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 Lekttion 2: Förbe ereda och kö öra en analyss och hur vi gårr till väga förr att simulera a hur det kan n I den härr lektionen tittar vi på krafter, laster och villkor o se ut i en n riktig modeell. De två vikktigaste fakt orerna man måste ta me ed i beräkninngen för att e efterlikna deen verkliga modellen ärr krafterna occh villkoren. Krafterna är externa laster som vverkar på moodellen i olikka riktningar. Villkoren ärr egenskaperr som de olika kraftterna. Kombbinationen avv dessa två simuleraar hur modellen kan röra sig och bli ppåverkad av d gör att vvi får en mod dell som efterliknar verkliigheten tillrääckligt bra fö ör att kunna ggöra användbara beräknin ngar. I den härr lektionen kkommer vi attt gå igenom följande:    Starrta och ställaa in en analys Läggga till krafter Läggga till villkor nedan visas en enkel vipparm. Krafteer har definie erats vid anslutningen m arkerad med d 1 och ett I bilden n villkor haar lagts på viid 2. Detta gö ör att modelllen kommerr att uppföra sig som i veerkligheten då man begränsaar möjligheteerna för mod dellen att rö ra sig på sådant sätt att d det så nära ssom möjligt m motsvarar en n riktig mo odell. 2 25 Starta o och ställaa in en an nalys u kör en anallys behöver d du skapa en simulering. SSimuleringen n fungerar soom en mapp p eller ett Innan du läge där all information och resultat om anal ysen sparas.. Du kan skap pa flera simuuleringar i samma modell fför att analyssera olika delar eller verssioner av mo odellen. I en e enkel model l kanske det räcker med en ssimulering m men om mod dellen är merr komplex kaan det behövvas flera simuuleringar me ed olika inställnin ngar för matterial, krafterr och villkor. Följandee bild visar uttforskaren i SStress Analyssis läget där man har anvvänt sig av trre olika simuleringar för en m modell. 26 6 Egenskkaper Simu ulation När du sskapar en ny simulering ö öppnas dialo grutan Creatte New Simu ulation. Nedaan visa mer information om de olika egenskaperna i den. Vaal Beskrivning 1 Naame Här ge es ett namn till simulerin ngen. Namne et visas i utfoorskaren och på rappo orterna. Nam mnge simuleringen så att den kan särsskiljas från andra simule eringar du skkapar i samm ma modell. 2 Deesign Objective Singlee Point använnds för att gö öra en simule ering på en vversion av modellen. Param metric använ ds för att göra en simule ering där moddellen kan ha flera konfiggurationer occh systemet kan välja den som passaar bäst. 3 Sim mulation Typ pe Här vä äljs typen av simulering. Statisk eller resonansanaalys. 4 Co ontacts Här sttälls standardd kontakten in. I det auto omatiska konntaktverktygget används det hä är kontaktvil lkoret som sstandard. Gäller bara sam mmanställnin ngar. 2 27 nnehåller insställningar föör visningen aav sammanställningar. Model Sttate‐fliken in Vaal Beskrivning 1 Deesign View Ange vilkken Design Vi View som ska användas i ssimuleringenn. Vissa detaljer kan behöva släckas ner föör att få en b bättre förståe else för mod ellen. 2 Po ositional Välj den position av ssammanställningen som mest repres enterar det läget i vilket du vill köra anaalysen på. 3 Level Of Detail Förtryck (Suppress) d et detaljernaa som inte är relevanta fför det du söker. 28 8 Lägga påå laster Lasternaa är externa kkrafter som vverkar på deetaljen eller ssammanställningen. Måleet med att göra en hållfasth hetsanalys ärr att försöka förstå hur dee externa krafterna påve erkar konstruuktionen. Fördelen är attt på ett tid digt stadie ku unna anpasssa modellen sså att den hååller för kraftterna. Bilden nedan visar en del av en ffrontlastare ddär en Bearin ng Load har lagts till för aatt simulera en last. 2 29 Olika so orters lastter Följandee tabell samm manfattar vilka olika sortters laster du u kan lägga på din model l samt vad du kan appliceraa de på. Ikon Lasttyp Referenser Beskrivniing Force Lin nje, punkt, yta a En kraft m med ett speccifikt värde lääggs på en ytta, punkt eller en