Home / Articles / การใส่แรงในการทำ Finite Element

การใส่แรงในการทำ Finite Element

การวิเคราะห์ปัญหาทางไฟไนต์อิลิเมนตืนั้นก็เหมือนกับการวาดรูปและระบายสี คนทำเปรียบได้กับจิตรกรผู้สรรสร้างงานออกมา ความสวยงามของสีที่เกิดขึ้นบนชิ้นงานนั้นสามารถทำให้เราหลงและเข้าใจในผลัพ์ผิดไปได้ซึ่งเป็นเรื่องที่ควรระวังอย่างยิ่ง การทำไฟไนต์อิลิเมนต์สำหรับการวิเคราะห์ความแข้งแรงของดครงสร้างนั้นมีด้วยกันเพียง 5 ขั้นตอนคือการเครียมสร้างทำเมสให้ชิ้นงาน การใส่วัสดุลงในชิ้นงาน การกำหนดเงื่อนไขจุดยึด การกำหนดแรงที่กระทำและสุดท้ายคือการคำนวน ในทุกๆกระบวนการล้วนทำให้เกิดผลลัพืที่แตกต่างกันเมื่อเราใส่ค่าไม่เหมือนกัน ซึ่งสำหรับในหัวข้อนี้เราจะดูกันที่ว่าชิ้นงานเดียวกัน จุดยืดแบบเดียวกันแล้วเมื่อใส่แรงกระทำที่เท่ากันแต่รูปแบบการใส่แรงที่ไม่เหมือนกันนั้นจะส่งผลอย่างไรบ้างกับผลการคำนวนที่ได้

สมมติให้เรามีคานยาวทั้งหมด 4 คานดังแสดงในรูป คานแต่ละคานนนั้นมีขนาดกว้างยาวและสูงเท่ากันทุกขนาดและทำจากวัสดุชนิดเดียวกันทั้งหมดหมด ที่ปลายคานนั้นจะถูกจับยึดด้วยเงือ่นไข Pin Condition คือถูกตรึงที่ปลายแต่ยังสามารถที่จะเคลื่อนที่แบบหมุนขึ้นลงได้ ที่บริเวณกึ่งกลางของคานนั้นจะมีแรงกระทำโดยที่แรงลัพธ์ที่กระทำในแต่ละคานมีขนาดและทิศทางที่เท่ากันทั้งหมดแต่จะแตกต่างกันที่ลักษณะของการใส่แรงซึ่งมีรูปแบบดังนี้

คานที่ 1 ใส่แรงที่เป็นแบบ Distribution Load ตลาดความยาวของตัวคาน โดยที่จุดรวมแรงลัพธ์นั้นจะอยู่ที่บริเวณกึ่งกลางของคานพอดี

คานที่ 2 ใส่แรงลงบนเส้นที่อยู่กึ่งกลางคานพอดี

คานที่ 3 ใส่แรงลงบนจุดที่อยู่บนกึ่งกลางคานพอดี

คานที่ 4 ใส่แรงลงบนพื้นที่เล็กๆที่อยู่ตรงบริเวณกึ่งกลางคาน โดยที่จุดรวมแรงลัพธ์นั้นจะอยู่ที่บริเวณกึ่งกลางของคานพอดี

ในทุกๆเคสนั้นจะเห็นว่าแรงลัพธืนั้นตกลงบริเวณกึ่งกลางของคานและมีขนาดของแรงที่ท่ากันหมด ซึ่งตามแบบอย่างง่ายที่ใช้ในการเรียนนั้นควรจะคำนวนผลลัพธ์ได้เท่ากันหมดแต่ผลลัพธ์ในการคำนวนไฟไนต์อิลิเมนต์ในแต่ละเคสนั้นแตกกต่างกันออกไป ซึ่งผลการคำนวนนั้นสามารถสรุปได้ดังนี้

  1. ในทุกๆเคสยกเว้นเคสที่ 1 นั้นการงอตัวจะมีลักษณะเหมือนกัน แต่ในเคสที่ 1 นั้นการงอตัวจะน้อยที่สุด

2. ในทุกๆเคสยกเว้นเคสที่ 1 นั้นค่า Maximum Stress เกิดขึ้นที่บริเวณจุดยืดที่ทั้งสองด้านของปลายคานนั้นมีค่าใกล้เคียงกัน

3. ในทุกๆเคสยกเว้นเคสที่ 1 นั้นค่า Stress เกิดขึ้นที่บริเวณจุดกึ่งกลางคานนั้นมีค่าใกล้เคียงกัน

4. พิจารณาในลายละเอียดบริเวณที่แรงกระทำตรงกลางคานแล้วสจะพบว่าการเสียรูปและ Stress ที่เกิดขึ้นนั้นไม่เท่ากันเลยทุกๆเคส

ถึงแม้ว่าเราจะทำทุกๆอย่างเหมือนกันทั้งใส่จุดยึด ใส่แรงลัพธืที่กระทำต่อคานที่เท่ากันแล้วผลการคำนวนนั้นให้ผลที่แตกต่างกันในแต่ละคาน ซึ่งเมื่อพิจารณาแล้วเป็นผลมาจากเรื่อง Concentrate Load และ Distribution Load

ซึ่งในคานที่ 1 นั้นแรงกระทำตลอกพื้นที่ตามความยาวของคานแรงแบบนี้จะเป็นแรงประเภท Distribution Load ส่วนในคานที่ 3 นั้นจะมีลักษณะเป็น Point Load หรือ Concentrate Load ส่วนแบบที่ 2 และ 4 อยู่ในรูปแบบกึ่ง Distribution และ Concentration แต่จะใกล้เคียงทาง Concentration มากกว่า การใส่แรงแบบ Concentration Load นั้นจะทำให้เกิด Stress Concentration ซึ่งจะมีค่าสูงกว่าปกติในบริเวณที่ใส่แรงจะเห็นได้ชัดในคานที่ 2 และ 3 ว่าบริเวณที่ใส่แรงนั้นจะยุบตัวลงเป็นเป็นร่องหรือหลุมอันเนื่องมาจาก Stress ที่เกิดขึ้นมีปริมาณสูงกว่าบริเวณรอบๆทำให้การเสียรูปของชิ้นงานมีมากกว่าส่วนอื่นๆ

จะเห้นได้ว่า การให้แรงในการคำนวนไฟไนต์อิลิเมนตืนั้นถึงแม้ว่าแรงที่เราใส่นั้นจ้เท่ากันแต่การเลือกรูปแบบการใส่แรงที่แตกต่างกันทำให้ผลลัพธืที่คำนวนได้นั้นมันแตกต่างกันด้วย ดังนั้นเราจึงควรระวังเรื่องของรูปแบบการใส่แรง ไม่มีกฏตายตัวสำหรับทุกๆกรณี แต่ขึ้นอยู่กับลักษณะของการกระทำของแรงในเครื่องจักรที่ท่านทำงานอยู่ว่าจะเป็นไปในรูปแบบไหนและเลือกใช้ให้เหมาะสมครับ

 

แอดโจ๊ก

About metrosystemadmin

Check Also

ประยุกต์ใช้ฟังก์ชัน Cavity ในการเขียนกาวเคลือบชิ้นงาน