การวิเคราะห์ความแข็งแรง Wind Load

การวิเคราะห์ความแข็งแรง (SOLIDWORK Simulation) ของโครงสร้างแบบที่ทำกันโดยทั่วไป เรามักจะรู้ขนาดของโหลด (แรง, ความดัน หรือ โมเมนต์ ฯลฯ) ซึ่งอาจจะกำหนดโดยสเปคว่ามีขนาดเท่าไหร่ แต่ในขณะเดียวกันโหลดในบางประเภทอาจต้องอาศัยการประเมิน ยกตัวอย่างเช่น โหลดอันเนื่องมาจากลม แล้วนำค่าที่ได้นี้ไปกำหนดในงานซิมฯ

ตัวอย่างที่จะอธิบายในลำดับต่อไปจะเป็นการประเมินโหลดอันเนื่องมาจากลมใน 2 วิธีด้วยกัน คือ

1.ประเมินหาโหลดจากทฤษฎีแล้วนำไปใส่ใน SOLIDWORK Simulation

2.ทำการจำลองการไหลของลมที่ไหลผ่านโครงสร้างก่อนเป็นอันดับแรกด้วย SOLIDWORKS Flow Simulation จากนั้นนำผลของความดันที่กระทำกับตัวโครงสร้างไปวิเคราะห์ความแข็งแรงด้วย SOLIDWORK Simulation

 1. ประเมินหาโหลดจากทฤษฎี

         วิธีนี้แน่นอนว่าเราไม่จำเป็นที่จะต้องมี SOLIDWORKS Flow Simulation เหมาะสำหรับทุกท่านที่มีแค่ SOLIDWORKS Simulation แต่ก็ใช้กับงานที่มีรูปร่างง่ายๆ ไม่ซับซ้อนมากนักโดยปัญหาที่จะนำมาอธิบายจะเป็นป้ายโฆษณา ซึ่งลมไหลผ่านด้วยความเร็ว 144 กม./ชม. และพิจารณาแรงหลักที่กระทำกับตัวแผ่นป้ายเท่านั้น

อ้างอิงสูตรคำนวณจาก www.engineeringtoolbox.com

รูปที่ 1 แสดงปัญหา Wind Load ที่มีรูปร่างไม่ซับซ้อน

(รูปจาก https://www.marketingdonut.co.uk/media-advertising/billboards-and-outdoor-advertising/why-traditional-billboards-are-still-delivering-results )

รูปที่ 2 การกำหนดเงื่อนไขของแรงและจะซัพพอร์ต

(สามารถดาวน์โหลดไฟล์ 3D ได้จาก https://www.solidworks.com/sw/support/54117_ENU_HTML.htm?product=SOLIDWORKS%20Simulation โดยไฟล์จะอยู่ใน LESSON14 ของ Flow Simulation)

รูปที่ 3 แสดงผลของ Von Mises Stress

รูปที่ 4 แสดงผลของ Resultant Displacement

2. การหาโหลดด้วย SOLIDWORKS Flow Simulation

ตามที่ได้อธิบายไปก่อนหน้านี้ว่าต้องทำการจำลองการไหลด้วย SOLIDWORKS Flow Simulation ก่อน โดยให้เริ่มต้นเซ็ตอัพด้วย Wizard

2.1 เซ็ตหน่วยโดยอาจเลือกหน่วยของความเร็วเป็น m/sec หรือ km/hr ก็ได้

รูปที่ 5 การเซ็ตหน่วย

        2.2 เลือกลักษณะปัญหาการไหลเป็นแบบ External

รูปที่ 6 การเซ็ตประเภทของปัญหา

        2.3 เลือกของไหลเป็นอากาศ

รูปที่ 7 การเลือกชนิดของของไหล

        2.4 Wall Condition ใช้ค่า Default

รูปที่ 8 การเซ็ตเงื่อนไขของผนัง

        2.5 กำหนดเงื่อนไขเริ่มต้นโดยให้อุณหภูมิของอากาศ 35C, ความเร็วลม 40 m/sec (144 km/hr)

รูปที่ 9 การเซ็ตเงื่อนไขเริ่มต้น

2.6 กำหนดขนาดของโดเมนของไหล

        รูปที่ 10 การกำหนดขนาดของโดเมน

2.7 เซ็ต Goal ในการคำนวณเป็น Force (x)

รูปที่ 11 การกำหนด Goal

2.8 ทำการ RUN ด้วยค่า Default

รูปที่ 12 แสดงผลลัพธ์ Flow Trajectory

2.9 เมื่อได้ผลลัพธ์แล้วให้ไปที่เมนูด้านบนในส่วนของ Tools => Flow Simulation => Tools => Export Results to Simulation เพื่อ Export ผลของความดันที่กระทำที่ผิวของโครงสร้าง

รูปที่ 13 การ Export ผลลัพธ์เพื่อนำไปวิเคราะห์ความแข็งแรง

2.10 การ Import ผลลัพธ์จาก Flow Simulation เพื่อวิเคราะห์ความแข็งแรง ให้ไปที่ Properties เลือกแท็ป Flow/Thermal Effects แล้วทำการเบราว์หาไฟล์ 1.fld ตามภาพ

รูปที่ 14 การ Import ผลลัพธ์เพื่อไปวิเคราะห์ความแข็งแรง

2.11 ผลลัพธ์

รูปที่ 15 แสดงผลของ Von Mises Stress

รูปที่ 16 แสดงผลของ Resultant Displacement

รูปที่ 17 แสดงผลของความดันที่กระทำบนผิวทั้งหมดของโครงสร้าง

        จะเห็นได้ว่าผลลัพธ์ที่ได้จากการวิเคราะห์ทั้งสองกรณีจะต่างกันอยู่บ้างเล็กน้อย ทั้งนี้เนื่องจากกรณีแบบที่ 2 จะคิดผลของความดันที่กระทำบนทุกผิวของโครงสร้างจึงมีความถูกต้องมากกว่า และต้องไม่ลืมว่ากรณีที่ยกมานี้เป็นตัวอย่างง่ายๆ ที่รูปทรงไม่ซับซ้อนนัก ดังนั้นในกรณีที่ผู้ใช้งานเลือกใช้การประเมิน Wind Load ในแบบที่ 1 กับปัญหางานจริง โปรดตระหนักถึงข้อด้อยในจุดนี้ด้วย ส่วนวิธีการประเมินโหลดจากลมอื่นๆ นอกเหนือจากที่นำมาอธิบายนั้นอาจดูได้จาก https://www.wikihow.com/Calculate-Wind-Load

ข้อมูลเพิ่มเติม : SOLIDWORKS Simulation