طراحي مكانيزمهاي صنعتي با استفاده از روش المان محدود در نرمافزار ANSYS -آناليزهاي سازهاي و ماكرون
نام كتاب: طراحي مكانيزمهاي صنعتي با استفاده از روش المان محدود در نرمافزار ANSYS -آناليزهاي سازهاي و ماكرونويسي
نوشته ي: مهندس حامد وهابي
پيشگفتار
امروزه استفاده از روشهاي شبيهسازي عددي مسائل، در كنار بهرهگيري از استانداردها و دستورالعملها، در صنايع مختلف بسيار مورد توجه قرار گرفته است. به عبارت بهتر، شبيهسازي عددي يك مكانيزم، بررسي دقيق جزئياتي از آن را امكانپذير مينمايد كه در روش طراحي دستي، ميسر نميباشد. تكنيك حل المان محدود يكي از قويترين روشهاي حل عددي است كه در شبيهسازي مسائل سازهاي، ارتعاشي، حرارتي و ... بسيار توسعه يافته و نرمافزار ANSYS نيز به سبب قدمت، قابليتهاي فراوان و منحصر به فرد، امكان ارتباط با نرمافزارهاي ديگر جهت حل تركيبي مسائل و ...، جاي خود را در طيف وسيعي از صنايع باز نموده است. ضمن اين كه حجم گستردهاي از تحقيقات آكادميك نيز با استفاده از اين نرمافزار اجرا ميگردد كه اين روند رو به گسترش ميباشد.
سياست كمپاني توليد كننده نرمافزار ANSYS مبني بر ارائه اطلاعات مناسب آموزشي، تنها در قالب دورههاي آموزشي تخصصي، از سال 1998 با جديت پيگيري شد كه ماحصل آن، شكلگيري يك Help فاقد قابليتهاي آموزشي ميباشد. عدم دسترسي به اطلاعات آموزشي مناسب در داخل كشور، هم‌زمان با رشد روزافزون بهرهگيري از اين نرمافزار در صنايع و دانشگاهها، مشكلات عديدهاي را براي كاربران آن ايجاد نموده است.
از ديگر سو كتابهاي موجود در بازار نيز كه اكثر مطالب خود را از ترجمه Help برنامه استخراج نمودهاند، از ضعفهاي مشابهي رنج ميبرند. از جمله نقاط ضعف مشترك كليه منابع اطلاعاتي موجود در بازار، به عوامل زير ميتوان اشاره نمود:
1. عدم آموزش نحوه شناسايي نوع آناليز، شرايط مرزي و ...
يكي از مهمترين بخشهاي يك شبيهسازي كه وابستگي فراواني به تسلط كاربر به اصول شبيهسازي دارد، "بررسيهاي پيش از آغاز شبيهسازي" ميباشد. به عنوان مثال فرض كنيد كه قصد ارزيابي نواحي بحراني تنش در يك شاتون خودرو را داشته باشيم. ميدان تنش در اين قطعه به شدت تحت تأثیر اثرات پيستون و ميل لنگ است كه به آن متصل هستند. روشن است كه وارد كردن كليه اين اجزاء در شبيهسازي غير ممكن است بنابراين بايد اثرات اين تجهيزات هم‌جوار بر شاتون، به دقت شناسايي شده و با استفاده از شرايط مرزي استاندارد نرمافزار، به آن اعمال گردد. در غير اين صورت نتايج شبيهسازي منطبق بر واقعيت نخواهد بود. نحوه شناسايي اين اثرات و جايگزيني آنها با شرايط مرزي مناسب، تشخيص نوع المانها و آناليزهاي مورد نياز در يك مسأله و همین‌طور سادهسازيهاي ممكن در آن، از جمله عوامل بسيار موثر در يك شبيهسازي هستند كه در اين منابع به هيچ وجه مورد توجه قرار نميگيرند.
2. عدم پيوستگي مطالب
به منظور درك روند يك شبيهسازي، المانها و كاربرد آنها و ...، ارائه اطلاعات آموزشي در يك روند پيوسته، اجتنابناپذير ميباشد. ارائه مطالب در يك قالب پيوسته از سادهتر به پيچيدهتر، كمك شاياني به درك بهتر كاربر، از تكنيك المان محدود، نرمافزار و ... مينمايد.
