ZW3D Simulation: Στατική ανάλυση, Von Mises Stress και ποια έκδοση χρειάζεστε

Το ZW3D δεν περιορίζεται στη δημιουργία 3D γεωμετρίας. Ανάλογα με την έκδοση και τα διαθέσιμα modules, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για μηχανολογικό έλεγχο ενός εξαρτήματος ή assembly, πριν κατασκευαστεί το φυσικό πρωτότυπο.

Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο σε εφαρμογές όπως:

• μηχανικά εξαρτήματα,

• aluminium profiles,

• brackets,

• βάσεις,

• μηχανισμοί,

• μεταλλικές κατασκευές,

• βιομηχανικός εξοπλισμός,

• assemblies μηχανημάτων.

Τι είναι η Linear Static Analysis;

Η Linear Static Analysis εξετάζει πώς ανταποκρίνεται ένα μοντέλο όταν εφαρμόζονται συγκεκριμένα:

• υλικά,

• στηρίξεις,

• περιορισμοί,

• δυνάμεις,

• πιέσεις,

• και άλλα στατικά φορτία.

Μετά την επίλυση μπορούν να αξιολογηθούν μεγέθη όπως τάσεις και παραμορφώσεις ώστε ο μηχανικός να εντοπίσει πιθανές προβληματικές περιοχές του σχεδιασμού.

Τι είναι το Von Mises Stress;

Το Von Mises stress χρησιμοποιείται ευρέως στον έλεγχο όλκιμων υλικών, όπως χάλυβας και πολλά κράματα αλουμινίου.

Αντί να εξετάζουμε χωριστά κάθε συνιστώσα τάσης, χρησιμοποιούμε μία ισοδύναμη τιμή τάσης ώστε να τη συγκρίνουμε με την επιτρεπόμενη αντοχή του υλικού.

Σε μια τυπική ανάλυση ο μηχανικός ενδιαφέρεται συνήθως για:

• μέγιστη τάση,

• Von Mises stress,

• displacement,

• deformation,

• περιοχές συγκέντρωσης τάσεων,

• και τη σχέση μεταξύ υπολογιζόμενων τάσεων και αντοχής του υλικού.

Και ο συντελεστής ασφαλείας;

Ο συντελεστής ασφαλείας δεν πρέπει να εξετάζεται ανεξάρτητα από:

• το υλικό,

• το yield strength,

• το είδος φόρτισης,

• τα boundary conditions,

• και τον σχετικό κανονισμό ή τα design criteria του έργου.

Για έναν πρώτο engineering check, ο μηχανικός μπορεί να συγκρίνει τα αποτελέσματα τάσεων με την επιτρεπόμενη αντοχή του επιλεγμένου υλικού.

Για πιστοποιημένες ή safety-critical μελέτες απαιτείται φυσικά πλήρης τεχνική αξιολόγηση από τον αρμόδιο μηχανικό και όχι απλώς ένα αυτόματο αποτέλεσμα FEA.

Ποια έκδοση ZW3D χρειάζομαι;

Η σημερινή δομή των εκδόσεων είναι σημαντική.

ZW3D Standard

Η Standard έκδοση περιλαμβάνει Basic Linear Static Analysis για Part, επομένως μπορεί να καλύψει βασικό structural validation ενός μεμονωμένου εξαρτήματος.

Παράδειγμα:

Έχετε ένα aluminium bracket και θέλετε να ελέγξετε την κατανομή τάσεων και την παραμόρφωσή του υπό συγκεκριμένο φορτίο.

Σε μία τέτοια περίπτωση η ανάλυση Part μπορεί να είναι αρκετή για αρχική αξιολόγηση.

ZW3D Advanced

Η Advanced έκδοση προορίζεται περισσότερο για machine & equipment design και προσθέτει δυνατότητες όπως:

• Basic Linear Static Analysis για Assembly,

• ZW3D Motion,

• Piping Design,

• Harness Design,

• ECAD/MCAD collaboration.

Αν επομένως θέλετε να εξετάσετε όχι μόνο ένα μεμονωμένο part αλλά τη συμπεριφορά ενός συναρμολογημένου συστήματος, η Advanced είναι συνήθως η καταλληλότερη βάση.

Παράδειγμα: κατασκευή από προφίλ αλουμινίου

Ας υποθέσουμε ότι μία εταιρεία σχεδιάζει:

• aluminium extrusion profiles,

• εξαρτήματα σύνδεσης,

• συστήματα θυρών και παραθύρων,

• curtain walls,

• façade systems.

