CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG BẢN VẼ KĨ THUẬT HỆ THỐNG PHANH
2.2 Giới thiệu về Simulation
Bộ công cụ mô phỏng toàn diện của phần mềm SOLIDWORKS Simulation cho phép nhà thiết kế và kỹ sư đánh giá hiệu suất, cải thiện chất lượng và thúc đẩy đổi mới sản phẩm. Thiết lập các kịch bản trong thế giới thực để kiểm tra các sản phẩm trước khi sản xuất cho một loạt các thông số như độ bền, phản ứng tĩnh và động, chuyển động của lắp ráp, truyền nhiệt, động lực học chất lỏng và ép nhựa.
Hình 3.1 Tính toán kiểm tra bền bằng Simulation Solidwork 2.2.1 Phân tích ứng suất tuyến tính
Tính năng phân tích ứng suất tuyến tính (linear stress analysis) trong SOLIDWORKS Simulation cho phép các nhà thiết kế và kỹ sư xác nhận hiệu suất và an toàn chất lượng sản phẩm trong suốt quá trình tạo thiết kế.
SOLIDWORKS Simulation tích hợp hoàn hảo với quy trình thiết kế, cho phép bạn chạy phân tích ứng suất tuyến tính trực tiếp từ mô hình SOLIDWORKS 3D CAD. Lợi ích mang lại: giảm số lượng mẫu thử, làm lại, trì hoãn và giảm thiểu thời gian và hiệu quả chi phí cao hơn.
Sử dụng phân tích ứng suất tuyến tính, tính toán ứng suất và biến dạng hình học với ba giả định cơ bản:
Phần được chọn hoặc lắp ráp dưới tải sẽ biến dạng với các phép quay và chuyển vị nhỏ
Bất kỳ tải sản phẩm sẽ vẫn tĩnh (bỏ qua quán tính) và không đổi theo thời gian Vật liệu này có mối quan hệ căng thẳng / căng thẳng liên tục (định luật Hooke). Vật liệu có ứng suất không đổi, ứng suất liên tục (định luật Hook)
Phần mềm SOLIDWORKS Simulation sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEA) để phân tách các thành phần thiết kế thành các phần tử rắn, vỏ hoặc chùm, sử dụng phân tích ứng suất tuyến tính để xác định phản ứng của các chi tiết và lắp ráp khi áp dụng vào hiệu ứng của:
- Ứng suất - Áp lực - Tăng tốc - Nhiệt độ
- Liên hệ giữa các thành phần
Tải trọng có thể được nhập từ nhiều nghiên cứu bao gồm nhiệt, dòng chảy và chuyển động để chạy phân tích đa vật lý. Khi chạy dữ liệu thành phần phân tích ứng suất là chính, cơ sở dữ liệu vật liệu SOLIDWORKS được chuẩn bị sẵn các vật liệu sẵn sàng để sử dụng trong SOLIDWORKS Simulation và có thể dễ dàng tùy chỉnh để đáp ứng bất kỳ yêu cầu vật liệu cụ thể nào.
2.2.2 Kinematic Motion Analysis – Mô phỏng chuyển động
Dễ dàng đánh giá cách sản phẩm của bạn sẽ hoạt động và di chuyển trong suốt
chu kỳ hoạt động với phân tích chuyển động bằng cách sử dụng SOLIDWORKS Simulation. Hình dung sản phẩm của bạn chuyển động như trong thế giới thực và đo lường các lực và tải trên thiết kế của bạn. Thêm vào đó, sử dụng dữ liệu để tính toán kích thước chính xác các động cơ và tạo cơ chế chính xác để đảm bảo hiệu suất, chất lượng sản phẩm và an toàn.
Được tích hợp chặt chẽ với SOLIDWORKS 3D CAD, phân tích chuyển động bằng cách sử dụng SOLIDWORKS Simulation có thể là một phần thường xuyên trong quy trình thiết kế của bạn, giúp giảm nhu cầu về các nguyên mẫu tốn kém, loại bỏ việc làm lại hoặc trì hoãn, tiết kiệm thời gian và chi phí phát triển.
Phân tích chuyển động được giải quyết bằng cách sử dụng phương pháp cơ sở thời gian cho các vấn đề động học và động lực học khối rắn. SOLIDWORKS Motion đưa nhà thiết kế vượt ra ngoài chuyển động kéo tự do có sẵn trong môi trường CAD và tính toán vật lý thực sự các lực và chuyển động của một tổ hợp khi nó di chuyển dưới tải trọng môi trường (ngoại lực) và / hoặc tải trọng bên trong (động cơ, lò xo, và giảm chấn).
