การใช้งานฟังชั่น Fan ใน Flow Simulation

          ฟังชั่น Fan เป็นอีกเครื่องมือสำหรับกำหนดการไหลเข้าหรือออกของของไหล  คล้ายๆกับการกำหนด Boundary Condition ที่ให้เป็น Inlet หรือ Outlet  ซึ่งในฟังชั่น Fan จะมีความสามารถอยู่ 3 แบบคือ

1. External Inlet Fan  การใช้งานเหมือนกับการกำหนด Boundary Condition ให้เป็น inlet  ซึ่งใช้กำหนดให้มีของไหล  ไหลเข้ามาใน Domain

2. Eaternal Outlet Fan  การใช้งานเหมือนกับการกำหนด Boundary Condition ให้เป็น Outlet  ซึ่งใช้กำหนดให้มีของไหล  ไหลออกจากใน Domain

3. Internal Fan  ใช้กำหนดพัดลมที่ติดตั้งใน Domain เพราะสามารถเลือกทางที่ของไหล  ไหลเข้ามาในพัดลม  และทิศทางที่ไหลออกได้  ยกตัวอย่างเช่น ต้องการวิเคราะห์พัดลมที่ตัวไว้กลางห้องว่าจะทำให้อากาศหมุนเวียนในห้องในทิศทางไหนบ้าง  ก็สามารถใช้ Internal Fan เพื่อกำหนดเป็นพัดลมได้

          

พัดลมที่จะใช้กำหนดเป็น Fan สามารถวาดทางเข้าและออกของลมให้เหมือนของจริง  

หรือวาดแค่ให้มีพื้นที่หน้าตัดเท่ากับพัดลมจริงก็ได้

          จุดเด่นของ Fan คือ สามารถกำหนด Fan Curve ของพัดลมจริงๆ เข้าไปในโปรแกรมได้  ทำให้ผลการวิเคราะห์ถูกต้องมากยิ่งขึ้น

อัตราการไหลของพัดลมจริงๆจะขึ้นอยู่กับความแตกต่างระหว่างความดันที่ด้านหน้าและหลังพัดลมด้วย  หากความแตกต่างของความดันมีมาก  จะทำให้อัตรการไหลที่พัดลมทำได้ลดลง  ซึ่ง Fan Curve คือกราฟที่บอกความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการไหลที่พัดลมทำได้กับความแตกต่างของความดัน

          ถ้าใครต้องการใช้ Fan แล้วหาฟังชั่นนี้ใน Flow Simulation Feature Tree ไม่เจอ  ให้ลองตรวจสอบดูว่าได้เลือกฟังชั่นนี้ขึ้นมาหรือยัง  โดยทำตามขั้นตอนต่อไปนี้

- คลิกขวาที่ชื่อ Project ที่วิเคราะห์อยู่ >> เลือก Customize tree

- คลิกเลือก Fan >> จากนั้นคลิกพื้นที่ว่างในหน้าจอ  เพื่อออกจาก Customize Tree  จะเห็นฟังชั่น Fan อยู่ใน Flow Simulation Feature Tree แล้ว

การเลือก Solver ใน SolidWorks Simulation ให้เหมาะกับงาน

Solver คือ วิธีการคำนวณหาผลลัพธ์ในโปรแกรม SolidWorks Simulation  ซึ่งอยู่หลายแบบให้เลือก  แต่สามารถแบ่งออกเป็น 2 แบบหลักๆคือ Direct และ Iterative

Direct 

เป็นการแก้สมการโดยตรงเพื่อหาคำตอบ  มีความแม่นยำสูงเมื่อวิเคราะห์งานที่มีขนาดเล็กถึงกลาง  และคำนวณได้เร็วเมื่อมี Ram มากพอ  แต่การคำนวณงานที่มีขนาดใหญ่ขึ้นจะต้องมี Ram มากขึ้นอย่างมาก

การคำนวณจะล้มเหลวหรือไม่แม่นยำเมื่อ
- โมเดลไม่อยู่ในสภาวะคงที่ (มีการ Fix หรือ Contact ไม่มากพอ)
- กำหนดโมเดลเป็น Rigid Body
- มี DOF มากกว่า 1 ล้านขึ้นไป

วิธี Direct จะด้อยกว่า Iterative เมื่อ
- วิเคราะห์งานทั่วไปที่มี DOF มากกว่า 100,000 
- วิเคราะห์แบบ Nonlinear ที่มี DOF มากกว่า 50,000
- วิเคราะห์ Thermal ที่มี DOF มากกว่า 500,000 

