การจำลองการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนเครื่องจักร ชิ้นส่วนยานยนต์หรือสิ่งต่าง ๆ ที่เราได้ออกแบบหรือต้องการจะศึกษานั้นจะช่วยให้เราเข้าใจฟิสิกส์ของ Real World หรือความเป็นจริงในธรรมชาติได้มากขึ้น การจำลองการเคลื่อนที่โดยทั่วไปนั้นจะเรียกว่า Multibody Dynamic Simulation คือการจำลองการเคลื่อนที่ของวัตถุแข็งเกร็ง โดยชิ้นงานนั้นจะไม่สามารถบิดงอได้ ซึ่งในสภาพความเป็นจริงแล้ววัตถุหรือชิ้นงานนั้นจะไม่เป็นวัตถุแข็งเกร็งแต่จะมีการอ่อนตัวไปตามแรงที่กระทำต่อวัตถุนั้น โดยปกติเราก็จะทำโดยวิธีการเก็บข้อมูลแรงที่เกิดขึ้นในข้อต่อต่าง ๆ ของชิ้นงานที่เราสนใจ จากนั้นก็นำมาป้อนใส่การคำนวน Static Simulation และดูการอ่อนตัวของชิ้นงานที่เกิดขึ้นในแต่ละช่วงเวลา นั่นคือเราไม่สามารถที่จะแสดงผลแบบ Real Time ได้คือการเสียรูปที่เกิดขึ้นนั้นแสดงให้เห็นในขณะเดียวกันกับที่มีการเคลื่อนที่เลย แต่คุณรู้หรือไม่ว่า SOLIDWORKS Motion Analysis นั้นสามารถคำนวน Stress Motion คือ ค่า Stress หรือ Deformation ไปพร้อมกับจำลองการเคลื่อนที่ได้เลย ได้อย่างไรเราจะมาลองดูกันครับ
ในที่นี้ผมได้ลองสร้างตัวอย่างชิ้นงานสำหรับการทดสอบฟังก์ชันนี้ใน SOLIDWORKS Motion Analysis ในที่นี้จะเป็นตัวแขนจับของหุ่นยนต์แบบง่าย ๆ โดยแขนนี้จะเคลื่อนที่โดยใช้กระบอก Linear Actuator โดยเมื่อกระบอกนี้ยืดออกก็จะดันแขนให้เคลื่อนที่ขึ้นและลงได้ แรงที่ใช้ดันแขนที่เกิดขึ้นนี้มีมาจากสามส่วนหลัก ๆ คือ
- น้ำหนักของแขนทั้งหมดรวมทั้งอุปกรณ์ที่ใช้หยิบจับซึ่งเป็นผลมาจากแรงโน้มถ่วง
- อัตราการเคลื่อนที่ของแขนว่าจะเร็วหรือช้าที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมซึ่งก็คือแรง
- แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นตามข้อต่อต่าง ๆ ซึ่งในที่นี้เราจะคิดว่าข้อต่อนั้นหมุนหรือเคลื่อนที่ได้สะดวกโดยไม่มีการสูญเสียกำลัง
ซึ่งการคำนวนโดยปกติแบบ Static นั้นจะไม่รวมเอฟเฟคในข้อที่ 2 ไว้ การคำนวนแบบ Stress พร้อม Motion Analysis นั้นจะทำให้ผลการคำนวนนั้นมีรวมแรงที่เกิดขึ้นได้ใกล้เคียงความจริงมากขึ้น
จากนั้นผมทำการประกอบชิ้นงานต่างเข้ากันโดยใช้การ Mate และปรับตำแหน่งของแขนให้อยู่ในตำแหน่งเริ่มต้นก่อน โดยการ Mate นี้จะทำแบบสมบูรณ์คือชิ้นงานไม่สามารถเคลื่อนที่ได้เลย จุดนี้สำคัญเพราะต้องการกำหนดตำแหน่งเริ่มติ้นของชิ้นงาน การ Mate ไม่ครบจะทำให้จะทำชิ้นงานนั้นเคลื่อนที่ได้และมีโอกาสที่จะทำให้ชิ้นงานเคลื่อนที่ไปจากตำแหน่งเริ่มต้นโดยที่เราไม่ได้สังเกต
