نحوه مدل‌سازی تنش‌ها و کرنش‌ها در COMSOL Multiphysics

ما برای شما که می خواهید مدل سازی تنش ها و کرنش ها را در COMSOL Multiphysics بیاموزید، یک آموزش تصویری تهیه کرده ایم. در کمتر از پنج دقیقه، مراحل مدل‌سازی از تنظیم پارامترها و هندسه تا پس‌پردازش نتایج را به شما آموزش می‌دهیم. برای سادگی، از مدل آچار و پیچ برای نمایش مفهوم استفاده می کنیم.

ویدئو: مدل‌سازی تنش‌ها و کرنش‌ها در COMSOL Multiphysics

آموزش تصویری گام به گام دارای یک مدل آچار و پیچ است تا یک مثال ساده از نحوه انجام تجزیه و تحلیل ساختاری با استفاده از COMSOL Multiphysics ارائه دهد. این ویدئو به جزئیات چگونگی استفاده از رابط مکانیک جامد در COMSOL Multiphysics برای درک اینکه چگونه یک بار مکانیکی بر طراحی شما تأثیر می گذارد، توضیح می دهد.

فکر می کنید قبلاً این ویدیو را دیده اید؟ نسخه نشان داده شده در اینجا یک نسخه اخیراً به روز شده است که رابط کاربری روبان COMSOL Multiphysics نسخه 4.4 را نشان می دهد.

طبق معمول، می توانید رونویسی ویدیوی زیر را نیز بخوانید.

رونویسی ویدیو

در این شبیه سازی، ما یک فایل CAD از آچار ترکیبی و پیچ را وارد می کنیم و یک مشکل مکانیک سازه استاندارد را حل می کنیم. آچار را از انتهای سوکتش می گیریم و برای چرخاندن آن در جهت عقربه ساعت نیرویی اعمال می کنیم. با این حال، از آنجایی که پیچ در جای خود ثابت است، آچار خم می شود.

همانطور که می بینید، ما قبلا COMSOL Multiphysics را باز کرده ایم و با یک مدل خالی شروع می کنیم. نوار بالا، توالی منطقی مراحلی را که گردش کار شما باید طی کند را نشان می‌دهد که با مشخص کردن بعد فضایی شروع می‌شود، جایی که ما سه بعدی را انتخاب می‌کنیم.

این تمرین خوبی است که از طریق محاسبات دستی تخمین بزنیم که چه اعدادی را برای نتایج خود، مانند استرس و لحظه، انتظار داریم. برای انجام این کار، می‌توانیم پارامترهایی را برای محاسبات خود ایجاد کنیم و با ایده‌آل کردن این آچار به‌عنوان یک تیر کنسول، از نظریه کلاسیک پرتو استفاده کنیم. من محاسبات را برای این کار قبلا انجام داده ام و می توانید آنها را در اینجا، در جدول پارامترها ببینید.

“Ftotal” نیروی رو به پایین است که ما به آچار سوکت اعمال می کنیم و بعداً در مدل استفاده می شود. بقیه پارامترها برای محاسبه حداکثر تنش “MaxS” استفاده می شود. “ht”، ارتفاع پرتو، ناشناخته است، و برای محاسبه حداکثر تنش ضروری است، بنابراین من به شما نشان خواهم داد که چگونه این را مستقیماً از یک فایل CAD وارد شده اندازه گیری کنید.

بیایید هندسه مدل را اضافه کنیم. در بخش هندسه تب Home، یک گره Import اضافه کنید. از تابع Browse استفاده کنید و مسیر فایل را به فایل CAD مشخص کنید. با کلیک بر روی دکمه “وارد کردن” هندسه به نمایش در می آید.

بنابراین، ما روی زبانه هندسه در نوار کلیک می کنیم و با کلیک بر روی دکمه “انتخاب نقاط” در نوار ابزار پنجره گرافیک و زوم کردن روی بازوی آچار نزدیک انتهای سوکت، دو نقطه را انتخاب می کنیم و فاصله بین آنها را با دکمه “اندازه گیری”. اکنون می توانید فاصله محاسبه شده را در قسمت پارامترها کپی و پیست کنید و با این پارامتر نهایی می بینیم که نتیجه حداکثر تنش به 251 مگا پاسکال می رسد.

کار بعدی این است که خواص مواد را مشخص کنید. من این کار را با انتخاب یک ماده از کتابخانه مواد انجام خواهم داد. از طریق دکمه “افزودن مواد” به شاخه “مصالح داخلی” رفته و سازه فولادی را انتخاب می کنم. من می‌توانم با کلیک کردن روی دو شناسه زیر دامنه بررسی کنم تا مطمئن شوم که این ویژگی‌ها واقعاً به آچار و پیچ اختصاص داده شده‌اند.

