Lär dig Autodesk Inventor FEM 2014

 Innehåll Introduktion ............................................................................................................................................ 1 Digital Prototyping .................................................................................................................................. 3 Lektion 1: Användargränssnitt och inställningar................................................................. 9 Om hållfasthetsanalys .......................................................................................................................... 10 Användargränssnitt .............................................................................................................................. 13 Skapa en FEM‐analys ............................................................................................................................ 16 Metod för en lyckad FEM‐analys .......................................................................................................... 17 Riktlinjer för hållfasthetsanalys i Inventor ............................................................................................ 19 Filer och filformat ................................................................................................................................. 20 Övning: Utför en enkel FEM‐analys ...................................................................................................... 21 Lektion 2: Förbereda och köra en analys .......................................................................... 25 Starta och ställa in en analys ................................................................................................................ 26 Lägga på laster ...................................................................................................................................... 29 Riktlinjer för att lägga på laster ............................................................................................................ 30 Lägga på villkor ..................................................................................................................................... 31 Riktlinjer för att lägga på villkor ........................................................................................................... 34 Övning: Skapa villkor och lägga på laster ............................................................................................... 35 Lektion 3: Visa och analysera resultat .............................................................................. 39 Visning av resultat ................................................................................................................................ 40 Reaktionskrafter ................................................................................................................................... 42 Riktlinjer för att hantera resultaten ..................................................................................................... 43 Övning: Visa resultaten från en FEM‐analys ......................................................................................... 44 Lektion 4: Analysera sammanställningar .......................................................................... 49 Kontaktvillkor ....................................................................................................................................... 50 Metod för att analysera sammanställningar ........................................................................................ 53 Övning: FEM‐analys i en sammanställning ........................................................................................... 54 Lektion 5: Konstruera med parametrar och FEM .............................................................. 59 Utföra en parametrisk FEM‐analys ....................................................................................................... 60 Designvillkor ......................................................................................................................................... 60 Övning: Genomför en parametrisk FEM‐analys ................................................................................... 62 Lektion 6: Kontrollera Meshen och hantera konvergens .................................................. 67 Konvergensanalys ................................................................................................................................. 68 Singulariteter ........................................................................................................................................ 71 Inställningar för Meshen ...................................................................................................................... 75 Automatisk konvergens ........................................................................................................................ 77 Lokal meshkontroll ............................................................................................................................... 79 Övning: Konvergens .............................................................................................................................. 81 Lektion 7: Simulera egensvängning .................................................................................. 85 Att göra en resonansanalys .................................................................................................................. 86 Övning: Egensvängning ......................................................................................................................... 88 Sammanfattning ................................................................................................................................... 93 Lekttion 2: Förbe
ereda och kö
öra en analyss och hur vi gårr till väga förr att simulera
a hur det kan
n I den härr lektionen tittar vi på krafter, laster och villkor o
se ut i en
n riktig modeell. De två vikktigaste fakt orerna man måste ta me
ed i beräkninngen för att e
efterlikna deen verkliga modellen ärr krafterna occh villkoren.
Krafterna är externa laster som vverkar på moodellen i olikka riktningar. Villkoren ärr egenskaperr som de olika kraftterna. Kombbinationen avv dessa två simuleraar hur modellen kan röra sig och bli ppåverkad av d
gör att vvi får en mod
dell som efterliknar verkliigheten tillrääckligt bra fö
ör att kunna ggöra användbara beräknin
ngar. I den härr lektionen kkommer vi attt gå igenom följande: 


Starrta och ställaa in en analys Läggga till krafter Läggga till villkor nedan visas en enkel vipparm. Krafteer har definie
erats vid anslutningen m arkerad med
d 1 och ett I bilden n
villkor haar lagts på viid 2. Detta gö
ör att modelllen kommerr att uppföra sig som i veerkligheten då man begränsaar möjligheteerna för mod
dellen att rö ra sig på sådant sätt att d
det så nära ssom möjligt m
motsvarar en
n riktig mo
odell. 2
25
Starta o
och ställaa in en an
nalys u kör en anallys behöver d
du skapa en simulering. SSimuleringen
n fungerar soom en mapp
p eller ett Innan du
läge där all information och resultat om anal ysen sparas.. Du kan skap
pa flera simuuleringar i samma modell fför att analyssera olika delar eller verssioner av mo
odellen. I en e
enkel model l kanske det räcker med en ssimulering m
men om mod
dellen är merr komplex kaan det behövvas flera simuuleringar me
ed olika inställnin
ngar för matterial, krafterr och villkor.
