โครงถัก (Truss) แข็งแรงแค่ไหน?? วิเคราะห์ให้ชัวร์ก่อนสร้าง ตอน 2

ครั้งที่แล้วได้อธิบายถึงการวิเคราะห์ปัญหาโครงถักด้วย SOLIDWORKS Simulation (Link เข้าอ่าน) ในครั้งนี้จะอธิบายการวิเคราะห์ปัญหาเดียวกันนี้ด้วยซอฟต์แวร์ SIMULIA Abaqus ซึ่งถือว่าเป็นซอฟต์แวร์วิเคราะห์ระดับสูงซึ่งเหมาะกับปัญหาที่มีความซับซ้อน พร้อมทั้งเปรียบเทียบผลการคำนวณให้ดูว่ามีความแตกต่างกันมากน้อยเพียงใด (ตามรูปที่ 22)

รูปที่ 1 แสดงตัวอย่างงานปัญหาด้านโครงถัก (Truss) หน่วยความยาว: เมตร (m.)

เริ่มต้นการวิเคราะห์ด้วย SIMULIA Abaqus อันดับแรกหลังจากที่ทำการ Launch โปรแกรมขึ้นมา ให้เลือก Create Model Database “With Standard/Explicit Model”

รูปที่ 2 แสดงหน้าต่างเริ่มต้นการทำงานของ SIMULIIA Abaqus

ให้เข้าสู่โหมดการสร้างพาร์ทโดยลักษณะของปัญหาจะเป็น 2D Truss

รูปที่ 3 แสดงการเข้าสู่โหมดการสร้างพาร์ท

ทำการสร้างสเก็ตซ์ของโครงถักตามรูปที่ 1 โดยใช้คำสั่ง Lines พร้อมให้ขนาด และ Constraint ตามต้องการ

รูปที่ 4 แสดงโหมดการสร้างสเก็ตซ์ของโครงถัก

เมื่อทำการสร้างสเก็ตซ์เสร็จแล้วให้ออกจากโหมดสเก็ตซ์

รูปที่ 5 แสดงแบบจำลอง 2D Truss ที่สร้างเสร็จแล้ว

จากนั้นให้ป้อนข้อมูลของวัสดุโดยกรอกข้อมูลแค่ Young’s Modulus และ Poisson’s Ratio ก็เพียงพอสำหรับการคำนวณแล้ว

รูปที่ 6 แสดงขั้นตอนการป้อนข้อมูลค่าคุณสมบัติของวัสดุ

ทำการป้อนข้อมูลในส่วนของ Beam Section ซึ่งประเภทของปัญหาคือ Truss พร้อมเลือกวัสดุให้ตรงกับข้อมูลที่สร้างไปก่อนหน้านี้ ในส่วนของ Cross-section area กำหนดให้มีค่าเท่ากับ 1 m² เพื่อความสะดวกในการตรวจเช็คค่าของแรงที่กระทำในแต่ละชิ้นส่วนซึ่งเราทราบกันดีอยู่แล้วว่าแรงที่กระทำกับชิ้นส่วนจะกระทำเฉพาะในแนวแกนเท่านั้น

รูปที่ 7 แสดงการป้อนข้อมูล Beam Section

จากนั้นทำการกำหนด Beam Section ให้กับโครงถักที่ได้สร้างขึ้นก่อนหน้านี้

รูปที่ 8 แสดงการกำหนด Section ให้กับโครงถัก

ทำการเปลี่ยนชื่อแบบจำลองจาก Model เป็น Truss Static Load แล้วเข้าสู่ขั้นตอนของการสร้างเมช

รูปที่ 9 การเปลี่ยนชื่อและการเปลี่ยนโมดุลเพื่อทำการสร้างเมช

ทำการกำหนดประเภทของเอเลเมนต์โดยเลือกเป็น Linear 2D Truss (T2D2)

รูปที่ 10 แสดงการเลือกประเภทของเอเลเมนต์

กำหนดขนาดของเอเลเมนต์

รูปที่ 11 แสดงการกำหนดขนาดของเอเลเมนต์ให้กับชิ้นส่วนโครงสร้างทั้งหมด

ทำการสร้างเมช

รูปที่ 12 แสดงชิ้นงานหลังจากเสร็จสิ้นการสร้างเมช

ทำการแสดงหมายเลขเอเลเมนต์

รูปที่ 13 การแสดงหมายเลขเอเลเมนต์ในแต่ละชิ้น

นำพาร์ทที่เตรียมไว้เข้าสู่โมดุลแอสเซมบลีย์ (ต้องทำขั้นตอนนี้จึงจะสามารถทำการวิเคราะห์ได้)

รูปที่ 14 แสดงขั้นตอนการนำพาร์ทเข้ามายังโมดุลแอสเซมบลีย์

ทำการสร้างขั้นตอนของการคำนวณ (Step) โดยเลือกเป็น Static, Linear Perturbation

รูปที่ 15 แสดงการสร้างขั้นตอนของการคำนวณ (Step)

กำหนดโหลด (Loads) ตามรูปที่ 16

รูปที่ 16 แสดงวิธีการกำหนดเงื่อนไขของโหลด

กำหนดจุดซัพพอร์ต(BCs)โดยให้ด้านซ้ายเป็น Hinge(U1, U2 = 0) และ ด้านขวาเป็น Roller(U2 = 0)