สำหรับ Solver ที่มีการคำนวณแบบ Direct คือ
- Direct Sparse  
- Large Proble Direct Sparse  เป็นการคำนวณแบบ Direct Sparse ซึ่งจะใช้ Multiple cores ในการคำนวณ  แนะนำให้ใช้ Large Problem Direct Spares ในกรณีที่จำเป็นต้องใช้การคำนวณแบบ Direct Sparse แต่มี Ram ไม่พอ
- Intel Direct Sparse  เป็นการคำนวณแบบ Direct Sparse ซึ่งจะใช้ Multiple cores  แต่ต้องมี Ram ที่เพียงพอด้วยจึงจะคำนวณได้
- Intel Network Sparse  ใช้กับการคำนวณแบบ Offroad ซึ่งเป็นการใช้คอมพิวเตอร์ในวง Network ช่วยคำนวณ

Iterative 

เป็นการคำนวณแบบทำซ้ำเพื่อหาคำตอบ  โดยใช้วิธี Implicit integration ซึ่งจะสันนิษฐานและประเมินข้อผิดพลาดของคำตอบ  แล้ววนหาคำตอบซ้ำไปเรื่อยๆ จนข้อผิดพลาดน้อยมากเพียงพอ  ซึ่งวิธีนี้จะใช้ Ram น้อยกว่าการคำนวณแบบ Direct

วิธีนี้จะไม่แม่นยำเมื่อ
- ใช้ Incompatible Mesh 
- มีการกำหนด External Force หรือ Gravity ในงานวิเคราะห์ Frequency
- มีการกำหนด Base excitation ในการวิเคราะห์ Linear Dynamic
- ในงาน Assembly มีวัสดุที่ค่า Modulus of elasticity แตกต่างกันมาก
- มีการนำอุณหภูมิหรือแรงดันงานการวิเคราะห์ Thermal หรือ Flow Simulation เข้ามาวิเคราะห์ต่อ
- มีการใช้ Circular/cyclic Symmetry
- เป็นงานวิเคราะห์แบบ Nonlinear

Iterative จะด้อยกว่า Direct เมื่อ
- มีการกำหนด Contact แบบ No penetration  โดยเฉพาะการคิดผลกระทบจากแรงเสียดทาน
- วิเคราะห์งานแบบ Mix Mesh ระหว่าง Beam กับ Solid (ถ้าใช้ SolidWorks เวอร์ชั่นต่ำกว่า 2011)
- มีการกำหนด Virtual wall
- มีการกำหนด Pin หรือ Rigid connection
- มีการใช้คำสั่ง Soft Spring

สำหรับ Solver ที่มีการคำนวณแบบ Iterative คือ
- FFEPlus

ขั้นตอนการเลือก Solver 

- คลิกขวาที่ชื่อ Study >> เลือก Properties

- เลือก Solver ที่ต้องการ >> กด OK

มีอะไรใหม่ใน SolidWorks Simulation 2020

SolidWorks Simulation มีการพัฒนาฟังชั่นใหม่ๆ ขึ้นมาทุกปี  ซึ่งก็มีทั้งการปรับเปลี่ยนเล็กๆน้อยๆที่ทำให้ผู้ใช้งานสะดวกขึ้น  และมีฟังชั่นเด่นที่เพิ่มความสามารถในการวิเคราะห์ขึ้นไปอีก

สำหรับในปี 2020 ก็มีฟังชั่นเด่นๆ ที่ช่วยเพิ่มขีดความสามารถในการวิเคราะห์ ดังต่อไปนี้

1. การวิเคราะห์แรงกระจายสำหรับ Pin และ Bolt

          การใช้คำสั่ง Pin หรือ Bolt ในเวอร์ชั่นก่อนจะพิจารณาให้ผิวบนชิ้นงานที่หัว Bolt  หรือผิวทรงกระบอกที่กำหนด Pin เป็นตำแหน่งที่มีความแข็งเกร็ง (เรียกกันว่า Rigid) ซึ่งทำให้ตำแหน่งดังกล่าวไม่มีการเสียรูปไปจากเดิม  ซึ่งทำให้ค่า Stress บริเวณนี้จะสูงกว่าที่ควรจะเป็น
          ใน SolidWorks Simulation เวอร์ชั้น 2020 จึงเพิ่มความสามารถในการกระจายแรงบนตำแหน่งที่กำหนด Pin และ Bolt ได้  ทำให้ผลลัพธ์ทั้งค่า Stress และ Displacement สมจริงมากยิ่งขึ้น  ซึ่งความสามารถนี้ยังได้ใช้เฉพาะการวิเคราะห์ Linear Static เท่านั้น

