Linearne dinamične analize imajo ključno vlogo pri razumevanju, kako se konstrukcije in izdelki obnašajo pod vplivom časovno spremenljivih obremenitev. V okolju 3DEXPERIENCE omogočajo inženirjem, da že v zgodnjih fazah razvoja ocenijo odziv modela na vibracije, udarce ali druge dinamične pojave, še preden pride do izdelave fizičnih prototipov. S tem se bistveno skrajša čas razvoja in znižajo stroški, hkrati pa se izboljša zanesljivost in varnost končnega izdelka.
Z uporabo linearnih dinamičnih analiz lahko natančno napovemo, kje v konstrukciji se bodo pojavile kritične točke in resonančne frekvence, ki bi lahko povzročile poškodbe ali utrujanje materiala. V 3DEXPERIENCE je ta proces še posebej učinkovit, saj je analiza neposredno povezana z modelom in podatki v istem digitalnem okolju. To pomeni, da se spremembe v geometriji ali materialu samodejno odrazijo tudi v rezultatih analize, kar omogoča hitrejše iteracije in boljšo sledljivost odločitev.
Poleg tega integracija linearnih dinamičnih simulacij v 3DEXPERIENCE spodbuja sodelovanje med različnimi člani razvojne ekipe. Rezultati so lahko takoj dostopni konstruktorjem, analitikom in vodjem projektov, kar poenostavi komunikacijo in omogoča bolj usklajene tehnične rešitve. Tak pristop vodi k bolj premišljenim konstrukcijam, ki so odporne na realne obremenitve in izpolnjujejo zahteve varnosti ter učinkovitosti.
Analizo dinamike togih teles lahko delimo na več nivojev zahtevnosti:
- Preprosta frekvenčna analiza posamezne komponente
- Frekvenčna analiza sestavov
- Odziv sestavov na harmonično obremenitev
- Body-in-white analiza
- Analiza odziva na naključne vibracije
- Strukturno-akustične analize
- Kompleksne analize lastnih frekvenc
Predstavitev metod
Frekvenčna analiza komponente
Frekvenčna analiza posameznih kosov je pomembna, ker omogoča zgodnje odkrivanje lastnih frekvenc in možnih resonanc, še preden so deli sestavljeni v celoten sklop. Tako lahko inženirji pravočasno prilagodijo geometrijo, material ali pritrditev elementa, da preprečijo vibracije, hrup in utrujanje materiala, kar zagotavlja boljšo zanesljivost in delovanje celotne konstrukcije.
Na sliki je prikazan nosilec, nad katerim je že bila izvedena topološka optimizacija. Naslednja naloga je preveriti odziv na harmonično vzbujanje in njegove lastne frekvence. Pred izvajanjem simulacije predpišemo točke vpetja, obremenitve in frekvence nanašanja obremenitev.
Najlažje je analizo harmonskega nihanja izvesti na osnovi anlimacije. Vidimo, da se največji pomik v % pojavi na oddaljeni ročki, kar je smiselno z seizmično teorijo.
Odziv sestavov na harmonsko obremenitev
Analiza harmonskega odziva omogoča razumevanje, kako se sestav odziva na periodične oziroma sinusne obremenitve v določenem frekvenčnem območju. Z njo lahko inženirji ocenijo amplitude pomikov, napetosti in pospeškov pri različnih frekvencah vzbujanja ter ugotovijo, kje lahko pride do resonančnega povečanja vibracij. Gre za ključno orodje pri zagotavljanju zanesljivosti, udobja in trajnosti mehanskih sklopov v dinamično obremenjenih sistemih.
Ker je geometrija kompleksna, je mreža pripravljena že vnaprej. Pomembno je pravilen predpis frekvenčnega območja za analizo. Če nas zanimajo frekvence do npr. 150 Hz, je potrebno nastaviti zajemanje rezultatov do 300 Hz (1.5-2-kratnik frekvenčnega območja).
Analiza harmonskega odziva kabine tovornjaka je pomembna, ker omogoča razumevanje, kako se kabina obnaša pod periodičnimi vibracijami, ki izvirajo iz motorja, ceste ali drugih delov vozila. S tem je mogoče ugotoviti frekvence, pri katerih pride do resonance, kar lahko povzroči povečane vibracije, hrup in nelagodje za voznika. Rezultati analize pomagajo pri optimizaciji togosti, blaženja in pritrditev kabine, da se zagotovi večje udobje, varnost in vzdržljivost celotnega vozila.
