Innehåll Introduktion... 1 Digital Prototyping... 3 Lektion 1: Användargränssnitt och inställningar... 9 Om hållfasthetsanalys... 10 Användargränssnitt... 13 Skapa en FEM analys... 16 Metod för en lyckad FEM analys... 17 Riktlinjer för hållfasthetsanalys i Inventor... 19 Filer och filformat... 20 Övning: Utför en enkel FEM analys... 21 Lektion 2: Förbereda och köra en analys... 25 Starta och ställa in en analys... 26 Lägga på laster... 29 Riktlinjer för att lägga på laster... 30 Lägga på villkor... 31 Riktlinjer för att lägga på villkor... 34 Övning: Skapa villkor och lägga på laster... 35 Lektion 3: Visa och analysera resultat... 39 Visning av resultat... 40 Reaktionskrafter... 42 Riktlinjer för att hantera resultaten... 43 Övning: Visa resultaten från en FEM analys... 44 Lektion 4: Analysera sammanställningar... 49 Kontaktvillkor... 50 Metod för att analysera sammanställningar... 53 Övning: FEM analys i en sammanställning... 54 Lektion 5: Konstruera med parametrar och FEM... 59 Utföra en parametrisk FEM analys... 60 Designvillkor... 60 Övning: Genomför en parametrisk FEM analys... 62 Lektion 6: Kontrollera Meshen och hantera konvergens... 67 Konvergensanalys... 68 Singulariteter... 71 Inställningar för Meshen... 75 Automatisk konvergens... 77 Lokal meshkontroll... 79 Övning: Konvergens... 81 Lektion 7: Simulera egensvängning... 85 Att göra en resonansanalys... 86 Övning: Egensvängning... 88 Sammanfattning... 93
Lektion 2: Förbereda och köra en analyss I den här lektionen tittar vi på krafter, laster och villkor och hur vi gårr till väga förr att simulera hur det kan se ut i en riktig modell. De två viktigaste faktorerna man måste ta med i beräkningen för att efterlikna den verkliga modellen är krafterna och villkoren. Krafterna är externa laster som verkar på modellen i olika riktningar. Villkoren ärr egenskaperr som simulerar hur modellen kan röra sig och bli påverkad av de olika krafterna. Kombinationen av dessa två gör att vi får en modell som efterliknar verkligheten tillräckligt bra för att kunna göra användbara beräkningar. I den här lektionen kommer vi att gå igenom följande: Starta och ställa in en analys Lägga till krafter Lägga till villkor I bilden nedan visas en enkel vipparm. Krafter har definierats vid anslutningen markerad med 1 och ett villkor har lagts på vid 2. Detta gör att modellen kommer att uppföra sig som i verkligheten då man begränsar möjligheterna för modellen att röra sig på sådant sätt att det d så nära som möjligt motsvarar en riktig modell. 25
Starta och ställa in en analys Innan du kör en analys behöver du skapa en simulering. Simuleringen n fungerar som en mappp eller ett läge där all information och resultat om analysen sparas. Du kan skapa flera simuleringar i samma modell för att analysera olika delar eller versioner av modellen. I en enkel e modell kanske det räcker med en simulering men om modellen är merr komplex kan det behövas flera simuleringar med olika inställningar för material, krafterr och villkor. Följande bild visar utforskaren i Stress Analysis läget där man har använt sig av tre olika simuleringar för en modell. 26
Egenskaper Simulation När du skapar en ny simulering öppnas dialogrutan Create New Simulation. Nedan visa mer information om de olika egenskaperna i den. Val 1 Name 2 Design Objective 3 Simulation Type 4 Contacts Beskrivning Här ges ett namn till simuleringen. Namnet visas i utforskaren och på rapporterna. Namnge simuleringen så att den kan särskiljas från andra simuleringar du skapar i samma modell. Single Point används för att göra en simulering på en version av modellen. Parametric används för att göra en simulering där modellen kan ha flera konfigurationer och systemet kan välja den som passar bäst. Här väljs typen av simulering. Statisk eller resonansanalys. Här ställs standardd kontakten in. I det automatiska kontaktverktyget används det här kontaktvillkoret som standard. Gäller bara sammanställningar. 27
Model State fliken innehåller inställningar för visningen av sammanställningar. Val 1 Design View 2 Positional 3 Level Of Detail Beskrivning Ange vilken Design View som ska användas i simuleringens n. Vissa detaljer kan behöva släckas ner för att få en bättre förståelse för modellen. Välj den position av sammanställningen som mest representerar det läget i vilket du vill köra analysen på. Förtryck (Suppress) det detaljernaa som inte är relevanta för det du söker. 28
Lägga på laster Lasternaa är externa krafter som verkar på detaljen eller sammanställ ningen. Målet med att göra en hållfasthetsanalys är att försöka förstå hur dee externa krafterna påverkar konstruktionen. Fördelen är attt på ett tidigt stadie kunna anpassa modellen så att den håller för krafterna. Bilden nedan visar en del av en frontlastare f där en Bearing Load har lagts till för att simulera en last. 29