Följandee bild visar uttforskaren i SStress Analyssis läget där man har anvvänt sig av trre olika simuleringar för en m
modell. 26
6 Egenskkaper Simu
ulation När du sskapar en ny simulering ö
öppnas dialo grutan Creatte New Simu
ulation. Nedaan visa mer information om de olika egenskaperna i den. Vaal Beskrivning 1 Naame Här ge
es ett namn till simulerin
ngen. Namne
et visas i utfoorskaren och på rappo
orterna. Nam
mnge simuleringen så att den kan särsskiljas från andra simule
eringar du skkapar i samm
ma modell. 2 Deesign Objective Singlee Point använnds för att gö
öra en simule
ering på en vversion av modellen. Param
metric använ ds för att göra en simule
ering där moddellen kan ha flera konfiggurationer occh systemet kan välja den som passaar bäst. 3 Sim
mulation Typ
pe Här vä
äljs typen av simulering. Statisk eller resonansanaalys. 4 Co
ontacts Här sttälls standardd kontakten in. I det auto
omatiska konntaktverktygget används det hä
är kontaktvil lkoret som sstandard. Gäller bara sam
mmanställnin
ngar. 2
27
nnehåller insställningar föör visningen aav sammanställningar. Model Sttate‐fliken in
Vaal Beskrivning 1 Deesign View Ange vilkken Design Vi
View som ska användas i ssimuleringenn. Vissa detaljer kan behöva släckas ner föör att få en b
bättre förståe
else för mod ellen. 2 Po
ositional Välj den position av ssammanställningen som mest repres enterar det läget i vilket du vill köra anaalysen på. 3 Level Of Detail Förtryck (Suppress) d et detaljernaa som inte är relevanta fför det du söker. 28
8 Lägga påå laster Lasternaa är externa kkrafter som vverkar på deetaljen eller ssammanställningen. Måleet med att göra en hållfasth
hetsanalys ärr att försöka förstå hur dee externa krafterna påve
erkar konstruuktionen. Fördelen är attt på ett tid
digt stadie ku
unna anpasssa modellen sså att den hååller för kraftterna. Bilden nedan visar en del av en ffrontlastare ddär en Bearin
ng Load har lagts till för aatt simulera en last. 2
29
Olika so
orters lastter Följandee tabell samm
manfattar vilka olika sortters laster du
u kan lägga på din model l samt vad du kan appliceraa de på. Ikon Lasttyp Referenser Beskrivniing Force Lin
nje, punkt, yta
a En kraft m
med ett speccifikt värde lääggs på en ytta, punkt eller en kkant. Kraften sprids ut jäm
mt över den valda ytan.
Pressure
e Yta
a En kraft m
med ett speccifikt värde lääggs på en ytta. Kraften sprids ut över hela yta
an och är allttid normal m
mot ytan. ot Positivt värde på kraften gör att dden pekar mo
n på ytan. normalen
Bearing Load Cylindrisk yta En kraft m
med ett speccifikt värde lääggs på en exxtern eller intern cyllindrisk yta. K
Kraften spridds ut över he
ela ytan. Moment Yta
a Ett mome
ent specifikt värde läggs på den valda
a ytan. Gravity Påverkar hela mo
odellen Gravitatio
on definierass i modellen så att egenvvikten tas med i berräkningen. Remote
e Force Yta
a En yta väljs vilken kraften verkar iigenom. Resultatet på detaljen b
blir en kraft o
och ett mom
ment. Body Påverkar hela mo
odellen Linjär accceleration eller hastighet t läggs på dettaljen. Beräkningg kan göras m
med centripeetalkrafter o
och tröghet som påve
erkar detaljen. Riktlinjeer för attt lägga på
å laster 30
0 
De yytor du behö
över för att kkunna lägga ppå dina kraftter på ett korrekt sätt ka nske inte existerar. Anvvänd Split förr att skapa de ytor eller ggeometrier som behövs. Lägg sedan ppå lasterna p
på rätt ytor.

