วัสดุคอมโพสิทนั้นในปัจจุบันได้กลายเป็นวัสดุที่สำคัญและถูกใช้กันแพร่หลายในงานทางวิศวกรรม ในการการวิจัยเรื่อง ความแข็งแรงของวัสดุต่อน้ำหนักที่เบานั้น ถูกใช้ในงานทางด้านการบิน การอวกาศ เรือบก เรือดำน้ำ หุ่นยนต์ อุปกรณ์เทียม เช่นขาเทียม แขนเทียม งานด้านโครงสร้างอาคาร งานทางอุตสาหกรรมรถยนต์ งานทางรถไฟ งานทางรถบรรทุก นั้นได้เปลี่ยนแปลงวัสดุจากโลหะเหล็กไปเป็นวัสดุคอมโพสิทกันมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งในบทความนี้เราจะมาเรียนรู้กันว่า SOLIDWORKS กับ คอมโพสิทนั้นสามารถทำงานด้านคอมโพสิทได้อย่างไรบ้าง

ก่อนอื่นเลยเรามารู้จักกับวัสดุคอมโพสิทกันก่อน วัสดุคอมโพสิทนั้นสามารถนิยามได้ว่าเป็นวัสดุที่เกิดจากการรวมกันของวัสดุตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปทำให้ผลรวมของคุณสมบัติของวัสดุนั้นดีขึ้นกว่าเดิม เมื่อเทียบกับวัสดุจำพวกเหล็กหรือลูมิเนียมที่เป็นวัสดุก้อนเนื้อเดียวกัน (Bulk and Homogeneous) นั้น การทำคอมโพสิทขึ้นมาก็เพื่อความแข็งแรงที่เพิ่มขึ้นต่อน้ำหนักที่ลดลง วัสดุคอมโพสิทที่บ้านเรารู้จักกันดีก็คือ E-Glass / Epoxy Resin ซึ่งมีค่า Tensile Strength ต่อ Density เท่ากับ 257.9 ในขณะที่โลหะเหล็กนั้นมีค่าอยู่ที่ 61 – 65  และเมื่อเปรียบเทียบกับอลูมิเนียมแล้วนั้นมีค่าที่ดีกว่าเหล็กเกือบเท่าตัว นั่นเป็นเหตุผลที่อุตสาหกรรมทางการบินเลือกใช้อลูมิเนียมในการสร้าง

ด้ายหนึ่งเส้นนั้นดูบอบบางและไม่มีความแข็งแรง เราสามารถใช้มือดึงให้ขาดได้ แต่เมื่อเราลองเอาด้ายหลายๆเส้นมาม้วนรวมกันเราจะพบว่าเราไม่สามารถที่จะดึงให้ขาดได้ ด้ายที่รวมกันนั้นมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นอย่างมหาศาล ในทำนองเดียวกันไม้ไผ่ที่เราเอามาสานเป็นตระกร้านั้น ไม้ไผ่เพียงหนึ่งเส้นหรือที่เรามักจะเรียกกันว่าตอกนั้นมีความแข็งแรงน้อยมากและหักได้ง่าย แต่เมื่อเราเอาตอกหลายๆเส้นนี้มาสานรวมกันเป็นตระกร้านั้นเราจะแปลกใจว่าทำไมมันแข็งแรงขึ้นและสามารถที่จะรับน้ำหนักของเช่น ผลไม้ ข้าวสาร ได้ วัสดุคอมโพสิทนั้นก็เช่นเดียวกัน โดยทั่วไปจะระกอบไปด้วยเส้นใยที่นำมาวางเรียงๆกัน (วัสดุคอมโพสิทนั้นมีหลายประเภท สำหรับบทความนี้เราจะพูดถึงวัสดุคอมโพสิทประเภทเส้นใย) แต่การทำคอมโพสิทนั้นไม่ได้จบแค่เพียงวางเรียงกันเท่านั้น การวางเรียงกัน การวางทำมุมกัน การวางซ้อนกัน ของเส้นใยนั้นมีผลต่อความแข็งแรงของวัสดุคอมโพสิททั้งสิ้น จากรูปนั้นจะเห็นได้ว่าการวางเรียงตัวของเส้นใยแบบแรกนั้นวางขนาในทิศทางเดียวกันหมด ส่วนในแบบที่ 2 นั้นจะว่าตั้งฉากกันเหมือนการสานเข้าด้วยกัน ซึ่เมื่อเราออกแรงดึงในแนวตามยาวของเส้นใยในแบบแรกแล้วนั้น เส้นใยสามารถที่จะรับแรงดึงได้ ในขณะที่ถ้าเราดึงในแนวขวางแล้ว ตัวเส้นใยไม่ได้รับแรงในแนวขวาง ทำให้เส้นใยนั้นหลุดออมาเป็นเส้นๆได้ ส่วนในแบบที่ 2 นั้นไม่ว่าจะดึงในแนวตั้งหรือทางขวาง ก็จะมีเส้นใยคอยรับแรงดึงในทั้งสองแนว ดังนั้นในเรื่องของวัสคอมโพสิทนั้นแนวทิศทางของเส้นใยนั้นสำคัญ และเราต้องรู้ด้วยว่าแรงที่จะกระทำต่อชิ้นงานนั้นมีแนวไหนบ้างและเราควรที่จะวางเส้นใยให้สอดคล้องต่อแรงที่กระทำนั้น

เรียนรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับคอมโพสิทกันมาพอหอมปากหอมคอ ปัญหาก็คือเรามีชิ้นงานชิ้นหนึ่งและเราอยากจะทำชิ้นงานนั้นด้วยวัสดุคอมโพสิท แต่เราไม่มั่นใจว่าชิ้นงานนั้นจะทนต่อแรงที่กระทำได้หรือไม่และเราจะคำนวนมันอย่างไรดี คำถามนี้จริงตอบได้ไม่ยาก ยากแค่ว่า ”คุณรู้หรือไม่ว่า SOLIDWORKS Simulation นั้น สามารถที่จะทำการวิเคราะห์วัสดุคอมโพสิทอย่างง่ายๆได้” มันไม่ใช่ว่าทุกๆซอฟแวร์จะทำได้ แต่เราสามารถที่จะทำได้ใน SOLIDWORKS

ลองดูตัวอย่างกัน ในตัวอย่างนี้จะเป็นการทำ Three Point Bending ลงบนวัสดุคอมโพสิทที่เกิดจากชั้นเส้นใยจำนวน 7 ชั้นวางเรียงกันทำมุม 0/90 สลับกันไปดังแสดง แต่ละช้นนั้นเราจะเรียกว่า Ply แต่ละ Ply ก็จะมีกว้างยาวสูงในตัวเอง แน่นอนเราสามารถที่จะวาด Ply ออกมาแต่ละชั้นเป็น 3D Solid และทำการวิเคราะห์ แต่ลองนึกถึงว่ามีสัก 100 แล้วละก็ ก็จะเหนื่อยหน่อยในการทำ แต่เรามีวิธีการที่ง่ายกว่าคือการทำเป็น Shell หรือใช้แค่เพียงผิว Surface และก็กำหนดคุณสมบัติของคอมโพสิทแต่ละชั้นเข้าไป แทนการนั่งวาดชั้น 3D

ในการกำหนดคุณสมบัติของคอมโพสิทให้แก่ Shell นั้นเมื่อเข้ามาสู่โหมด Static Simulation แล้วให้ไปคลิกขวาที่รายการตัวชิ้นงานที่จะทำเป็นคอมโพสิท จากนั้นเลือก Edit Definition

คลิกเลือกที่ Composite จากนั้นกำหนดจำนวน Ply ที่ต้องการและกำหนดความหนาและการวางมุมของ Ply แต่ละ Ply ลงไปเพียงเท่านี้ก็เป็นอันเสร็จสิ้นกระบวนการทำชิ้นงานให้เป็น Composite

ผลการคำนวนที่ได้เราสามารถที่จะดูค่า Vonmises Stress ที่เกิดขึ้นในแต่ละ Ply ได้โดยการกำหนดที่ Ply Option และกำหนดชั้นที่เราต้องการจะดู Stress ที่เกิดขึ้นได้

จะเห็นได้ว่าการทำคอมโพสิทนั้นไม่ได้ยุ่งยากมากนักในการทำ สิ่งที่ยากกว่าคือ การใส่ค่าที่ถูกต้องและการตีความผลลัพธืที่ได้ ซึ่งต้องอาศัยความรู้และประสบการณ์ในการทำ หากท่านมีข้อสงสัยหรืออยากให้มีการอบรมเยวกับคอมโพสิทนี้ ทางเรามีผู้เชี่ยวชาญคอยสนับสนุนและให้ข้อมูลท่านได้ครับ

บทความโดย แอดโจ๊ก

สนใจ SOLIDWORKS ติดต่อเราได้ที่

โทร 02-089-4145 (จ-ศ 8.30 – 17.00 น.)

LINE@ : @metrosolidworks

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

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

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