Test de sterkte van bewegende onderdelen met SOLIDWORKS Motion en FEA

Heb jij bewegende onderdelen in je ontwerp? Grote kans van wel! Of ontwerp je standbeelden? Naast het simuleren en daarmee virtueel testen van structurele prestaties met FEA (Finite Element Analysis), is het ook belangrijk om de impact van beweging op nieuwe producten te testen. Zo kun je een onderbouwde analyse doen en eventueel je ontwerp optimaliseren voordat je fysieke prototypes maakt.

Waar heb je Motion voor nodig?

Een beweging oefent kracht uit op een onderdeel. Op enig moment tijdens de beweging is die kracht het grootst en daarmee de kans dat dat onderdeel buigt, breekt, of barst. Met SOLIDWORKS Motion kun je achterhalen op welk moment in de beweging je ontwerp het sterkst of het zwakst is.

Zodra je met Motion het kritieke moment van de beweging hebt gevonden, kun je de Finite Element Analysis starten om te testen wat je ontwerp aankan.

SOLIDWORKS Motion is dus een dynamische analyse van je ontwerp, waarna je met FEA een relevante statische analyse kunt doen. Vervolgens kun je je ontwerp zo nodig verbeteren. De Motion functie is onderdeel van SOLIDWORKS Premium, SOLIDWORKS Simulation Professional en SOLIDWORKS Simulation Premium.

Wat is de basis voor SOLIDWORKS Motion?

Deze analyse die SOLIDWORKS Motion doet, is gebaseerd op informatie die je al gedefinieerd hebt in je assembly.

• Aspecten
• Kinematica
• Positie
• Snelheid
• Versnelling
• Dynamiek
• Reactiekrachten
• Inertie
• Opgenomen vermogen

Omdat deze informatie al ingevoerd is, kost het maken van een dynamische analyse je niet veel extra tijd. Je hoeft deze data alleen even door te zetten naar Motion.

Figuuur 1: Simulatie van een inverterend glijmechanisme, de grafiek laat de hoekversnelling van de rocking arm zien.

Van SOLIDWORKS Motion naar SOLIDWORKS FEA

1. Allereerst analyseer je de reactiekrachten in de gewrichten en componenten. In deze fase wordt alles als ‘rigid body’ gezien.

Figuur 2: Motion analyseert de reactiekrachten van één draai van de krukas op beide uiteinden van de drijfstang.

2. Uit deze analyse vind je het punt waar de mechanische belasting het grootst is. Daar zal de spanning in het materiaal het hoogst zijn.

Figuur 3 : Dit zijn de verschillende posities van de drijfstang. Motion analyseert wat de actie en reactiekrachten zijn op de drijfstang.

3. Na de Motion analyse breng je de actie en reactiekrachten over naar het part. Je hebt nu alle gegevens verzameld en kunt nu verdergaan met de Finite Elements Analyse.

Figuur 4: De reacties in de gewrichten moeten in evenwicht zijn met de inertiekrachten.

4. De statische belastingen uit de Motion-Analyse worden als input gebruikt voor de structurele statische analyse (FEA). Met deze analyse vind je de vervormingen en spanningen van het onderdeel (figuur 5).

Figuur 5: Weergaven van de drijfstang binnen FEA. Rood is grote spanning, blauw is geen spanning, groen en geel zitten ertussenin.

5. Met de uitkomst van de FEA-analyse, kun je als dat nodig is, besluiten om je ontwerp aan te passen. Bijvoorbeeld om het sterker en/of lichter te maken.

SOLIDWORKS Motion versus FEA

Motion en FEA vullen elkaar aan en hebben ook enige overlap. Uiteraard kun je ze niet altijd voor dezelfde zaken gebruiken. In deze tabel heb ik de functionaliteiten naast elkaar gezet zodat je snel kunt zien waar je wat voor kunt inzetten.

Conclusie

Niet alleen het simuleren van structurele prestaties met FEA is belangrijk, maar ook de invloed van beweging op een nieuw ontwerp. Met de juiste SOLIDWORKS oplossing, kost een dynamische analyse je weinig tijd.

Na de bewegingsanalyse met SOLIDWORKS Motion, kun je een vervormingsanalyse doen door het component in FEA te importeren. Voor de beste resultaten exporteer je de gegevens automatisch.

Dankzij deze analysevormen in SOLIDWORKS kun je in een nieuw product ontwikkelen met zo min mogelijk prototypes. Daarmee verkort je je ontwikkeltijd aanzienlijk en verlaag je je ontwikkelingskosten. Een investering in een SOLIDWORKS pakket voor virtueel testen, verdient zich daardoor al snel terug.