آموزش سالیدورک آنالیز حرکت حرکت - Motion Analysis

در این مقاله از سری مقالات آموزش رایگان نرم‌افزار سالیدورک، قصد بررسی نحوه‌ی شبیه‌سازی و  آنالیز حرکتی در solidworks را داریم. نرم‌افزار سالیدورک از کامل‌ترین نرم‌افزارهای مهندسی جهت مدلسازی سه‌بعدی و کار با مدل‌های مهندسی می‌باشد. از این رو می‌توان انتظار شبیه‌سازی‌های مناسبی را نیز از این نرم‌افزار و ابزارهای موجود در آن داشت. همانطور که ذکر شد، هدف این مقاله بررسی مقدماتی بحث آنالیز حرکتی یا motion analysis در نرم‌افزار solidworks می‌باشد.  

با سونما همراه باشید...

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

فهرست مطالب

آنالیز حرکتی

طراحی مکانیزم دینامیکی

 

آنالیز حرکتی، ویژگی‌ای قدرتمند در نرم‌افزار سالیدورک می‌باشد که اگر شما از نسخه‌ی SOLIDWORKS Premium استفاده می‌کنید برای شما قابل استفاده و در دسترس می‌باشد. Solidworks Motion Analysis یا همان محیط آنالیز حرکتی در نرم‌افزار سالیدورک می‌تواند حرکت یک اسمبلی یا قطعه‌ی طراحی شده یا سیستم‌های دینامیکی پیچیده را تماما شبیه‌سازی کند و و خروجی‌های مورد نیاز را برای انجام تحلیل‌های مختلف نسبت به طراحی‌ انجام شده ارائه دهد. بعضی از خروجی‌هایی را که می‌توان از محیط آنالیز حرکتی نرم‌افزار SOLIDWORKS دریافت کرد، عبارت‌اند از:

 

• جابجایی‌ها (Displacements)

• نیرو‌های واکنشی (Reaction Forces)

• شتاب‌ها (Accelerations)

• قدرت موتور (Motor Power)

 

این موارد و برخی موارد دیگر در محیط آنالیز حرکتی نرم‌افزار سالیدورک مورد بررسی و تحلیل قرار می‌گیرند. می‌توان گفت فراگیری کامل این محیط جهت شبیه‌سازی، تحلیل و آنالیز سیستم‌های دینامیکی برای هر طراحی، لازم و ضروری می‌باشد.

در این مقاله، با توجه به اینکه این پست اولین پست سونما در رابطه با این محیط می‌باشد، سعی شده است مقدمات ورود به محیط Motion Analysis و نکات ابتدایی آن ذکر شود؛ و اگر فرصتی باشد در ادامه این ویژگی در نرم‌افزار سالیدورک به صورت کامل مورد بحث و بررسی قرار گیرد.

بیایید تا بحثمان را شروع کنیم!

 

طبیعتا در ابتدای کار آنالیز حرکتی، ما نیاز به یک قطعه اسمبلی و یا مکانیزمی دینامیکی در محیط کاری نرم‌افزار سالیدورک مان داریم. برای این کار باید بتوانیم قطعه‌ی مورد نظر خودمان را ابتدا با استفاده از ابزارهای موجود در محیط‌های Sketch، Feature، Assembly و ... ایجاد نمائیم. پس مدل خود را در ذهنتان مجسم کنید و آن را در Solidworks ایجاد نمائید. (با توجه به اینکه طراحی و ایجاد مکانیزم یا قطعه‌ی مورد نظر، مرتبط با موضوع این مقاله نمی‌باشد؛ شما می‌توانید جهت فراگیری نحوه‌ی ایجاد یک مدل سه‌بعدی در نرم‌افزار سالیدورک و آموزش کار با محیط‌های اسکچ، فیچر، سرفیس و یا محیط اسمبلی به مقالات موجود در سونما مراجعه نمائید.)