För at specificerra storleken eller riktninggen på en kraft kan du an
nvända dig aav ekvationerr som nvisar till parametrar i mo
odellen. hän

För att placera llaster där rikktningen intee sammanfaller med geom
metri på mo dellen kan du skapa axlaar ork axis). Vällj axlarna som
m referens föör riktningen
n. (Wo

För att undvika problem me
ed beräkningg bör du väljaa att placera laster på ytoor istället förr kanter och pun
nkter. Efterso
om kanter occh punkter innte har någo
on yta blir spä
änningen oä ndlig och analysen blir opåålitlig. Lägga påå villkor Villkor (C
Constraints) används för att simuleraa hur detaljen begränsas i sina rörelseer. Villkor lägggs vanligtviss på där detaljen sitter ihop med n
någon annann stel komponent. Genom
m att användda sig av Fixed, Pin och Frictionleess‐villkoren
n skapar vi en
n modell som
m inte kan fö
örflytta sig elller snurra ruunt. I modelleen på den häär frontlastaren har vi annvänt oss av villkoret pin för att låsa ffast de rörligga delarna påå de ställeena där modeellen kan rottera. 3
31
Olika so
orters villkkor Följandee tabell samm
manfattar de
e olika villkorren du kan läägga på din m
modell samt vvad du kan a
applicera de på. Ikon Villkorstyp
p Referen
nser Beeskrivning Fixed Linje, yyta Ettt Fixed‐villko
or begränsar rörelsen av den valda ge
eometrin i enn, två eller tre riktningar. Fixed använnds för att simulera stelaa koontaktförhållanden mella
an komponennter. Begränsa alla tre rikktningarna när du ve att detaljen är ffullständigt stel i sin inffästning. Pin Cylindrrisk yta Ettt Pin‐villkor aanvänds för att förhindraa en cylindrissk yta att rööra sig antinggen radiellt, ttangentiellt eeller axiellt. V
Vanligtvis annvänds pin däär det sitter lager eller däär komponenter roterar i ettt hål av någo
ot slag. Du ka
an välja i vilkken riktning d
du kan låsa neer i förhållande till den cyylindriska ytaan. Om du de
efinierar ett lagger låter du d
den tangentiella riktninggen vara olåsst så detaljen
n kaan rotera i håålet. Frictionlesss Yta Ettt Frictionlesss‐villkor tillåtter en yta attt glida längs med en annnan yta eller ett plan. Yttan kan ej rö ra sig norma
alt mot plaanet och kan
n därför ej pe
enetrera elleer rör sig från
n planet. De fleesta detaljer har ofta någ
gon friktion m
mellan komp
ponenterna occh är inte hellt friktionslösst så resultattet blir oftastt ganska koonservativt.
32
2 Exempel på villko
or I följande bild visas h
hur en vipparrms rörelser blivit begrän
nsade med h
hjälp av villkoor. Vipparme
en roterar på toppen avv vipparmen glider mot e
en annan runt ett lager på en aaxel och har ett Pin‐villkoor (1). Ytan p
n på linjären heten verkar en kraft (3)). komponent och där finns ett Fricctionless‐villkkor (2). I fästtanordningen
n konsol som
m monteras m
med två skru
uvar. Skruvfö
örbandet blir r stelt men ko
onsolen är Följandee bild visar en
fortfaran
nde rörlig gentemot skru
uvarna. Iställeet för att sättta ett Fixed‐villkor på heela baksidan av konsolen splittar vvi istället ytan runt skruvarna så att uundersidan p
på bultarna b
blir definieradde med ett FFixed‐villkor och resteen av konsollen kan påve
erkar av lasteerna. 3
33
Riktlinjer för att lägga på villkor 34 
För att undvika spänningssingulariteter ska du helst försöka lägga på villkor på ytor istället för på kanter och punkter. Punkter och kanter har ingen yta och spänningen kan bli oändlig i dessa områden vilket i sin tur gör det svårt att beräkna den totala hållfastheten på din komponent. 
Om det inte finns någon yta där du kan placera ditt villkor, splitta då ytan så att det finns geometri som motsvarar dina önskemål. 
Var noga med att lägga på tillräckligt med villkor för att förhindra att modellen kan förflytta sig eller rotera i rymden. Om man inte lyckas definiera tillräckligt med villkor kan man få problem med att beräkningen inte vill köra igång även om det inte finns någon kraft i just den riktningen som modellen saknar villkor i. 
I vissa situationer, ofta när man använder en kombination av Pin och Frictionless‐villkor finns det inte något uppenbart sätt att definiera modellen så att den inte kan förflytta sig. Om du får en varning att modellen inte är fullt definierad och du har säkerställt att villkoren håller emot de lasterna du lagt till så kan du aktivera en funktion som heter Detect and Eliminate Rigid Body Modes (förhindra stelkroppsrörelser). Systemet lägger till egenskaper som förhindrar stelkroppsrörelser men för att vara på den säkra sidan skall alltid reaktionskrafterna analyseras så att allt stämmer. 
Om det finns flera ställen i modellen som ska ha samma villkor kan du lägga på de på samma gång i verktyget. Om du sedan analyserar reaktionskrafterna kommer du att se den sammanlagda kraften. Vill du ha information om reaktionskrafterna vid varje ställe behöver du lägga till varje villkor separat. 
