
Trương Tích Thiện, Ths. Nguyễn Tường
Long, Ths. Nguyễn Định Giang, Giải bài
toán cơ kỹ thuật bằng chương trình
ANSYS, Nhà xuất bản khoa học và kỹ
thuật, Thành Phố Hồ Chí Minh (2003).
[5]. Nguyễn Lương Dũng, Giáo trình Phương
Pháp Phần Tử Hữu Hạn Trong Cơ Học,
Trường Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí
Minh (1993).
[6]. Eurocode 1- Actions on structures- Part 4:
Silo and tanks.
[7]. ANSYS user’s manual.
[8]. Các bản vẽ silo của LAMICO.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- xay_dung_chuong_trinh_tinh_toan_silo_dung_apdl_va_visual_basic.pdf