V analizi zavzamemo harmonski odziv voznikove kabine, na kateri modeliramo konstrukcijo za ugodje in varnost, ter pa pritrdilno strukturo. Z harmonsko analizo lahko definiramo tudi nivo utrujanja materiala, kot utrujanje zaradi nihajoče obremenitve, bolj podobno razloženo v webinarju.
Analiza lastnih frekvenc je pomembna, ker razkrije, pri katerih frekvencah se tog sistem začne naravno gibati oziroma vibrirati, ne da bi bil neposredno vzbujan od zunanjih sil. Na ta način lahko inženirji prepoznajo kritične točke konstrukcije, kjer bi lahko prišlo do resonance, kar vodi do povečanja napetosti in zmanjšanja življenjske dobe komponent. Rezultati analize omogočajo optimizacijo togosti, mase in povezav med deli, da se zagotovi stabilno, zanesljivo in varno dinamično obnašanje celotnega sistema.
Z funkcijo XY Plots from History lahko preverimo, na katerih frekvencah pride do resonance sistemov med sabo. Za boljšo vidljivost manjših “vrhov” frekvenc nam je v aplikaciji na voljo tudi logaritemska skala.
Strukturno akustična analiza
Povezana strukturna in akustična simulacija je pomembna, ker omogoča razumevanje, kako mehanske vibracije konstrukcije vplivajo na nastanek in širjenje zvoka v okolici ali notranjosti sistema. S tem pristopom je mogoče že v fazi načrtovanja napovedati hrup, zmanjšati vibracije ter optimizirati materiale in geometrijo za boljšo zvočno udobje in manjšo emisijo hrupa. Takšna integrirana analiza tako združuje trdnostne in akustične lastnosti v celovito oceno dinamičnega obnašanja konstrukcije.
V primeru zvočnika je povezana strukturna in akustična simulacija ključna, ker omogoča razumevanje interakcije med gibljivimi deli zvočnika (membrano in ohišjem) in zrakom, ki prenaša zvok. Le s sočasno analizo obeh področij je mogoče natančno napovedati frekvenčni odziv, učinkovitost in kakovost zvoka, saj mehanske deformacije neposredno vplivajo na akustični tlak in usmerjenost valovanja. Tak pristop omogoča optimizacijo oblike membrane, materialov in ohišja, da zvočnik doseže čist, uravnotežen in energetsko učinkovit zvok.
Prav tako je pomemben tlak, nastal zaradi akustičnih in nihajočih obremenitev. S pomočjo XY History Plots lahko poizvemo različne tlake po celem predpisanem frekvenčnem območju.
Tako lahko določimo primerne prostore koncepta zvočnika, prav tako pa lahko nadaljnje optimiramo njegovo delovanje.
Optimizacija hrupa za udobje potnikov
Akustične simulacije imajo v razvoju tovornjakov ključno vlogo pri zagotavljanju udobja voznika, saj omogočajo natančno napoved in analizo hrupa že v fazi načrtovanja. Z njihovo pomočjo lahko inženirji prepoznajo vire zvoka, kot so motor, prenos moči, aerodinamični vplivi in vibracije karoserije, ter ocenijo, kako se ti zvoki širijo v kabino. Na ta način je mogoče optimizirati materiale, oblike in pritrdilne točke, še preden je vozilo fizično izdelano. Rezultat so tišje kabine, manjša utrujenost voznika in bolj prijetna vozna izkušnja tudi pri dolgih vožnjah.
Preverimo lahko tudi kombinacijo vpliva vibracij na ohišje, ki so ključnega pomena za snovanje zvočne izolacije na stenah in tleh, prav tako pa modificiranje obremenitev.
Simulacije linearne dinamike predstavljajo temelj za razumevanje, kako se konstrukcije odzivajo na majhne obremenitve in vibracije v območju, kjer material ohranja elastično obnašanje. Omogočajo natančno napovedovanje pomikov, napetosti in lastnih frekvenc, kar je ključno za preprečevanje resonance, izboljšanje togosti in optimizacijo mase konstrukcije. Z njihovo uporabo lahko inženirji že v zgodnjih fazah razvoja preverijo dinamično stabilnost izdelka ter sprejemajo premišljene odločitve, ki vodijo do varnejših, zanesljivejših in učinkovitejših konstrukcij.
Če vas o simulacijah linearne dinamike zanima več, nas kontaktirajte na info@ib-caddy.com ali pa prek telefonske številke (01) 566 12 55.