Zadanie: Zákazník potrebuje overiť pevnosť rámu z hľadiska dynamických vlastnostní.
Modálná analýza rámu
Modálna analýza rámu
Riešenie
- Získanie CAD modelu
- Analýza vlastných frekvencií
- Návrh úprav
- Finálný tvar rámu
Model rámu zobrazený na obrázku 1 je dodaný zákazníkom. Rám slúži na testovanie automobilových hadíc. Zákazník potrebuje overiť či rám je dostatočne tuhý pre testovanie vibrácií hadíc. Hadice sa testujú pri frekvencii 60Hz a preto prvé vlastné frekvencie rámu musí byť vyššia ako 60Hz, aby nedošlo k ovplyvneniu výsledkov. Teda ďalším krokom je overenie aktuálneho rámu z hľadiska vlastných frekvencií. Rám je vyrobený z materiálu AA 6061.
Obr. 1 – Pôvodný CAD model
CAD model sa tzv. vysieťuje, tzn. vytvorí sa pravidelná sieť elementov. V tomto prípade sa použijú kvadratické štvorsten elementy s 10 uzlami. Štvorsten má 4 vrcholy, tzn. že ako lineárny element má 4 uzly. Tieto 4 uzly potom tvoria jeden štvorstenový element. Kvadratický štvorsten obsahuje ešte uzly medzi vrcholmi a teda je celkový počet uzlov rovný 10.
Obr. 2 – Vysieťovaný CAD model
Obr. 3 – Element typu štvorsten (vlevo lineární a vpravo kvadratický)
Okrajové podmienky: Modálna analýza nevyžaduje žiadne okrajové podmienky, avšak pri vyhodnocovaní je potreba vylúčiť prvý 6 vlastných frekvencií. Tie totiž predstavujú tzv. Rigid body motion, tzn. pohyb a rotácie v priestore.
Po zadefinovaním materiálových vlastností a určenie kontaktov medzi profilmi sa vykoná výpočet modálnej analýzy. Prvá vlastná frekvencia je 105 Hz. Čo je viac ako testovací frekvencia 60 Hz pre testovanie hadíc.
Obr. 4 – Prvá vlastná frekvencia rámu dodaného zákazníkem
Avšak z dôvodu zaručenia správnosti výsledkov pri testovaní hadíc sme navrhli ešte ďalšie vystuženie rámu na dosiahnutie prvej rezonančná frekvencia minimálne 120 Hz.
Obr. 5 – Prvá vlastná frekvence upraveného a optimalizovaného rámu
Záver: Zvýšenie tuhosti rámu zaručí absenciu vplyvu na výsledky merania.
Modálna analýza rámu
Zadanie: Zákazník potrebuje overiť pevnosť rámu z hľadiska dynamických vlastnostní.
Riešenie
- Získanie CAD modelu
- Analýza vlastných frekvencií
- Návrh úprav
- Finálný tvar rámu
Model rámu zobrazený na obrázku 1 je dodaný zákazníkom. Rám slúži na testovanie automobilových hadíc. Zákazník potrebuje overiť či rám je dostatočne tuhý pre testovanie vibrácií hadíc. Hadice sa testujú pri frekvencii 60Hz a preto prvé vlastné frekvencie rámu musí byť vyššia ako 60Hz, aby nedošlo k ovplyvneniu výsledkov. Teda ďalším krokom je overenie aktuálneho rámu z hľadiska vlastných frekvencií. Rám je vyrobený z materiálu AA 6061.
Obr. 1 – Pôvodný CAD model
CAD model sa tzv. vysieťuje, tzn. vytvorí sa pravidelná sieť elementov. V tomto prípade sa použijú kvadratické štvorsten elementy s 10 uzlami. Štvorsten má 4 vrcholy, tzn. že ako lineárny element má 4 uzly. Tieto 4 uzly potom tvoria jeden štvorstenový element. Kvadratický štvorsten obsahuje ešte uzly medzi vrcholmi a teda je celkový počet uzlov rovný 10.
Obr. 2 – Vysieťovaný CAD model
Obr. 3 – Element typu štvorsten (vlevo lineární a vpravo kvadratický)
Okrajové podmienky: Modálna analýza nevyžaduje žiadne okrajové podmienky, avšak pri vyhodnocovaní je potreba vylúčiť prvý 6 vlastných frekvencií. Tie totiž predstavujú tzv. Rigid body motion, tzn. pohyb a rotácie v priestore.
Po zadefinovaním materiálových vlastností a určenie kontaktov medzi profilmi sa vykoná výpočet modálnej analýzy. Prvá vlastná frekvencia je 105 Hz. Čo je viac ako testovací frekvencia 60 Hz pre testovanie hadíc.
Obr. 4 – Prvá vlastná frekvencia rámu dodaného zákazníkem
Avšak z dôvodu zaručenia správnosti výsledkov pri testovaní hadíc sme navrhli ešte ďalšie vystuženie rámu na dosiahnutie prvej rezonančná frekvencia minimálne 120 Hz.
Obr. 5 – Prvá vlastná frekvence upraveného a optimalizovaného rámu
Záver: Zvýšenie tuhosti rámu zaručí absenciu vplyvu na výsledky merania.