หน้าหนาวกำลังจะไปหน้าร้อนกำลังจะมา ฝุ่นมลพิษทำให้เกิดปัญหาสำหรับหน้าหนาวในปีนี้ และสิ่งที่จะเป็นปัญหาตาม ๆ ติดกันมาหรือความร้อนที่รุนแรง ความร้อนนั้นสามารถทำลายได้ทุก ๆ สิ่ง ทำให้น้ำระเหยเป็นไอ ทำให้โลหะเหล็กอันแข็งแกร่งหลอมละลายได้ ซึ่งเราพร้อมที่จะรับมือกับปัญหาทางความร้อนที่จะเกิดขึ้นอีกไม่กี่เดือนข้างหน้าแล้วหรือยัง โชคดีที่ SOLIDWORKS Simulation นั้นสามารถทำนายพฤติกรรมทางความร้อนที่ส่งผลต่อชิ้นงานต่าง ๆ ได้ นักออกแบบทั้งหลายสามารถที่จะใช้โมดูลทางความร้อนนี้ในการออกแบบและป้องกันชิ้นงานของเราจากสภาวะความร้อนที่จะเกิดขึ้น ผมเคยทดลองนำแผ่นโลหะเหล็กไปวางกลางแดดตอนเที่ยงวันประมาณ 1 ชั่วโมง และลองวัดอุณหภูมิบนแผ่นเหล็กนั้นพบว่า มีค่าสูงถึง 50 องศาเซลเซียส และทุกคนคงเคยสัมผัสกับประสบการณ์เข็นรถที่จอดขวางเราอยู่กลางแจ้งตอนเที่ยง ๆ มือเราแทบจะจับตัวรถไม่ได้เลยเพราะร้อนมาก ๆ การกระจายตัวทางความร้อนนั้นถ้าร้อนไม่มากจนวัสดุหลอมละลายแล้วก็จะทำให้ชิ้นงานนั้นเสียรูปได้เหมือนกันอันเนื่องมาจากสิ่งที่เรียกว่า Thermal Stress หรือความเค้นที่เกิดจากความร้อน

Thermal-Stress-Analysis1.jpg

อย่างในตัวอย่างนี้ผมมีฝากระโปรงรถ อยู่ด้านใต้ฝากระโปรงรถนั้นจะมีการทำงานจากเครื่องยนต์ที่ส่งผ่านความร้อนมาสู่ฝากระโปรงรถนี้ ส่วนด้านบนของฝากระโปรงนั้นเมื่อรถมีการวิ่งก็จะมีการนำพาความร้อนออกจากฝากระโปรงรถไปสู่บรรยากาศรอบ ๆ เราสามารถคำนวนการกระจายตัวชองอุณหภูมิบนชิ้นงานได้โดยง่ายโดยใช้โมดูล Thermal เราจะเห็นสีของอุณภูมิกระจายไปบนตัวฝากระโปรงรถ ณ เวลาต่าง ๆ แต่เราจะรู้แค่เพียงอุณหภูมิเท่านั้นแต่จริง ๆ แล้วเราอยกจะทราบถึง Stress ซึ่งเป็นสิ่งที่เราคุ้นเคยกันอย่างดีและเป็นสิ่งที่เราอยากค้นหาว่ามันมีค่าเท่าใดแล้ว เราจะได้ออกแบบชิ้นงานได้ดีและใช้วัสดุได้ถูกต้อง

สิ่งที่เรามีคืออุณภูมิบนฝากระโปรงรถ ณ ช่วงเวลาต่าง ๆ แต่อุณหภูมินั้นสัมพันธ์กับ Stress บนชิ้นงาน ดังนั้นสิ่งที่เราต้องทำคือโยนค่าอุณหภูมิไปคำนวน Stress  เราสามารถทำได้โดยการเชื่อมข้อมูลระหว่างการวิเคราะห์ Thermal และการวิเคราะห์แบบ Static ในโมดูลการวิเคราะห์แบบ Static นั้น ในหน้าต่าง Properties จะมีแถบเมนูให้เราสามารถนำผลจากการวิเคราะห์ Thermal มาเชื่อมต่อกัน โดยเราสามารถเลือก Timestep ของการวิเคราะห์ใน Thermal ที่ต้องการคำนวน Stress

และอีกสิ่งหนึ่งที่สำคัญสำหรับการคำนวน Stress ที่เกิดจากอุณหภูมินั้นคือคุณสมบัติของวัสดุในด้านอุณหภูมิ ถ้าเราลองไปดูในหน้าคุณสมบัติ เราจะพบกับตัวแปรตัวหนึ่งที่เรียกว่า Thermal expansion coefficient ซึ่งเป็นคุณสมบัติในการชยายตัวของวัสดุอันเนื่องมาจากความร้อนและส่งผลให้เกิด Stress นั่นเองครับ

Thermal-Stress-Analysis2.jpg

Thermal-Stress-Analysis3.jpg

หากเรามี Contact ก็กำหนดค่าให้เรียบร้อยพร้อมกับ Boundary Condition เพียงเท่านี้เราก็พร้อมสำหรับการคำนวนแล้วครับ เนื่องจากเป็นการคำนวนแบบ Static ดังนั้นผลการคำนวนจึงเป็นแบบ Timestep ต่อ Timestep ครับ จะไม่ได้แสดงผลแบบต่อเนื่อง อย่างในรูปด้านล่างเป้นผลการคำนวนที่ Timestep 20 , 50, 75 และ 100 ครับ ตัวเลข Timestep นี้ขึ้นอยู่กับทางผู้ใช้งานว่าในตอนที่วิเคราะห์ Thermal นั้นกำหนดไว้ที่เท่าใด มันก็จะสัมพันธ์กันกับ Timestep ที่กำหนดให้คำนวนในการวิเคราะห์ Static ครับ

Thermal-Stress-Analysis4.jpg

การคำนวนแบบนี้เราเรียกว่า one-way coupling คือการคำนวนแบบผสมผสานกันในทิศทางเดียว กล่าวคือ เราคำนวนการกระจายตัวของอุณหภูมิให้เสร็จก่อนและค่อยทำการคำนวน Stress ต่อ แต่ในโลกของความเป็นจริงนั้นอุณหภูมิทำให้เกิด Stress และ Stress ทำให้เกิดการขยายตัวของชิ้นงาน ส่งผลทำให้ Boundary condition เปลี่ยนไป และการกระจายตัวของอุณหภูมิก็จะไปขึ้นอยู่กับ Boundary condition ที่เปลี่ยนไปนั้นวนไปเป็นลูปอย่างนี้เรื่อย ๆ เราเรียกว่า Two way coupling ครับ ซึ่งจะให้ผลที่แม่นยำกว่าแบบแรก แต่ก็ใช้เวลาคำนวนที่นานกว่าเช่นกัน ในบางครั้งหากเราไม่มีความจำเป็นต้องวิเคราะห์ละเอียด เราก็สามารถที่จะใช้วิธีการแบบ one-way coupling นี้ในการออกแบบชิ้นงานเราได้ แต่ต้องคำนึงไว้เสมอว่ามันมีผลerror อยู่ระดับหนึ่งซึ่งเราจำเป็นต้องอาศัยผลการทดลองช่วยเพื่อพิสูจน์การคำนวนของเราครับ

หากท่านมีข้อสงสัยประการใดหรือปัญหาทางเทคนิคใด ทางเราพอมีทีมงานที่สามารถให้คำปรึกษาได้ครับ ติดต่อมานะครับ

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 http://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/