วันอาทิตย์ที่ 21 ตุลาคม พ.ศ. 2561

เทคนิคเตรียมโมเดลสำหรับการวิเคราะห์ Shell Mesh

การเตรียมโมเดลเป็นขั้นตอนหนึ่งที่สำคัญมาก  โดยมีจุดประสงค์เพื่อ
- ปรับโมเดลให้เหมาะสมต่อการสร้าง Mesh 
- ลดชิ้นส่วนหรือรายละเอียดที่ไม่จำเป็น
- กำหนดหรือสร้างตำแหน่งที่จะกำหนดค่า เช่น Fixture, Load เป็นต้น
หากเราสามารถเตรียมโมเดลได้ดี  ก็จะทำงานวิเคราะห์ได้ง่าย  และได้ผลลัพธ์เร็วมากขึ้น (เพราะใช้ Mesh น้อยลง)
ในบทความนี้จะเน้นไปที่การปรับโมเดลที่มีความบางให้กลายเป็นชิ้นงาน Surface เพื่อให้เราสามารถวิเคราะห์งานแบบ Shell Mesh ได้ (อ่านเรื่อง Shell Mesh และความสำคัญของการใช้ Shell Mesh ได้ที่บทความ Mesh นั้นสำคัญไฉน)  โดยชิ้นงานที่จะทำเป็น Shell Mesh นั้นต้องมีความหนาเท่ากันทั้งชิ้นงาน  สำหรับวิธีการเตรียมโมเดลนั้นมีหลากหลายวิธีดังต่อไปนี้

วิธีที่ 1 : เปลี่ยนชิ้นงานจาก Solid Mesh เป็น Shell Mesh ใน Simulation Study Tree

วิธีนี้เหมาะสำหรับชิ้นงานจำนวนน้อยๆ เพราะเมื่อเปลี่ยนชิ้นงานแล้ว  เราจะต้องจำให้ได้ว่าเปลี่ยนชิ้นงานไหนไปแล้วบ้างและเปลี่ยนผิวไหนเป็น Shell Mesh  เพราะการกำหนดค่า Fixture, Force, Mesh จะต้องกำหนดที่ผิว  โดยมีวิธีเปลี่ยนชิ้นงานดังต่อไปนี้

- ใน Simulation study tree ให้คลิกขวาที่ชิ้นงานที่ต้องการเปลี่ยน >> เลือก Define shell by selected face
- คลิกเลือกผิวชิ้นงานที่เปลี่ยน (เลือกผิวแค่ด้านเดียว เช่น ถ้าเลือกผิวด้านนอก  ก็ต้องกำหนดผิวด้านนอกทั้งหมด)
- กำหนดความหนา  และระยะ Offset ให้ตรงกับชิ้นงานจริง
- เลือก OK 

วิธีที่ 2 : ใช้คำสั่ง Mid-surface

วิธีนี้เป็นการสร้าง Surface ขึ้นมาใหม่  โดยโปรแกรมจะให้เราคลิกเลือกผิวด้านหน้าและหลังของชิ้นงาน  จากนั้นโปรแกรมจะสร้าง Surface ขึ้นมาตรงกลางระหว่างผิวที่เราเลือก  ดังนั้นวิธีนี้จึงเหมาะสำหรับชิ้นงานที่มีความหนาเท่ากันและมีผิวเป็นคู่หน้าหลัง  โดยมีวิธีการใช้งานคำสั่งดังต่อไปนี้

- ในเมนูเลือก Insert >> Surface >> Mid-Surface
- เลือกผิวคู่หน้าหลัง  ถ้าเลือกครบ 2 ผิวแล้ว  โปรแกรมจะสร้างคู่ผิวมาให้
- เลือกคู่ผิวทั้งหมดให้ครบ  และตรวจสอบว่าได้เลือกคำสั่ง Knit Surface อยู่
- เลือก OK  โปรแกรมจะสร้าง Surface ขึ้นมาให้ตรงกลาง
- ข้อแนะนำสำหรับวิธีนี้  เมื่อสร้าง Surface ขึ้นมาแล้ว  ควรลบ SolidBody ของชิ้นงานที่เปลี่ยนเป็น Surface เพื่อป้องกันการลืมว่าเราได้เปลี่ยนเป็น Surface แล้ว  และช่วยให้สะดวกเวลากำหนดค่าในงาน Simulation เพราะไม่ต้องมาเลือกชิ้นงาน SolidBody และ Exclude from analysis อีกทีหนึ่ง (เราต้องเอา SolidBody ออกเพราะเราจะวิเคราะห์เป็น Surface แทน)

วิธีที่ 3 : ใช้คำสั่ง Offset surface

วิธีนี้คล้ายกับวิธีที่ 2 แต่โปรแกรมจะให้เราเลือกผิวแค่ด้านเดียว  จากนั้นเลือกระยะที่ต้องการสร้าง Surface ห่างออกมาจากผิวที่เราเลือก  แต่ส่วนใหญ่แล้วเราก็ต้องการสร้าง Surface ที่ผิวนั้นๆ จึงมักจะเลือกระยะ Offset เป็น 0  สำหรับวิธีการใช้งานคำสั่งมีดังต่อไปนี้

- ในแถบ CommandManager หัวข้อ Surface >> เลือก Offset Surface
- เลือกผิวที่ต้องการเปลี่ยนเป็น Surface
- กำหนดระยะ Offset เป็น 0
- เลือก OK
- ข้อแนะนำสำหรับวิธีนี้เหมือนกับวิธีที่ 2 คือควรลบ SolidBody ที่สร้างเป็น Surface ไปแล้ว

หลังจากที่เตรียมชิ้นงานเสร็จแล้วก็เริ่มวิเคราะห์งานตามปกติได้เลย  สำหรับใครที่ใช้วิธีที่ 2 และ 3 ในตอนที่กำหนดค่าใน Simulation ก็ต้องไปกำหนดความหนาให้ชิ้นงาน Surface อีกทีนึงด้วยนะครับ