پس از آماده‌سازی و ایجاد مدل مورد نظر اکنون باید وارد تب motion analysis شویم و حرکت مورد نظر را بر روی قطعه اعمال نمائیم؛ اما قبل از اینکه کار را شروع کنیم، به طی کردن یک سری الزامات نیاز داریم. ابتدا، همه‌ی اجسام موجود در طراحی باید از لحاظ اندازه و در جای خود قرار گرفتن بررسی شوند ؛ سپس، به منظور دقیق بودن نتایج نهایی، شما باید به تمامی اجزاء موجود، چگالی و جنس‌ مناسب را اختصاص دهید؛ و پس از آن در محیط اسمبلی از نحوه‌ی اعمال صحیح قیود محدود کننده اطمینان حاصل کنید که در حرکت و مخصوصا در این محیط مورد بررسی، این قیود بسیار مهم می‌باشند ( شما می‌توانید برای مروری بر قیود موجود در محیط اسمبلی به مقاله‌های آموزشی Standard mate، Mechanical mate  و Advanced mate موجود در بخش مقالات آموزشی رایگان سونما مراجعه نمائید و با این قیود و کارکرد آن‌ها آشنا شوید.)

بیایید تا نگاهی به نمونه در نظر گرفته شده برای این مقاله جهت بررسی و اعمال حرکت‌ به آن بیاندازیم. ما برای این موضوع، مدل زیر که شامل پیستون، میل‌لنگ و اتصالات آن‌ها می‌باشد را در نظر گرفته‌ایم تا بتوانیم حرکت مورد نیاز در بخش‌های متفاوت موجود در آن را با ویژگی‌های موجود در محیط MOTION ANALYSIS نرم‌افزار سالیدورک اعمال نمائیم و نتایج را بررسی کنیم.

 

 

 

همانطور که در شکل فوق و اجزای موجود در آن مشاهده می‌کنید؛ دو پایه‌ی ثابت در دو طرف مکانیزم واقع شده‌اند و خواسته‌ی ما این است که بتوانیم با ایجاد حرکت در بازه‌ی زمانی مشخص برای Crankshaft، سرعت و شاید برخی دیگر از پارامترهای مهم سیستم در حرکت را یافته و تغییرات حاصل را انالیز نمائیم.  (همانطور که می‌دانید و عنوان هم شد اعمال قیود جهت ثابت نگه داشتن پایه‌ها و محدود کردن حرکت میل‌لنگ و پیستون جزء الزامات این کار می‌باشد، پس به فایل اسمبلی خود بازگردید و میت‌های اعمالی‌تان را چک نمائید).

اما علاوه بر این حرکت شماتیکی و شبیه‌سازی شده در محیط گرافیکی نرم‌افزار سالیدورک،  ما باید RPM لازم در موتور خود را بیابیم تا اطمینان حاصل کنیم که پیستون‌ها هنگام چرخش crankshaft، سرعت درست و ایده‌آلی خواهند داشت. اینجاست که کاربرد این محیط را می‌توان مشاهده نمود (البته در صورت صحت کامل طراحی اجزاء موجود)؛ ما در ابتدا مقدار RPM موتور انتخابی را حدس می‌زنیم تا ببینیم در انتهای پیستون‌‌ها چه سرعتی ایجاد می‌شود و برای این کار از آنالیز حرکتی استفاده خواهیم کرد. پس یک بار این کار را باهم انجام خواهیم داد. 

 

 

 

حال و پس از ایجاد مکانیزم دینامیکی مورد نظر و همچنین بررسی قیود اعمالی و حرکت مطلوب، چگونه به محیط شبیه‌سازی حرکتی نرم‌افزار سالیدورک وارد شویم؟

همانطور که پیش‌تر نیز ذکر شد، اگر از نسخه‌ی Premium نرم‌افزار استفاده می‌کنید، می‌توانید در انتهای پایین و سمت چپ قسمت گرافیکی پیش‌فرض نرم‌افزار، تب‌هایی را مشاهده نمائید. برای ورود به محیط Motion تنها کافی است، بر روی تب Motion Study 1 کلیک کنید (که این بخش در هر دو زبانه‌ی پارت و اسمبلی موجود می‌باشد). البته، هم می‌توانید از آن استفاده کنید، هم با کلیک راست بر روی آن و انتخاب گزینه‌ی new motion study، یک مورد جدید جهت بررسی حرکت مکانیزم ایجاد نمائید.

