การแสดงภาพชิ้นงานที่ไม่ได้วิเคราะห์ (Exclude from Analysis)

ในการวิเคราะห์งาน Simulation สิ่งที่เราพยายามทำเป็นอันดับแรกคือลดชิ้นงานที่ไม่จำเป็นต้องวิเคราะห์ออก  เพราะจะทำให้ลดจำนวนก้อน Mesh ที่ต้องวิเคราะห์ลงและทำให้คำนวณผลลัพธ์ได้เร็วขึ้น  แต่ก็ีหลายๆครั้งที่พอทำเช่นนี้แล้ว  เวลานำผลลัพธ์ไปนำเสนอกลับทำให้ผู้รับฟังไม่ค่อยเข้าใจว่าชิ้นงานนี้คือชิ้นงานอะไร,  อยู่ตรงส่วนไหนของงานประกอบ,  แล้วทำไมเราถึงต้องใส่แรงหรือใส่จุดจับยึดแบบนั้น เป็นต้น  ดังนั้นในบทความนี้จะพูดถึงเทคนิกการแสดงชิ้นงานที่ไม่ได้วิเคราะห์พร้อมๆกับแสดงเฉดสีบนชิ้นงานที่วิเคราะห์ไปพร้อมกัน

วิธีแสดงชิ้นงานที่ไม่ได้วิเคราะห์พร้อมผลลัพธ์ Simulation มี 2 วิธี

1. วิธี Show Exclude Body

           ปกติแล้วชิ้นงานที่เลือก Exclude from Analysis จะถูกซ่อนในหน้าต่าง Simulation แต่เมื่อกลับไปที่หน้าต่างเขียน CAD ชิ้นงานที่ถูกซ่อนจะกลับมาเหมือนเดิม  ดังนั้นการจะให้ชิ้นงานที่ถูก Exclude แสดงออกมาจะต้องกำหนดค่าดังต่อไปนี้
- ไปที่เมนู Simulation >> Options

- เอาติ๊กถูกออกที่ Hide excluded bodies and show study material appearances >> เลือก OK  การทำขั้นตอนนี้จะทำให้ชิ้นงานที่เลือก Exclude body ออกไปยังแสดงภาพของชิ้นงานในหน้าต่าง Simulation อยู่

- จากนั้นไปคลิกขวาที่ผลลัพธ์ที่ต้องการแสดงชิ้นงานที่ Exclude ออกไป เช่น คลิกขวาที่ Stress >> เลือก Setting

- ติ๊กถูกที่ Show excluded bodies จะทำให้ชิ้นงานที่ไม่ได้วิเคราะห์ถูกแสดงขึ้นมา  นอกจากนี้เราสามารถเลือกสีของชิ้นงานที่ Exclude ออกไป  และปรับความโปร่งใสของชิ้นงานได้

2. วิธีแสดง Simulation Display (ใช้ได้ใน SolidWorks Simulation 2017 ขึ้นไป)

          ใน SolidWorks เวอร์ชั่น 2017 ได้เพิ่มฟังชั่นใหม่ที่สามารถแสดงสีของงานวิเคราะห์ในหน้าต่างของการเขียน CAD ได้  ทำให้เราสามารถแสดงผลลัพธ์ของ Simulation พร้อมกับแสดง RealView,  Shadow, Ambient  ฯลฯ ได้  ซึ่งทำให้เราสามารถทำภาพเสมือนจริงคู่กับภาพของ Simulation เพื่อใช้ในการนำเสนอหรือการทำการตลาดได้  สำหรับวิธีใช้งานสามารถทำได้ดังต่อไปนี้
- ในแถบเครื่องมือด้านบน Graphic View เลือก View Setting >> เลือก Simulation Display

- เราสามารถเลือกผลลัพธ์ที่ต้องการแสดง  และเลือกปรับค่าการสะท้อนแสงหรือค่าความสว่างได้

          ด้วยเทคนิคข้างต้นจะทำให้การนำเสนอผลลัพธ์เข้าใจได้ง่ายและมีรูปที่สวยมากขึ้น

รับปรึกษา  สอน  วิเคราะห์งานด้วยโปรแกรม SolidWorks Simulation

คุณพลวัฒน์ (บอล)

