Coefficient of Restitution กับการวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของชิ้นงาน

ในการวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของชิ้นงานหรือMotion Analysis นั้น จุดประสงค์ก็คือจะดูว่าชิ้นงานของเรานั้นเคลื่อนที่ไปอย่างไร ความเร็ว ความเร่ง ระยะทาง รวมทั้งมีแรงกระทำในชิ้นงานนั้นเท่าใดเพื่อที่จะนำข้อมูลมาวิเคราะห์และปรับแบบให้ตรงตามเงื่อนไขการออกแบบต่อไป โดยปกติแล้วเมื่อเราทำการจำลองการเคลื่อนที่ของชิ้นงานจำนวนหลายชิ้นแล้ว ชิ้นงานเหล่านั้นจะมองไม่เห็นกัน จนกว่าจะทำสิ่งที่เรียกว่า Contact ซึ่งการกำหนดค่าให้กับ Contact นี้ต่างกันแล้ว ถึงจะเห็นชิ้นงานเดียวกันก็ให้ผลลัพธ์ของการเคลื่อนที่ที่ต่างกันอย่างสิ้นเชิง หนึ่งในตัวแปรของการกำหนด Contact นั้นเรียกว่า Coefficient of Restitution หรือ COR ซึ่งมีนิยามว่าเป็นอัตราส่วนของความเร็วหลังกระทบกันต่อความเร็วก่อนการทบกันของวัตถุสองชิ้น ถ้าให้วัตถุหนึ่งอยู่กับที่แล้วให้อีกวัตถุหนึ่งพุ่งเข้ามาชนด้วยความเร็ว 1 เมตรต่อวินาทีแล้วเกิดการกระเด้งกลับของวัตถุนั้นด้วยความเร็ว 0.5 เมตรต่อวินาทีแล้ว เราสามารถหาค่า COR ได้เท่ากับ 0.5/1 = 0.5
สมการนี้เป็นสมการที่สามารถคำนวนได้ง่ายและมีแค่เพียงตัวแปรความเร็วก็สามารถที่จะกำหนด contact ให้กับการทำการวิเคราะห์การเคลื่อนที่แล้ว แต่จริงๆแล้ว COR นี้เป็นค่าที่อันตรายสำหรับการวิเคราะห์เนื่องด้วยคำถามง่าย ๆ คือ แล้วเราจะรู้ได้อย่างไรว่าวัตถุนั้นมันจะสะท้อนหรือกระเด้งออกมาด้วยความเร้วเท่าไหร่กัน หากปาลูกบอลยางเข้ากำแพงก็จะกระเด้งออกมาด้วยความเร็วสูง ปาลูกเหล็กเขากำแพงก็สะท้อนออกมานิดหน่อย ปาลูกฟุตบอลก็สะท้อนออกมาพอประมาณ นั่นคือการที่จะได้ค่านี้มานั้นจำเป็นต้องทำการทดลองเพื่อเก็บข้อมูลออกมาใช้ หากไม่มีแล้วลองสุ่มใช้ก็จะเกิดเหตุการณ์แบบนี้ครับ

ลองพิจารณาลูกทรงกลมอันหนึ่งตกลงใส่พื้นแข็งมากพื้นหนึ่งด้วยความเร้วในการตกกระทบตามแรงโน้มถ่วงโลก และเราจะวัดความสูงของลูกทรงกลมนั้นที่กระเด้งออกมาเทียบกับเวลา

ผมได้สร้างชิ้นงานใน SOLIDWORKS และทำการเปิดใช้ Motion Analysis ในการที่จะวิเคราะห์การเคลื่อนที่ จากนั้นผมได้ใส่ Contact สำหรับชิ้นงานทั้งสองนี้ โดยเลือกกำหนด Contact เป็นแบบ Restitution Coefficient แบบกำหนดเอง (ยกเลิกเครื่องหมายถูกหน้า Material เพื่อกำหนด COR เอง) จากนั้นลองไล่ค่า COR นี้ตั้งแต่ 0.1 ถึง 1 (COR มีค่าไม่เกิน 1) และนี้คือผลลัพธ์ที่ได้ครับ

จากรูปจะเห็นกราฟที่แกนตั้งคือ ความสูงที่เริ่มปล่อยลูกทรงกลม แกนนอนคือเวลาที่เปลี่ยนไป สีของเส้นแต่ละเส้นนั้นแทนด้วยค่า COR ตั้งแต่ 0.1 ถึง 1 เมื่อทรงกลมกระทบพื้นที่ระยะ 18 มม แล้วทรงกลมจะทำการกระเด้งกลับไปกลับมาจนเข้าสู่การหยุดนิ่ง ที่ค่า COR น้อย ๆ เช่นที่ 0.1 (เส้นสีน้ำเงิน)นั้นจะมีการกระเด้งกับน้อยและเข้าสู่การหยุดนิ่งทันที และยิ่งค่า COR มากขึ้นเรื่อยๆก็จะพบว่ามีการกะเด้งกลับไปมาที่มากขึ้น และที่ COR เท่ากับ 1 นั้นจะมีการกระเด้งกลับไปกลับมาเรื่อยๆไม่หยุด สิ่งเหล่านี้คือการกระเด้งกลับที่ต่างกันตามค่า COR แต่ทุก ๆ กรณีนั้นเกิดการชิ้นงานสองชิ้นที่อยู่ในสภาพที่เหมือนกัน ดังนั้นค่า COR นี้มีผลอย่างมากต่อการวิเคราะห์การเคลื่อนที่ที่ต้องระวังไว้อย่างมาก

อย่างไรก็ดี ใน SOLIDWORKS Simulation นั้นมีค่า Default ของ COR ไว้ให้ในกรณีที่ต้องการวิเคราะห์ในเบื้องต้น โดยการเลือกที่ Material และกำหนดวัสดุสำหรับชิ้นงานทั้งสอง โปรแกรมจะทำการคำนวนให้่ว่าค่า COR ของวัสดุทั้งสองนั้นมีค่าเท่าใด ซึ่งเราสามารถนำไปใช้งานได้ง่ายในการออกแบบชิ้นงานเบื้องต้นที่รวดเร็วเพื่อที่จะได้นำไปทดลองต่อไป

 

บทความโดย แอดโจ๊ก

———————————————————————

ติดต่อเราได้ที่
โทร 02-089-4145 (จ-ศ 8.30 – 17.00 น.)
ติดต่อได้ทุกเวลาโทร 097-158-8174
[email protected] คลิก https://bit.ly/2yrNF24
เว็บไซต์ http://metrosystems-des.com/
YouTube https://www.youtube.com/user/MetroSolidWorks
Facebook Fanpage https://www.facebook.com/metrosolidworks/
Inbox มาเลยก็ได้น้า
รัก SOLIDWORKS สุด ๆ คลิกเลย https://www.facebook.com/groups/2076765539017446/