ความเสียหายทางเครื่องจักรกลนั้นสามารถสร้างความบาดเจ็บให้กับผู้ใช้งานอย่างมากและยังต้องสูยเสียทรัพย์สินจำนวนมากในการรักษาและการซ่อมแซมสิ่งที่เสียหาย ความเสียหายทางเครื่องจักรนี้มีสาเหตุมาจากหลายส่วนรวม ๆ กัน แรง เวลา สภาพแวดล้อม ลักษณะการใช้งาน อุณหภูมิ การเสื่อมสลาย ซึ่งปัจจัยเหล่านี้มีการเปลี่ยนแปลงไปตลอดเวลาไม่คงที่ บางครั้งก็เกิดขึ้นเป็นเวลานานๆ บางครั้งก็เกิดขึ้นในเสี้ยววินาที ซึ่งส่งผลให้ชิ้นงานในเครื่องจักรเกิดการเสียรูปขึ้น การเสียรูปที่มากเกินจุดที่วัสดุจะรับได้ก็จะเกิดการแตกหักของชิ้นงานนั้นๆ การเสียรูปที่เกินจุดคลากของวัสดุก็ทำให้เกิดการเสียหายแบบถาวร แต่ในกรณีที่การเสียหายนั้นไม่เกินจุดคลากของชิ้นงานการเสียรูปก็จะคืนสู่สภาพเดิมได้ตามที่บอกกล่าวกันมา แต่มันก็ขัดกับสิ่งที่เราเจอในประจำวันคือ เมื่อเรางอเส้นลวดไป ๆ มา ๆ นั้นสามารถทำให้เส้นลวดขาดได้ทั้งๆ ที่เราไม่ได้ออกแรงจนเกินจุดที่วัสดุรับได้ หรือการที่เราจะหักสิ่งใดสิ่งหนึ่งนั้นเราจะโยกมันไป ๆมา ๆ จนมันหัก ซึ่งมันขัดกับสิ่งที่เราเรียนรู้มาว่าการเสียรูปมันจะกลับสู่สภาพเดิมได้ ซึ่งจริงๆแล้วมันถูกต้องแต่ยังไม่หมด สิ่งที่เพิ่มเติมขึ้นมาในธรรมชาติคือ เมื่อเรากระทำต่อชิ้นงานใด ๆกลับไปกลับมาเรื่อย ๆ แล้วจะทำให้ชิ้นงานนั้นแตกหักได้ เราเรียกสิ่งนี้ว่าความล้าหรือ Fatigue

ความเข้าใจในกระบวนการเกิดความล้านั้นยังเป็นเพียงแค่บางส่วน ในปัจจุบันได้มีทฤษฎีหลายทฤษฎีเข้ามาช่วยเพื่อที่จะประมาณความล้าที่เกิดขึ้นว่า กี่ครั้ง กี่นาที กี่วัน กี่ปี ชิ้นงานนี้จึงจะเกิดความเสียหายจากความล้านี้ขึ้น สิ่งที่สำคัญสำหรับการเกิดความล้าคือแรงกระทำที่กระทำไปมาหรือ Cyclic Load อย่างเช่นการงอเส้นลวดนั้นจะทำให้เกิดแรงดัดบนเส้นลวดไปมามีลักษณะเป็น Sine Wave กลับไปกลับมากระทำที่เส้นลวด ถ้าเราออกแรงกระทำมาก ๆ ลวดก็จะหักเร็วขึ้น เราเรียกว่า Low Cycle Fatigue คือไม่กี่รอบลวดก็หัก และถ้าเราออกแรงน้อย ๆ ลวดก็จะหักช้าลง เราจะเรียกว่า High Cycle Fatigue คือใช้จำนวนรอบหักงอมากกว่าลวดจะหัก โดยทางทฤษฎีแล้วเราจะแบ่งที่ จำนวน หนึ่งแสน รอบ ถ้าใช้จำนวนต่ำกว่าหนึ่งแสนรอบเราจะเรียกว่าเป็น low cycle fatigue ส่วนมากกว่าแสนรอบก็แน่นอนจะเรียกว่า high cycle fatigue สำหรับทฤษฎีที่รองรับ low cycle fatigue นั้นเรามักจะรู้จักกันดีในชื่อ สมการ Coffin-Manson

ส่วน high cycle fatigue นั้นจะอธิบายโดยใช้สมการที่รู้จักกันดีคือ สมการ Basquin ดังแสดง

