ยางธรรมชาติ (Natural Rubber) หรือรู้จักกันในชื่อของยางพารามีปลูกกันมากในทางภาคใต้ของประเทศไทย ยางนี้ได้จากการกรีดต้นยางเพื่อเก็บน้ำยางสีขาวๆ จากนั้นน้ำยางนี้จะถูกเติมกำมะถันลงไปเพื่อให้เกิดการจับตัวกันของน้ำยางกลายเป็นก้อนยางที่แข็งและหยืดหยุ่นจากนั้นก็จะถูกส่งออกเพื่อน้ำไปผลิตเป็นผลิตภัณฑ์อื่นและผลิตภัณฑ์นั้นก็จะถูกส่งกลับมาขายต่อในบ้านเราที่ราคาสูงกว่าราคายางดิบอย่างมาก ราคายางดิบในตลาดมีความผันผวนอยู่ตลอดเวลาทำให้รายได้ที่ได้จากยางดิบนั้นไม่มั่นคง การน้ำยางดิบที่มีนั้นมาแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์เป็นสิ่งที่จะช่วยเพิ่มมูลค่าให้กับยางดิบและช่วยให้รายได้จากยางนั้นมีความมั่นคงมากขึ้น
การน้ำยางดิบมาทำเป็นผลิตภัณฑ์นั้นจะต้องเข้าใจในลักษณะของตัวยางก่อน ยางนั้นมีความยืดหยุ่นสูง สามารถที่จะเสียรูปและคืนตัวได้สมบูรณ์ ถ้าการเสียรูปนั้นไม่สร้างความเสียรูปถาวรให้กับยาง เพื่อที่จะอธิบายการหยืดหยุ่นของยางนี้เป็นสมการ ปัจจุบันได้มีทฤษฎีออกมา
มากมาย อย่างเช่น ทฤษฏีของ Mooney Rivlin, ทฤษฎีของ Ogden, ทฤษฎีของ Yeoh เป็นต้น ซึ่งทฤษฎีต่างๆเหล่านี้นั้นมีการอธิบายคุณสมบัติของยางในช่วงการยืดตัวต่างๆกัน โดยทฤษฎีที่ง่ายสุดสำหรับนำไปใช้วิเคราะห์ยางในเบื้องต้นคือ ทฤษฏีของ Mooney Rivlin โดยที่ตัวแปรที่ใช้ในการบอกคุณสมบัติของยางมีเพียง 2 ตัวแปร คือ C10 และ C01 ซึ่งสองตัวแปรนี้เป็นสัมประสิทธิ์ของสมการพลังงานความเค้นในตัวยางกับอินวาเรี้ยนเมทริกซ์ซึ่งแสดงโดยสมการ
W= C10(I1−3)1+C01(I2−3)1
เนื่องจากยางมีการเสียรูปอย่างมากนั้นจ้าเป็นจะต้องใช้การวิเคราะห์แบบไม่เป็นเชิงเส้นหรือ Nonlinear เข้ามาช่วยในการวิเคราะห์ ผลิตภัณฑ์ที่ท้าจากยางส่วนมากที่พบบ่อยคือยางรถยนต์ ยางล้อสายพาน ซีลยาง โอริง ซึ่งชิ้นงานเหล่านี้นั้นจะมีการเสียรูปเพื่อให้เกิดหน้าสัมผัสกับชิ้นงานอื่นๆ ดังตัวอย่างงานโอริงที่ต้องสัมผัสกับร่องของชิ้นงานและฝาปิด โอริงรูปทรงนัทถูกตัดออกมาเป็นหน้าตัดแบบสองมิติถูกวางอยู่ในร่องที่เซาะไว้บนผิวชิ้นงาน จากนั้นจะท้าการปิดฝาของชิ้นงานโดยที่ฝานี้จะปิดทับตัวโอริงให้อยู่ในร่องเสมอ
