Home / Simulation / V-Bending กับการคำนวนแบบ Nonlinear Analysis ใน SOLIDWORKS Simulation

V-Bending กับการคำนวนแบบ Nonlinear Analysis ใน SOLIDWORKS Simulation

ในการสร้างเครื่องจักร รถยนต์ ก่อสร้างต่างๆนั้นล้วนเกิดจากการตัดแต่งชิ้นส่วนโลหะตามแบบที่ต้องการและนามาต่อกันจนเป็นรูปร่าง ซึ่งพื้นฐานการตัดแต่งชิ้นส่วนโลหะนี้คงนี้ไม่พ้นการพับหรือการงอแผ่นเหล็กให้ได้รูปร่างที่ต้องการ และปัญหาที่ส่วนใหญ่ของการพับงอแผ่นเหล็กคงจะหนีไม่พ้นการดีดตัวกลับหรือที่เรียกว่า Springback ในการดีดตัวกลับของแผ่นเหล็กนั้นเกิดจากสาเหตุหลายประการ โดยสาเหตุหลักนั้นเกิดจากเมื่อแผ่นเหล็กมีการงอเกิดขึ้น มุมงอด้านในจะเกิดการอัดตัวของเนื้อเหล็กในขณะที่ด้านนอกนั้นจะเกิดการยืดตัวของเนื้อเหล็ก การอัดตัวและการยืดตัวนี้ทาให้เกิดแรงต้านในการที่วัสดุจะกลับเข้าสู่จุดสมดุลของรูปร่างการดีดตัวกลับจึงเกิดขึ้น และเมื่อพิจารณากราฟอันเลื่องชื่อของวัสดุเหล็กนั่นคือ Stress-Strain Curve ก็จะเป็นตัวบอกอีกอย่างว่าการคืนตัวของวัสดุนั้นจะคืนตัวมาอยู่ในรูปแบบไหน โดยปกติแล้วเราใช้จุดครากหรือ Yield Point ในการแบ่งรูปแบบการเสียรูปของเนื้อเหล็ก โดยที่ถ้าความเค้นที่เกิดขึ้นในเนื้อเหล็กไม่เกินจุดครากเหล็กก้จะสามารถดีดตัวกลับมาสู่รุปร่างก่อนการเสียรูปได้ ซึ่งไม่ดีแน่สาหรับการพับหรืองอเหล็ก แต่ถ้าความเค้นในเนื้อเหล็กนั้นสูงกว่าจุดครากนี้ เหล็กก็จะคืนตัวกลับมาอยู่ในสถานะที่มีการเสียรูปอยู่ ดังนั้นในการพับหรืองอเหล็กเราจึงจาเป็นต้องทาให้เกิดความเค้นในเนื้อวัสดุสุงกว่าจุดครากเหล็กจึงจะคงการเสียรูปไว้ได้

รูปแสดงกราฟ Stress-Strain ของวัสดุ

การดีดตัวกลับของเหล็กนี้สร้างความยุ่งยากและเพิ่มการลงทุนเป็นอย่างมากในงานอุตสาหกรรม เจ้าหน้าที่ต้องคานวน สร้างแม่พิมพ์ ทดลองขึ้นรูปชิ้นงานหลายครั้งจนกว่าจะได้ตามแบบที่ต้องการปัญหาทางวิศวกรรมที่นิยมใช้ในการศึกษาการดีดตัวกลับของชิ้นงานนั้นคงหนีไม่พ้นการทา V-Bending หรือการดัดรูปตัววี ชิ้นงานแผ่นเรียบจะถูกวางลงบนแม่มพิมพ์ที่มีร่องเป้นรูปตัววี จากนั้นชิ้นงานจะถูกกดลง มาด้วยตัวกดชิ้นงานจนชิ้นงานงอเป็นรูปตัววี และเมื่อถอนตัวกดชิ้นงานออก ชิ้นงานจะดีดตัวกลับเล็กน้อย และโดยการวัดมุมที่เปลี่ยนไปสามารถที่จะคานวนค่า Springback และสามารถนามาชดเชยที่มุมตัววีของแม่พิมพ์ แต่จะเป็ นการดีกว่าถ้ามุมที่ต้องชดเชยนี้สามารถทานายล่วงหน้าก่อนได้ โดยใช้ SOLIDWORKS Simulation

