شبیه‌سازی نیروی مکانیکی بر روی پروفیل
در جلسه دوازدهم آموزش رایگان کامسول قصد داریم تا نیروهایی که بر روی یک پروفیل فلزی اعمال می‌شوند را شبیه‌سازی کنیم. به طور کلی شبیه‌سازی نیروی اعمال شده به متریال‌های مختلف اهمیت ویژه‌ای در علوم مهندسی دارد.
ایجاد هندسه پروفیل در کامسول
ابتدا لازم است هندسه پروفیل را ایجاد کنیم. در محیط کاری کامسول، یک بلوک با ابعاد ۲۰×۲۰ میلی‌متر و طول ۳۰ سانتی‌متر ایجاد می‌کنیم. در ادامه برای ایجاد پروفیل مورد نظر، این بلوک را Duplicate کرده و ۲ میلی‌متر از طول آن کم می‌کنیم. ممکن است متوجه شوید که بلوک‌ها دقیقاً روی مرکز یکدیگر قرار نگرفته‌اند. برای حل این مشکل، می‌توانید از بخش Position گزینه Center تنظیم کنید تا بلوک‌ها روی مرکز یکدیگر قرار گیرند.
برای ایجاد حفره داخل پروفیل، از عملگر Difference استفاده می‌کنیم. بلوک بزرگ‌تر را به عنوان بلوک اول و بلوک کوچک‌تر را به عنوان بلوک دوم انتخاب می‌کنیم تا بلوک کوچک‌تر از بلوک بزرگ‌تر حذف شود. حال، پروفیل مورد نظر ایجاد شده است.
اما پروفیل‌هایی که در صنعت استفاده می‌شوند، معمولاً لبه‌های تیز ندارند. برای نرم کردن لبه‌های پروفیل، یک فیلت یک میلی‌متری در اطراف آن اعمال می‌کنیم. برای این کار، از بخش Editing استفاده کرده و فیلت را در گوشه‌های بیرونی و داخلی پروفیل اعمال می‌کنیم.
ایجاد باند برای وارد کردن نیرو
در شبیه‌سازی نیروی مکانیکی، نیاز داریم تا باندی را برای وارد کردن نیرو به پروفیل ایجاد کنیم. برای این کار، ابتدا یک سطح موازی با یکی از وجوه پروفیل ایجاد می‌کنیم. از بخش Work Plane استفاده کرده و آن را روی Face Parallel تنظیم می‌کنیم. سپس، روی یکی از وجوه پروفیل کلیک کرده تا سطح موازی با آن ایجاد شود.
حال، یک مستطیل با عرض ۵ میلی‌متر و طول ۲۰ میلی‌متر (معادل عرض پروفیل) روی این سطح رسم می‌کنیم. همچنین، این سطح را روی مرکز پروفیل قرار می‌دهیم تا کاملاً هم‌مرکز باشد. توجه داشته باشید که ممکن است نیاز باشد اندازه مستطیل را کمی تغییر دهید تا دقیقاً روی لبه فیلت قرار گیرد.
اختصاص ماده و مشخصات مکانیکی
در این مرحله، باید ماده‌ای را به پروفیل اختصاص دهیم. برای این مثال، از ماده استیل ۴۳۴ یا استیل معمولی استفاده می‌کنیم. این ماده را می‌توانید از کتابخانه مواد کامسول انتخاب کنید یا مشخصات آن را به صورت دستی وارد کنید.
اعمال شرایط مرزی
در مرحله بعد، باید شرایط مرزی که برای شبیه‌سازی نیروی مکانیکی نیاز داریم را تعریف کنیم. در اینجا، سه باند ایجاد می‌کنیم: باندی برای وارد کردن نیرو، باند یک سر درگیر و باند یک سر مفصل. باند وارد کردن نیرو را با مقدار ۱۲۰ مگانیوتون بر متر و با علامت منفی (برای نشان دادن جهت نیرو به سمت پایین) تعریف می‌کنیم. دو باند دیگر را اولی را روی سطح مقطع پروفیل و دومی را روی مرز زیر پروفیل انتخاب می‌کنیم.