ตัวอย่างงานวิเคราะห์ Bolt ขันล๊อคแกนเหล็ก 2 อัน  โดยมี Pre-load 1000 N

ภาพทางซ้ายคือค่า Stress จากการวิเคราะห์ Blot แบบเดิม (แบบ Rigid)  จะเห็นว่าค่า Stress สูงแต่จุดๆเดียว  ส่วนภาพทางขวาเป็นการวิเคราะห์ Bolt แบบใหม่ (แบบ Distributed)  ซึ่งแรงจะกระจายไปบนผิวบริเวณหัว Bolt ทำให้ค่า Stress กระจายไปทั่วผิวด้วย

Displacement จากการวิเคราะห์แบบ Rigid จะบุบลงไปทั้งระนาบเพราะการวิเคราะห์แบบ Rigid จะมองว่าผิวบริเวณหัว Bolt ทั้งหมดไม่มีการเสียรูป  ส่วนการวิเคราะห์แบบ Distributed จะมีค่า Displacement ค่อยๆ ไล่ระดับการยุบลงมา

2. สามารถวิเคราะห์ Draft และ High Quality Mesh ได้พร้อมกัน

          การสร้าง Mesh ในเวอร์ชั่นก่อนจะต้องเลือกว่าจะวิเคราะห์ชิ้นงานด้วย Mesh แบบ Draft หรือ High Quality อย่างใดอย่างหนึ่งเท่านั้น  ทำให้ในงาน Assembly ที่ประกอบด้วย Part ที่เป็นเหลี่ยมมุม (เหมาะสำหรับ Mesh Draft Quality ทำให้คำนวณได้เร็วขึ้น) และ Part ที่มีส่วนโค้งหรือรูเจาะ (เหมาะสำหรับ Mesh High Quality เพื่อให้ Mesh จำลองรูปร่างชิ้นงานได้ตรงตามความเป็นจริง)  จะต้องเลือก Mesh ขนิดใดเท่านั้น
          ใน SolidWorks Simulation เวอร์ชั้น 2020 สามารถเลือกได้ว่าจะให้ Part ใดใช้ Mesh High Quality และ Part ใดจะใช้ Mesh Draft Quality ทำให้การสร้าง Mesh ยืดหยุ่นมากขึ้น  และเราสามารถเลือก Mesh ให้เหมาะสมเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ถูกต้องและวิเคราะห์ได้รวดเร็วยิ่งขึ้น  โดยความสามารถนี้ใช้ได้ในการวิเคราะห์ Linear Static, Frequency, และ Buckling

Mesh สีส้มคือส่วนที่เป็น Draft Quality และ Mesh สีน้ำเงินคือ High Quality

3.  วิเคราะห์ความร้อนและการขยายตัวใน Beam Mesh

          การวิเคราะห์ Thermal ก่อนหน้านี้จะทำได้เฉพาะ Solid และ Shell Mesh  ทำให้งานที่เป็นโครงเหล็ก Structure จำเป็นจะต้องใช้ Mesh จำนวนมาก  ในเวอร์ชั่น 2020 จึงเพิ่มความสามารถของการวิเคราะห์อุณหภูมิด้วย Thermal สำหรับ Beam Mesh และสามารถส่งค่าความร้อนนี้ไปวิเคราะห์ระยะยืดของโครงเหล็กได้อีกด้วย  โดยการใส่ค่าความร้อนที่สามารถกำหนดได้ใน Beam Mesh มีดังต่อไปนี้

ตารางแสดงการกำหนดค่าในฟังชั่น Thermal สำหรับ Beam Mesh

ตัวอย่างงานวิเคราะห์การกระจายตัวของอุณหภูมิ  และวิเคราะห์การขยายตัว

ความร้อนที่กระจายตัวบนโครงเหล็ก

ระยะที่เหล็กมีการยืดตัวจากความร้อน

การแสดงกราฟ Stress บนขวดด้วยคำสั่ง Probe

ในงานบางงานเราก็ต้องการผลลัพธ์ที่จุดต่างๆ บนชิ้นงาน  โดยอาจจะแสดงในรูปแบบของกราฟผลลัพธ์เทียบกับความยาวหรือความสูงของชิ้นงาน  ยกตัวอย่างเช่น กรณีของการทดสอบการรับแรงกดของขวดแก้ว  ซึ่งผู้ออกแบบต้องการทราบค่า Stress ตลอดช่วงความยาวของขวด  เพื่อนำไปพิจารณาว่าขวดมีความแข็งแรงเพียงพอหรือไม่  หรือมีตำแหน่งใดบนขวดที่มีค่า Stress สูงเกินไป  เป็นต้น