รับปรึกษา  สอน  วิเคราะห์งานด้วยโปรแกรม SolidWorks Simulation
คุณพลวัฒน์ (บอล)
Tel. 087-489-7265
Line ID : ballastro
E-mail : sim.adviser@gmail.com
FB : Simulation Adviser

วันพุธที่ 5 กันยายน พ.ศ. 2561

การวิเคราะห์ในสภาวะ Steady State VS Unsteady State(Transient)

Steady State คือ สภาวะคงที่  ซึ่งผลลัพธ์ต่างๆ จะไม่มีการเปลี่ยนแปลงตามเวลา  ดังนั้นผลจากการคำนวณหรือการทดลองที่ได้จะมีเพียงคำตอบเดียว
วิเคราะห์คานโดนแรงกดด้วยฟังชั่น Static จะได้ผลลัพธ์ที่สภาวะคงที่

ในทางตรงกันข้ามคือ Unsteady State คือ สภาวะที่ไม่คงที่  ค่าผลลัพธ์จะเปลี่ยนไปเมื่อเวลาเปลี่ยนแปลง  ดังนั้นผลลัพธ์ที่ได้จะมีหลายค่าโดยขึ้นอยู่กับว่าเรากำลังดูผลลัพธ์ที่เวลาใด  สำหรับการวิเคราะห์ในสภาวะ Unsteady นี้เราอาจจะได้เห็นเป็นคำอื่นๆ เช่น Transient, Time-dependent, Dynamic เป็นต้น  ซึ่งมีความหมายเดียวกัน
วิเคราะห์คานโดนแรงกดด้วยฟังชั่น Dynamic จะได้ผลลัพธ์ที่สภาวะ Unsteady
ซึ่งจะเห็นการสั่นที่เกิดขึ้นเมื่อแรงที่กระทำกับคานเป็นการกระแทก

ผมขอยกตัวอย่างงานวิเคราะห์อุณหภูมิในห้องแอร์เพื่ออธิบายสภาวะทั้ง 2 ดังนี้
โจทย์  ห้องมีอุณหภูมิเริ่มต้น 35 C  จากนั้นเริ่มเปิดแอร์โดยตั้งอุณหภูมิไว้ที่ 20 C

วิเคราะห์ผลลัพธ์แบบ Unsteady เราจะได้ผลลัพธ์เป็นอุณหภูมิที่ค่อยๆ เย็นลง เช่น ผ่านไป 1 นาทีอุณหภูมิในห้องลดเหลือ 32 C,  ผ่านไป 5 นาที  อุณหภูมิลดลงเหลือ 28 C เป็นต้น  ดังนั้นผลลัพธ์ที่ได้จะมีหลายค่าซึ่งเราสามารถนำผลลัพธ์มาแสดงเป็นกราฟเทียบกับเวลาได้

วิเคราะห์ผลลัพธ์แบบ Steady คือเมื่อปล่อยให้เวลาผ่านไปนานๆ  สุดท้ายแล้วอุณหภูมิจะลดลงจนถึงอุณหภูมิค่าหนึ่ง  เช่น อุณหภูมิในห้องลดเหลือ 20 C เท่ากับแอร์ที่เปิด  ซึ่งไม่ว่าจะปล่อยให้เวลาผ่านไปนานแค่ไหน  อุณหภูมิในห้องก็จะยังคงที่ที่ 20 C อยู่ดี  ดังนั้นผลลัพธ์จากการวิเคราะห์แบบ Steady State จะได้ผลลัพธ์เพียงค่าเดียวคือ 20 C

ฟังชั่นในโปรแกรม SolidWorks Simulation โดยส่วนใหญ่จะเป็นการวิเคราะห์ในสภาวะ Steady State แต่ก็มีบางฟังชั่นที่สามารถวิเคราะห์ Unsteady ได้ดังต่อไปนี้

1. Thermal สำหรับวิเคราะห์การถ่ายเทความร้อน  โดยค่าเริ่มต้นของโปรแกรมจะวิเคราะห์ในสภาวะ Steady แต่สามารถเปลี่ยนเป็น Unsteady(Transient) ได้
คลิกขวาที่ชื่อ Study ใน Simulation Study Tree >> เลือก Properties จากนั้นเปลี่ยนการวิเคราะห์เป็น Transient ได้

2. Drop Test สำหรับวิเคราะห์การตกกระแทก  เพราะการกระแทกเป็นสภาวะ Unsteady อยู่แล้ว  ดังนั้นผลการวิเคราะห์ Droptest จะมีเวลากำกับอยู่เสมอ
คลิกขวาที่ Result Option ใน Simulation Study Tree >> เลือก Define/Edits จากนั้นกำหนดช่วงเวลาที่ต้องการวิเคราะห์ได้

3. Dynamic สำหรับวิเคราะห์การสั่นสะเทือน
คลิกขวาที่ชื่อ Study ใน Simulation Study Tree >> เลือก Properties จากนั้นกำหนดช่วงเวลาและความละเอียด (Time increment) ในการวิเคราะห์ได้

4. Nonlinear  สำหรับวิเคราะห์งานที่ไม่เป็นเชิงเส้น ได้แก่ การวิเคราะห์วัสดุที่ไม่เป็นเชิงเส้น เช่น พลาสติก,ยาง เป็นต้น,  วิเคราะห์แรงกระทำที่ไม่คงที่ เช่น แรงกระแทก,  และสุดท้ายคือการวิเคราะห์งานที่สภาพแวดล้อมไม่คงที่ เช่น ตำแหน่งที่ชิ้นงานดันกันเปลี่ยนไปเรื่อย เป็นต้น  ซึ่งทุกการวิเคราะห์จะเป็นการวิเคราะห์ในสภาวะ Unsteady ทั้งสิ้น
คลิกขวาที่ชื่อ Study ใน Simulation Study Tree >> เลือก Properties จากนั้นกำหนดช่วงเวลาและความละเอียดในการวิเคราะห์ได้ (การใช้งานจะคล้ายกับ Dynamic)