3. عدم تدريس پيشنيازهاي تئوري و عددي مورد نياز
نرمافزارهاي آناليزور در محمل وسيعي از مطالب تئوري و عددي طراحي شدهاند كه عدم آشنايي كاربر با اين اصول، در مسائل جدي بسيار مشكلساز ميگردد چرا كه درك صحت اجراي شبيهسازي و رفع مشكلات احتمالي آن، تنها وقتي امكانپذير خواهد بود كه كاربر درك صحيح و عميقي از نحوه عملكرد نرمافزار داشته باشد.
4. استفاده از مثالهاي بسيار ساده و فاقد كاربرد در مكانيزمهاي صنعتي
آموزش مطالب در قالب مثالهاي بسيار ساده و اغلب دو بعدي نظير تير، صفحه و ...، تسلط لازم در برخورد با مكانيزمها و تجهيزات پيچيده صنعتي را در كاربر ايجاد نخواهد نمود.
5. عدم معرفي المانها و قابليتهاي جديد نرمافزار
يكي ديگر از مشكلات منابع مذكور، عدم بهرهگيري از المانهاي جديد ANSYS و نيز عدم معرفي قابليتهاي جديد آن است كه بعضاً در نرمافزارهاي مشابه نيز يافت نميشود.
به جرات ميتوان از "ارائه يك استراتژي مشخص طراحي"، به عنوان بارزترين ويژگي منحصر به فرد اين مجموعه دو جلدي ياد نمود كه در منابع داخلي و خارجي، نمونه آن به سادگي يافت نميشود. به عبارت بهتر در اين مجموعه، تربيت اپراتور نرمافزار، هدف نيست بلكه تربيت نيروهاي متخصص در امر شبيهسازي المان محدود، مد نظر قرار گرفته است. اين استراتژي در طي سالها تحقيق، تدريس و همچنين همكاري در پروژههاي مختلف، در ذهن اينجانب شكل گرفت كه ارائه آن در دورهها و سمينارهاي آموزشي، با استقبال شايان توجهي روبه‌رو شد.
در اين مجموعه دو جلدي، بخش "بررسيهاي پيش از آغاز شبيهسازي" بسيار مورد توجه قرار گرفته بهگونهاي كه كليه مكانيزمها به طور كلي و در ارتباط با تجهيزات مجاور، معرفي شده و در هر مسأله نحوه شناسايي آيتمهاي اين بخش، مورد بحث و بررسي قرار گرفته است. ضمن اين كه به منظور سهولت در اين شناسايي، جدولي طراحي شده كه در هر مسأله، بندهاي آن تكميل ميگردد. همین‌طور آموزش در اين مجموعه به صورت كاملاً گام به گام بوده و پيوستگي مطالب در آن، به سادگي قابل تشخيص است. ضمن اين كه بيش از 30% حجم مطالب مطروحه، به معرفي پيشنيازهاي تئوري و عددي مورد نياز اختصاص داده شده و كاربر را از مطالعه ساير منابع آموزشي بينياز مينمايد. لازم به اشاره است كه نظر به دسترسي اينجانب به منابع آموزشي كمپاني توليد كننده نرمافزار، در نگارش اين مطالب اغلب از ترجمه منابع مذكور استفاده شده است. از ديگر سو اغلب مسائل حل شده در اين مجموعه، حالتهاي ساده شده مكانيزمها و تجهيزات صنعتي هستند كه در پروژهها و شركتهاي مختلف، اينجانب با آنها سر و كار داشتهام.