ฝาปิดและชิ้นงานนั้นท้าจากโลหะเหล็กทั่วไปซึ่งมีความง่ายต่อการสร้างแบบจ้าลองพฤติกรรมของโลหะเหล็กนี้ ในขณะที่โอริงนั้นท้าจากยางซึ่งมีคุณสมบัติยืดหยุ่นสูง ซึ่งปกติแล้วเมื่อเราดูความสัมพันธ์ของ Stress-Strain ของยางแล้วพบว่าจะมีลักษณะเป็นเส้นเหมือนตัว S ซึ่ง ในแบบจ้าลองพฤติกรรมของโลหะทั่วไปที่มีค่ายังโมดุลัสนั้นไม่สามารถที่จะทำได้ จึงต้องเป็นแบบจำลองทางยางที่ยืดหยุ่น เข้ามาซึ่งอย่างที่กล่าวไปนั้นในที่นี้จะแบบจ้าลองของ Mooney Rivlin ซึ่งเป็นแบบจ้าลองอย่างง่ายต่อการวิเคราะห์
โชคดีที่ใน SOLIDWORKS Simulation นั้นมีแบบจ้าลองของยางให้เลือกใช้ทั้ง ห ม ด 3 รูป แ บ บ คือ Hyperelastic Mooney Rivlin, Hyperelastic Ogden และ Hyperelastic Blatz-ko ซึ่งสามารถเลือกได้จาก Model Type ในหน้าต่างของ Material และแบบจ้าลองทั้งสามแบบนี้ก็เพียงพอต่อการที่จะออกแบบผลิตภัณฑ์ที่ท้าจากยางและยังสามารถที่จะอ่านทฤษฎีแต่ละชนิดได้ใน SOLIDWORKS/help ตัวอย่างของแบบจ้าลอง Hyperelastic-Mooney Rivlin นั้นจะให้ใส่ค่าสัมประสิทธิ์ C10 .ในช่องของ First Material Constant และ C01 ในช่องของ Second Material Constant จากนั้นก้าหนด Poissan Ratio ก็เป็นอันส้าเร็จพร้อมที่จะกดปุ่ม Run และก็เพียงรอผลลัพธ์ที่ออกมาเท่านั้น
ผลลัพธ์ในกรณีโอริงนี้จะเห็นได้ว่าโอริงจะถูกกดด้วยฝาจนชนกับร่องของชิ้นงาน โอริงจากรูปวงกลมจะเรมิ่ เปลี่ยนรูปร่างไปตามรูปทรงของร่อง และเมื่อฝาปิดสนิทแล้ว โอริงก็จะถูกบีบไว้โดยที่จะเห็นหน้าสัมผัสของโอริงจะสัมผัสกับฝาและร่องของชิ้นงานท้าให้เกิดการกันฝุ่น เข้า-ออก การกันน้ามันเข้าออกได้
อีกหนึ่งตัวอย่างส้าหรับการน้ายางมาใช้งานคือล้อยางรถยนต์ ในตัวอย่างนี้จะแสดงให้เห็นถึงการเสียรูปของยางรถยนต์จากน้าหนักของตัวรถเองนนั้ จะกดตัวยางล้อให้ป่องกลางออกมา
จะเห็นได้ว่าการน้ายางมาประยุกตืใช้ให้เกิดเป็นผลิตภัณฑ์ต่างๆนั้นสามารถใช้ SOLIDWORKS Simulation การวิเคราะห์ช่วยออกแบบในผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวกบั ยางได้ โดยทงั้ นี้ SOLIDWORKS Simulation นั้นยังสนับสนุนด้านแบบจ้าลองของยางได้ถึง 3 รูปแบบท่เพียงพอต่อการนำไปใช้งานและที่ส้าคัญนั่นคือการใช้งานที่ง่าย รสดเร็วสะดวกและได้ความแม่นย้าในการค้านวนอีกด้วย
บทความโดย แอดโจ๊ก
สนใจ SOLIDWORKS ติดต่อเราได้ที่
โทร 02-089-4145 (จ-ศ 8.30 – 17.00 น.)
LINE@ : @metrosolidworks คลิก https://bit.ly/2yrNF24
เว็บไซต์ https://metrosystems-des.com/solidworks/contact-us/
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/