5. Flow Simulation สำหรับวิเคราะห์ของไหล  ซึ่งสามารถเลือกวิเคราะห์แบบ Unsteady ได้โดยเลือก Time-dependent
ตอนที่กำหนด Wizard จะมีตัวเลือก Time Dependent ให้เรากำหนดช่วงเวลาและความละเอียดในการบันทึกผลลัพธ์

เมื่อเราเข้าใจและว่าสภาวะทั้ง 2 แตกต่างกันอย่างไร  เมื่อกลับมาดูงานที่ตัวเองต้องการวิเคราะห์ก็จะเลือกฟังชั่นในการวิเคราะห์ให้เหมาะกับงานของตัวเองได้ดีขึ้น  เพราะการวิเคราะห์แบบ Steady State นั้นจะใช้เวลาคำนวณน้อยกว่า Unsteady มาก   เนื่องจาก Unsteady จะต้องคำนวณผลลัพธ์แต่ละช่วงเวลา  ไม่เหมือนกัน Steady ที่ผลลัพธ์คือเวลาสุดท้ายแค่ค่าเดียว


รับปรึกษา  สอน  วิเคราะห์งานด้วยโปรแกรม SolidWorks Simulation
คุณพลวัฒน์ (บอล)
Tel. 087-489-7265
Line ID : ballastro
E-mail : sim.adviser@gmail.com
FB : Simulation Adviser

วันพฤหัสบดีที่ 7 มิถุนายน พ.ศ. 2561

กระบวนวิเคราะห์ด้วยวิธี Finite Element Analysis (FEA)

หลายๆ บทความที่ผ่านมาได้เขียนเกี่ยวกับการใช้งานโปรแกรม SolidWorks Simulation ทั้งแบบพื้นฐาน  และแบบมีเทคนิคลูกเล่นต่างๆ มามากแล้ว  ในบทความนี้จึงจะขอย้อนกลับไปพูดถึงภาพรวมของกระบวนการวิเคราะห์กับบ้าง  เพื่อให้ผู้ใช้งานได้เข้าใจว่าสิ่งที่เรากำลังวิเคราะห์อยู่นี้อยุ่ในขั้นตอนใด  และเรากำลังได้ผลลัพธ์อย่างที่เราต้องการหรือไม่

กระบวนการทาง FEA จะมีอยู่ 3 ขั้นตอนหลักๆ แต่ผมจะขอเพิ่มอีก 1 ขั้นตอน  ซึ่งเป็นขั้นตอนแรกสุดก่อนที่จะเริ่มวิเคราะห์ดังต่อไปนี้

1. เข้าใจปัญหาและผลลัพธ์ที่ต้องการ

          มีหลายครั้งที่เราได้รับโจทย์ที่คลุมเครือ เช่น
- ต้องการวิเคราะห์ความแข็งแรงของโครงสร้างว่าจะแข็งแรงพอหรือไม่
- ต้องการวิเคราะห์แรงที่ในการกดชิ้นงาน

          จากคำถามข้างต้นก็ฟังดูแล้วก็เหมือนจะเข้าใจความต้องการของผู้ตั้งคำถาม  แต่ในการวิเคราะห์และการสรุปผลเราต้องการข้อมูลที่ชัดเจน  และวัดผลได้ (วัดเป็นตัวเลขไม่ใช่แค่ความรู้สึกอย่างคำว่ามากหรือน้อย  เพราะคำว่ามากหรือน้อยของแต่ละคน  หรือแต่ละงานไม่เหมือนกัน)  ดังนั้นคำถามที่ดีจะต้องเจาะจงผลลัพธ์ที่ต้องการเพื่อให้เราเลือกได้ว่าจะวิเคราะห์ด้วยวิธีไหน ดังต่อไปนี้

- ต้องการวิเคราะห์ความแข็งแรงของโครงสร้างว่าสามารถรับน้ำหนักกด 10 ตัน  และมีการแอ่นตัวไม่เกิน 5 cm  ได้หรือไม่
   ในการวิเคราะห์จะต้อง ใช้การแบบ Static โดยการตัดสินว่ารับน้ำหนักได้หรือไม่ต้องดูจากค่า Stress สูงสุดที่เกิดขึ้นจะต้องมีค่าน้อยกว่า Yield Stress ของวัสดุ  และต้องพิจารณาค่า Displacement ในแนวดิ่งซึ่งต้องไม่เกิน 5 cm ด้วย

- ต้องการวิเคราะห์แรงที่ใช้กดชิ้นงานลงไป 5cm  ซึ่งชิ้นงานที่ถูกกดจะเสียรูปถาวรด้วย
   ในการวิเคราะห์จะต้อง ใช้การแบบ Nonlinear ซึ่งต้องการกราฟ Stress-Strain ของวัสดุที่ถูกกดด้วย  แล้ววิเคราะห์โดยกำหนดระยะในการกดชิ้นงานและผลลัพธ์จะต้องแสดงเป็นกราฟแรงกดเทียบกับระยะในการกด

          จากตัวอย่างข้างต้นเป็นเพียงการอธิบายคร่าวๆ  เพราะในการวิเคราะห์จริงจะต้องลงรายละเอียดอื่นๆ เช่น ค่าวัสดุคืออะไร  ชิ้นงานมีการจับยึดแบบไหน  ฯลฯ  เพื่อให้ผลการวิเคราะห์ออกมาถูกต้องและตรงตามความต้องการมากที่สุด  ดังนั้นการทำความเข้าใจกับปัญหาจึงเปรียบเสมือนกับเข็มทิศที่ชี้ทางไปสู่เป้าหมายของเรา  หากเข็มทิศชี้ผิดทางตั้งแต่เริ่มต้น  เราก็จะไม่ได้คำตอบที่ต้องการ