Για ένα μεμονωμένο εξάρτημα μπορεί να γίνει αρχικός έλεγχος του part.

Αν όμως ο στόχος είναι η αξιολόγηση μιας ολόκληρης συναρμολόγησης με διαφορετικά components και συνδέσεις, η δυνατότητα Assembly Linear Static Analysis της Advanced γίνεται σημαντικότερη.

Ποια είναι η σωστή διαδικασία μιας βασικής ανάλυσης;

Σε γενικές γραμμές ένα FEA workflow περιλαμβάνει:

1. Δημιουργία ή εισαγωγή μοντέλου

Το μοντέλο μπορεί να έχει δημιουργηθεί στο ZW3D ή να έχει εισαχθεί από άλλο CAD.

2. Έλεγχο της γεωμετρίας

Πριν την ανάλυση πρέπει να διασφαλιστεί ότι η γεωμετρία είναι κατάλληλη για meshing και δεν περιλαμβάνει προβληματικά ή περιττά features.

3. Ανάθεση υλικού

Για παράδειγμα, σε aluminium component πρέπει να χρησιμοποιηθούν τα μηχανικά χαρακτηριστικά του σωστού κράματος και όχι ένα γενικό “Aluminium” χωρίς επαλήθευση.

4. Boundary conditions

Ορίζονται τα σημεία όπου το αντικείμενο είναι:

• fixed,

• supported,

• constrained,

• ή συνδέεται με άλλα components.

5. Εφαρμογή φορτίων

Μπορούν να οριστούν οι δυνάμεις ή οι πιέσεις που αντιστοιχούν στο πραγματικό engineering scenario.

6. Mesh

Δημιουργείται το finite element mesh.

Σε περιοχές με:

• μικρές ακτίνες,

• οπές,

• συνδέσεις,

• αλλαγές διατομής,

• υψηλές συγκεντρώσεις τάσεων,

μπορεί να απαιτείται πυκνότερο mesh.

7. Solve και αξιολόγηση αποτελεσμάτων

Μετά την επίλυση ελέγχονται τα αποτελέσματα και, εφόσον απαιτείται, τροποποιείται το 3D μοντέλο.

Αυτό είναι και ένα από τα βασικά πλεονεκτήματα ενός ολοκληρωμένου CAD/CAE workflow: ο σχεδιαστής μπορεί να μεταβεί από design → simulation → modification → validation χωρίς να ξανασχεδιάζει το μοντέλο σε διαφορετικό πρόγραμμα.

Υπάρχει πιο προχωρημένο Structural Simulation;

Ναι.

Πέρα από τις βασικές linear static δυνατότητες που περιλαμβάνονται σε συγκεκριμένες εκδόσεις, η ZWSOFT διαθέτει και Structural Simulation ως πρόσθετο module για πιο απαιτημένες αναλύσεις.

Ανάλογα με το πρόβλημα, οι ανάγκες μπορεί να ξεπερνούν μία απλή linear static analysis.

Για αυτό πριν την αγορά είναι σημαντικό να προσδιοριστούν:

• το είδος της ανάλυσης,

• αν πρόκειται για part ή assembly,

• τα υλικά,

• το είδος των φορτίων,

• και τα αποτελέσματα που πρέπει να εξαχθούν.

Standard ή Advanced;

Ως απλός κανόνας:

Μεμονωμένα parts + 3D mechanical design → εξετάστε ZW3D Standard

Assemblies + μηχανήματα + motion + piping/harness + assembly structural analysis → εξετάστε ZW3D Advanced

Για εταιρείες R&D που εξετάζουν αντικατάσταση ή συμπλήρωση του Autodesk Inventor Professional, το ZW3D Advanced είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον όταν το workflow περιλαμβάνει τόσο σχεδιασμό assemblies όσο και engineering validation.

Δοκιμή με πραγματικό μοντέλο

Πριν επιλεγεί έκδοση, η EASYCAD προτείνει να δοκιμαστεί το ZW3D πάνω σε πραγματικό μοντέλο της εταιρείας.

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα υπάρχον Inventor, STEP ή άλλο 3D CAD αρχείο και να εξετάσετε στην πράξη:

• import,

• editing,

• assembly,

• materials,

• loads,

• structural analysis,

• Von Mises stresses,

• displacements,

• 2D drawing,

• και export.

Έτσι η επιλογή της έκδοσης βασίζεται στις πραγματικές απαιτήσεις της εταιρείας και όχι μόνο σε έναν θεωρητικό πίνακα χαρακτηριστικών.