Każdy Inżynier wykorzystujący w procesie projektowania symulacje numeryczne, do walidacji swoich konstrukcji, staje w końcu przed następującymi dylematami: Czy wyniki, które uzyskałem są wiarygodne? Czy wnioski wyciągnięte na podstawie uzyskanych wyników, mogą posłużyć do optymalizacji konstrukcji? Jakim błędem obarczone są wyniki, a tym samym jaki współczynnik bezpieczeństwa powinno się zastosować dla projektowanej konstrukcji, aby była bezpieczna?
Odpowiadając na te wszystkie pytania można by napisać z pewnością niejeden doktorat, jednak odpowiedź można sprowadzić do jednego wspólnego mianownika: Jak szczegółowo i precyzyjnie odwzorowano rzeczywiste zjawisko w środowisku wirtualnym, w środowisku SOLIDWORKS Simulation?
Ktoś wykrzyknąć może, że odpowiedź jest wielopłaszczyznowa. Będzie miał racje, a w poniższym artykule skoncentrujemy się głównie na schemacie Umocowania.
Modelowanie zjawiska
Stolik kawowy – drobny, jakże niepozorny mebel tak często wykorzystywany jako podest/podwyższenie pomocny do zdejmowania książek z górnych półek naszej domowej biblioteczki. Można powiedzieć, że jest to niewłaściwe wykorzystanie urządzenia i żadna gwarancja tutaj nie pomoże. Niemniej jednak, jako Konstruktor, musimy uwzględnić tego typu sytuacje dla bezpieczeństwa Użytkownika.
Rys. 1. Schemat zastosowanych warunków brzegowych
Zastosujemy jednak trzy różne schematy umocowania. Każdy z nich będzie w inny sposób opisywał posadowienie nogi na podłożu. Sprawdzimy zatem, jak zastosowane umocowanie będzie rzutować na fizykę układu, a w konsekwencji na wyniki analizy.Rysunek 1 przedstawia schemat warunków jakie użyto do odwzorowania i opisu rzeczywistości. Z uwagi na symetrię geometrii, jak i symetryczny charakter umocowania i obciążenia, które zachodzą przy określeniu udźwigu, wykorzystano ¼ geometrii CAD. Zastosowana wartość siły zostało odpowiednio przeskalowana proporcjonalnie od użytego modelu CAD. Pozycjonowanie nogi względem blatu stołu odbywa się przy pomocy połączenia kołkowego wraz z warunkiem kontaktu bez penetracji.
Wariant umocowania Stały
Odbiera wszystkie stopnie swobody wskazanej geometrii – w tym wypadku podstawy nogi od stołu. Zatem wybrana ściana będzie nieruchoma, a sama ściana nie zdeformuje się podczas działania sił.
Rys. 2. Strzałka ugięcia (deformacje przeskalowane x100)
Ugięcie blatu pod działanie zastosowanej siły plasuje się na poziomie 1.41 mm. Widać wyraźnie, że nogi stolika nie rozjadą się na boki, jak można by się spodziewać kiedy stolik stoi swobodnie na podłodze (rys. 2). Tak więc ten schemat lepiej opisze stół przytwierdzony na stałe do podłoża.
Wariant umocowania Przesuwanie
Uwalnia przesuwanie w kierunkach wzdłuż wybranej ściany planarnej, blokując przesuw w kierunku normalnym. Wybrana ściana będzie mogła przesuwać się w swojej płaszczyźnie.
Rys. 3. Strzałka ugięcia (deformacje przeskalowane x100)
Ugięcie blatu pod działanie zastosowanej siły plasuje się na poziomie 1.87 mm. Nogi stolika rozjeżdżają się na boki, jednak ściana podstawy nie odrywa się od podłoża (rys. 3). W pewnym zakresie opis ten będzie dokładnie odwzorowywał swobodne posadowienie na podłożu.
Wariant umocowania Wirtualna ściana
Jest to zasadniczo Zestaw kontaktowy pomiędzy wskazaną ścianą bryły a płaszczyzną konstrukcyjną imitującą rzeczywiste podłoże. Kontakt taki może uwzględniać również warunki tarcia.
Rys. 4. Strzałka ugięcia (deformacje przeskalowane x100)
Ugięcie blatu pod działanie zastosowanej siły plasuje się na poziomie 1.91 mm. Nogi stolika rozjeżdżają się na boki, a ściana podstawy może oderwać się od podłoża (rys. 4). Stanowi to pełne odwzorowanie swobodnego położenia stołu na podłożu.
Porównanie pól naprężenia w zależności od zastosowanego umocowania
Dalsza część dyskusji będzie poświęcona wyłącznie nodze od stołu. Bowiem w zależności od zastosowanego schematu umocowania będzie ona poddawana różnym obciążeniom.
Rysunki 5 i 6 przedstawiają porównanie pól naprężenia w nodze od stołu w zależności od zastosowanego umocowania. Dla lepszego zobrazowania charakteru deformacji wykresy przeskalowano x100.
Pola te zasadniczo różnią się od siebie, zwłaszcza w obszarach podstawy nogi.
| a)
|
b)
|
c)
|
 |
|
Rys. 5. Pole naprężenia w nodze stołu dla umocowania Stały (a), Przesuwanie (b) i Wirtualna ściana (c) – widok z przodu |
|||
| a)
|
b)
|
c)
|
 |
|
Rys. 6. Pole naprężenia w nodze stołu dla umocowania Stały (a), Przesuwanie (b) i Wirtualna ściana (c) – widok z prawej (od wewnątrz) |
|||
Podsumowanie i wnioski
Sposób umocowania modelu będzie rzutował na uzyskane wyniki, to oczywiste. Jednak należy zwrócić uwagę, że na pozór podobny schemat, rutynowo użyty, może obarczyć wynik analizy dość istotnym błędem.
Na podstawie przeprowadzonych badań można jednak wysnuć pewne wnioski, które przekładają się na praktyczne rady:
- Przesuwanie i Wirtualna ściana zastosowane jako odwzorowanie swobodne posadowienie na podłożu daje zbliżony wynik (podobne wartości ugięcia i pola naprężenia)
- Wirtualna ściana najwierniej odzwierciedla posadowienie na podłożu, jednak z racji konieczności symulacji Zestawu kontaktowego stanowi o wydłużeniu czasu obliczeń badania
- Stały nie nadaje się do zastosowania jako odwzorowanie swobodnego posadowienia na podłożu
