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