2017/12/11

Inventor應力分析 約束與反作用力

在約束條件位置通常會產生與負載相關的反作用力。
一個最簡單的例子就是體重70公斤重的人站立的位置(約束住往下移動)會產生出70公斤重的反作用力支撐人的體重。

如下圖示,使用 Autodesk Factory 在 Inventor 環境中的系統資產人體模型,
設定其人體材質為PVC(用 PU 會比較接近人體密度),
在iProperties中可以看到質量為 111.291 kg:

在 Inventor 應力分析中給約束條件在人體模型的腳底(有四個面)、重力向下(9.81 /sec^2在 -Y方向),
模擬完成後就可以從瀏覽器中的約束項目以滑鼠右鍵選擇"反作用力"得到在約束位置的反作用力結果,如下圖示:
111.219 kg * 9.81 m/sec^2 =1091.058 N
因為整體重心不在四個底部固定約束的正中間位置,
額外產生出反作用力矩 Mx & Mz,

這個反作用力量其實可以以靜力學的原理進行分解計算求得,
但是靜力學一般是將結構視為不會產生變形的剛體,
所以在細微上的結果可能會受變形量而有些微的差別。

Inventor的應力分析跟動力學模擬都可以計算反作用力,
應力分析的反作用力可以計算包括變形的作用,
而且在使用與設定上非常的容易進行。

前面有介紹過Inventor應力分析的約束條件有"固定"、"銷"、"無摩擦"三種,
其中固定約束是最常使用的約束條件,
在應用上也最常被用來評估反作用力的值。

以前幫學員上課時經常舉的例子就是四個支撐腳座的設備:
桌子承載負重,負重位置不在正中心
含桌子 結構總重 500 kg

四支腳座承載設備力量的反作用力計算,
早期就是先估算設備總重量,
四支腳座就把總重除以四放在四支腳座上,
如上,500 / 4 = 125 Kg,=1250 左右,
然後加個安全係數上去,完工搞定;
500 kg * 9.8 = 4900 N

實際上設備上的重量是平均分配的?
結構變形的影響?
這些應該都不是以設備重量除以四就可以簡化得到的。

當然實務上支撐腳座的負載不會單純的選規格配合負重,
而且有加上一定的安全係數,跟考慮變形量,
選的比會實際上強壯很多,
所以傳統除以四加上安全係數的方法並不會有什麼大問題。

不過既然Inventor應力分析可以作就來瞭解看看可以怎麼作:
其實很簡單,就是依照一般的步驟去設定約束條件,
在模擬計算完成後,就可以在約束條件上點滑鼠右鍵,
選擇“反作用力”,就可以看到反作用力的結果:
所以如果想要觀察到約束條件上的反作用力值,
最好在各別的位置上點選設定約束條件,
如此一來就可以觀察到不同約束位置上的反作用力:





910.2 + 1075 + 1236 + 1742 = 4963.2,
總重量方向力量相當,但是每個腳因為負重位置而不同。

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