Att välja rätt villkor och att inte lägga på för många villkor är utmaning inom FEM. Villkoren och lasterna som definieras i modellen har väldigt stort inflytande på resultatet. Var noga med att verkligen sätta dig in i hur de olika komponenterna interagerar med varandra i modellen. Om du är osäker på hur modellen fungerar ihop med de andra komponenterna är det viktigt att överväga att kanske bryta ner modellen i mindre delar eller analysera olika detaljer var för sig. Övning: Skapa vvillkor och lägg påå laster
I den härr övningen läägger du till laster och vi llkor för att aavgöra hur m
mycket spännning som uppstår i en centrifugg som roteraar i 4500rpm. Sedan läggeer vi till kraftter från behå
ållarna innehhåller vätskan. 1.
Öpp
pna Preparin
ng Simulation
ns.ipt. 3.
I panelen Man age, klicka p
på Create Sim
mulation för att starta en
n ny sim
mulering. 4.
I dialogrutan föör Create Neew Simulation
n fyller du I följa nde uppgifte
er. 5.

Name: Bo dy Loads. 
Välj Detecct and Eliminate Rogid Body Moddes. Ta bort featurees du inte vill ha med i FEM‐analysen.. 
Expandera
a Preparing SSimulations ii utforskareen 
Högerklickka på Fillet2 och välj Exclude Frrom Simulatiion.
2.
Klicka på fliken Enviromentss för att väljaa Streess Analysis.
3
35
6.
6
9. Lägg på villkor. Välj ett n
nytt material att basera a
analysen på.  Klickaa på Assign p
på Material‐p
panelen. på Pin‐villkoreet på Constrraints‐
 Klicka p
panelen
n.  I kolu
umnen för Ovverride Mateerial, välj Alum
minium 6061.  Välj sam
mma yta som
m där du la på hastigheten.  Klicka p
på Ok.  Klickaa Ok. 7.
7
Expandeera Material i utforskaren
n för att verifiera att materialet du valde har appliceraats på detaljjen. 8.
8
Lägg på en roterandee hastighet p
på modellen.. en. (Du kan  Klickaa på Body i Loads‐panele
behöva expanderra den med p
pilen) ngular och kryssa i rutann för  Klickaa på fliken An
Enable Angular V
Velocity and A
Acceleration..  Välj innerytan på hålet i centrrum av detalljen.  Undeer Velocity i rrutan för Ma
agnitude, skriiv in 4500rpm  Klickaa Ok. 36
6 10. Klicka på Simulate och välj sedan R
Run. 11. När beräkn
ningen är klaar visas spänn
ningen (Von Mises Stresss) och deforrmationen på modellen. 12. Visa
a meshningeen. 15. Lägg p
på laster i laggerbanorna.  Klicka på Mesh
h View på M
Mesh‐panelenn.  Klicka på Bearin
ing Load. bservera hurr systemet byyggt upp  Ob
ru
utnätet.  Välj de två håleen i en av utsskärningarnaa (1).  Klicka på Mesh
h View igen fför att stäng a av fu
unktionen.  Klicka på Directtion och välj kanten på detaljen (2). m det behövss, klicka på FFlip så att  Om
kra
afterna pekaar ut från dettaljen. 13. Skiccka materialiinställningarna till modelllen.  II utforskaren
n under M
Material/Alu
uminium‐606
61/ högerkliccka p
på Preparing
g Simulationss.ipt.  I ru
utan Magnitu
tude skriv in 1600N (krraften är uträäknad från varvtalet, ma
assan på behhållarna samtt innehållet).  V
Välj Promotee Material to
o Modell.  Klicka Ok. pprepa för dee andra tre in
nfästningarn
na.  Up
14. Skapa en ny sim
mulering Högerklicka på Body Loads‐simulerinngen  H
o
och välj Copyy Simulation.  H
Högerklicka på den nya ssimuleringenn o
och välj Edit Simulation P
Properties.  D
Döp om den nya simulerringen till Boddy a
and Force Lo
oads.  K
Klicka på Ok..
3
37
18. I utforskaren h
har det lagts till blixtar 16. Klicka
a på Simulatee och välj Ru
un. När fra
amför vissa raader. Detta iindikerar att värdena behövver uppdaterras genom attt köra beräkninggen en gång till. beräkkningen är kllar visas resu
ultatet på modeellen. 
Klicka på SStress Analyssis‐fliken. 
Klicka på SSimulate och
h välj Run. 17. Förän
ndra lasternaa.  Klicka på Manage‐fliken och välj arameters. Pa
19. An
nalysera resuultaten och sttäng  Sccrolla neråt ttills du hittar de fyra krrafterna på 1
1600N. övningen. Spara om du viill.  Än
ndra de till 2
2000N Tips: Om du har fflera krafter som du vill ändraa på samma gång är det ofta snabbarre och eenklare att än
ndra de i Parrameters. Observera också parametriseringen av krafteerna.
38
8