Pevnostní analýza v AIP 6. díl – Základní statická analýza 3. díl

V předchozím díle našeho seriálu jsme si ukázali, jaké vazby potřebujeme k vyřešení našeho problému klíče. Pokud ovšem nepředepíšeme zatížení, vazby jsou nám k ničemu. Proto si ukážeme, jak předepsat geometrii zatížení. V AIP mám na výběr 7 různých zatížení – Síla, Tlak, Ložisko, Moment, Gravitace, Vzdálená síla a těleso. Všechny příkazy najdeme na kartě Zatížení, jenom si ji musíme rozbalit.

Obr. 1 – Druhy zatížení v prostředí pevnostní analýzy AIP.

Příkaz Síla aplikuje samostatnou sílu na plochu, hranu či bod. Příkaz Tlak aplikuje tlakové/tahové zatížení (podle znaménka) pouze na plochu. Příkaz Ložisko aplikuje sílu na zakřivenou plochu. V čem se tento příkaz liší od příkazu Síla a Tlak, si vysvětlíme na vhodném příkladu v budoucnu. Příkaz Moment aplikuje momentové zatížení (v jednotkách N·mm) na jakoukoliv plochu (rovinou či zakřivenou). Příkaz Gravitace zavádí do modelu objemové gravitační zatížení. Všechny tyto příkazy si v příštích článcích představíme podrobněji na vhodných příkladech.

Pro naši úlohu si vybereme příkaz Síla. Zadání znělo, jestli simulovaná geometrie vydrží zatížení 15 kg, což je ekvivalent 150 N (hmotnost x gravitační zrychlení = síla). Tato hodnota je hrubý odhad zatížení, které by na klíč mohl vyvinout běžný uživatel. Samozřejmě, někdo by dokázal vyvinout větší sílu, tj. dokázal by zvednout větší zatížení než 15 kg, ale pro náš případ 15 kg zcela postačí.

Aby nedošlo k mystifikaci – k potřebné síle bychom dojít i zcela jinak, než skrze výpočet s využitím gravitačního zrychlení „g“, které je rovno cca 10 m/s. K síle se můžeme dopočítat z krouticích momentů, může to být výsledná reakce v podpoře nebo nám ji prostě může někdo zadat. Z našeho zadání vyplývá přepočet skrze gravitační zrychlení, což nelze globalizovat.

Mohli bychom si vybrat i tlak a dopočítat si potřebnou hodnotu tlaku na základě znalosti velikosti plochy, na kterou sílu chceme předepsat. Nicméně, je to zbytečný krok, proto tedy využijeme sílu. Dialogové okno příkazu Síla má základní a pokročilé nastavení, viz obrázek níže. Pokročilé možnosti se rozbalí přes tlačítko s dvěma šipkami napravo od tlačítka Použít (zelený obdélník na obrázku níže).

Obr. 2 – Dialogové okno Síly v základní a pokročilé podobě.

Toto rozšířené nastavení obsahuje možnost pracovat s vektorovými komponenty dané síly (žlutý obdélník na obrázku níže), modifikovat symbol (červený obdélník na obrázku níže) a název síly (modrý obdélník na obrázku níže), která bude aplikována na plochu. Inventor standardně vkládá žluté šipky směřující na plochu jako symbol síly. Položka Měřítko dává uživateli možnosti ovlivnit relativní velikost šipky (velikost 0 je nepřípustná), položka Název změní název síly v modelovém stromě a žlutý barevný čtverec zpřístupní výběr barvy, viz obrázek níže.

Obr. 3 – Dialogové okno pokročilých možností příkazu Síla s rozevřeným výběrem barvy značky aplikované síly.

Pokud se na geometrii vyskytuje vícero zatížení, je vhodné použít měřítko na změnu velikosti značky pro snazší orientaci. Zde si stačí pamatovat jednoduchou pomůcku 100 N = 1. Jakoukoliv jinou velikost síly lze pomocí trojčlenky převést na odpovídající měřítko, např. 80 N = 0,8 nebo 500 N = 5. Viz obrázek níže.

Obr. 4 – 3 různě veliké síly (50, 150 a 300 N), aplikované do 3 různých bodů. Velikosti zatížení je vhodné rozlišit měřítkem značky pro lepší představu o „chování“ modelu a lepší interpretaci výsledků.

Vraťme se tedy k naší úloze. Natočíme si model podle obrázku níže a klikněme na příkaz Síla. Vybereme úzkou plochu, na vzdálenější polovině klíče (ve směru od hlavy klíče), podle obrázku. Geometrie modelu (ke stažení na konci článku) je upravena praveno pro potřebu pevnostní analýzy, jiné opodstatnění rozdělení plochy modelu nemá.

Obr. 5 – Vhodné natočení modelu klíče pro aplikaci zatížení. Musíme vidět na plochu, na kterou uživatel klíče bude tlačit.

V dialogovém okně předepíšeme hodnotu 150. Jednotky N jsou automaticky uvažovány a netřeba je explicitně uvádět. Vždy se doplní automaticky.

Obr. 6 – Aplikace síly 150 N na plochu klíče. Zapneme si vektorové komponenty a do položky Fy vepíšeme hodnotu 150 (zelený obdélník). Vyhneme se tím nutnosti udávat směrový vektor síly.

Rada na závěr: Nebojte se dělat „zbytečné“ operace s geometrií modelu kvůli správné aplikaci zatížení v prostředí pevnostní analýzy. Nezapomeňte však tyto kroky okomentovat v názvu prvku nebo konstrukční poznámkou.

V příštím díle si přiblížíme problematiku konečně prvkové sítě.

Geometrie ke stažení ZDE.