ในโปรแกรม SolidWorks Simulation สามารถแสดงผลลัพธ์ที่จุดต่างๆ ได้โดยการใช้คำสั่ง Probe  โดยปกติแล้วเราอาจจะแสดงผลลัพธ์เป็นจุดๆไป  แต่จริงๆแล้วคำสั่ง Probe ยังสามารถใช้แสดงผลลัพธ์ทั้งบริเวณที่คลิกเลือก  ไม่ว่าจะเป็นเส้นขอบพื้นผิวได้อีกด้วย  เราลองมาดูวิธีใช้งานกันเลย

- วิเคราะห์ค่า Stress บนขวดแก้ว  โดยใช้การวิเคราะห์แบบ Symmetry 1/4

- คลิกขวาที่ Stress >> เลือกคำสั่ง Probe

- เลือก On selected entities >> คลิกขอบขวดที่ต้องการวัดค่าทั้งหมด

- คลิก Update  โปรแกรมจะแสดงค่า Stress ที่อยู่บนขอบขวดทั้งหมดออกมา

- เนื่องจากต้องการกราฟของ Stress เรียงตั้งแต่ปากขวดมาจนถึงก้นขวด  และทิศทางตามความสูงของขวดคือแนวแกน Y >> คลิกที่ Y(mm) เพื่อเรียงลำดับค่า Stress ตามความสูง (คลิกครั้งแรกจะเรียงจากน้อยไปมาก  และคลิกซ้ำจะเรียงจากมากไปน้อย)

- เลือก Plot เพื่อแสดงกราฟของค่า Stress ตามลำดับความสูงของขวด

- เนื่องจากกราฟในโปรแกรม SolidWorks Simulation จะมีแกน x เป็นชื่อ Node และแกน Y เป็นค่า Stress  ดังนั้นถ้าต้องการเปลี่ยนแปลงกราฟให้แกน X เป็นค่า Stress และแกน Y เป็นลำดับความสูง  ก็สามารถ Save ข้อมูลเป็นไฟล์ .csv เพื่อนำไปทำกราฟใน Excel ต่อได้

ด้วยวิธีข้างต้นก็จะสามารถแสดงผลลัพธ์ออกมาเป็นกราฟเพื่อนำไปนำเสนองานให้ผู้ฟังเข้าใจได้ง่ายยิ่งขึ้น

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

SolidWorks Simulation วิเคราะห์งานขนาดใหญ่หรือเล็กที่สุดได้เท่าไร

การวิเคราะห์งานขนาดใหญ่หรือเล็กมากๆนั้น  มีสิ่งที่ต้องคำนึง 2 ประเด็นคือ

1. สามารถเขียน CAD ขนาดใหญ่และเล็กที่สุดได้เท่าไร

     สำหรับคำตอบนี้ต้องแยกเป็น Part และ Assembly คือ

       - Part ใน SolidWorks สามารถสร้างได้ใหญ่ที่สุดคือขนาด 1 ลูกบาศก์กิโลเมตร  หมายความว่าชิ้นงานจะกว้าง  ยาว  และสูงได้มากที่สุดคือ 1 กิโลเมตร  ส่วนขนาดเล็กที่สุดคือ 1*10^(-7) เมตร  หรือขนาด 0.1 ไมโครเมตร

       - Assembly ขนาดใหญ่ที่สุดคือ 100 กิโลเมตร

2. สามารถสร้าง Mesh ได้ใหญ่หรือเล็กแค่ไหน

     เรื่อง Mesh อย่างไรก็ต้องกำหนดให้ขนาดเล็กกว่าชิ้นงานอยู่แล้ว  ดังนั้นเรื่องขนาด Mesh ใหญ่ที่สุดคงไม่ได้พูดถึง  แต่ขนาด Mesh เล็กที่สุดที่ทำได้คือ 1*10^(-8) เมตร  หรือขนาด 0.01 ไมโครเมตร

          นอกจากเรื่องขนาดชิ้นงานและขนาดของ Mesh แล้ว  อีกคำถามหนึ่งที่มีถามเข้ามาอยู่เรื่อยๆ คือ แล้วโปรแกรม Simulation สามารถวิเคราะห์งานได้ใหญ่แค่ไหน (ถ้าสามารถวาดชิ้นงานได้แล้ว)  คำตอบคือ จะขนาดใหญ่เท่าไรก็ได้ไม่มีจำกัด  แต่ขึ้นอยู่กับ RAM ของคอมพิวเตอร์ที่ใช้งานว่าจะเพียงพอต่อการสร้าง Mesh หรือไม่