لازم به ذکر است که قیدهای اعمال شده بر روی پروفیل نیز می‌توانند تأثیر قابل توجهی بر نتایج داشته باشند. برای مثال، اگر کل باند یک سر درگیر باشد، هیچ خمشی در ابتدای پروفیل و نزدیک باندها مشاهده نمی‌شود. اما اگر فقط یک سر مفصل باشد، خمشی قابل توجه در پروفیل ایجاد می‌شود. این موضوع نشان می‌دهد که قیدهای اعمال شده بر روی پروفیل می‌توانند تأثیر زیادی بر رفتار مکانیکی آن داشته باشند
مش بندی و حل مسئله
قبل از حل مسئله، باید مش مناسبی را برای پروفیل ایجاد کنیم. برای این کار، از بخش Meshing استفاده کرده و مش مناسب را انتخاب می‌کنیم. سپس، با کلیک روی دکمه Compute مسئله را حل می‌کنیم. پس از حل مسئله، می‌توانیم نتایج را تحلیل کنیم. نتایج نشان می‌دهد که بیشترین جابجایی (Displacement) در پروفیل برابر با ٣/٥ میلی‌متر است. همچنین، می‌توانیم نتایج را به صورت تغییر شکل (Deformation) مشاهده کنیم تا الگوی تغییر شکل پروفیل را ببینیم.
توجه داشته باشید که ممکن است مقادیر جابجایی بسیار بزرگ باشند و به صورت اغراق‌آمیز نمایش داده شوند. برای مشاهده مقادیر دقیق جابجایی، می‌توانید از بخش Results استفاده کرده و جابجایی را در یک نقطه خاص بررسی کنید.
در این آموزش، به این موضوع می‌پردازیم که چرا این مسئله را نمی‌توان به صورت دو بعدی حل کرد. ذات مسئله نشان می‌دهد که نیرویی که به پروفیل وارد می‌شود، از دو طرف نیروی جانبی نیز اعمال می‌کند. بنابراین، نمی‌توانیم یک سکشن خاص را برای تحلیل دوبودی انتخاب کنیم. همچنین، در پروفیل‌هایی با مقاطع مختلف، الگوی تغییر شکل در نقاط مختلف متفاوت است و نمی‌توان یک الگوی کلی برای کل پروفیل در نظر گرفت.
نیروی دینامیکی با فرکانس طبیعی
در ادامه به بررسی شبیه‌سازی نیروی دینامیکی با فرکانس طبیعی روی پروفیل می‌پردازیم. همچنین، به قابلیت‌های بین حوزه‌ای نرم‌افزار کامسول اشاره می‌کنیم که چگونه می‌تواند برای حل مسائل پیچیده‌تر استفاده شود. برای مثال، می‌توانیم انتقال حرارتی، حرکت سیال یا مسائل الکتریکی را با مکانیک ترکیب کرده و یک شبیه‌سازی جامع ایجاد کنیم.
جمع بندی
در این جلسه آموزش کامسول رایگان روش اعمال نیرو بر یک قطعه مکانیکی ساده (در اینجا پروفیل) آموزش داده شد. از این روش می توان برای دیگر قطعات مکانیکی و دستگاه ها نیز می توان استفاده کرد. در جلسات بعدی این دوره آموزش حوزه های دیگر شبیه‌سازی آموزش داده خواهد شد. همچنین، به قابلیت‌های بین حوزه‌ای نرم‌افزار کامسول اشاره می‌شود که چگونه می‌تواند برای حل مسائل پیچیده‌تر استفاده شود. برای مثال، می‌توانیم انتقال حرارتی، حرکت سیال یا مسائل الکتریکی را با مکانیک ترکیب کرده و یک شبیه‌سازی جامع ایجاد کنیم.