 

 

 

 

 

 

برای شروع کردن آنالیز، باید وارد مود motion analysis شویم. برای این کار بر روی منوی دراپ داون موجود در بخش motion study که اکنون بر روی گزینه‌ی انیمیشن تنظیم شده است، وارد شوید و گزینه ی motion analysis را انتخاب نمائید. 

 

** توجه: شما می‌توانید همه‌ی بخش‌ها و قیود در دسترس فایل ما در این study را مشاهده نمائید.

 

 

 

در فضای کاری موجود و در قسمت بالای کادر motion study، نوار ابزاری را مشاهده می‌نمائید.  این toolbars شامل دستوراتی جهت به حرکت درآوردن اسمبلی می‌باشد. ابزارهای موجود، شرایط دنیای واقعی را برای مدل سه‌بعدی ایجاد شده‌مان شبیه‌سازی می‌کنند؛ که این‌ ابزارآلات شامل موتورها، فنر، دمپرها، گرانش و... می‌باشند. (می‌توانید آن‌ها را در تصویر ذیل مشاهده نمائید)

 

 

در اینجا و با توجه به مکانیزم حرکت چرخشی مورد نیاز در میل‌لنگ، از موتور استفاده خواهیم نمود. بر روی آن کلیک می‌نمائیم و صفحه‌ی تنطیمات آن باز می‌شود. موتور ابزاری است که می‌تواند به روش‌های پیچیده‌ای تعریف شود. 

 

در ابتدا از دو مدل موتور موجود یعنی rotary motor و Linear motor، موتور چرخان با ویژگی و کارکرد مورد نظر ما در این قطعه مطابقت دارد پس آن را انتخاب می‎کنیم.

 

 

 

در بخش بعدی در تنظیمات این ابزار، نرم‌افزار از ما جهت دوران (یا راستای حرکتی) موتور را می‌خواهد. برای انتخاب در این بخش، هم می‌توانید از سطوح و قطعات موجود در قطعه خود استفاده نمائید، و هم از اسکچ‌ها و جهت‌های موجود در محیط کاری؛ برای مثال، ما به منظور تعیین جهت، سطح دایره‌ای ابتدای میل‌لنگ را انتخاب می‌کنیم. (به تصویر زیر توجه نمائید)

 

 

 

بخش بعدی تنظیمات این دستور، بخش تنظیمات اصلی موتور انتخابی برای استفاده در مکانیزم می‌باشد. 

 

 

 

راه‌های مختلفی برای تعریف حرکت و نوع اعمال حرکت به جسم وجود دارد؛ که با باز کردن منوی دراپ داون اول در این بخش، می‌توان آن‌ها را مشاهده نمود؛ که این موارد عبارت‌اند از: سرعت ثابت، مسافت یا نوسان و ... (این موارد را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید).

 

 

حالت‌های اعمال حرکت موتور بر  روی مکانیزم در بخش آنالیز حرکتی نرم‌افزار سالیدورک

در بخش زیر سعی شده است به اختصار این موارد و کاربرد هر یک توضیح داده شوند:

 

• Constant speed: تعیین موتور با مشخص نمودن سرعت ثابت آن.

• Distance: تعیین موتور با مشخص نمودن مسافت و چارچوب زمانی.

• Oscillating: تعیین موتور با مشخص نمودن دامنه، فرکانس و تغییر فاز.

• Segments: تعیین پروفیل حرکتی موتور توسط توابع پیوسته از زمان یا سیکل زاویه‌ای.