Mô phỏng SOLIDWORKS Motion có thể tính toán hiệu ứng của:
Hình 2.2. Mô phỏng cơ cấu động học
- Tải trọng - Lò xo
- Bộ giảm chấn - Trọng lực
- Liên hệ giữa các thành phần - Bushings
Một khi chuyển động lắp ráp đã được tính toán, có thể dễ dàng phân tích cấu trúc của các bộ phận dưới tải trọng gây ra chuyển động (gia tốc và lực khớp), trong nghiên cứu chuyển động hoặc xuất sang nghiên cứu phân tích kết cấu.
2.2.3 Phân tích mỏi kim loại
Nhìn thấy trước và đánh giá tác động của tải trọng theo chu kỳ lên tuổi thọ cấu trúc của một thành phần kim loại với phân tích mỏi của phần mềm SOLIDWORKS Simulation để đảm bảo sản phẩm của bạn đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất, chất lượng và an toàn.
Được tích hợp liền mạch với SOLIDWORKS CAD, SOLIDWORKS Simulation cung cấp phân tích mỏi kim loại có thể được chạy như một phần của quy trình thiết kế, dẫn đến các nguyên mẫu ít tốn kém hơn, giảm việc làm lại mất thời gian và hiệu quả chi phí cao hơn.
Sử dụng phương pháp Stress Life, SOLIDWORKS Simulation và phân tích độ bền mỏi của kim loại cho phép dự đoán chu kỳ mỏi của các thành phần kim loại có biên độ tải trọng thay đổi (Rainflow counting) hoặc biên độ tải trọng không đổi (Quy tắc thiệt hại tích lũy – Cumulative Damage Theory-Miners Rule).
Các kết quả sau đó có thể được sử dụng để xác nhận sản phẩm để:
Điều chỉnh thiết kế theo phản hồi kết quả để đảm bảo đáp ứng tuổi thọ sản phẩm cần thiết
Thiết lập lịch bảo trì đề nghị bao gồm thay thế một phần
Giảm thiểu thất bại, giảm chi phí bảo hành và tối đa hóa tuổi thọ sản phẩm
Hình 2.3. Phân tích mỏi trong SOLIDWORKS Simulation
Các kết quả phân tích mỏi được thể hiện dưới dạng:
Biểu đồ “đời sống”: hiển thị số chu kỳ (đối với nghiên cứu sự kiện biên độ không đổi) hoặc số khối (đối với nghiên cứu biên độ thay đổi) gây ra sự thất bại mỏi ở mỗi vị trí
Sơ đồ thiệt hại: thể hiện tỷ lệ phần trăm tuổi thọ của cấu trúc bị tiêu hao bởi các sự kiện mỏi được xác định
Biểu đồ hệ số an toàn (FoS): hiển thị hệ số tải Hệ số an toàn cho sự mệt mỏi thất bại tại mỗi địa điểm
Biaxility indicator: vẽ tỷ lệ của ứng suất gốc xen kẽ nhỏ hơn, trong khi bỏ qua ứng suất gốc xen kẽ gần nhất bằng 0, chia cho ứng suất chính xen kẽ lớn hơn
Biểu đồ ma trận: cho các nghiên cứu biên độ thay đổi.
2.2.4 Phân tích tần số
SOLIDWORKS Simulation cung cấp cho bạn khả năng nghiên cứu tần số tự nhiên của thiết kế cả có và không có tải và điều kiện biên trước giai đoạn tạo mẫu vật lý với khả năng đảm bảo các chế độ rung tự nhiên tránh xa tần số cưỡng bức môi trường, phản ánh liệu thiết kế có đáp ứng hay không yêu cầu phục vụ cuộc sống.
SOLIDWORKS Simulation tích hợp hoàn hảo với quy trình thiết kế, cho phép
bạn chạy phân tích tần số trực tiếp từ mô hình SOLIDWORKS 3D CAD của bạn dẫn đến các nguyên mẫu ít tốn kém hơn, giảm việc làm lại mất thời gian và hiệu quả chi phí cao hơn.
Hình 2.4. Phân tích tần số
Khi dự báo các chế độ có thể thất bại hoặc các loại phân tích cần thiết để hiểu đầy đủ về hiệu suất, bắt buộc phải hiểu tần số tự nhiên. Mỗi thiết kế có tần số rung động ưa thích, tần số cộng hưởng, được đặc trưng bởi các dạng rung động cụ thể.
Tính năng phân tích tần số của SOLIDWORKS Simulation sử dụng phương pháp giá trị Eigen để thiết lập các chế độ rung tự nhiên cho tất cả các dạng hình học. Khi một chế độ tự nhiên của thiết kế và môi trường rung bề mặt dự kiến của nó quá khớp nhau, nó có thể dẫn đến sự cộng hưởng hài hòa có thể dẫn đến quá tải gây ra lỗi.
Có sự hiểu biết sâu sắc về chế độ rung tự nhiên của thiết kế, người kỹ sư có thể thực hiện các biện pháp phòng ngừa như thay đổi vật liệu, bộ phận thành phần và giảm chấn khối để đảm bảo tần số tự nhiên của chi tiết không trùng với tần số môi trường tải. Do đó, thiết kế không chỉ thực hiện như mong muốn mà còn có tuổi thọ dài hơn.