2. Pre-processing 

ขั้นตอนตั้งแต่ข้อ 2-4 จะเป็นส่วนที่ทำในโปรแกรม SolidWorks Simulation  โดยที่ Pre-processing คือขั้นตอนสำหรับกำหนดค่าต่างๆในการวิเคราะห์  ได้แก่
- โมเดลที่จะใช้ในการวิเคราะห์  อาจมีการลดรายละเอียดเพื่อให้การวิเคราะห์ง่ายขึ้น เช่น ลบ Fillet ออก, ตัดชิ้นงานเหลือครึ่งหนึ่งเพื่อวิเคราะห์แบบ Symmetry เป็นต้น
- การเลือกรูปแบบการวิเคราะห์
- การกำหนดค่าต่างๆ สำหรับให้โปรแกรมคำนวณ ได้แก่ Material, Connection, Fixture, Load, และ Mesh

3. Processing

การคำนวณหาผลลัพธ์ตามที่ได้กำหนดค่าในช่วง Pre-Processing  ซึ่งขั้นตอนนี้คือช่วงที่รอโปรแกรม Run หาผลลัพธ์

4. Post-processing 

การแสดงและประเมินผลลัพธ์ที่ได้ซึ่งในขั้นตอนนี้อาจจะมีเทคนิกต่างๆ ในการแสดงผล เช่น การทำ Animation, Section View, Iso Clipping เป็นต้น

สรุปภาพรวมงานที่ต้องทำให้โปรแกรม SolidWorks Simulation


วันเสาร์ที่ 21 เมษายน พ.ศ. 2561

9 เทคนิคการแสดงผลลัพธ์ Simulation เพื่อการนำเสนอ

ผลลัพธ์ที่ได้จาก SolidWorks Simulation ที่เราจะเห็นเป็นอย่างแรกคือ  รูปร่างชิ้นงานที่บิดงอไปพร้อมกับเฉดสีบนชิ้นงาน  ซึ่งจะมีแถบสีกำกับเพื่อบอกค่าของแต่ละสี  แต่ในบางครั้งการแสดงผลแบบอัตโนมัติอาจจะไม่เหมาะในการนำเสนอผลงานกับเจ้านาย  ลูกค้า  หรือผู้เราต้องส่งผลลัพธ์ให้ดู  เพราะถ้าคนเหล่านี้ไม่มีความรู้ทางด้านงานวิเคราะห์ FEA มาก่อน  ก็มักจะดูเฉพาะเฉดสีหรือรูปร่างการบิดงอของชิ้นงานเป็นหลัก  ดังนั้นถ้าเราปรับการแสดงผลลัพธ์ไม่ดีก็อาจจะส่งผลให้การสื่อสารคลาดเคลื่อนหรือต้องใช้เวลากว่าจะอธิบายงานให้เข้าใจกันได้

ในบทความนี้จะพูดถึงเทคนิคในการแสดงผลลัพธ์แบบต่างๆ ที่ช่วยให้การสื่อสารทำได้ง่ายขึ้น ดังนี้

1. ปรับ Deform Scale เพื่อแสดงการบิดงอของชิ้นงานให้เหมาะสม

ภาพชิ้นงานที่แสดงให้เห็นหลังจากการวิเคราะห์เสร็จจะไม่ใช่รูปการบิดงอตามความเป็นจริงเสมอไป  เพราะในโปรแกรมจะมีการปรับการแสดงผลให้รูปร่างการบิดงอเกินความเป็นจริงเพื่อให้เรามองเห็นทิศทางและตำแหน่งที่บิดงอได้ชัดเจนขึ้น  แต่บางครั้งภาพที่โปรแกรมแสดงออกมาก็มากจนเกินไปทำให้การนำผลลัพธ์ไปนำเสนอเลยไม่ค่อยเหมาะสมนัก  ดังนั้นเราจึงควรปรับ Deform Scale ให้เหมาะสมก่อนดังภาพด้านล่าง
ภาพทางซ้ายคือผลลัพธ์ที่ได้จากโปรแกรมซึ่งมี Deform Scale อยู่ที่ 475 เท่า  ส่วนภาพทางขวาคือแก้ไข Deform Scale เป็น 50 เท่า  จะเห็นได้ว่าภาพทางขวายังสามารถมองเห็นทิศทางและตำแหน่งที่บิดงอได้ชัดเจนและรูปร่างชิ้นงานไม่บิดมากจนเกินไป  จึงเหมาะที่จะใช้นำเสนอมากกว่าภาพทางซ้าย

2. ปรับเฉดสีบนชิ้นงานให้เข้าใจได้ง่าย

สีบนชิ้นงานขึ้นอยู่กับแถบสีซึ่งโดยปกติตัวเลขบนแถบสีจะแสดงค่าสูงที่สุดและต่ำที่สุดที่เกิดบนชิ้นงาน  ดังนั้นสีแดงที่แสดงบนชิ้นงานไม่ได้หมายความว่าชิ้นงานเกิดความเสียหาย  แต่หมายถึงบริเวณนั้นมีค่ามากที่สุด ซึ่งหลายๆคนที่เพิ่งเริ่มใช้โปรแกรมวิเคราะห์หรือไม่เคยใช้งานโปรแกรมการวิเคราะห์เลยจะเข้าใจผิดว่าสีแดงแปลว่าเกิดความเสียหายขึ้นแล้ว  ดังนั้นการปรับการแสดงเฉดสีบนชิ้นงานจะช่วยให้การสื่อสารเข้าใจได้ง่ายขึ้น
ภาพทางซ้ายคือผลลัพธ์ที่แสดงผลโดยอัตโนมัติ  ซึ่งจะเห็นว่ามีบริเวณที่เป็นสีแดงอยู่เพราะค่า Stress บริเวณดังกล่าวมีค่าใกล้เคียงกับค่า Maximum (ในภาพคือ 60.066 MPa)  แต่สีแดงในงานนี้ก็ไม่ได้แปลว่าชิ้นงานจะเกิดความเสียหาย  เพราะวัสดุที่เลือกมาสามารถทนค่า Stress ได้ถึง 241.275 MPa (ดูได้จากค่า Yield Stress ที่แสดงด้านล่างแถบสี)  แต่เมื่อปรับค่า Maximum บนแถบสีเป็น 120 MPa จะเห็นว่าบริเวณที่เคยเป็นสีแดงกลายเป็นสีเขียวแทน  ซึ่งให้ผู้ดูผลลัพธ์รู้สึกว่าชิ้นงานนี้มีความปลอดภัยขึ้นมากกว่าการแสดงผลลัพธ์ให้เกิดเป็นสีแดง