รูปที่ 17 แสดงวิธีการกำหนดเงื่อนไขของจุดซัพพอร์ต

หลังจากเสร็จขั้นตอนในส่วนของ Pre-processing แล้ว ขั้นตอนถัดไปจะเป็นการคำนวนหาผลลัพธ์ที่ต้องการโดยให้เราทำการสร้าง Jobs (input file) เพื่อส่ง (Submit) ให้ส่วนของการคำนวณ (Solver) ทำการคำนวณผลลัพธ์ออกมา

รูปที่ 18 แสดงขั้นตอนการสั่งให้คำนวนหาผลลัพธ์

เมื่อการคำนวนเสร็จสิ้นแล้วก็จะเป็นขั้นตอนของการแสดงผลลัพธ์ (Post-processing) โดยให้เราเลือก Results แล้วมาในส่วนของ Common Plot Options เพื่อเปิดการแสดงหมายเลขของเอเลเมนต์

รูปที่ 19 การเปิดแสดงหมายเลขเอเลเมนต์ ในส่วนของการแสดงผลลัพธ์

จากนั้นมาในส่วนของ Plot Symbols โดยอาจเลือกเป็น Undeformed Shape เพื่อแสดงทิศทางของความเค้นที่เกิดขึ้นกับชิ้นส่วนแต่ละชิ้นว่าเป็นความเค้นดึง (Tensile Stress) หรือ ความเค้นอัด (Compressive Stress)

รูปที่ 20 การแสดงทิศทางของความเค้นที่เกิดขึ้นในแต่ละชิ้นส่วน

สำหรับการตรวจเช็คค่าแรงที่เกิดขึ้นในชิ้นส่วนแต่ละชิ้น เนื่องจากว่าเราได้กำหนดขนาดพื้นที่หน้าตัดของชิ้นส่วนทุกชิ้นไว้ 1m²ดังนั้นเราสามารถใช้คำสั่ง Probe values เช็คค่าของแรงได้โดยตรง

รูปที่ 21 แสดงค่าของแรงที่เกิดขึ้นในชิ้นส่วนแต่ละชิ้นโดยใช้คำสั่ง Probe values

เมื่อตรวจเช็คค่าของแรงที่ SIMULIA Abaqus คำนวนได้ในชิ้นส่วนที่ 7 และ 15 ซึ่งเป็นชิ้นส่วนที่ไม่ได้รับแรง (Zero Force Member) ดังแสดงในรูปที่ 22 จะเห็นได้ว่ามีค่าเท่ากับ 2.11758e-11N ซึ่งใกล้เคียงและสามารถอนุมานให้มีค่าเท่ากับ 0 ได้ ถ้าจะให้เปรียบเทียบระหว่างบทความครั้งก่อนที่ใช้ SOLIDWORKS Simulation เราสรุปเป็นตาราง ตามรูปที่ 22

รูปที่ 22 ตารางเปรียบเทียบผลการคำนวณระหว่าง SIMULIA Abaqus และ SW.Simulation

ผลการวิเคราะห์ SOLIDWORKS Simulation คำนวนได้ 2.694N โดยถ้าเราพิจารณาแรงที่คำนวนได้(SW.Simulation)ในชิ้นส่วนอื่นๆ ประกอบ จะเห็นว่ามีค่าที่ใกล้เคียงกับค่าที่คำนวณที่ได้ตามทฤษฎี ทั้งนี้ SW.Simulation เป็นเครื่องมือระดับเริ่มต้นซึ่งเน้นกลุ่มผู้ใช้งานในระดับขั้นตอนของการออกแบบ

สำหรับชิ้นส่วนที่ไม่ได้รับแรงนั้นปกติในงานจริงเราก็จะไม่ได้ใส่ชิ้นส่วนนี้เข้าไปให้สิ้นเปลื้องค่าใช้จ่ายอยู่แล้ว แต่ได้ทดลองทำการคำนวณ (ผลในช่อง Modify) ให้ดูเป็นตัวอย่างว่าชิ้นส่วนดังกล่าวไม่ได้มีผลอะไรต่อความแข็งแรงของโครงสร้าง

ถึงอย่างไรก็ตามผู้ใช้งานยังต้องมีความเข้าใจในประเด็นเหล่านี้ด้วยไม่งั้นอาจโดนเครื่องมือหลอกได้ ในกรณีปัญหางานที่ท่านทำอยู่มีความซับซ้อนและต้องการผลคำนวณที่แม่นยำในระดับที่สูงขึ้น แนะนำให้พิจารณาทางเลือกเป็น 3DEXPERIENCE Simulation หรือ SIMULIA Abaqus จะเหมาะสมกว่า ซึ่งทาง บมจ.แอพพลิแคด เป็นตัวแทนจำหน่ายด้วยเช่นกัน โดยสามารถติดต่อได้ที่เบอร์ 082-699-6945

ข้อมูลเพิ่มเติม : https://bit.ly/3ehpir4
ทีมงานเข้าไปสาธิตเพิ่มเติม : https://bit.ly/3cf7zhk
สอบถามราคา : https://bit.ly/38mgeNQ