علاوه بر اين، پرداختن به آيتمهاي زير، اين مجموعه را نسبت به ساير منابع آموزشي متمايز مينمايد:
Ø استفاده از نسل جديد المانهاي نرمافزار، در شبيهسازي مسائل
Ø آموزش كامل اصول مشبندي، الگوريتمها، مشكلات و نقاط ضعف آنها و نيز بحث و بررسي پارامترهاي كنترل كيفيت مش
Ø آموزش كاربردي ماكرونويسي جهت اجراي پارامتري شبيهسازيها و رفع مشكل Undo نرمافزار
Ø آموزش كامل مدل مادههاي غیر خطی موجود در نرمافزار و ارائه فلوچارت انتخاب مدل ماده مناسب مسأله
Ø آموزش كامل الگوريتمهاي حل مسائل غیر خطی و نحوه كنترل فرآيند حل و همگرايي آن
Ø آموزش كامل الگوريتمهاي شبيهسازي تماس و پارامترهاي موثر بر آن و نحوه كنترل فرآيند حل از طريق آنها
Ø آموزش كاربردي آناليزهاي سازهاي- حرارتي و نحوه استخراج تنشهاي حرارتي
Ø آموزش كامل و كاربردي الگوريتمهاي حل مسائل ديناميكي و نحوه كنترل فرآيند حل و همگرايي آنها
Ø آموزش قابليتهاي خاص و اغلب جديد نرمافزار مورد استفاده در صنايع مختلف، در قالب چندين فصل در انتهاي جلد دوم كتاب
اين مجموعه بر مبناي ويرايش 12.1 نرمافزار ANSYS تهيه شده است. هر چند كه اكثر مطالب موجود در جلد يك كتاب، از ويرايش هفت به بعد نرمافزار در اختيار كاربر قرار مي‌گيرد.
ليست مطالب مندرج در جلد دوم كتاب نيز در فصل بعدي آمده است.
فهرست مطالب:
پيشگفتار
1. نحوهي مطالعه كتاب
2. تئوري و مفاهيم المان محدود
3. امكانات طراحي هندسه در نرمافزار
3.1. طراحي هندسه ساپورت لوله
3.2. طراحي هندسه زانويي
3.3. تمرين
4. آناليزهاي سازهاي خطي
4.1. جابهجايي در پايهي خط لوله
4.2. تغيير مكان در سازه‌ي مهار شده با كابل
4.3. تير دو بعدي تحت بار گسترده
4.4. سازه بالكن
4.5. جرثقيل كارگاهي
4.6. تمرين
4.7. ساده سازيهاي دو بعدي
4.8. گيرهي كمربند ايمني خودرو
4.9. مخزن دو جداره
4.10. تمرين
4.11. دستگاههاي مختصات
4.12. آچار چرخ خودرو
4.13. اصول مشبندي
4.14. طراحي مخزن افقي
4.15. تمرين
5. آناليزهاي سازهاي غير خطي
6. رفتار هندسي غير خطي
6.1. طراحی مکانیزم ورزشی
6.2. طراحی پل فلزي
7. ماكرونويسي
7.1. دستورات APDL، توابع و اپراتورها
7.2. تعريف انواع پارامترها
7.3. برنامهنويسي در ANSYS
7.4. استخراج اطلاعات از نرمافزار (GET)
7.5. انتقال اطلاعات بين ANSYS و نرمافزارهاي ديگر
7.6. ارتباط با رابط گرافيكي
7.7. منابع مفيد
7.8. طراحي پارامتري مخزن قائم تحت فشار
7.9. ارزيابي نتايج
8. رفتار غير خطي مادي
8.1. پلاستيسيته
8.2. هيپرالاستيسيته
8.3. كرنش پلاستيك پسماند در اتصال سوكتي
9. تماس
9.1. انواع تماس
9.2. الگوريتمهاي شبيهسازي تماس
9.3. المانهاي تماسي
9.4. تماس متقارن و نامتقارن
9.5. پنجره Contact Wizard
9.6. شبیهسازی فرآیند جازنی پلهای
9.7. بررسي رفتار پنل تقويت شده تحت فشار
9.8. طراحي اتصال كشويي مكانيزم بالابر
9.9. گير كردن مته حين سوراخكاري
9.10. شبيهسازي رفتار ضربهگير لاستيكي تحت فشار
9.11. فشردگي لاستيك گردگير
9.12. شبيهسازي تست سختيسنجي راكول
10. نكات كاربردي در اجراي صحيح شبيهسازي و بهبود مشكلات همگرايي