3. ใช้ Probe เพื่อแสดงค่าที่จุดต่างๆ

SolidWorks Simulation สามารถแสดงตำแหน่งที่มีค่ามากที่สุดและน้อยที่สุดในชิ้นงานได้  แต่บางครั้งค่ามากที่สุดอาจจะไม่ใช่จุดที่เราต้องการดูเช่น  ค่า Stress มากที่สุดเป็นตำแหน่งที่เกิด Singularity  หรือเราต้องการแสดงผลลัพธ์ที่ตำแหน่งอื่นๆ  ดังนั้นการใช้ Probe จะช่วยให้เราแสดงค่าผลลัพธ์ที่ตำแหน่งอื่นๆได้  (แต่การ Capture ภาพจะต้องทำตอนที่อยู่ในคำสั่ง Probe  เพราะถ้าออกจากคำสั่ง Probe จะทำให้ Tag ที่แสดงค่าตำแหน่งต่างๆ หายไปด้วย)

4. การทำ Section Cliping แสดงผลลัพธ์ภายใน

บางครั้งตำแหน่งที่เราต้องการแสดงผลอาจจะอยู่ด้านใน  หรือมุมมองที่ต้องการมองเห็นถูกชิ้นงานอื่นๆบังอยู่  ดังนั้นการทำ Section View ใน Simulation จะช่วยให้เราแสดงผลลัพธ์ของตำแหน่งที่ต้องการได้ดีมากขึ้น

5. การทำ Iso Cliping เพื่อแสดงบริเวณที่มีความเสียหายมาก

โปรแกรม SolidWorks Simulation สามารถแสดง Tag เพื่อบอกตำแหน่งที่มีค่ามากที่สุดและน้อยที่สุดได้  แต่บางครั้งเราก็ต้องการทราบว่ามีตำแหน่งใดอีกที่มีค่าสูงรองลงมา  เพื่อจะได้ปรับแก้โมเดลให้แข็งแรงขึ้นได้  หรืออาจจะต้องการทราบตำแหน่งที่มีค่าต่ำเพื่อลดขนาดและน้ำหนัก  ทำให้โมเดลเบาหรือถูกลงได้  เครื่องมือที่จะมาช่วยหาตำแหน่งเหล่านี้คือ Iso Cliping

6. การแสดงชิ้นงานแบบเต็มของงานวิเคราะห์ Symmetry

เทคนิคในการวิเคราะห์งานให้ได้ผลลัพธ์ที่รวดเร็วและยังถูกต้องอยู่คือการลดรูปชิ้นงานที่มีความสมมาตรไม่ว่าจะสมมาตร 1/2 หรือ 1/4 ก็ตาม
โดยในฟังชั่น Fixture ของ SolidWorks Simulation จะมีคำสั่ง Symmetry ให้เราเลือกผิวที่ถูกตัดได้  ทำให้การวิเคราะห์ผลลัพธ์รวดเร็วขึ้น  เพราะขนาดรูปร่างชิ้นงานที่ลดลงทำให้ใช้ Mesh น้อยลงนั้นเอง  แต่การลดรูปจะทำให้ผลลัพธ์ที่แสดงออกมาเป็นเพียงเสี้ยวหนึ่งของชิ้นงานจริง  ซึ่งการอธิบายให้ผู้ที่ไม่เข้าใจได้ทราบหรือการทำพรีเซนต์อาจจะไม่ค่อยสวยงามนัก
ใน SolidWorks Simulation เวอร์ชั่น 2014 จึงเพิ่มฟังชั่น Display symmetric results ให้เราแสดงผลลัพธ์แบบเต็มขึ้นมาได้

7. การแสดงชิ้นงาน Beam Mesh

การวิเคราะห์แบบ Beam Mesh โปรแกรมจะแสดงผลเป็นท่อกลมๆ เนื่องจากในการคำนวณจะใช้เพียงแค่ความยาวของชิ้นงาน  ส่วนข้อมูลหน้าตัดจะถูกเก็บไว้ภายในโปรแกรม  ทำให้การแสดงผลหน้าตัดชิ้นงานจริงๆถูกเอาออกไป
ใน SolidWorks เวอร์ชั่น 2012 ได้เพิ่มฟังชั่น Render beam profile เพื่อให้เราแสดงหน้าตัดจริงๆ ในผลลัพธ์ต่างๆ ได้  ทำให้การแสดงผลดูสมจริงมากยิ่งขึ้น

8. การแสดงผลลัพธ์เฉพาะชิ้นที่สนใจ

การวิเคราะห์งาน Assembly หรือ Multibody จะมีผลลัพธ์ของชิ้นงานหลายชิ้นที่มาประกอบกัน  แต่เมื่อวิเคราะห์ออกมามักจะพบว่าชิ้นงานที่รับแรงมากมีอยู่แค่ไม่กี่ชิ้นหรือไม่กี่ตำแหน่ง  ดังนั้นการแสดงผลลัพธ์เฉพาะชิ้นงานที่เราสนใจและซ่อนชิ้นงานอื่นๆ ออกไปก่อนจะช่วยให้เราโฟกัสที่ชิ้นงานนั้นๆได้

9. การแสดงชิ้นงานที่ไม่ได้วิเคราะห์

ในการวิเคราะห์เราจะพยายามแยกวิเคราะห์เป็นส่วนๆไป  โดยชิ้นงานที่ไม่ต้องการวิเคราะห์ก็อาจจะเลือก Exclude from analysis เพื่อให้ทำการวิเคราะห์ได้ง่ายและได้ผลลัพธ์รวดเร็วขึ้น  แต่เมื่อ Exclude ชิ้นงานออกไปจะทำให้ชิ้นงานที่ Exclude ก็จะถูกซ่อนหายไปด้วย (เป็นค่าเริ่มต้นของโปรแกรม  แต่ถ้าต้องการให้ Exclude แล้วชิ้นงานไม่หายไปก็ทำได้นะครับ)
ในการแสดงผลลัพธ์เราสามารถกำหนดให้ชิ้นงานที่ถูก Exclude ออกไปกลับมาแสดงผลได้  ทำให้การนำเสนอผลงานทำได้เข้าใจง่ายขึ้น