การซ่อนแกน Coordinate System และ Domain ใน Flow Simulation

เมื่อวิเคราะห์งาน Flow Simulation จะเห็นกล่อง Domain สีเทาที่ครอบชิ้นงานและแกน Coordinate System สีเขียวเพื่อบอกแกนอ้างอิงสำหรับงานวิเคราะห์ Flow Simulation ปรากฎออกมา  แต่เวลาที่ต้องการบันทึกภาพหรือทำ Animation ทั้งกล่อง Domain และแกน Coordinate System อาจจะส่วนเกินที่เราต้องการเอาออก  เพื่อให้ได้ภาพหรือวีดีโอที่สวยงามเวลาต้องทำการนำเสนองาน  ดังนั้นในบทความนี้จะขอกล่าววิธีในการซ่อนสัญลักษณ์ทั้ง 2 อย่าง ซึ่งมีวิธีดังต่อไปนี้

การซ่อนกล่อง Domain

• ใน Flow Simulation Study Tree คลิกขวาที่ Computation Domain >> เลือก Hide

การซ่อนแกน Coordinate System

• ใน Flow Simulation Study Tree คลิกขวาที่ชื่อ Project >> เลือก Hide Global Coordinate System

การใช้งาน Cyclic Symmetry

ในบทความ "เพิ่มความเร็วในการวิเคราะห์ด้วยคำสั่ง Symmetry" ได้พูดถึงเทคนิคการวิเคราะห์ชิ้นงานที่มีความสมมาตรกัน  โดยในโปรแกรม SolidWorks Simulation สามารถวิเคราะห์งาน Symmetry ได้ 2 รูปแบบคือ Symmetry แบบ1/2หรือ1/4  และอีกแบบคือ Cyclic Symmetry ซึ่งในบทความนี้จะขอกล่าวถึง Cyclic Symmetry ว่าจะใช้ในกรณีใด  และมีวิธีการใช้งานอย่างไร

สำหรับ Cyclic Symmetry จะใช้สำหรับงานที่มีรูปแบบ(Pattern) ซ้ำๆรอบแกนกลาง เช่น ใบพัด  กังหัน  มอเตอร์ ฯลฯ ซึ่งงานลักษณะนี้จะสามารถวิเคราะห์เพียงเสี้ยวหนึ่งแล้วใช้คำสั่ง Cyclic Symmetry เพื่อวิเคราะห์เสมือนว่าเราได้คำนวณชิ้นงานทั้งชิ้นจริงๆ

การใช้งาน Cyclic Symmetry จะต้องเตรียมชิ้นงานให้เป็นเสี้ยว  โดยที่
- เสี้ยวชิ้นงานนั้น  ถ้านำมาทำ Pattern จะต้องเป็นจำนวนชิ้นงานเต็มๆ (ชิ้นงานไม่ทับซ้อนหรือไม่ห่างกัน)
- รอยตัดไม่จำเป็นต้องเป็นระนาบ  จะตัดเป็นมุมหรือส่วนโค้งก็ได้  แต่ถ้านำมาทำ Pattern แล้วจะต้องพอดีกันเหมือนกับข้อแรก
- สร้าง Axis เพื่อเป็นแกนกลางของชิ้นงานที่ต้องการทำ Cyclic Symmetry

วิธีการใช้งาน
- คลิกขวาที่ Fixture >> เลือก Advance Fixture

- เลือก Cyclic Symmetry
- เลือกผิวที่ถูกตัดแต่ละข้าง  โดยข้างหนึ่งให้ใส่ที่กล่อง 1  และอีกข้างใส่ที่กล่อง 2
- เลือกแกนกลาง >> เลือก OK

เมื่อวิเคราะห์ผลลัพธ์เสร็จแล้ว  และต้องการแสดงผลลัพธ์เป็นชิ้นงานตัวเต็ม  สามารถทำได้ดังต่อไปนี้
- คลิกขวาที่ผลลัพธ์ที่ต้องการแสดง  สำหรับตัวอย่างในภาพจะคลิกขวาที่ Displacement >> เลือก Edit Definition

- ในหัวข้อ Advance >> ติ๊กถูกที่ Display symmetric result
- เลือก OK

ด้วยวิธีข้างต้นจะทำให้การวิเคราะห์งานของเราเร็วมากขึ้นและยังสามารถแสดงผลลัพธ์แบบชิ้นงานเต็มเพื่อให้นำเสนอได้ง่ายด้วย

**ที่มาของไฟล์งานตัวอย่าง : https://grabcad.com/library/compliant-iris-1**

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