Večina izdelkov je med uporabo izpostavljena vibracijam, zato je ključno poznati njihove frekvenčne lastnosti. Pri tem nas največkrat zanima, ali se izdelek lahko znajde v resonanci. Resonanca sama po sebi ni ne dobra ne slaba – je zgolj lastnost sistema. Včasih je nezaželena, saj lahko povzroči poškodbe ali okvaro, drugič pa jo lahko izkoristimo za delovanje sistema.
V nadaljevanju si bomo na praktičnem primeru prirobnice elektromotorja pogledali, kako znotraj SOLIDWORKS Simulation hitro in enostavno preverimo frekvenčne lastnosti naših izdelkov.
Priprava modela
CAD model
Najprej izdelamo ali uvozimo CAD model, ki ga želimo analizirati. Pri tem lahko iz analize izključimo komponente, za katere predvidevamo, da njihov vpliv na rezultat ne bo pomemben. V našem primeru to ni potrebno, saj je sestav za učni primer zelo preprost in vsebuje le tri komponente.
Robni pogoji in zunanje obremenitve
Enako kot pri CAD modelu, se robni pogoji v frekvenčni analizi dodajajo podobno kot pri preprosti statični analizi. Za naš primer smo uporabili štiri glavne pogoje:
- Gravitacija – deluje v globalni Y-smeri s pospeškom 9,81 m/s².
- Oddaljena masna točka – simuliramo maso 10 kg elektromotorja. Elektromotorja ne vključujemo v model, saj bi podaljšal čas računanja, medtem ko je za učni primer poenostavitev več kot dovolj natančna.
- Omejitev gibanja v X in Z smereh – omejimo luknje za vijake, pri čemer predpostavimo uporabo prilagodljivih vijakov (označeno z rdečimi puščicami).
- Omejitev gibanja v Y-smeri – simuliramo, da je nosilni okvir pritrjen na neskončno togo podlago, zato gibanje v Y-smeri onemogočimo.
Kot zadnji robni pogoj moramo določiti tudi interakcije med posameznimi komponentami sestava. V našem primeru predpostavljamo, da so elementi med seboj zvarjeni, zato uporabimo globalno Bonded povezavo z ujemajočo mrežo.
Mreženje
Mreženje v SOLIDWORKS Simulation poteka po klasičnem postopku, ki zagotavlja natančnost in stabilnost rezultatov. Postopek vključuje:
- Dodajanje lokalnih omejitev in kontrol mreže – omogoča natančnejšo kontrolo velikosti elementov na kritičnih mestih, kot so robovi in luknje.
- Dodajanje globalnih kontrol in določitev velikosti mreže – določa osnovno velikost mrežnih elementov za celoten model, kar zagotavlja ravnovesje med natančnostjo in časom računanja.
- Preverjanje kakovosti mreže – pred začetkom analize je ključno preveriti kakovost mreže. To vključuje oceno oblike elementov, razmerja dolžin stranic itd.
Pravilno mreženje je temelj natančne frekvenčne analize, saj zagotavlja, da bodo resonančne frekvence in modalne oblike pravilno izračunane.
Nastavitve solverja
Pred zagonom frekvenčne analize je pomembno, da uredimo nekaj ključnih nastavitev, ki zagotavljajo natančne in relevantne rezultate. Te nastavitve najdemo v zavihku Properties analize:
- Number of frequencies – določa število frekvenc, ki jih bo program izračunal. Privzeto so izračunane najnižje frekvence, vendar je smiselno določiti dovolj frekvenc, da zajamemo obnašanje sistema v interesnem območju.
- Calculate frequencies closest to (frequency shift) – omogoča, da program išče frekvence okoli določene vrednosti. Na primer, če nas zanima odziv okoli 1500 Hz, je nesmiselno začeti iskanje pri 0 Hz, saj bi računalnik izgubil čas z nižjimi, nepomembnimi frekvencami.
- Upper bound frequency – določimo zgornjo mejo, do katere naj program išče naravne frekvence. To je uporabno, če želimo omejiti analizo na določeno frekvenčno območje, ne da bi določili natančno število frekvenc.
- Decouple the mixed free body modes – v frekvenčni analizi ta opcija razdeli mešane prostotelesne načine, kjer se hkrati pojavljata premik in rotacija, na čiste translacije in čiste rotacije. Tako lažje prepoznamo, v kateri smeri ali osi model ni dovolj podprt.
- Inplane effect – čeprav je v SOLIDWORKS Simulation ta funkcija v ozadju, je pomembno razumeti njen pomen. Nekatere obremenitve, na primer natezne, povečajo togost strukture, tlačne pa jo zmanjšajo. Ta efekt vpliva na izračun modalnih frekvenc in stabilnosti modela.
Rezultati analize
Ko zaključimo z nastavitvami, lahko simulacijo zaženemo in pridobimo različne rezultate, ki nam pomagajo razumeti obnašanje modela:
- Amplitude plot – grafično prikaže modalno obliko določene frekvence in amplitudo premikov v modelu.
- Frequency Response Graph – izriše graf, kjer je na x-osi indeks lastne frekvence, na y-osi pa njena vrednost v Hz.
- List Amplitude – izpiše podatke za posamezna vozlišča, vključno z vrednostmi amplitude pomika.
- List Resonant Frequencies – izpiše vrednosti lastnih frekvenc v rad/s, Hz in periodo posamezne frekvence.
- Mass Participation (faktor prispevka modalnega načina) – prikazuje, katera smer premika je najbolj kritična za vzbujanje pri določeni lastni frekvenci, kar pomaga pri oceni vpliva posameznih modalnih načinov na celoten sistem.
V grafu lahko lepo opazimo, kako simetrična struktura vpliva na lastne frekvence. Pogosto se frekvence pojavijo v parih – različni indeksi, a zelo podobne vrednosti frekvenc in modalnih oblik.
Za dodatne informacije ali pomoč pri vaših frekvenčnih analizah se obrnite na IB-CADDY preko telefona 01 566 12 55 ali elektronske pošte info@ib-caddy.com.