วันพฤหัสบดีที่ 19 เมษายน พ.ศ. 2561

ปัญหา Singularity และวิธีการหลีกเลี่ยง

Singularity คือปัญหาที่ผลลัพธ์จากงานวิเคราะห์มีการลู่ออก  หรือพูดง่ายๆ คือตำแหน่งที่มีค่า Stress (หรือ Heat flux กรณีที่วิเคราะห์ความร้อน) มีค่าสูงผิดปกติ  และยิ่งที่สร้าง Mesh ให้มีขนาดเล็กเท่าไร  ก็จะยิ่งได้ค่า Stress สูงขึ้นไปเรื่อยอย่างไม่มีที่สิ้นสุด (ผลลัพธ์ที่ถูกต้องคือยิ่ง Mesh มีขนาดเล็กก็จะลู่เข้าหาค่าคำตอบของเรา  สามารถศึกษาเรื่องนี้ได้จากบทความ จะรู้ได้อย่างไรว่าผล Simulation ถูกต้อง)

สาเหตุของการเกิด Singularity มาจากสมการทางคณิตศาสตร์ในโปรแกรม  ยกตัวอย่างเช่นสมการของ Stress คือ
จากสมการนี้จะเห็นว่าถ้าพื้นที่ที่ได้รับแรงกระทำยิ่งน้อยจะทำให้ค่า Stress ยิ่งมา  และหากพื้นที่มีค่าเป็นศูนย์  จะทำให้ค่า Stress มีค่าเป็นอนันต์

จากสมการข้างต้น  ทำให้ Singularity จะเกิดที่ตำแหน่งที่ชิ้นงานมีมุม  เส้นขอบ  หรือตำแหน่งที่ได้รับแรงกระทำเป็นจุด  เพราะตำแหน่งดังกล่าวเปรียบได้กับมีพื้นที่น้อยมากๆ  ทำให้ยิ่งทำ Mesh เล็ก  ก็ยิ่งได้ค่า Stress เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ

ในความเป็นจริงจะไม่มีปัญหาเช่นนี้  เพราะขอบหรือมุมในความเป็นจริงไม่ได้เป็นมุมแหลม 100% แต่จะมีโค้งอยู่บ้างเพียงแต่จะมากหรือน้อยก็ขึ้นอยู่กับการผลิต  หรือแรงกระทำที่เป็นจุด  จริงๆแล้วจะไม่ได้เป็นจุด 100% เพื่อชิ้นงานจะมีการสไลด์  หรือมีการยุบทำให้พื้นที่รับแรงมากขึ้น

วิธีการหลีกเลี่ยงปัญหา Singularity

เมื่อเราเข้าใจสาเหตุของปัญหาแล้ว  เราก็สามารถละทิ้งส่วนที่มีปัญหาโดยไม่ต้องสนใจผลลัพธ์ในส่วนนั้นๆได้  แต่ถ้าหากต้องการแก้ไขเพื่อไม่ให้เกิดปัญหา Singularity ก็สามารถทำได้ดังต่อไปนี้

1. แก้ไข Model

เนื่องจากสาเหตุของ Singularity ตามขอบมุมของชิ้นงานคือมีพื้นที่น้อยใกล้เคียงศูนย์  ดังนั้นการแก้โมเดลเพื่อให้มีพื้นที่เพิ่มขึ้น เช่น การทำ Fillet จะช่วยให้แก้ปัญหานี้ได้
แต่การทำ Fillet จะทำให้โมเดลมีรายละเอียดเพิ่ม  และต้องทำ Mesh เพิ่มขึ้น  ดังนั้นการลดรูปโมเดลโดยลบ Fillet ออกก็ยังจำเป็น  โดยอาจจะลบ Fillet ในบริเวณที่ไม่ใช่จุดที่เกิดปัญหา  หรือตำแหน่งนั้นๆไม่ใช่จุดที่เราสนใจก็ได้

2. แก้ไข Fixture

การกำหนด Fixture จะทำให้ตำแหน่งที่เลือกนั้นมีความแข็งเกร็ง (Rigid) ซึ่งชิ้นงานจะขยับไม่ได้เลย  ดังนั้นการกำหนด Fixture ที่เส้นขอบหรือจุดจะทำให้ชิ้นงานแข็งเกินความเป็นจริง  ให้แก้ไขโดยเลือกเป็นผิวแทน  แต่ถ้าเลือก Fixture เป็นผิวแล้วยังเกิดปัญหาอยู่  ก็ต้องวาดชิ้นงานขึ้นมายึดกับตำแหน่งที่ต้องการกำหนด Fixture แทน
สิ่งที่ควรคำนึงถึงอีกอย่างหนึ่งคือ Connector เพราะตัว Connector อย่าง Bolt หรือ Pin จะถูกมองเป็น Rigid Part ซึ่งถ้าชิ้นงานนี้เชื่อมต่อกับผิวหรือขอบในรูชิ้นงาน  ผิวหรือขอบนั้นก็จะเสมือนกับถูกกำหนด Fixture ไปด้วย  ดังนั้นบริเวณรูจึงเกิดปัญหา Singularity ได้  หากต้องการแก้ปัญหาก็ต้องวาดชิ้นงาน Bolt หรือ Pin ขึ้นมาจริงๆ

3. แก้ไข Load

ไม่ควรกำหนด Force หรือ Heat source บนเส้นขอบหรือจุด  หากต้องการกำหนดในจุดเล็กๆ ควรจะใช้คำสั่ง Split line เพื่อสร้างพื้นที่เล็กๆขึ้นมา