kkant. Kraften sprids ut jäm mt över den valda ytan. Pressure e Yta a En kraft m med ett speccifikt värde lääggs på en ytta. Kraften sprids ut över hela yta an och är allttid normal m mot ytan. ot Positivt värde på kraften gör att dden pekar mo n på ytan. normalen Bearing Load Cylindrisk yta En kraft m med ett speccifikt värde lääggs på en exxtern eller intern cyllindrisk yta. K Kraften spridds ut över he ela ytan. Moment Yta a Ett mome ent specifikt värde läggs på den valda a ytan. Gravity Påverkar hela mo odellen Gravitatio on definierass i modellen så att egenvvikten tas med i berräkningen. Remote e Force Yta a En yta väljs vilken kraften verkar iigenom. Resultatet på detaljen b blir en kraft o och ett mom ment. Body Påverkar hela mo odellen Linjär accceleration eller hastighet t läggs på dettaljen. Beräkningg kan göras m med centripeetalkrafter o och tröghet som påve erkar detaljen. Riktlinjeer för attt lägga på å laster 30 0  De yytor du behö över för att kkunna lägga ppå dina kraftter på ett korrekt sätt ka nske inte existerar. Anvvänd Split förr att skapa de ytor eller ggeometrier som behövs. Lägg sedan ppå lasterna p på rätt ytor.  För at specificerra storleken eller riktninggen på en kraft kan du an nvända dig aav ekvationerr som nvisar till parametrar i mo odellen. hän  För att placera llaster där rikktningen intee sammanfaller med geom metri på mo dellen kan du skapa axlaar ork axis). Vällj axlarna som m referens föör riktningen n. (Wo  För att undvika problem me ed beräkningg bör du väljaa att placera laster på ytoor istället förr kanter och pun nkter. Efterso om kanter occh punkter innte har någo on yta blir spä änningen oä ndlig och analysen blir opåålitlig. Lägga påå villkor Villkor (C Constraints) används för att simuleraa hur detaljen begränsas i sina rörelseer. Villkor lägggs vanligtviss på där detaljen sitter ihop med n någon annann stel komponent. Genom m att användda sig av Fixed, Pin och Frictionleess‐villkoren n skapar vi en n modell som m inte kan fö örflytta sig elller snurra ruunt. I modelleen på den häär frontlastaren har vi annvänt oss av villkoret pin för att låsa ffast de rörligga delarna påå de ställeena där modeellen kan rottera. 3 31 Olika so orters villkkor Följandee tabell samm manfattar de e olika villkorren du kan läägga på din m modell samt vvad du kan a applicera de på. Ikon Villkorstyp p Referen nser Beeskrivning Fixed Linje, yyta Ettt Fixed‐villko or begränsar rörelsen av den valda ge eometrin i enn, två eller tre riktningar. Fixed använnds för att simulera stelaa koontaktförhållanden mella an komponennter. Begränsa alla tre rikktningarna när du ve att detaljen är ffullständigt stel i sin inffästning. Pin Cylindrrisk yta Ettt Pin‐villkor aanvänds för att förhindraa en cylindrissk yta att rööra sig antinggen radiellt, ttangentiellt eeller axiellt. V Vanligtvis annvänds pin däär det sitter lager eller däär komponenter roterar i ettt hål av någo ot slag. Du ka an välja i vilkken riktning d du kan låsa neer i förhållande till den cyylindriska ytaan. Om du de efinierar ett lagger låter du d den tangentiella riktninggen vara olåsst så detaljen n kaan rotera i håålet. Frictionlesss Yta Ettt Frictionlesss‐villkor tillåtter en yta attt glida längs med en annnan yta eller ett plan. Yttan kan ej rö ra sig norma alt mot plaanet och kan n därför ej pe enetrera elleer rör sig från n planet. De fleesta detaljer har ofta någ gon friktion m mellan komp ponenterna occh är inte hellt friktionslösst så resultattet blir oftastt ganska koonservativt. 32 2 Exempel på villko or I följande bild visas h hur en vipparrms rörelser blivit begrän nsade med h hjälp av villkoor. Vipparme en roterar på toppen avv vipparmen glider mot e en annan runt ett lager på en aaxel och har ett Pin‐villkoor (1). Ytan p n på linjären heten verkar en kraft (3)). komponent och där finns ett Fricctionless‐villkkor (2). I fästtanordningen n konsol som m monteras m med två skru uvar. Skruvfö örbandet blir r stelt men ko onsolen är Följandee bild visar en fortfaran nde rörlig gentemot skru uvarna. Iställeet för att sättta ett Fixed‐villkor på heela baksidan av konsolen splittar vvi istället ytan runt skruvarna så att uundersidan p på bultarna b blir definieradde med ett FFixed‐villkor och resteen av konsollen kan påve erkar av lasteerna. 