Olika sorters laster Följande tabell sammanfattar vilka olika sorters laster du kan lägga på din modell samt vad du kan appliceraa de på. Ikon Lasttyp Referenser Beskrivning Force Linje, punkt, yta En kraft med ett specifikt värde läggs på en yta, punkt eller en kant. Kraften sprids ut jämt över den valda ytan. Pressuree Yta En kraft med ett specifikt värde läggs på en yta. Kraften sprids ut över hela ytan och är alltid normal mot ytan. Positivt värde på kraften gör att den pekar mot normalenn på ytan. Bearing Load Cylindrisk yta En kraft med ett specifikt värde läggs på en extern eller intern cylindrisk yta. Kraften K sprids ut över hela ytan. Moment Yta Ett moment specifikt värde läggs på den valdaa ytan. Gravity Påverkar hela modellen Gravitation definierass i modellen så att egenvikten tas med i beräkningen. Remotee Force Yta En yta väljs vilken kraften verkar igenom. Resultatet på detaljen blir en kraft och o ett moment. Body Påverkar hela modellen Linjär acceleration eller hastighet t läggs på detaljen. Beräkning kan göras med m centripetalkrafter och tröghet som påverkar detaljen. Riktlinjer för attt lägga på laster De ytor du behöver för att kunna lägga på dina krafter på ett korrekt sätt kanske inte existerar. Använd Split för att skapa de ytor eller geometrier som behövs. Lägg sedan på lasterna på rätt ytor. För at specificera storleken eller riktningen på en kraft kan du använda dig av ekvationerr som hänvisar till parametrar i modellen. För att placera laster där riktningen intee sammanfaller med geometri på modellen kan du skapa axlar (Work axis). Välj axlarna som referens för riktningen. För att undvika problem med beräkningg bör du välja att placera laster på ytor istället förr kanter och punkter. Eftersom kanter och punkter inte har någon yta blir spänningen oändlig och analysen blir opålitlig. 30
Lägga på villkor Villkor (Constraints) används för att simuleraa hur detaljen begränsas i sina rörelser. Villkor läggs vanligtvis på där detaljen sitter ihop med någon annann stel komponent. Genomm att använda sig av Fixed, Pin och Frictionless villkorenn skapar vi en modell som inte kan förflytta sig eller snurra runt. I modellen på den här frontlastaren har vi använt oss av villkoret pin för att låsa fast de rörliga delarna på de ställena där modellen kan rotera. 31
Olika sorters villkor Följande tabell sammanfattar de olika villkoren du kan lägga på din modell m samt vad du kan applicera de på. Ikon Villkorstyp Referenser Beskrivning Fixed Linje, yta Ettt Fixed villkor begränsar rörelsen av den valda geometrin i en, två eller tre riktningar. Fixed används för att simulera stela kontaktförhållanden mellan komponenter. Begränsa alla tre riktningarna när du ve att detaljen är fullständigt stel i sin infästning. Pin Cylindrisk yta Ettt Pin villkor används för att förhindraa en cylindrisk yta att röra sig antingen radiellt, tangentiellt t eller axiellt. Vanligtvis används pin där det sitter lager eller där komponenter roterar i ettt hål av något slag. Du kan välja i vilken riktning du kan låsa ner i förhållande till den cylindriska ytan. Om du definierar ett lager låter du den tangentiella riktningen vara olåst så detaljen kan rotera i hålet. Frictionless Yta Ettt Frictionless villkor tillåter en yta attt glida längs med en annan yta eller ett plan. Ytan kan ej röra sig normalt mot planet och kan därför ej penetrera eller rör sig från planet. De flesta detaljer har ofta någon friktion mellan komponenterna och är inte helt friktionslöst så resultatet blir oftastt ganska konservativt. 32
Exempel på villkor I följande bild visas hur en vipparms rörelser blivit begränsade med hjälp h av villkor. Vipparmen roterar runt ett lager på en axel och har ett Pin villkor (1). Ytan på toppen avv vipparmen glider mot en annan komponent och där finns ett Frictionless villkor (2). I fästanordningenn på linjärenheten verkar en kraft (3). Följande bild visar en konsol som monteras med två skruvar. Skruvförbandet blir r stelt men konsolen är fortfarande rörlig gentemot skruvarna. Istället för att sätta ett Fixed villkopå bultarna blir b definierade med ett Fixed villkor och resten av konsolen kan påverkar av lasterna. på hela baksidan av konsolen splittar vi istället ytan runt skruvarna så att undersidan 33