4. แก้ไข Mesh

สำหรับการวิเคราะห์ความร้อน  การกำหนด Bond ที่จุดสัมผัสระหว่างชิ้นงานจะทำให้ชิ้นงานแข็งเกร็งเกินจริงไป  ดังนั้นควรกำหนดเป็น Thermal resistance แทนเพื่อลดความแข็งเกร็งที่ตำแหน่งนี้ลง

ส่วนการวิเคราะห์ Nonlinear จะเกิด Error เมื่อโปรแกรมวิเคราะห์ว่าชิ้นงานเกิน Yield แล้วที่ Element ก้อนหนึ่งมีค่า Stress มากกว่า Element โดยรอบเป็นพิเศษ  ดังนั้นควรเพิ่มความละเอียดของ Mesh เพื่อลด Aspect ration ของ Mesh ลง  และกระจายค่า Stress ออกไป


จากวิธีข้างต้นเราจะสามารถหลีกเลี่ยงปัญหา Singularity ได้บางส่วน  แต่ในการทำงานจริงก็มีหลายๆ ครั้งที่เราไม่สามารถแก้ไขด้วยวิธีข้างต้นได้  ดังนั้นการเข้าใจสาเหตุของปัญหา  และรู้ว่าตำแหน่งใดคือจุดที่เกิดปัญหา  จะช่วยให้เราละทิ้งจุดที่เป็นปัญหา  และประเมินผลลัพธ์ได้อย่างถูกต้องมากขึ้น


รับปรึกษา  สอน  วิเคราะห์งานด้วยโปรแกรม SolidWorks Simulation
คุณพลวัฒน์ (บอล)
Tel. 087-489-7265
Line ID : ballastro
E-mail : sim.adviser@gmail.com
FB : Simulation Adviser

วันจันทร์ที่ 19 มีนาคม พ.ศ. 2561

การใช้ Pin Connection สำหรับงาน Simulation

ในบทความก่อนหน้านี้ได้อธิบายเรื่องของ Bolt กันไปแล้ว  ซึ่ง Bolt กับ Pin นั้นเรียกได้ว่าวิธีการใช้งานแทบจะเหมือนกัน  แต่เรื่องหลักๆที่ต่างกันที่  Bolt สามารถกำหนด Preload ได้  แต่ Pin จะไม่สามารถกำหนดค่านี้ได้  ส่วนรายละเอียดอื่นๆ นอกจากนี้  เราลองมาดูในส่วนของการใช้งานกันเลย

วิธีเรียกใช้งาน
- คลิกขวาที่ Connection >> เลือก Pin

การกำหนดค่าต่างๆ
1. เลือกผิวที่ Pin สวมอยู่  ซึ่งใน Solidworks เวอร์ชั่น 2018 ได้เพิ่มความสามารถในการเลือกผิวได้หลายผิวในครั้งเดียว (ในเวอร์ชั่นก่อนจะเลือกผิวได้ทีละคู่เท่านั้น  ดังนั้นถ้า Pin ร้อยผ่านชิ้นงาน 3 ชิ้นก็ต้องสร้าง Pin 2 อันเพื่อยึดชิ้นงานทีละคู่แทน)
2. เลือกรูปแบบการยึดติดของ Pin กับรู  ซึ่งมี 2 ประเภทคือ
      - With retaining ring  คือ pin ที่มีแหวนล๊อคที่หัวและท้าย  ทำให้ Pin ไม่สามารถเคลื่อนที่ตามแนวแกนได้
      - With key คือ pin ที่มีสลักล๊อคทำให้ Pin หมุนรอบแกนในรูไม่ได้
3. กำหนด Strength Data คือ การกำหนดคุณสมบัติของ Pin ได้แก้พื้นที่หน้าตัดที่รับแรงและค่า Stress ที่วัสดุสามารถทนได้ (ข้อมูลที่ต้องใส่จะคล้ายกับ Bolt) ซึ่งจริงๆแล้วเราจะไม่กำหนดข้อมูลในส่วนนี้ก็ได้  แต่ถ้ากำหนดไปด้วย  จะทำให้เราทราบว่า Pin ตัวนี้จะเสียหายหรือไม่เมื่อนำไปใช้งาน

การแสดงผลลัพธ์ของ Pin  มี 2 แบบ (เหมือน Bolt)
1. แสดงค่าแรงที่ Pin ต้องรับ  ให้คลิกขวาที่ Result >> List Connector Force
แรงที่ Pin ได้รับจะมีทั้งหมด 4 แบบคือ
          - Shear Force  แรงเฉือนตามระนาบหน้าตัดของ pin
          - Axial Force  แรงดึงตามแนวแกนของ pin (ค่านี้จะมีค่าน้อยมากหรือเป็น 0 เมื่อไม่ได้เลือก With retaining ring)
          - Bending Moment  แรงดัดงอ
          - Torque  แรงบิด (ค่านี้จะมีค่าน้อยมากหรือเป็น 0 เมื่อไม่ได้เลือก With key)

2. สำหรับคนที่กำหนดค่า Material และ Strength Data จะสามารถดูผลลัพธ์เรื่อง Bolt ผ่านเกณฑ์ที่กำหนดหรือไม่  โดยคลิกขวาที่ Result >> เลือก Define Pin/Bolt Check Plot >> เลือกติ๊กถูก

สำหรับผู้ที่สนใจศึกษาโปรแกรม SolidWorks Simulation และเทคนิคต่างๆ สามารถสั่งซื้อ แผ่นสอน Simulation Linear Static ไปศึกษาด้วยตัวเอง  หรือติดต่อขอเรียนเป็นงานเฉพาะเรื่องก็ได้เช่นกัน

รับปรึกษา  สอน  วิเคราะห์งานด้วยโปรแกรม SolidWorks Simulation
คุณพลวัฒน์ (บอล)
Tel. 087-489-7265
Line ID : ballastro
E-mail : sim.adviser@gmail.com
FB : Simulation Adviser

