Under en utvecklingsprocess gör du flera beslut om vägval gällande utformning och material, men är dessa val de bästa? Gör du dina vägval baserat på ”vi har alltid gjort såhär” utan hänsyn till materialkostnader eller miljöpåverkan?
Kanske skulle du kunna ta besluten baserat på jämförande tester?
I detta inlägg vill jag ta tillfället att tipsa om hur du kan jobba med jämförande studier i SolidWorks Simulation. Inlägget är ganska långt men jag lovar er att det är värt läsningen då det beskriver ett mycket okomplicerat sätt att utnyttja SolidWorks Simulation.
Oavsett om du endast har tillgång till Simulation Xpress eller något av de andra simuleringsverktygen i högre SolidWorks paketeringar kan du utföra jämförande studier med stor framgång. Skillnaden ligger i vilken typ av studier och randvilkor du kan jobba med samt vilka visualiserings möjligheter du har då du analyserar resultatet.
Först lite ”spännande” teori.
Förhållandet mellan last och spänning vid linjära studier (Simulation Xpress eller Static i de andra paketen) är alltid konstant så länge materialets sträckgräns ej överskrids.
Detta benämns genom Hookes lag och principen är grundläggande inom hållfasthetslära där för små elastiska deformationer gäller att spänning σ är proportionell mot töjning ε, där E är elasticitetsmodulen.
Ökar du lasten till det dubbla kommer spänningen också att öka till det dubbla. Ändrar du material till ett hälften så styvt material (dvs. E-modul halveras) kommer då deformationen att öka till det dubbla.
För en idealiserad fjäder gäller att deformationen är proportionell mot den kraft som verkar i fjäderns längdriktning.
Så i och med detta kan vi utan att känna till exakta värden för storlek på last respektive materialets styvhet räkna på hur en geometriförändring påverkar deformation och spänning samt där med hållfastheten. Nyckeln till jämförande studier är att du redan har en konstruktion du vet håller och använder den som referenspunkt.
Ett exempel på tillämpning.
Du har en produkt som redan tillverkas och kanske har gjorts så flera år. Ni utför regelbundet fysiska tester (eller har någon gång gjort det) på denna produkt eller detaljer för att säkerställa kvalitén, ni vet alltså att den har en god konstruktion.
Nu kommer ett önskemål om att minska mängden material av både kostnads och miljöskäl och ni kommer bli tvungna att tillverka prototyper av den nya slimmade designen för att kunna utföra fysiska tester som en del av utvecklingsarbetet.
Använd SolidWorks Simulation för att göra en initial studie av den befintliga konstruktionen, denna studie skall vi använda som riktmärke så 3D-modellen bör vara så exakt som möjligt. Det är där i mot inte så viktigt hur stor last du applicerar eller vilket material du väljer, men om du känner till lastfall och material så använd dem eller värden som ligger så nära som möjligt.
Dina randvilkor för studien (Fix och Load, Pressure, osv.) bör dock ligga så nära sanningen som möjligt i form av t.ex. vilken yta, punkt och/eller rikting som de appliceras mot. Dom behöver dock inte vara 100%-iga för att du skall kunna få ut ett godtyckligt resultat av studien.
Titta på resultatet av din första studie, var noga med att inte sammanlagd spänning överskrider materialets sträckgräns, i så fall minska lasten något och gör om första studien tills du hamnar en bit under.
Spännings plot i Von Meises, N/mm^2 (MPa)
Skapa sedan en ny konfiguration och prova med att plocka bort lite geometri i områden med låg eller obefintlig spänning (blått). För er som har SolidWorks Premium eller högre paketeringar kan med fördel använda Design Insight Plot för detta ändamål.
Skapar sedan en ny studie, kopiera samma lastfall som tidigare (viktigt att det är exakt samma randvilkor som i förra studien) och kör den nya studien.
Ökade eller minskade den sammanlagda spänningen?
Om den ökade, i vilket område hamnade max-spänning?
”Viola”, där är ditt eventuella problem område.
Om sammanlagd spänning till och med minskade eller är likvärdig med originalet är du på rätt väg!
Laborera med att plocka bort geometri i blåa områden och lägga till i röda områden, håll koll på sammanlagd spänning så den inte ökar mot originalet. Skapa nya studier för varje konfiguration och var noga med att kopiera in exakt samma randvärden som i de förra studierna.
Såhär kan du hålla på och jämföra ett tag tills du uppnår en konstruktion du är nöjd med, dvs. mindre förbrukat material men ej högre eller likvädrig sammanlagd spänning som i den befintliga konstruktionen. Det är sedan dags att tillverka en fysisk prototyp.
Även om det verkar tidsödande så är det oftast värt arbetet. Har du tillgång till Optimerings studier eller vet hur du sätter upp Design Studies kan du automatisera och snabba upp arbetet avsevärt.
Kommer detaljen att hålla?
Nja, metoden är inte helt vattentät eftersom du gjort en ganska enkel jämförande studie, men en sak är klar, att den troligen håller bättre än om du jobbat i ”blindo” och gissat dig till hur förändringen skulle påverka styrkan i den reviderade detaljen.
Du har också med all säkerhet sparat in ett antal prototyper och på dem dyra fysiska tester. Ni vet även var den svaga punkten ligger och vad ni skall fokusera på vid den fysiska provningen.
Så i och med att ni hade en konstruktion att utgå ifrån som ni kände till att den höll kunde ni sedan utföra dessa jämförande tester i SolidWorks Simulation och få ett snabbt och vägvisande resultat för hur er konstruktionsförändring teoretiskt kommer att påverka hållfastheten.
Att jobba med SolidWorks Simulation i ditt utvecklingsarbete behöver inte vara krångligt eller så ”vetenskapligt”. Ni har säkert massor av komponenter som ni kan optimera på ovanstående sätt och det ligger absolut i nutiden att sänka materialåtgång.
Både för att sänka materialkostnader och där med att ge höjda vinstmarginaler eller stärka er konkurrenskraft, men även såklart för att ert företag skall göra så litet ”Environmental Footprint” som möjligt i form av förbrukade råvaror.
Något som med all säkerhet er Marknadsavdelning kommer att jubla över, då de kan marknadsföra er som ett mera grönt företag.
Lycka till.