Tel. 087-489-7265

Line ID : ballastro

E-mail : sim.adviser@gmail.com
FB : Simulation Adviser

การเปลี่ยนตัวเลขบนแถบสีใน SolidWorks Simulation

การแสดงผลลัพธ์ของ SolidWorks Simulation จะเป็นสีบนชิ้นงานและแถบสีเพื่อบอกว่าสีอะไรมีค่าเท่าไรบ้าง  ซึ่งค่าเริ่มต้นของโปรแกรมเวลาแสดงแถบสีจะมีตัวเลขกำกับ  โปรแกรมจะแสดงตัวเลขในรูปแบบเลขคุณ 10 ยกกำลัง  ยกตัวอย่างเช่น เลข 200 จะแสดงเป็น 2e+002  ซึ่งตัว e หมายถึงคุณสิบยกกำลัง  และ+002 คือ เลขยกกำลัง 2

สำหรับคนที่เพิ่งเริ่มใช้งานอาจจะอ่านเลขแบบนี้แล้วไม่เข้าใจ  หรือถึงแม้เราจะอ่านเข้าใจแล้ว  แต่เวลาส่งผลลัพธ์ให้คนอื่นอ่าน  ผู้รับก็อาจจะไม่เข้าใจเช่นกัน  ดังนั้นในบทความนี้จะอธิบายถึงรูปแบบการแสดงตัวเลขแบบต่างๆ และวิธีการเปลี่ยนรูปแบบของตัวเลขที่กำกับบนแถบสี

รูปแบบการแสดงตัวเลขบนแถบสี  มีทั้งหมด 3 แบบคือ

1. Scientific คือ การแสดงผลในรูปแบบคูณสิบยกกำลัง  เป็นค่าเริ่มต้นที่โปรแกรมจะใช้ในการแสดงผลลัพธ์
2. Floating คือ การแสดงผลในรูปแบบจำนวนเต็ม  โดยสามารถกำหนดจำนวนทศนิยมได้
3. General คือ การแสดงผลในรูปแบบจำนวนเต็ม  โดยสามารถกำหนดจำนวนตัวเลขในการแสดงผลได้ 

วิธีการเปลี่ยนหน่วยและการแสดงผล  แบ่งเป็น 2 แบบ คือ

1. เปลี่ยนแปลงตัวเลขเฉพาะแถบสีที่ต้องการ
เนื่องจากผลลัพธ์ของ Simulation มีหลายค่า  ถ้าเราต้องการแสดงผลลัพธ์ Stress แบบ Floating และต้องการแสดงผลลัพธ์ Displacement แบบ Scientific ก็สามารถทำได้โดย

      - คลิกขวาที่ผลลัพธ์ที่ต้องการปรับเปลี่ยนวิธีแสดงตัวเลข >> เลือก Chart Option

      - เลือกรูปแบบการแสดงตัวเลขที่ต้องการ

      - เลือก OK

2. เปลี่ยนหน่วยแบบถาวร 
เมื่อเปลี่ยนหน่วยด้วยวิธีนี้จะทำให้เวลาสร้าง Study ใหม่  หรือเลือกแสดงผลลัพธ์ใหม่  โปรแกรมจะใช้รูปแบบการแสดงตัวเลขที่เลือกไว้เป็นค่าเริ่มต้น  สามารถตั้งค่าได้โดย
     - ในเมนู Simulation >> เลือก Option

     - เลือกแถบ Default Options >> เลือกหัวข้อ Chart Option

สำหรับคนที่สนใจศึกษาวิธีการใช้โปรแกรม SolidWorks Simulation ตั้งแต่พื้นฐานจนถึงระดับสูงสามารถซื้อแผ่นสอน SolidWorks Simulation ไปเรียนรู้ด้วยตัวเองได้  ซึ่งแผ่นสอนที่ทาง Simulation Advise จัดจำหน่ายมีอยู่หลากหลายเพื่อให้ผู้เรียนสามารถเลือกเรียนเรื่องที่สนใจได้

รับปรึกษา  สอน  วิเคราะห์งานด้วยโปรแกรม SolidWorks Simulation

คุณพลวัฒน์ (บอล)

Tel. 087-489-7265

Line ID : ballastro

E-mail : sim.adviser@gmail.com
FB : Simulation Adviser

การวิเคราะห์งานแบบ Dynamic

การวิเคราะห์ชิ้นงานส่วนใหญ่ที่ทำกันจะเป็นการวิเคราะห์แบบ Static ซึ่งหมายถึงการหาผลลัพธ์สุดท้ายหลังจากที่ชิ้นงานทุกชิ้นอยู่ในสภาวะคงที่แล้ว  ซึ่งผลลัพธ์จะมีเพียงคำตอบเดียวเท่านั้น  แต่การวิเคราะห์แบบ Dynamic คือการวิเคราะห์หาผลลัพธ์ในสภาวะไม่คงที่  ซึ่งผลลัพธ์จะมีหลายคำตอบขึ้นอยู่กับว่าดูผลลัพธ์ในช่วงเวลาไหนอยู่