วันจันทร์ที่ 22 มกราคม พ.ศ. 2561

การใช้ Bolt Connection ใน Simulation

การเตรียมชิ้นงานสำหรับวิเคราะห์เป็นขั้นตอนที่ช่วยให้งานวิเคราะห์สามารถทำได้เร็วและง่ายยิ่งขึ้น  เนื่องจากเวลาที่เขียนโมเดลขึ้นมา  เรามักจะกำหนดรายละเอียดทุกอย่างเหมือนความเป็นจริงเพื่อนำไปออก Drawing สำหรับการผลิตได้  แต่ในการวิเคราะห์นั้นรายละเอียดจะทำให้การวิเคราะห์ของเรายากขึ้น  ดังนั้นการลดรายละเอียด เช่น ตัวอักษร, รอยนูน  หรือในบทความนี้จะขอกล่าวถึงน๊อตสกรูต่างๆ  โดยใช้ฟังชั่นที่มีใน Simulation เข้ามากำหนดแทนการเขียนโมเดลจริงๆ

การเรียกใช้งาน
- คลิกขวาที่ Connection >> Bolt

สิ่งที่ต้องกำหนดใน Bolt

1. ตำแหน่งที่ใส่ Bolt  อาจจะให้เลือกเส้นขอบวงกลม  หรือเลือกผิวก็แล้วชนิด Bolt

2. เส้นผ่านศูนย์กลางหัว Bolt และ Bolt shank  ปกติแล้วเมื่อเลือกตำแหน่ง Bolt แล้วค่านี้จะแสดงมาเอง  โดยโปรแกรมจะแสดงขนาดตามรูที่เราเลือก  แต่เราก็สามารถเปลี่ยนแปลงค่านี้เองทีหลังได้
3. Material และ Strength Data คือการกำหนดคุณสมบัติของ Bolt  ซึ่งเราจะไม่กำหนดค่านี้ก็ได้  แต่ถ้ากำหนดไว้ด้วย  เมื่อวิเคราะห์ผลลัพธ์เสร็จแล้ว  โปรแกรมจะคำนวณได้ด้วยว่า Bolt ตัวไหนบ้างที่ความแข็งแรงไม่ถึงที่กำหนด
4. Pre-load หรือแรงในการขัน Bolt  ซึ่งอาจเลือกเป็น Torque ที่ใช้ขัน  หรือเป็น Axial Force ที่ Bolt บีบชิ้นงานก็ได้

การแสดงผลลัพธ์ของ Bolt มี 2 แบบคือ
1. แสดงค่าแรงที่ Bolt ต้องรับ  ให้คลิกขวาที่ Result >> List Connector Force
แรงที่ Bolt ได้รับจะมีทั้งหมด 3 แบบคือ
          - Shear Force  แรงเฉือนตามระนาบหน้าตัดของ Bolt
          - Axial Force  แรงดึงตามแนวแกนของ Bolt
          - Bending Moment  แรงดัดงอ
          ในเรื่อง Bolt จะไม่มีค่า Torsion เพราะ Bolt สามารถหมุนรอบรูได้  ดังนั้นผลลัพธ์ค่า Torsion จะเป็น 0 เสมอ
          สำหรับสีเขียว/แดงบนตารางแสดงค่าแรงเป็นการบอกว่า Bolt ตัวนี้ทนรับแรงได้หรือไม่  โดยสีเขียวคือทนรับแรงได้  และสีแดงคือไม่ผ่านเกณฑ์ที่เรากำหนดไว้  ซึ่งโปรแกรมจะคำนวณได้ก็ต่อเมื่อเราได้กำหนดค่า Material และ Strength Data ไว้ก่อนหน้าการคำนวณ  แต่ถ้าไม่ได้กำหนดไว้  ตารางแสดงค่าแรงจะเป็นสีขาวสลับเทา

2. สำหรับคนที่กำหนดค่า Material และ Strength Data จะสามารถดูผลลัพธ์เรื่อง Bolt ผ่านเกณฑ์ที่กำหนดหรือไม่  โดยคลิกขวาที่ Result >> เลือก Define Pin/Bolt Check Plot >> เลือกติ๊กถูก
          โปรแกรมจะแสดงหน้าต่างแยกเป็น 2 Folder คือ Need attention และ OK  ซึ่งช่วยให้เราทราบว่ามี Bolt ตัวใดบ้างที่ทนรับแรงได้และตัวใดที่ไม่ผ่านเกณฑ์  นอกจากนี้ถ้าคลิกไปที่ Bolt ในหน้าต่าง Pin/Bolt Check  โปรแกรมก็จะชี้ให้เห็นว่า Bolt ที่เราคลิกเลือกอยู่ในตำแหน่งไหน  มีค่า Factor of safety เท่าไรด้วย

จากผลลัพธ์ดังกล่าวจะเห็นว่า  ถ้าเราใช้ฟังชั่น Bolt จะช่วยให้ทราบได้ทันทีว่า Bolt ที่เลือกมาสามารถทนแรงกระทำได้หรือไม่  และถ้าหากไม่ได้จะต้องเลือก Bolt ที่รับแรงได้เท่าไรบ้าง  ดังนั้นการใช้ฟังชั้นเข้ามาช่วยจึงมีประโยชน์มากกว่าการเขียน Bolt จริงๆแล้วค่อยมาวิเคราะห์ความแข็งแรงซึ่งต้องใช้เวลาในการคำนวณมากกว่านั้นเอง

สำหรับผู้ที่สนใจศึกษาโปรแกรม SolidWorks Simulation และเทคนิคต่างๆ สามารถสั่งซื้อ แผ่นสอน Simulation Linear Static ไปศึกษาด้วยตัวเอง  หรือติดต่อขอเรียนเป็นงานเฉพาะเรื่องก็ได้เช่นกัน

รับปรึกษา  สอน  วิเคราะห์งานด้วยโปรแกรม SolidWorks Simulation
คุณพลวัฒน์ (บอล)
Tel. 087-489-7265
Line ID : ballastro
E-mail : sim.adviser@gmail.com
FB : Simulation Adviser