ผมเข้า Addin เพื่อไปเปิดการใช้งาน Module Motion analysis สำหรับการคำนวนแรงที่ได้จากการเคลื่อนที่ และ SOLIDWORKS Simulation เพื่อไว้สำหรับคำนวณ Stress และ Deformation จากแรงที่คำนวนได้ ในส่วนของ Motion Analysis นั้นผมได้ทำการปลด Mate บางส่วนออกเพื่อให้ชิ้นงานนั้นสามารถเคลื่อนที่ได้ และกำหนด Linear Motor เข้าไปที่กระบอก Actuator เพื่อให้เคลื่อนที่ออกดันตัวแขนขึ้น และจากนั้นก็จำลองการเคลื่อนที่ก่อนเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของการวิเคราะห์การเคลื่อนที่
ผมได้พลอตค่าของแรงในกระบอก Actuator ออกมาเพื่อตรวจสอบแรงที่เกิดขึ้นในกระบอกว่าเป็นตามที่คำนวณเบื้องต้นไว้หรือไม่ หากทุกอย่างเป็นไปตามที่คำนวนไว้ค่อยเริ่มขั้นตอนการวิเคราะห์ลำดับต่อไปครับ ในจังหวะเริ่มยกนั้นจะใช้แรงในการยกที่สูงและจะค่อยๆลดลงเมื่อมุมยกเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ
ในการที่จะคำนวน Stress ไปพร้อมกับการวิเคราะห์การเคลื่อนที่นั้นมีข้อควรพึงระวังไว้คือ เวลาที่ใช้ในการคำนวนนั้นค่อนข้างจะนาน อันเนื่องมาจากในการคำนวนการเคลื่อนที่นั้นขนาดของ TimeStep มีความสำคัญ ยิ่งมีขนาดเล็กจะมีความแม่นยำในการคำนวนมากขึ้น ในทุก ๆ TimeStep จะถูกคำนวน Stress/Strain ซึ่งถ้าชิ้นงานมีความละเอียดของ Mesh ที่มากจะยิ่งใช้เวลามากในการคำนวน แม้ว่า Mesh ที่น้อยจะลดเวลาในการคำนวนได้แต่ก็จะเสียความแม่นยำของผลลัพธ์ไป ผู้ใช้ต้องหาจุดสมดุลระหว่างความแม่นยำในการคำนวนกับระยะเวลาที่ใช้ในการคำนวน ซึ่งจะขึ้นอยู่กับชนิดของปัญหานั้น ๆ
การเซ็ตค่าคำนวน Stress นั้นสามารถทำได้โดยง่ายไม่ยุ่งยาก ใน Simulation Setup นั้นให้เลือกชิ้นงานที่ต้องการคำนวน Stress และเลือกช่วงเวลาในการคำนวน Stress ซึ่งเราสามารถที่จะเลือกคำนวนในบางช่วงหรือคำนวนทั้งหมดของช่วงเวลาที่ชิ้นงานเคลื่อนที่ก็สามารถทำได้ และแน่นอนครับการคำนวน Stress ยังต้องใช้ Mesh เลือกขนาด Mesh Density ที่ต้องการ กด Check Mesh เพื่อดูขนาดของ Mesh ว่าเพียงพอต่อความต้องการหรือไม่ จากนั้นก็ทำการคำนวนได้เลยครับ
ในกรณีนี้ เครื่อง i7-Gen6 Ram32 ใช้เวลาคำนวนประมาณ 8 ชั่วโมง ก็ได้ผลลัพธ์มาครับผลลัพธ์แสดงการ Deformation ของแต่ละวินาทีที่เคลื่อนที่ไปซึ่งเราสามารถที่จะดูในทุก ๆ ช่วงเวลาได้ว่า Deformation หรือ Stress ในแต่ละชุดของชิ้นงานนั้นมีการเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร
ไม่ยากใช่ไหมครับในการวิเคราะห์ความแรงพร้อมกับการจำลองการเคลื่อนที่ของชิ้นงาน สิ่งสำคัญคือต้องหาจุดสมดุลของความแม่นยำของการคำนวนต่อระยะเวลาที่ใช้ หากท่านมีข้อสงสัยหรืออยากนำไปใช้ในงานของท่านสามารถติดต่อสอบถามข้อมูลได้ ทางเรามีเจ้าหน้าที่เทคนิคคอยบริการท่านอยู่ตลอดเวลาครับ
บทความโดย แอดโจ๊ก
ติดต่อเราได้ที่
โทร 02-089-4145 (จ-ศ 8.30 – 17.00 น.)
ติดต่อได้ทุกเวลาโทร 097-158-8174
LINE@ : @metrosolidworks คลิก https://bit.ly/2yrNF24
เว็บไซต์ https://metrosystems-des.com/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/