ข้ามไปที่เนื้อหาหลัก

Testing the difference in meshing to see how much it affects the results.

    Hello, today I have some free time so I have to write a blog on this topic. The matter of the story is that some people do not accept the results of FEA by beam mesh. So I have a doubt that it's actually a solid mesh in a three-dimensional beam shape. How accurate will it be? Today we will prove it.

    First of all, thanks to the trial version of Midas, for which I have compared the MeshFree software too.

    There are two types of specimens that we will be testing. It is a full line beam, 1 meter long, and a beam with a slit to insert the beam crosswise. which can be seen in Figure 1.

Fig.1 Dimension of the specimens.


    A simple test is that we lock one end of the beam and apply a force of 500 N on the other end.

The type of the main beam is a JIS G3466 Rectangular tube 200 x 100 x 6. and across the inserted beam is a Square tube 50 x 50 x 6

   The section properties of Rectangular Tube 200 x 100 x 6 as below.

Unit mass = 26.4 kg/m

Area = 33.63 cm²

Second moment of area; Ix = 1700 cm ⁴ , Iy = 577 cm ⁴

Radius of gyration; ix = 7.12 cm , iy = 4.14 cm

Elastic section modulus; Zx = 170 cm³ , Zy = 115 cm³

Plastic section modulus; Zpx = 213 cm³ , Zpy = 132 cm³ 

Torsional inertia = 1,420 cm ⁴

Torsional modulus constant = 200 cm³


and the section properties of Square Tube 50 x 50 x 6 as below.

Unit mass = 7.56 kg/m

Area = 9.633 cm²

Second moment of area; Ix = 29.5 cm ⁴ , Iy = 29.5 cm ⁴

Radius of gyration; ix = 1.75 cm , iy = 1.75 cm

Elastic section modulus; Zx = 11.8 cm³ , Zy = 11.8 cm³

Plastic section modulus; Zpx = 15.3 cm³ , Zpy = 15.3 cm³ 

Torsional inertia = 53.2 cm ⁴

Torsional modulus constant = 18.2 cm³



CASE 1.

SolidWorks 2021 Model and analysis with solid mesh result.

Fig.2 Solid mesh of the beam model.
Fig 3. Result ( Stress ) of the solid mesh case 1. ( 12.569 MPa )

Fig 4. Displacement from solid mesh case 1. (0.177 mm)


SolidWorks 2021 Model and analysis with beam mesh result.

Fig 5. Displacement from beam mesh case 1. (0.153 mm)

Fig 6. Result ( Stress ) of the beam mesh case 1. ( 4.33 MPa )

Analysis with MeshFree result. Case 1.

Fig 7. Displacement from MeshFree case 1. (0.177 mm)

Fig 8. Result ( Stress ) of the MeshFree case 1. ( 15.871 MPa )


From manual calculation ( Maximum deflection )

Maximum deflection = Pl³/3EI

                                   = (500 (1000³))/(3 x 200000 x 5770000)

                                   = 0.1444 mm


CASE 2.

SolidWorks 2021 Model and analysis with solid mesh result.

Fig.9 Displacement from solid mesh case 2. (0.174 mm)

Fig.10 Result of the solid mesh case 2. (10.75 MPa)

SolidWorks 2021 Model and analysis with beam mesh result.


Fig.11.Result ( Stress ) of the beam mesh case 2 (4.33 MPa)

Fig. 12. Displacement from beam mesh case 2. (0.15 mm)

Analysis with MeshFree result. Case 2.


Fig.13. von Misses stress from MeshFree analysis.  (16.215 MPa)


Fig.14 Displacement result from MeshFree analysis.  (0.1785 mm)

Result Table.

Case 1. Single beam                         Stress (MPa)               Displacement (mm)

SolidWorks 2021 Solid mesh            12.569                             0.177 

SolidWorks 2021 Beam mesh            4.33                                0.153

Midas MeshFree                                 15.871                            0.177

Manual calculation                              NA                                 0.1444


Case 2.   Modified beam                 Stress (MPa)               Displacement (mm)

SolidWorks 2021 Solid mesh            10.75                              0.174 

SolidWorks 2021 Beam mesh            4.33                                0.153

Midas MeshFree                                 16.215                            0.185

Manual calculation                              NA                                 NA

Conclusion.

The stress produced by solid meshing is approximately 2-3 times higher than the stress produced by beam meshing. The FreeMesh effect has the same effect as the solid mesh effect, which is higher. This is caused by a bug called Singularity, which changes the overall reading of the results. Some people may be frightened by this high value or maybe planning the wrong solution.

Displacement values ​​from beam mesh are similar to beam theoretical calculations.