Để kiểm tra tần số tự nhiên của một thiết kế có vượt qua ngưỡng an toàn, bạn
có thể:
Thay đổi hình học
Thay đổi vật liệu (tần số cộng hưởng tỷ lệ thuận với mô đun đàn hồi)
Sửa đổi các đặc tính của bộ cách ly sốc
Chiến lược đặt các yếu tố mass 2.2.5 Phân tích kết cấu nhiệt
Với SOLIDWORKS Simulation Professional, các nhà thiết kế và kỹ sư có khả năng xác định các hiệu ứng nhiệt trên một thiết kế nhất định cũng như tác động của thay đổi thiết kế đến nhiệt độ thành phần.
Giảm làm lại và chậm trễ.
SOLIDWORKS Simulation tích hợp hoàn hảo với quy trình thiết kế, cho phép bạn chạy phân tích cấu trúc nhiệt trực tiếp từ mô hình SOLIDWORKS 3D CAD của bạn dẫn đến các nguyên mẫu ít tốn kém hơn, giảm việc làm lại, trì hoãn và hiệu quả chi phí cao hơn.
Hình 2.5. Phần mềm SOLIDWORKS Simulation – Phân tích kết cấu nhiệt
Phân tích cấu trúc nhiệt liên quan đến việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán phân bố nhiệt độ trong cấu trúc rắn gây ra bởi các đầu vào nhiệt (tải nhiệt), đầu ra (mất nhiệt) và các rào cản nhiệt (điện trở tiếp xúc nhiệt) trong thiết kế của bạn. Phân tích cấu trúc nhiệt giải quyết vấn đề truyền nhiệt liên hợp với
tính toán mô phỏng dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ.
Hai phương pháp truyền nhiệt – đối lưu và bức xạ – được áp dụng làm điều kiện biên trong phân tích cấu trúc nhiệt. Đối lưu (được thiết lập bởi một hệ số màng bề mặt) và bức xạ (phát xạ bề mặt) có khả năng phát và nhận năng lượng nhiệt đến và từ môi trường của chúng, tuy nhiên chỉ có bức xạ có thể truyền năng lượng nhiệt giữa các vật thể bị ngắt kết nối trong một tổ hợp.
Bức xạ: Để xác định ảnh hưởng của nhiệt để lại một thành phần và được vận chuyển qua chất lỏng chuyển sang chất khác, phân tích chất lỏng nhiệt mô phỏng phải được thực hiện khi tính toán tác động của chất lỏng.
Đối lưu: SOLIDWORKS Simulation đơn giản hóa nhiệm vụ phức tạp là xác định hệ số màng bề mặt đối lưu chính xác cho hình học phức tạp bằng cách nhập hệ số chính xác để SOLIDWORKS Flow Simulation cung cấp phân tích cấu trúc nhiệt chính xác hơn.
Phần mềm SOLIDWORKS Simulation tính toán các trường nhiệt độ ổn định hoặc nhiệt độ nhất thời do:
Áp dụng nhiệt độ cố định hoặc ban đầu
Nhiệt đầu vào / thông lượng đầu vào hoặc đầu ra
Tỷ lệ đối lưu bề mặt
Bức xạ – loại bỏ nhiệt từ hệ thống
Điện trở tiếp xúc nhiệt giữa các thành phần
Khi trường nhiệt độ đã được thiết lập, việc tính toán ứng suất nhiệt sẽ dễ dàng đảm bảo hiệu suất và độ an toàn của sản phẩm.
2.2.6 Tối ưu hóa thiết kế
SOLIDWORKS Simulation phân tích mô hình CAD của bạn trong giai đoạn thiết kế dựa trên hiệu suất từ trọng lượng, tần số hoặc độ cứng. Tiếp cận phiên bản tốt nhất của thiết kế sớm trong dự án của bạn để tiết kiệm thời gian và chi phí làm lại.
Đặt mục tiêu hiệu suất để thúc đẩy phân tích tối ưu hóa và SOLIDWORKS
Simulation đơn giản hóa quy trình làm việc bằng cách thực hiện các điều chỉnh tham số để đáp ứng các tiêu chí đã đặt ra.
SOLIDWORKS Simulation sẽ cảnh báo người dùng nếu mô hình vi phạm các mục tiêu đã xác định.
Tối ưu hóa thiết kế trong SOLIDWORKS đảm bảo các mục tiêu thiết kế chính được đáp ứng trong khi vẫn duy trì các yêu cầu thiết kế hỗ trợ. Điều này đạt được bằng cách hạn chế phạm vi tối ưu hóa với việc sử dụng nhiều ràng buộc.
Tự động thay đổi kích thước được chọn để đạt được sự tuân thủ tối thiểu hoặc tối đa cho các mục tiêu thiết kế.