ซึ่งจริงๆแล้วทั้งสองสมการนี้จะอธิบายกราฟตัวเดียวกันแต่คนละส่วนของกราฟที่เรียกว่า S– N Curve ซึ่งกราฟจะมีลักาณะดังนี้คือแกนตั้งจะเป็น Stress ส่วนแกนนอนจะเป็นจำนวนรอบ Low cycle fatigue นั้นจะเกิดขึ้นในช่วงบริเวณที่กราฟมีความชันมากๆส่วน high cycle fatigue นั้นจะเกิดในช่วงที่กราฟมีชันน้อยๆนั่นเอง

เรียนรู้ทฤษฎีพื้นฐานกันมาพอสมควรแล้วเรามาลองดูกันสิว่า SOLIDWORKS Simulation นั้นจะจัดการกับความยุ่งยากในการวิเคราะห์ปัญหาทาง Fatigue อย่างไรได้บ้าง จากสมการของ Fatigue นั้นจะเห็นได้ว่าจะต้องมีค่าการเสียรูปของชิ้นงาน ค่าคุณสมบัติของวัสดุ ค่า S-N Curve จึงจะสามารถคำนวน Fatigue ได้ ดังนั้นเราจึงต้องเริ่มต้นด้วยการหาค่าการเสียรูปของชื้นงงานนั่นคือ การคำนวนทาง Static หรือ Dynamic ที่ทำกันโดยทั่วไป จากนั้นใส่ค่า S-N Curve ลงไปก็จะสามารถคำนวน Fatigue ออกมาได้

ตัวอย่างชิ้นงานรูปตัว H สร้างจากวัสดุอลูมิเนียมนั้นรับแรงบิดที่ปลายชิ้นงานทำให้เกิด Stress ขึ้นที่ตรงบริเวณกลางชิ้นงาน ซึ่งแน่นอนว่าถ้าเกิด Fatigue แล้วชิ้นงานต้องหักหรือขนาดบริเวณตรงกลางนี้

เมื่อวิเคราะห์ Static เสร็จสิ้นแล้วเพื่อที่จะวิเคราะห์ Fatigue นั้นเพียงแค่เพิ่ม New Study > Fatigue เข้าไป สิ่งที่ต้องใส่เข้าไปเพื่อให้สามารถคำนวนได้นั่นคือ Loading Event ซึ่งเราสามารถดึงผลการคำนวนจาก Static Analysis ที่ต้องการมาใส่เพื่อเป็นภาระกรรมสำหรับการคำนวน และต้องกำหนด Load Cycle เพื่อกำหนดว่า ชิ้นงานนี้เมื่อรับภาระกรรมที่กำหนดเป็นจำนวน N ครั้งแล้วจะสามารถรอดจากการเสียหายได้หรือไม่

Property อีกอย่างที่ต้องใส่ก็คือ S-N curve ของวัสดุที่ใช้สร้างชิ้นงานในแถบ Fatigue SN Curve เลือก Interpolation แบบ Semi-log และใส่ Stress versus N Cycle เข้าไปเท่านี้เราก็พร้อมที่จะวิเคราะห์ Fatigue แล้ว

ผลการวิเคราะห์นั้นจะแสดงออกตาม Default แล้วจะมีสองรูปแบบคือ Damage และ Life ค่า Damage นั้นจะแสดงถึงสัดส่วนระหว่าง Load Cycle ต่อ Life Cycle ยิ่งค่า Damage สูงบริเวณนั้นก็ยิ่งมีโอกาศแตกหักได้ง่าย ส่วน Life นั้นจะแสดงถึงจำนวนรอบที่ทนได้ของชิ้นงาน รอบที่ต่ำที่สุดจะเป็นตัวกำหนดอายุการใช้งานของชิ้นงานหรือเป็นตัวกำหนดวงรอบการทำ Maintenance ของชิ้นงาน

โดยสรุปแล้วการทำ Fatigue นั้นจะเป็นสิ่งที่เพิ่มเติมเข้ามาในการวิเคราะห์ชิ้นงานหลังจากที่วิเคราะห์ความแข็งแรงทาง Static และ Dynamic ไปแล้ว fatigue นี้จะเป็นตัวบ่งบอกถึงว่าชิ้นงานที่เราทำนั้นจะอยู่ได้นานขนาดไหน เพื่อให้รู้เท่าทันชิ้นงานนั้นก่อนที่จะเกิดความเสียหายชองชิ้นงานที่อาจสร้างความสูญเสียต่อชีวิตและทรัพย์สิน และแน่นอนความน่าเชื่อถือของบริษัทของท่านอีกด้วย ติดต่อเราตอนนี้สำหรับการบริการให้คำปรึกษาเกี่ยวกับการทำ Fatigue ทางเรามีผู้เชี่ยวชาญคอยให้คำแนะนำท่านได้ครับ

บทความโดย แอดโจ๊ก

หากสนใจ SOLIDWORKS Simulation 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/