• Data Points: تعیین پروفیل حرکتی موتور توسط داده‌های درون‌یابی شده به عنوان توابعی از زمان، سیکل زاویه‌ای و یا نتایج آنالیز حرکتی.

• Expression: تعیین پروفیل حرکتی موتور با استفاده از عبارات ریاضی زمانی، سیکل زاویه‌ای یا نتایج آنالیز حرکتی.

• Load Function from File: تعیین مدل حرکتی موتور با افزودن تابع ساخته شده توسط Function Builder؛ ( با فرمت .sldfcn) .

• Delete Functions: این بخش اجازه‌ی حذف توابع افزوده شده از Function Builder را می‌دهد.

 

 پس از انتخاب حالت کاری موتور مورد نظر، در کادر بعدی ظاهر شده، تنظیم مابقی ویژگی‌های موتور متناسب با انتخاب شما ظاهر می‌شود، پس باید یکی را انتخاب کنید که مطابق با موتور واقعی مورد استفاده‌تان باشد. ما در اینجا حالت سرعت ثابت و Rpm 100 دور در دقیقه را لحاظ می‌کنیم. در انتها باز خواهیم گشت و متناسب با سرعت نهایی به وجود آمده، سرعت موتور را تغییر خواهیم داد (کار دشواری نمی‌باشد). 

 

این بخش جهت انتخاب اجزاء و المان‌های سطحی و یا لبه‌ها جهت انتقال آن‌ها به Solidworks Simulation و بررسی Load-bearing (تحمل نیرو) در این قطعات می‌باشد.

 

 

 

پس از تنظیم ویژگی‌های مورد نظر حرکتی موتور، بر روی تیک سبز رنگ موجود کلیک نمائید.

خواهید دید که پنل motion study دچار تغییراتی می‌شود و همچنین در چارت درختی موجود، rotary motor ایجاد شده، افزوده می‌شود؛ اکنون آماده‌ی حرکت مکانیزم می‌باشیم.

 

با توجه به مطلوب مورد نظر و متناسب با زمان بررسی در نظر گرفته شده باید بازه‌ی زمانی مناسبی را جهت حرکت مکانیزم به نرم‌افزار بدهیم. توجه نمائید که نرم‌افزار سالیدورک، مدت زمان پیش فرض پنج ثانیه را برای کل زمان تحلیل در Study motion قرار می‌دهد. برای تغییر این مقدار، می‌توان با کشیدن المان لوزی شکل سیاه موجود در پنل Motion study در محیط کاری و یا راست کلیک بر روی آن و تعیین عددی زمان مورد نظر این کار را انجام داد.

 

 

 

** توجه: نوار قهوه‌ای رنگ موجود در پنل حرکتی، نمایان‌گر مدت زمانی است که عملگر در حال فعالیت می‌باشد، و می‌توان آن را تغییر داد و یا تنظیم نمود.

 

 

 

تا اینجای کار از تحلیل، عملگر مورد نظر اعمال شده است، مدت زمان آنالیز تعیین شده است و تنها مرحله‌ی اجرای فرآیند باقی مانده است. برای اجرای study در قسمت بالایی پنل موجود روی آیکون calculate کلیک کنید تا study فعال شود. خواهید دید که با کلیک بر روی این گزینه، حرکت مورد نظر اعمال شده توسط موتور، به صورت پیوسته در بازه‌ی زمانی در نظر گرفته شده صورت می‌پذیرد.

 

 

 

 

زمان آن رسیده است که داده‌های موردنظر خود را از این study انجام شده دریافت نمائیم. برای پلات گرفتن از تحلیل دینامیکی سیستم مورد بررسی، بر روی گزینه‌ی Results and plot در پنل motion study کلیک کنید. در این بخش شما می‌توانید نتایج تحلیل حرکتی، چون نیرو و جابجایی و یا سرعت را به عنوان خروجی از نرم‌افزار سالیدورک دریافت نمائید.

 

 

 

Property manager این ابزار با توجه به تصویر زیر باز می‌گردد و اکنون می‌توان تنظیمات مورد نظر جهت ایجاد پلات و دریافت خروجی را اعمال نمود. 