Riktlinjer för att lägga på villkor För att undvika spänningssingulariteter ska du helst försöka lägga på villkor på ytor istället för på kanter och punkter. Punkter och kanter har ingen yta och spänningen kan bli oändlig i dessa områden vilket i sin tur gör det svårt att beräkna den totala hållfastheten på din komponent. Om det inte finns någon yta där du kan placera ditt villkor, splitta då ytan så att det finns geometri som motsvarar dina önskemål. Var noga med att lägga på tillräckligt med villkor för att förhindra att modellen kan förflytta sig eller rotera i rymden. Om man inte lyckas definiera tillräckligt med villkor kan man få problem med att beräkningen inte vill köra igång även om det inte finns någon kraft i just den riktningen som modellen saknar villkor i. I vissa situationer, ofta när man använder en kombination av Pin och Frictionless villkor finns det inte något uppenbart sätt att definiera modellen så att den inte kan förflytta sig. Om du får en varning att modellen inte är fullt definierad och du har säkerställt att villkoren håller emot de lasterna du lagt till så kan du aktivera en funktion som heter Detect and Eliminate Rigid Body Modes (förhindra stelkroppsrörelser). Systemet lägger till egenskaper som förhindrar stelkroppsrörelser men för att vara på den säkra sidan skall alltid reaktionskrafterna analyseras så att allt stämmer. Om det finns flera ställen i modellen som ska ha samma villkor kan du lägga på de på samma gång i verktyget. Om du sedan analyserar reaktionskrafterna kommer du att se den sammanlagda kraften. Vill du ha information om reaktionskrafterna vid varje ställe behöver du lägga till varje villkor separat. Att välja rätt villkor och att inte lägga på för många villkor är utmaning inom FEM. Villkoren och lasterna som definieras i modellen har väldigt stort inflytande på resultatet. Var noga med att verkligen sätta dig in i hur de olika komponenterna interagerar med varandra i modellen. Om du är osäker på hur modellen fungerar ihop med de andra komponenterna är det viktigt att överväga att kanske bryta ner modellen i mindre delar eller analysera olika detaljer var för sig. 34
Övning: Skapa villkor och lägg påå laster I den här övningen lägger du till laster och villkor för att avgöra hur mycket m spänning som uppstår i en centrifug som roterar i 4500rpm. Sedan lägger vi till krafter från behållarna innehåller vätskan. 1. Öppna Preparing Simulations.ipt. 3. I panelen Manage, klicka på Create Simulation för att starta en ny simulering. 4. I dialogrutan för Create New Simulation fyller du I följande uppgifter. Name: Body Loads. Välj Detect and Eliminate Rogid Body Modes. 2. Klicka på fliken Enviromentss för att väljaa Stress Analysis. 5. Ta bort features du inte vill ha med i FEM analysen.. Expanderaa Preparing Simulations i utforskaren Högerklicka på Fillet2 och välj Exclude From Simulation. 35
6. Välj ett nytt material att basera analysen på. Klicka på Assign på Material panelen. I kolumnen för Override Material, välj Aluminium 6061. Klicka Ok. 9. Lägg på villkor. Klicka på p Pin villkoret på Constraints hastigheten. Klicka på p panelen. Välj samma yta somm där du la på Ok. 7. Expandera Material i utforskaren för att verifiera att materialet du valde har applicerats på detaljen. 8. Lägg på en roterandee hastighet på modellen.. Klicka på Body i Loads panelen. (Du kan behöva expandera den med pilen) Klicka på fliken Angular och kryssa i rutann för Enable Angular Velocity and Acceleration.. Välj innerytan på hålet i centrum av detaljen. Under Velocity i rutan för Magnitude, skriv in 4500rpm Klicka Ok. 10. Klicka på Simulate och välj sedan Run. 11. När beräkningen är klar visas spänningen (Von Mises Stress) och deformationen på modellen. 36
12. Visa meshningen. Klicka på Mesh View på Mesh panelen n. Observera hur systemet byggt upp rutnätet. Klicka på Mesh View igen för f att stänga av funktionen. 13. Skicka materialinställningarna till modellen. I utforskaren under Material/Aluminium 6061/ högerklicka på Preparing Simulations.ipt. Välj Promote Material to Modell. 14. Skapa en ny simulering 15. Lägg på p laster i lagerbanorna. Klicka på Bearing Load. Välj de två hålen i en av utskärningarnaa (1). Klicka på Direction och välj kanten på detaljen (2). Omm det behövs, klicka på Flip så att krafterna pekar ut från detaljen. I rutan Magnitude skriv in 1600N (kraften är uträknad från varvtalet, massan på behållarna samtt innehållet). Klicka Ok. Upprepa för dee andra tre nfästningarna. Högerklicka på Body Loads simuleringen och välj Copy Simulation. Högerklicka på den nya simuleringens n och välj Edit Simulation Properties. Döp om den nya simuleringen till Body and Force Loads. Klicka på Ok. 37
16. Klicka på Simulate och välj Run. När beräkningen är klar visas resultatet på modellen. 18. I utforskaren har det lagts till blixtar framför vissa rader. Detta indikerar i att värdena behöver uppdateras genom att köra beräkningen en gång till. Klicka på Stress Analysis fliken. Klicka på Simulate och välj Run. 17. Förändra lasterna. Klicka på Manage fliken och välj Parameters. Scrolla neråt tills du hittar de fyra krafterna på 1600N. Ändra de till 2000N 19. Analysera resultaten och stäng övningen. Spara om du vill. Tips: Om du har flera krafter som du vill ändra på samma gång är det ofta snabbare och enklare att ändra de i Parameters. Observera också parametriseringen av krafterna. 38