W artykule omówimy cztery parametry najczęściej wpływające na wyniki dynamiki liniowej konstrukcji, które można analizować przy użyciu metody MES. Są to tłumienie, sztywność elementów mocujących – wibroizolatorów, dobór materiału (pod względem parametrów zmęczeniowych) oraz temperatura pracy. Opisane w tekście podejście do tej tematyki daje szczególnie duże korzyści przy zastosowaniu w przemysłowych modelach z dużą ilością komponentów oraz o sporej złożoności, gdzie standardowe podejście może się okazać zbyt czasochłonne do zastosowania w realiach rynkowych.
Maciej Majerczak, Ewelina Czerlunczakiewicz
Walidacja komponentu poprzez analizy MES
Mimo ogromnego potencjału symulacje wibracyjne komponentów napotykają wiele wyzwań. Pierwszym z nich może być złożoność produktu poddawanego analizie. Szybki przegląd literatury potwierdza, że analizy tego typu dobrze stosuje się w przypadku prostych elementów wykazujących czysto liniowe zachowanie – odpowiedź sprężysta, brak problemów związanych z kontaktem – oraz dla zastosowanych prostych materiałów izotropowych. Sytuacja staje się jednak bardziej skomplikowana w przypadku bardziej złożonych konstrukcji, gdzie możemy mieć do czynienia z wieloma materiałami: metale, tworzywa sztuczne z i bez wzmocnienia włóknami oraz gumy. Poziom złożoności wzrasta również gdy testowany jest cały układ, a głównym problemem jest poprawne zamodelowanie połączeń pomiędzy komponentami.
Dodatkowe wyzwania pojawiają się podczas symulacji zmęczeniowej, ponieważ obliczenia tego typu zagadnień opierają się na zaaplikowaniu uszkodzeń kumulatywnych (na przykład zasady Palmgrena-Minera) do krzywej zmęczeniowej produktu. Jednakże uzyskanie takich krzywych dla przypadków wibracyjnych jest bardzo trudne i kosztowne, ponieważ aby otrzymać takie dane, należy przetestować statystycznie istotną liczbę próbek (rozproszenie wyników w dynamice jest wysokie i cechuje się sporym współczynnikiem zmienności). Pomijając nawet problem danych wejściowych, kolejną przeszkodą jest sposób przeprowadzania analizy zmęczeniowej dla przypadków dynamicznych w analizach MES. Ze względu na złożoność obliczeniową, stosuje się rozwiązywanie tego typu problemów w dziedzinie częstotliwości; to natomiast może generować problemy z poprawnym zliczaniem cykli zmęczeniowych w analizach takich jak wymuszenie random response, gdzie zadany profil wymuszenia opisany jest krzywą definiującą przykładowo gęstość widmową przyspieszenia. Oczywiście istnieją sposoby na wyliczanie ekwiwalentu ilości cykli dla zadanego profilu oraz czasu testu, jednak nie ma jednego idealnego rozwiązania, i musi być ono dobrane do badanego zagadnienia.
Jednakże pomimo licznych ograniczeń, problemów oraz wyzwań, wyniki wibracyjnej symulacji zmęczeniowej FEA są przydatne do uzyskania informacji o odporności produktu. Ważne jest również poznanie wpływu wcześniej wymienionych parametrów na zmienność uzyskiwanych wyników, tak aby można było zidentyfikować parametry wymagające silniejszego stopnia korelacji oraz kontroli, by finalnie zagwarantować bardziej reprezentatywne wyniki.
Cały artykuł dostępny jest w wydaniu płatnym 3/4 (186/187) Marzec/Kwiecień 2023