3 33 Riktlinjer för att lägga på villkor 34  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. Övning: Skapa vvillkor och lägg påå laster I den härr övningen läägger du till laster och vi llkor för att aavgöra hur m mycket spännning som uppstår i en centrifugg som roteraar i 4500rpm. Sedan läggeer vi till kraftter från behå ållarna innehhåller vätskan. 1. Öpp pna Preparin ng Simulation ns.ipt. 3. I panelen Man age, klicka p på Create Sim mulation för att starta en n ny sim mulering. 4. I dialogrutan föör Create Neew Simulation n fyller du I följa nde uppgifte er. 5.  Name: Bo dy Loads.  Välj Detecct and Eliminate Rogid Body Moddes. Ta bort featurees du inte vill ha med i FEM‐analysen..  Expandera a Preparing SSimulations ii utforskareen  Högerklickka på Fillet2 och välj Exclude Frrom Simulatiion. 2. Klicka på fliken Enviromentss för att väljaa Streess Analysis. 3 35 6. 6 9. Lägg på villkor. Välj ett n nytt material att basera a analysen på.  Klickaa på Assign p på Material‐p panelen. på Pin‐villkoreet på Constrraints‐  Klicka p panelen n.  I kolu umnen för Ovverride Mateerial, välj Alum minium 6061.  Välj sam mma yta som m där du la på hastigheten.  Klicka p på Ok.  Klickaa Ok. 7. 7 Expandeera Material i utforskaren n för att verifiera att materialet du valde har appliceraats på detaljjen. 8. 8 Lägg på en roterandee hastighet p på modellen.. en. (Du kan  Klickaa på Body i Loads‐panele behöva expanderra den med p pilen) ngular och kryssa i rutann för  Klickaa på fliken An Enable Angular V Velocity and A Acceleration..  Välj innerytan på hålet i centrrum av detalljen.  Undeer Velocity i rrutan för Ma agnitude, skriiv in 4500rpm  Klickaa Ok. 36 6 10. Klicka på Simulate och välj sedan R Run. 11. När beräkn ningen är klaar visas spänn ningen (Von Mises Stresss) och deforrmationen på modellen. 12. Visa a meshningeen. 15. Lägg p på laster i laggerbanorna.  Klicka på Mesh h View på M Mesh‐panelenn.  Klicka på Bearin ing Load. bservera hurr systemet byyggt upp  Ob ru utnätet.  Välj de två håleen i en av utsskärningarnaa (1).  Klicka på Mesh h View igen fför att stäng a av fu unktionen.  Klicka på Directtion och välj kanten på detaljen (2). m det behövss, klicka på FFlip så att  Om kra afterna pekaar ut från dettaljen. 13. Skiccka materialiinställningarna till modelllen.  II utforskaren n under M Material/Alu uminium‐606 61/ högerkliccka p på Preparing g Simulationss.ipt.  I ru utan Magnitu tude skriv in 1600N (krraften är uträäknad från varvtalet, ma assan på behhållarna samtt innehållet).  V Välj Promotee Material to o Modell.  Klicka Ok. pprepa för dee andra tre in nfästningarn na.  Up 14. Skapa en ny sim mulering Högerklicka på Body Loads‐simulerinngen  H o och välj Copyy Simulation.  H Högerklicka på den nya ssimuleringenn o och välj Edit Simulation P Properties.  D Döp om den nya simulerringen till Boddy a and Force Lo oads.  K Klicka på Ok.. 3 37 18. I utforskaren h har det lagts till blixtar 16. Klicka a på Simulatee och välj Ru un. När fra amför vissa raader. Detta iindikerar att värdena behövver uppdaterras genom attt köra beräkninggen en gång till. beräkkningen är kllar visas resu ultatet på modeellen.  Klicka på SStress Analyssis‐fliken.  Klicka på SSimulate och h välj Run. 17. Förän ndra lasternaa.  Klicka på Manage‐fliken och välj arameters. Pa 19. An nalysera resuultaten och sttäng  Sccrolla neråt ttills du hittar de fyra krrafterna på 1 1600N. övningen. Spara om du viill.  Än ndra de till 2 2000N Tips: Om du har fflera krafter som du vill ändraa på samma gång är det ofta snabbarre och eenklare att än ndra de i Parrameters. Observera också parametriseringen av krafteerna. 38 8