ยกตัวอย่างเช่น มีก้อนน้ำหนักตกลงมาบนคานเหล็ก  ทำให้คานเหล็กโยกขึ้นลงจากแรงกระแทกของก้อนน้ำหนัก  การวิเคราะห์หาระยะที่คานโยกไปมาหรือระยะเวลาที่คานจะหยุดสั่นคือการวิเคราะห์แบบ Dynamic  แต่เมื่อคานโยกไปซักพักหนึ่งก็จะหยุดสั่นและคานก็จะงออยู่นิ่งๆ  การวิเคราะห์หาระยะที่คานงอตอนอยู่นิ่งๆคือการวิเคราะห์แบบ Static

ในโปรแกรม SolidWorks Simulation สามารถวิเคราะห์ได้ทั้ง 2 แบบ  โดยที่การกำหนดค่าเองก็สามารถ Copy ข้ามระหว่าง Study ได้  สำหรับวิธีการใช้งานฟังชั่น Dynamic สามารถศึกษาได้จากวีดีโอต่อไปนี้

เปรียบเทียบผลลัพธ์จากการคำนวณมือกับ Flow Simulation

     หลายๆ คนที่เริ่มใช้งานโปรแกรม Simulation มักจะสงสัยว่าผลลัพธ์ที่ได้จากการใช้โปรแกรมจะถูกต้องหรือไม่  วิธีการที่ดีที่สุดที่จะตอบคำถามนี้ได้ คือ ให้เทียบผลการวิเคราะห์กับการทดลองจริง  โดยอาจจะนำงานที่ใกล้เคียงกับงานที่เราต้องการวิเคราะห์ซึ่งผ่านการทดสอบจริงมาแล้ว  มาวิเคราะห์ด้วยโปรแกรมเพื่อหาว่าการกำหนดค่าแบบใดจะทำให้ได้ผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงความเป็นจริงที่สุด  จากนั้นพอมาวิเคราะห์งานที่เราต้องการจริงๆ ก็จะมั่นใจได้ว่าผลการวิเคราะห์ที่ได้นั้นมีความน่าเชื่อถือในระดับหนึ่ง

     ในบทความนี้จะเปรียบเทียบผลลัพธ์จากการคำนวณด้วยสูตรคำนวณ (ซึ่งสูตรที่เราใช้คำนวณมือกันอยู่ล้วนผ่านการพิสูจน์แล้วว่าใช้งานได้จริง) กับการวิเคราะห์ด้วยโปรแกรม Flow Simulation โดยใช้ตัวอย่างงาน Manometer ที่ใช้สำหรับวัดความดันหรือความเร็วของของไหลด้วยการดูความแตกต่างของระดับน้ำในท่อ

ผลลัพธ์จากการคำนวณด้วยสูตร

มีขั้นตอนการคำนวณดังนี้

- หาความเร็วในท่อเล็ก(V2) จากข้อกำหนดที่ว่าของไหลไม่มีการอัดตัว  ดังนั้นอัตราการไหลในท่อใหญ่และท่อเล็กจะต้องเท่ากัน

- จากสมการของแบร์นูลลี่จะบอกได้ว่าความแตกต่างของแรงดันสถิตย์ (Static Pressure) ที่ตำแหน่ง 1 และ 2 จะมีค่าเท่ากับความดันที่ทำให้เกิดความแตกต่างของระดับน้ำ

ผลลัพธ์จาก Flow Simulation

     จะเห็นว่าผลลัพธ์ที่ได้จากการคำนวณด้วยสูตรกับ Flow Simulation ไม่ได้ตรงกัน 100%  เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น ความเรียบของผิวท่อ (สูตรคำนวณคิดว่าท่อเรียบลื่น  แต่ในความเป็นจริงหรือในโปรแกรมจะมองว่าผิวท่อทำให้ Flow ไหลช้าลง  ส่วนตรงกลางท่อจะไหลเร็วขึ้นเพื่อรักษาอัตราการไหล), ผลการทบจากโมเดล (ในโมเดลจริงมีท่อ Manometer ต่ออยู่กับท่อหลัก  ทำให้ความเร็วอากาศมีการสะดุดเมื่อผ่านรูท่อ Manometer) เป็นต้น  ดังนั้นจะเห็นว่าการใช้โปรแกรมช่วยจะทำให้ได้ผลลัพธ์ที่เกิดจากปัจจัยเล็กๆน้อยๆที่การคำนวณด้วยสูตรมองข้ามไปด้วย  