SOLIDWORKS Simulation สามารถที่จะทา การคา นวนค่า Springback ของชิ้นงานได้โดยใช้รูปแบบการคำนวนเชิง Nonlinear Static เนื่องจากชิ้นงานมีการเสียรูปที่เกินจุดครากไปแล้ว พฤติกรรมของชิ้นงานจึงมีรูปแบบ เป็นแบบไมเ่ ชิงเส้นหรือ Nonlinear เข้ามาช่วยในการคำนวน การคำนวนนั้นสามารถหาได้โดยง่ายโดยการวาดชิ้นงานและแม่พิมพ์ในตัว SOLIDWORKS เอง จากนั้น Addin SOLIDWORKS Simulation เข้ามาเลือกกา หนดการวิเคราะห์ปัญหาเป็นแบบ Nonlinear Static Analysis ซึ่งจะมี Option ให้เลือกว่าจะทา เป็นแบบ 2มิติหรือ 3 มิติก็ได้

ในการวิเคราะห์ปัญหาแบบ nonlinear นั้นสิ่งที่สา คัญคือ Material Properties ที่ต้องใส่เป็นค่า stressstrain curve ให้แก่ชิ้นงาน ซึ่งใน Library วัสดุของ SOLIDWORKS Simulation นั้นก็มีไว้ให้หลายชนิดของวัสดุซึ่ง พอเพียงต่อการคา นวนในเบื้องต้นได้เป็นอย่างดี

Library วัสดุใน Solidwork ที่มีค่า Material Properties ในรูปของ Stress-Strain Curve

Library วัสดุใน SOLIDWORKS ที่มีค่า Material Properties ในรูปของ Stress-Strain Curve จากนั้นกา หนดค่า Boundary Condition นั้นสามารถทา ได้ง่ายโดยการใช้ เครื่องมือ Advance Fixtures ในการกา หนดระยะการกด ซึ่งอัตราการกดนี้จะกา หนดโดยการใช้ Load Curve โดยทั่วไปแล้วการกา หนด Load Curve นั้นจะกา หนดในรูปแบบของ Load-Unload ก็คือช่วงเวลากดและช่วงเวลาปล่อยของตัวกดชิ้นงาน ดังนั้นผลของการคำนวนจึงจะเห็นการ Springback ของชิ้นงานในช่วงที่มีการปล่อยตัวกดชิ้นงาน และสุดท้ายเมื่อกระบวนการตี Mesh เสร็จสิ้นกระบวนการตั้งค่าก็พร้อมที่จะคำนวนหาผลลัพธ์ต่อไป

ผลของการคา นวนแสดงให้เห็นว่าตัวกดชิ้นงานนั้นค่อยๆกดชิ้นงานลงไปเรื่อยๆตามระยะการกดที่กำหนดไว้และอัตราเร็วของการกดเป็นไปตาม Load Curve ที่กา หนดไว้ นอกจากนี้ยังสามารถที่คา นวนแรงในการกดเพื่อนาไปใช้ในการกำหนดขนาดครื่องจักรที่ต้องใช้งานได้อีกด้วย

ตัวอย่างการคำนวน V-Bending ของแผ่นโลหะ

ตัวอย่างแรงที่คำนวนได้เพื่อนำไปประมาณขนาดเครื่องจักร

จะเห็นได้ว่า SOLIDWORKS Simulation นั้นสามารถที่จะคำนวนปัญหาแบบไม่เชิงเส้นเช่นการดัด พับเหล็ก งอเหล็ก งอท่อได้โดยง่ายและใช้เวลาในการทา ไม่นาน ซึ่งช่วยให้โรงงานผลิตต่างๆนั้นสามารถลดต้นทุนในการทดลองผลิตชิ้นงานลงได้อย่างมหาศาลและสามารถที่จะผลิตชิ้นงานได้ทันเวลาที่ต้องการอีกด้วย

บทความโดย แอดโจ๊ก

About metrosystemadmin

Check Also

ผลของการทำ Refinement อิลิเมนต์ต่อรูปแบบการไหลผ่านตัว Airfoil