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/solidworks/contact-us/
YouTube https://www.youtube.com/user/MetroSolidWorks
Facebook Fanpage https://www.facebook.com/metrosolidworks/