     ในความเป็นจริงเองเราก็จะเจอกับผลลัพธ์จากการทดลองและการวิเคราะห์ด้วยโปรแกรมไม่ตรงกันเช่นกัน  เพราะมีปัจจัยต่างๆ ที่เราควบคุมได้ยากหรือควบคุมไม่ได้ (ถึงจะไม่เทียบกับโปรแกรม Simulation  แค่ทดลองหลายรอบหรือทดลองโมเดลเดียวกันแต่คนละชิ้น  ก็มักจะได้ผลการทดลองมีค่าไม่เท่ากัน  ทำให้เราต้องมีการทดลองหลายครั้งแล้วหาค่าเฉลี่ย) แต่อย่างน้อยผลลัพธ์ที่ได้ก็มีค่าใกล้เคียงความจริง  อย่างเช่นงานนี้ที่ผลลัพธ์จาก Simulation มีความคลาดเคลื่อนจากผลการคำนวณมือประมาณ 4% (คำนวณจาก (70.31-67.58)/67.58)

วิธีการใช้ Flow Simulation วิเคราะห์ Manometer

รับปรึกษา  สอน  วิเคราะห์งานด้วยโปรแกรม SolidWorks Simulation

คุณพลวัฒน์ (บอล)

Tel. 087-489-7265

Line ID : ballastro

E-mail : sim.adviser@gmail.com
FB : Simulation Adviser

การตรวจสอบการกำหนด Contact ด้วย Contact visualization plot

     การวิเคราะห์งานประกอบ (Assembly) หรือ Part แบบ Multibodyใน SolidWorks Simulation จะต้องบอกให้โปรแกรมทราบว่าชิ้นส่วนแต่ละชิ้นงานประกอบกันแบบไหนอีกครั้งหนึ่ง เพราะว่า Mate ที่เรากำหนดไว้ในงาน Assembly จะไม่ถูกนำมาคิดใน Simulation (รูปแบบการประกอบหรือในโปรแกรมจะเรียกว่า Contact สามารถศึกษาเพิ่มเติมได้ที่บทความ "ชนิดของ Contact สำหรับวิเคราะห์งาน Assembly")

     สำหรับการประกอบหรือ Contact ที่โปรแกรมจะกำหนดมาให้แบบอัตโนมัตินั้นคือ Contact แบบ Bond ซึ่งชิ้นงานเชื่อมกันทั้งหมด แต่ถ้าหากเราต้องการกำหนด Contact บางตำแหน่งเป็นรูปแบบอื่น เช่น No penetration ก็สามารถใช้คำสั่ง Contact Set เพื่อกำหนด Contact เฉพาะจุดได้

     ปัญหาสำคัญสำหรับคนที่ต้องวิเคราะห์งานที่ประกอบกันเยอะๆ และมี Contact จำนวนมาก ได้แก่ ลืมไปว่าชิ้นงานส่วนไหนกำหนด Contact แบบไหนไปบ้าง, กำหนด Contact ตรงไหนไปแล้วบ้าง, Global Contact ที่โปรแกรมทำให้โดยอัตโนมัติมีตรงไหนบ้าง เป็นต้น ซึ่งใน SolidWorks Simulation เวอร์ชั่นก่อนๆ เมื่อพบปัญหาก็ต้องมาค่อยๆไล่ดู Contact Set ที่ทำไว้ทีละอันทำให้เสียเวลาในการแก้ไขมาก แต่ใน SolidWorks Simulation เวอร์ชั่น 2014 ได้เพิ่มฟังชั่น Contact visualization plot ที่ช่วยให้เรามองเห็นว่าส่วนใดมีการกำหนด Contact อะไรไปบ้างแล้ว

วิธีการใช้งาน Contact visualization plot

1. คลิกขวาที่ Connection >> Contact visualization plot

2. เลือกชิ้นงานที่ต้องการตรวจสอบ Contact หรือถ้าต้องการตรวจสอบทั้ง Assembly ก็เลือกชิ้นงาน Assembly >> เลือก Calculate

3. โปรแกรมจะแสดงสีบริเวณที่กำหนด Contact โดยแต่ละสีจะหมาบถึง Contact แต่ละแบบ

เมื่อเรามองเห็นตำแหน่งที่ยังไม่ได้กำหนด Contact หรือตำแหน่งที่กำหนด Contact ผิดก็จะช่วยให้แก้ไขปัญหาได้ตรงจุดมากขึ้น

รับปรึกษา  สอน  วิเคราะห์งานด้วยโปรแกรม SolidWorks Simulation

คุณพลวัฒน์ (บอล)

Tel. 087-489-7265

Line ID : ballastro

E-mail : sim.adviser@gmail.com
FB : Simulation Adviser

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

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

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

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

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