 

 

پلات و خروجی نتایج را می‌توان با لحاظ نمودن پارامترهای مختلفی دریافت نمود؛ که در منوی دراپ داون این دستور مشاهده می‌شوند و با توجه به خروجی مورد نظر، می‌توان هر یک از این موارد موجود یعنی: جابجایی / سرعت / شتاب، نیرو، گشتاور / انرژی / توان و کمیت‌های دیگر را جهت دریافت خروجی انتخاب نمود.

ما در اینجا از سرعت خطی در جهت Z پلات می‌گیریم. طبق خواسته‌ی تعریف شده در ابتدای کار، دنبال ثبت سرعت حرکتی پیستون موجود در مکانیزم می‌باشیم تا آن را با مطلوب مورد نظرمان مقایسه نمائیم و درصورت لزوم تغییرات لازم را بر روی موتور، اعمال نمائیم؛ پس آن را انتخاب می‌نمائیم و در بخش بعدی جهت پلات نمودن نتایج، در باکس کمیت متقابل، زمان را انتخاب می‌نمائیم؛ تا تغییرات این کمیت را در مقابل زمان مشاهده نمائیم (در تصویر زیر انتخاب‌ها و وظیفه‌ی هر بخش مشخص می‌باشند).

 

 

 

 

 

با کلیک بر روی تیک سبز رنگ تنظیمات فوق، پلات مورد نظر حاصل می‌گردد. نمودار نتایج نشان می‌دهد که سرعت پیستون در راستای Z، در سریعترین حالت به 0.37 متر بر ثانیه می‌رسد؛ اکنون و با توجه به سرعت مطلوب محاسبه شده تغییرات لازم را بر Rpm موتور اعمال می‌نمائیم.

 

 

 

پلات دوم که می‌تواند نسبتا برای‌مان مفید باشد، مقدار گشتاور ایجاد شده توسط موتور در زمان فعالیت آن می‌باشد. دوباره بر گزینه‌ی results کلیک می‌کنیم و تنظیمات را انجام می‌دهیم (شما نیز به عنوان تمرین این کار را انجام دهید). Rotary motor را از درخت طراحی مکانیزم، به عنوان قطعه انتخاب می‌کنیم. از نتایج پلات می‌گیریم.

 

 

 

 

پلات فوق و اعداد خروجی نمایش داده شده نشان می‌دهد گشتاور نسبتا کم می‌باشد. این مسئله نشان می‌دهد بر روی موتور over loading ای صورت نپذیرفته است.

 

 

تا اینجا و با اتمام فرآیند دریافت خروجی و ایجاد پلات از نتایج مورد نظرمان توانستیم خواسته‌ی این بررسی را به انجام برسانیم. در ضمن مشاهده کردیم که نرم‌افزار قدرتمند سالیدورک، علاوه بر توانایی‌هایی ویژه در مدلسازی سه‌بعدی و ایجاد قطعات و مکانیزم‌های متفاوت، قابلیت بالایی در شبیه‌سازی و تحلیل نتایج شبیه سازی صورت پذیرفته داراست.

اکنون که به پایان پست آموزشی این هفته، از سری مقالات آموزشی رایگان نرم‌افزار سالیدورک در سایت سونما رسیده‌ایم. امیدواریم با این آموزش نسبتا جامع از پنل Motion Study توانسته باشیم مسائل موجود در این محیط و نحوه‌ی کار با ابزارهای آن را پوشش داده باشیم. هر چند که طبق معمول و متناسب با روال سونما، باید منتظر پست‌های دیگری نیز جهت تکمیل این مقاله باشیم؛ در ادامه، دستورات جامانده و نکات دیگری را از این محیط مورد بحث و بررسی قرار خواهیم داد.

با سونما همراه باشید...

 

مطالعه بیشتر در رابطه با این مقاله :

مجموعه آموزش SolidWorks کامل