اکنون زمان آن فرا رسیده است که با انتخاب تب Home در نوار و کلیک بر روی “افزودن فیزیک”، فیزیک را به این مدل اضافه کنید. ما با مکانیک جامد کار می کنیم تا انتخاب روشن باشد. من می خواهم این مدل را با قرار دادن یک محدودیت Fixed در قسمت پایینی پیچ محدود کنم. با انتخاب مرز، شناسه این مرز خاص، 35، به لیست انتخاب مرز منتقل می شود. علاوه بر این، یک بار مرزی اضافه می کنم و در انتهای سوکت آچار بزرگنمایی می کنم. در اینجا، من انتخاب می کنم که یک نیروی رو به پایین از “Ftotal” منفی را اعمال کنم. به یاد داشته باشید که “Ftotal” از لیست پارامترهایی که قبلا نشان داده شده است می آید – نیرویی برابر با 100 نیوتن.

با پیکربندی کامل فیزیک، باید مدل را گسسته کنم. زبانه Mesh را در نوار انتخاب کنید و خواهید دید که تعدادی از تکنیک ها و گزینه های مش بندی در دسترس هستند. در این مورد، من به سادگی “Free Tetrahedral” را انتخاب می کنم. “Building All” خیلی سریع یک مش تولید می کند. متوجه خواهید شد که ما دو پیام هشدار در مورد مش ساخته شده دریافت می کنیم، زیرا هندسه مدل حاوی لبه ها و وجوه کوچکی است که کوچکتر از مقدار مشخص شده برای پارامتر حداقل اندازه عنصر هستند، بنابراین مقدار را کاهش می دهیم و مش را دوباره می سازیم. .

برای حل مدل، یک مطالعه اضافه می کنیم و یک مطالعه ثابت را انتخاب می کنیم، زیرا پس از چرخاندن آچار، راه حل حالت پایدار را محاسبه می کنیم. برای حل مشکل اجزای محدود، روی دکمه “محاسبه” کلیک کنید. از آنجایی که این یک مدل کوچک است، حل آن تنها چند ثانیه طول می کشد.

نرم افزار COMSOL یک نمودار پیش فرض را بر اساس فیزیک شبیه سازی شما، در این مورد، مکانیک سازه ایجاد می کند و نتایج تنش فون میزس به ما نشان داده می شود. با این حال، ما می خواهیم نتایج خود را با محاسبات دستی خود مقایسه کنیم. بنابراین، گروه نمودار دیگری را اضافه می کنم که در آن اولین تنش اصلی، sp1، نشان داده شده است. در برگه نتایج، روی دکمه “گروه طرح سه بعدی” کلیک کنید و یک طرح کانتور اضافه کنید. روی «Replace Expression» کلیک کنید و اولین استرس اصلی را انتخاب کنید. سپس نوع Contour را به Filled تغییر دهید و نمودار را رسم کنید. سپس در زیر دکمه More Plots، یک نمودار حداکثر/حداقل حجم اضافه کنید و دوباره عبارت را با استرس اصلی جایگزین کنید. روی “Plot” کلیک کنید و مکان و مقدار حداکثر تنش اصلی به نمودار اضافه می شود. برای اضافه کردن تغییر شکل به نمودار، روی گره برای هر یک از اینها کلیک راست کنید.

حال بیایید نگاهی به برخی از داده های کیفی این مدل بیندازیم. در قسمت های بالایی و پایینی تیر به ترتیب تنش های کششی و فشاری داریم و می خواهم به این نکته اشاره کنم که پیچ خوردگی انتهای سوکت آچار باعث ایجاد یک گشتاور کوچک در اطراف محور x نیز می شود و باعث ایجاد سوکت می شود . برای چرخاندن حول محور x ، که توسط محاسبه دستی در نظر گرفته نمی شود. این پیچش به سمت محور y حول محور x حداکثر تنش را به سمت چپ تیر ایجاد می‌کند، چیزی که ما انتظار داریم. اگر پیچ را بررسی کنیم، می بینیم که تنش برشی درون آن به صورت شعاعی رشد می کند، که شما نیز از این مشکل انتظار دارید.

در نهایت، می‌خواهیم تنش کششی شبیه‌سازی خود را با مقدار محاسبه‌شده دستی خود مقایسه کنیم. در اینجا می بینیم که ما حداکثر استرس 247 مگا پاسکال داریم که به خوبی با مقدار محاسبه شده دستی 251 مگا پاسکال مقایسه می شود.

در گالری مدل ما درباره این مدل و سایر موارد مشابه بیشتر بدانید .