W module SOLIDWORKS Simulation istnieje możliwość deklaracji obciążenia, które rozłożone jest na obiekcie w sposób niejednorodny (przykład pokazano na rys.1). Jak wygląda definicja takiego rodzaju obciążenia i w jakim celu jest ono wykorzystywane?
rys. 1 Przykład niejednorodnego rozkładu obciążeń
Niejednorodny rozkład obciążeń w SOLIDWORKS Simulation jest dostępny dla Ciśnienia oraz Siły.
Po wejściu w edycję definicji jednego ze wspomnianych obciążeń widoczna jest opcja „Niejednorodny rozkład” (rys. 2)
rys. 2 Funkcja niejednorodnego rozkładu obciążenia
Zaznaczając funkcję niejednorodnego rozkładu możemy określić:
1. Układ współrzędnych, do którego będzie odwoływać się funkcja opisująca obciążenie niejednorodne.
2. Rodzaj układu współrzędnych, na którym będzie zbudowana ta funkcja.
3. Rodzaj jednostek wykorzystywanych w zdefiniowanej funkcji.
4. Edytor równań obciążeń niejednorodnych.
rys. 3 Opis pozycji znajdujących się w funkcji niejednorodnego rozkładu obciążenia
Przykładowo chcemy zdefiniować obciążenie ciśnieniem niejednorodnym, którego wartość na początku zamodelowanej belki, o długości 100 [mm] wynosi 0 [N/m2], a na końcu 100 [N/m2] (rys. 4)
rys. 4 Obciążenie niejednorodne
W tym celu definiujemy własny układ współrzędnych przechodząc do Wstaw > Geometria Odniesienia > Układ Współrzędnych. Nowy układ wstawiamy w dowolnym punkcie znajdującym się na początku modelu oraz ustawiamy wybraną oś zgodnie z dłuższą krawędzią geometrii.
rys. 5 Definicja lokalnego układu współrzędnych
Tworzymy nowe badanie statyczne w SOLIDWORKS Simulation. Definiujemy nowe obciążenie klikając prawym przyciskiem na pozycję Obciążenia zewnętrzne> Ciśnienie (rys.6). Wybieramy typ ciśnienia jako Normalny do wybranej ściany oraz określamy ścianę górną jako płaszczyznę obciążenia. W wartości ciśnienia określamy ciśnienie 1 [N/m2]. Zaznaczamy checkbox Niejednorodny rozkład, wybieramy stworzony wcześniej układ współrzędnych jako układ bazowy oraz rodzaj układu – Kartezjański. Jednostki długości wykorzystane w funkcji ustawiamy na [mm], następnie przechodzimy do edytora równań. W edytorze równań wybieramy współrzędną, która leży w kierunku zgodnym z dłuższą krawędzią modelu (np. „x”) (rys. 7). Zatwierdzamy wprowadzone zmiany. Rezultatem takiej definicji jest niejednorodna dystrybucja obciążenia, która reprezentowana jest w SOLIDWORKS za pomocą odpowiednich symboli – krótszych i dłuższych strzałek odpowiadającym mniejszym i większym siłom obciążającym . Jeżeli najedziemy kursorem na wybraną strzałkę, otrzymujemy informację o wartości odległości zdefiniowanej w funkcji oraz wielkości obciążenia w wybranym miejscu (rys. 8) . Po przeliczeniu badania uzyskujemy niejednorodny rozkład naprężenia będący efektem zdefiniowanego obciążenia (rys.9).
rys. 6 Definicja lokalnego układu współrzędnych
rys. 7 Określenie funkcji opisującej niejednorodny rozkład
rys. 8 Symbole niejednorodnego obciążenia
rys. 9 Efekt symulacji z zdefiniowanym niejednorodnym obciążaniem
Gdzie w praktyczny sposób można wykorzystać opisywany rodzaj obciążenia? Dobrym przykładem jest Beczka (rys.9) wypełniona cieczą, która powoduje powstanie ciśnienia hydrostatycznego działającego na wewnętrzne ścianki zbiornika.
Wykorzystując funkcję niejednorodnego rozkładu siły, w łatwy sposób można zrealizować realny charakter takiego obciążenia poprzez wprowadzenie wzoru na ciśnienie hydrostatyczne
p = ρcieczy · g· h gdzie p – ciśnienie hydrostatyczne [Pa], g – przyspieszenie grawitacyjne [m/s2], h – wysokość wypełnienia
rys. 9 Beczka obciążona ciśnieniem hydrostatycznym
rys. 10 Definicja ciśnienia hydrostatycznego
Rezultatem tak zdefiniowanej analizy jest rozkład naprężenia, który osiąga maksymalne wartości przy dnie analizowanej beczki, co odpowiada realnemu charakterowi takiego obciążania.
rys. 11 Efekt symulacji obciążenia beczki ciśnieniem hydrostatycznym (przyjęta skala deformacji 100)
