Home / Articles / ปัญหา Contact เบื้องต้นสำหรับการเริ่มต้นทำไฟไนต์อิลิเมนต์ SOLIDWORKS Simulation

ปัญหา Contact เบื้องต้นสำหรับการเริ่มต้นทำไฟไนต์อิลิเมนต์ SOLIDWORKS Simulation

เฮิรทเซียนคอนแทค (Hertzian Contact) เป็นสิ่งที่ใช้ในการศึกษาการทำ Contact ในงานไฟไนต์อิลิเมนต์ทั่วไป ซึ่งรูปแบบของปัญหานั้นจะเป็นการกดของแท่งทรงกระบอกลงบนแท่งทรงกระบอกอีกอันหรือบนผิววัตถุทรงลูกบาศก์ เฮิรทเซียนคอนแทคนี้ที่มานั้นต้องย้อนกลับไปในปี 1882 หรือ 136ปีที่แล้ว โดยนาย Heinrich Hertz ซึ่งพยายามที่จะศึกษาการเสียรูปของตัวเลนส์ที่วางซ้อนทับกันอยู่ การเสียรูปที่เกิดขึ้นนี้เป็นผลมาจากการเกิด Local Stress หรือความเค้นที่เกิดขึ้นในตำแหน่งที่เลนส์นั้นสัมผัสกัน โดยสามารถที่จะคำนวนค่า Contact Pressure หรือความดันที่เกิดขึ้นบนหน้าสัมผัสของชิ้นงานได้

จากรูปนั้นจะมีแท่งเหล็กทรงกระบอกที่เรียกว่า Roller ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 มม ยาว 1 มม วางกดอยู่แท่งเหล็กทรงสี่เหลี่ยมลูกบาศก์หรือ Block ขนาด 80×150 มม โดยแรงกดนั้นกระทำที่ตัวแท่งทรงกระบอกขนาด 60000 นิวตัน ซึ่งเราสามารถที่จะหาค่า Contact Pressure ที่เกิดขึ้นบริเวณที่ถูกกดนี้ได้จากสมการ

จากรูปภาพจะสามารถคำนวนหา Contact Pressure ได้เท่ากับ 9886.8 MPa แสดงตามตาราง

Name Abbrev Unit

Value

Applied Normal Force F N 60000
Modulus of Elasticity of Roller Eroller Mpa 207000
Modulus of Elasticity of Block Eblock MPa 207000
Poisson Ration of Roller vRoller 0.3
Poisson Ration of Block vBlock 0.3
Combined Modulus of Elasticity E MPa 227472.5275
Radius of Curvature of Roller Rroller mm 50
Radisu of Curvature of Block Rblock mm 40
Combined Radius R mm 22.22222222
Legnth of Roller B mm 1
Contact Pressure Maximum P MPa 9886.80382

ในการทำไฟไนต์อิลิเมนต์เพื่อจำลองปัญหาการกดที่มี Contact เข้ามาเกี่ยวข้องนี้ สามารถทำได้โดยง่ายใน SOLIDWORKS Simulation เนื่องจากชิ้นงานทั้งสองนี้ไม่ได้ถูกเชื่อมต่อกันอยู่ สิ่งที่ต้องระวังในการทำคือการใส่ ลักษณะของ Contact ให้ถูกต้อง โดยปกติใน SOLIDWORKS Simulation นั้นะกำหนด Contact เป็นแบบ Bonded หรือเชื่อมต่อกันโดย Defaults แต่ในปัญหานี้สิ่งที่เกิดขึ้นชิ้นงานสองชิ้นนั้นไม่ได้เชื่อมต่อกัน แต่เพียงแค่สัมผัสกันและไม่ได้ทะลุหากัน บริเวณที่ถูกกดทับจะเกิดเพียงเนื้อที่ถูกอัดกันเท่านั้น ในหน้า Simulation นั้น RMB ที่ Global Contact จะปรากฏหน้าต่าง Component Contact ขึ้นมา ในส่วนของ Contact Type นั้น ให้เลือก No Penetration เพื่อกำหนดให้การผัสเป็นแบบชนกันเท่านั้นแต่ไม่ได้ทะลุเข้าไปในเนื้อของแต่ละชิ้น

ผลการคำนวนแสดงให้เห็นถึง Stress ที่เกิดขึ้นตรงบริเวณที่ถูกกด ซึ่งมีค่าสูงอยู่ที่บรืเวณใกล้ๆรอยกด และบริเวณรอยที่ถูกกดนั้นจะถูกกดจนเป็นหลุมลงไป ในการตรวจเช็คผลการคำนวนจากไฟไนต์อิลิเมนต์ว่าตรงกับที่คำนวนไว้นั้นจะเช็คโดยการพล็อตค่า Contact Pressure โดยปกติแล้ว SOLIDWORKS Simulation จะพล็อตค่า Stress / Displacement และ Strain ให้ ในการให้แสดงค่า Contact Pressure นั้นให้ทำโดย RMB ที่ Result และเลือก Defined StressPlot ในช่องของ Display ให้เลือก CP Contact Pressure จะได้ค่า Contact Pressure เท่ากับ 9985 MPa ซึ่งมีค่าใกล้เคียงกับผลที่ได้จากการคำนวนมือ

ในการจำลองงนี้เราได้กำหนดค่า Friction ที่เท่ากับ 0 นั่นคือไม่มี Friction ในการสัมผัส เราลองมาทำการคำนวนให้ซับซ้อนขึ้นกว่าเดิมโดยการใส่ค่า Friction Coefficient ข้าไป ในที่นี้สมมติให้เท่ากับ 0.3 และเราจะมาดูผลลัพ์กันว่าแตกต่างไปจากเดิมมากน้อยแค่ไหน ในการใส่ Friction ให้กับ Contact นั้นให้ไปที่หน้า Component Contact คลิกเลือก Friction และกำหนดค่าให้เท่ากับ 0.3 จากนั้นก็สั่งคำนวนผลที่ได้คือค่า Contact Pressure เพิ่มขึ้นเป็น 10160 Mpa คิดเป็นเพิ่มขึ้น 2% จากค่าเดิม ดังนั้นในเบื้องต้นของการคำนวน Contact ปนะเภทสัมผัสกันหรือ No Penetration นี้สามารถที่จะคำนวนเป็นแบบไม่มี Friction ก่อนได้ เมื่อทุกอย่างได้ผลลัพธ์ออกมาแล้วดูใกล้เคียงกับค่าทางทฤษฏี จากนั้นค่อยเริ่มใส่ค่า Friction เข้าไปในระบบเพื่อให้ได้ค่าคำนวนที่แม่นยำมากขึ้น

บทความโดย แอดโจ๊ก

———————————————————————————-

สนใจ SOLIDWORKS ติดต่อเราได้ที่

โทร 02-089-4145

เว็บไซต์ https://metrosystems-des.com/contact-us/

YouTube https://www.youtube.com/user/MetroSolidWorks

Facebook Fanpage https://www.facebook.com/metrosolidworks/

 

About metrosystemadmin

Check Also

ประยุกต์ใช้ฟังก์ชัน Cavity ในการเขียนกาวเคลือบชิ้นงาน