Pevnostní analýza v AIP – 1. díl – Úvod

Vážení čtenáři Autodeskclubu, vítám Vás u nového seriálu, který se bude zabývat modulem pevnostní analýzy v Autodesk Inventoru. Tento seriál Vás provede úskalím pevnostní analýzy, vysvětlí k čemu tento modul v Inventoru slouží, kde a za jakých podmínek by se měl použít, jaké nástroje v jakých situacích je vhodné aplikovat nebo naopak, v jakých situacích mohou být určité nástroje velice zdrádné.

Obr. 1 – Lišta nástrojů pevnostní analýzy v AIP 2013.

Začneme s jednoduchým příkladem jedné součásti, poté bude následovat analýza sestav, parametrické studie a využítí modulu rámových konstrukcí. V závěru navážeme na jiný, připravovaný seriál o modulu dynamické simulace. Ukážeme si jak spojit moduly „Dynamická simulace“ a „Pevnostní analýza“ do jednoho celku, tzn. virtuální prototypu a jak tento virtuální prototyp zapadá do pracovního postupu při návrhu a vývoji produktu. Vše si ukážeme na praktických příkladech.

Obr. 2 – Virtuální prototyp zatížení páky mechanismu. Zatížení je převzato z dynamické simulace a odpovídá provozním podmíkám.

Obecně pevnostní analýza slouží ke zjištění makroskopického stavu tělesa, pokud je vystaveno působení vnějších sil. Pod tím si můžete představit třeba židli, na které sedíte. Židle je objekt a vnější zatížení je hmotnost vašeho těla, resp. tlak, kterým na židli při sezení působíte. Židle Vás udrží, protože vnější tlak je vývážen tzn. výsledným vnitřním účinkem, zkráceně VVÚ. To si můžete představit jako klasické váhy, kdy na jedné misce vah působí vnější zatížení a na druhé misce vah musí působit něco, aby byla nastolena rovnováha. Ono něco je právě VVÚ.

Obr. 3 – Matematické znázornění pojmu stav napjatosti tělesa.

Těleso se tak nachází v makroskopickém stavu, který nazýváme stav napjatosti, také stav napětí či napjatost. Správně je ovšem pouze první zmíněný název. Kažký konkrétní stav napjatosti odpovídá pouze konkrétnímu zatížení pro konkrétní těleso. Obecně lze u jednoho tělesa dosáhnout stejného stavu napětí pro různá zatížení, ale až na speciální případy, nelze pro jedno zatížení dosáhnout dvou různých stavů napjatosti. Pokud se tedy změní zatížení, musí se zákonitě i změnit stav napětí, i když opět to neplatí obecně, ale tím se zabývat nebudeme.

Obr. 4 – Barevné znázornění stavu napjatosti v modelu klíče M10.

Pokud nemůže byt stav napjatosti nalezen, znamená to v praxi 2 věci. První možnost je, že dochází k pohybu tělasa protože chybí reálné vazby. Pro náš případ židle to znamená, že sice na ní sedíte, ale pod židlí není podlaha, takže židle v podstatě volně padá prostorem a vy s ní. Druhá možnost je, že zatížení je natolik velké, že materiál a konstrukce onoho tělesa nedokáže vytvořit dostatečně velké VVÚ na to, aby mohla vyvážit vnější zatížení a dochází k destrukci objektu jako takového. V našem případě to např. znamená, že nám židli přejede 30 tunový bagr. Chyby, které vedou k takovým to výsledkům jsou typické u začátečníků. V pravou chvíli na ně budete upozorněni.

Obr. 5 – Ukázka chybového hlášení způsobena špatným zatížením modelu. Můžete si všimnout nerealných hodnot napětí 187 600 MPa = 187 GPa.

Jak asi tušíte, materiál onoho tělesa hraje taky svou roli. VVÚ je prakticky vyvozován na atomové úrovni, mikroskopickým napínáním vazeb mezi samotnými molekulami materiálu, které se v makrospickém měřítku projeví jako VVÚ. Tyto vazby přímo způsobují to, že samotný objekt existuje a drží tvar, ale jsou taky strůjcem VVÚ. Tekutiny tyto vazby nemají, proto nedrží tvar. Proto je nezbytné správně volit materiál pro pevnostní analýzu.

Obr. 6 – Volba materiálu v prostředí AIP. Černé vykřičníky ve žlutém kruhu značí typově nevhodné materiály nebo materiály, u kterých nejsou vyplněny potřebné údaje.

Příště se podíváme na to, co je potřeba vědět před první analýzou.