The singularity problem can be eradicated by beam mesh modeling, provided that the beam constraint is known, there must be no cross-sectional change over the entire length. And if there is a change in cross-section, a beam simulation technique must also be used, where it must be divided into smaller beams that meet the definition of a beam mesh.

The MeshFree method does not require mesh generation and does not require to simplify the model before testing, which is very interesting. Also, the results are easy to read, with % of the area of ​​the colored bands to indicate groups. Although the results are shown with Singularity included, with the smart GUI it is known that the Singularity values ​​are small compared to the important values ​​to consider.


EngineerM ConveyorMan.

09-Apr-2022









ความคิดเห็น

โพสต์ยอดนิยมจากบล็อกนี้

รวมปุ่มลัด และคำสั่ง SolidWorks ในหมวดต่างๆ พร้อมไอคอนและชื่อคำสั่ง

สวัสดีครับ ท่านผู้อ่านทุกท่าน โปรแกรม 3 มิติ ที่ได้รับความนิยมสูงมากในปัจจุบัน ที่ไม่ต้องบอกก็ทราบว่าคือโปรแกรมอะไร การฝึกฝนและจดจำคำสั่งสำหรับผู้เริ่มต้นจะเป็นอะไรที่ค่อนค่างยุ่งยาก จึงขอสรุปเป็นภาพและนำมาฝากทุกท่านครับ ขอให้ทุกท่านบรรลุผลในสิ่งที่มุ่งหวังทุกประการ ท่านสามารถพิมพ์เป็นเอกสารหรือบันทึกเก็บไปใช้ได้ตามความประสงค์ ขอบคุณที่มาของเอกสารด้วยครับ

ขนาดของเพลาและขนาดร่องลิ่ม

            หลายครั้งที่ผู้เขียนไปวัดแบบเครื่องจักรที่มีส่วนประกอบของเพลาและร่องลิ่ม จึงขอนำความรู้เกี่ยวกับเรื่องร่องลิ่มมาฝาก โดยในบทความนี้ไม่ขอลงลึกในส่วนการคำนวณ หรือสูตรต่างๆ แต่ขอยกวิธีการใช้งานมาเลย นั่นคือ เพลาขนาดเท่าไหร่ จึงจะใช้ร่องลิ่มขนาดที่สัมพันธ์กัน โดยอาศัยตารางที่แนบมานี้ หวังว่า พี่น้องชาววิศวกรออกแบบทุกท่าน คงจะออกแบบได้ง่ายขึ้น  หรือ ท่านผู้อ่านสามารถดาวน์โหลด App ไปใช้งานบนอุปกรณ์ Android กันได้ง่ายๆ เกี่ยวกับขนาดเพลาและร่องลิ่ม ราคาแอปพลิเคชั่นแค่ 13 บาท จากที่นี่  https://play.google.com/store/apps/details?id=com.appybuilder.Anuwat_Kongpan.Shaft_and_Key   สามารถแลกเปลี่ยนความรู้ทางวิศวกรรมได้ที่นี่ครับ

การออกแบบ Screw Conveyor

สกรูคอนเวย์เยอร์ คืออะไร? คาดว่าทุกท่านคงรู้จักกันดี เป็นเกลียวหมุนอยู่ในรางหรือในท่อทรงกลม เพื่อลำเลียงวัสดุบางอย่างตามที่ออกแบบคำนวณไว้ ส่วนประกอบต่างๆมีดังนี้ ประวัติของสกรูคอนเวย์เยอร์นี้ มียาวนานมาก สมัยอาร์คีมีดีส ผันน้ำตั้งแต่ก่อนเริ่มศาสนจักรไป 267 ปี เชียวนะ ( จริงๆ นะ )  มีหลายแบบ ทั้งแบบมีเพลาและไม่มีเพลา ( Ribbon ) ขึ้นอยู่กับว่าเราออกแบบเพื่อลำเลียงอะไร ข้อได้เปรียบของสกรูคอนเวย์เยอร์คือ 1.สร้างง่าย 2.น้ำหนักเบา 3.ใช้พื้นที่น้อย 4.ต้นทุนการทำงานต่ำ 5.ลำเลียงวัสดุได้หลายหลาก 6.ลำเลียงได้ทุกองศาตั้งแต่แนวราบจนถึงแนวดิ่ง ความเลวของสกรูคอนเวย์เยอร์ ( 55 ) 1.มีการสึกหรอของรางที่เสียดสีกับวัสดุ 2.วัสดุที่ลำเลียงอาจถูกกระทบโดนใบสกรู 3.ความแข็งแรงขึ้นกับวัสดุที่ขนถ่าย อาจจะใชำกำลังไฟฟ้ามากในบางกรณี Parameter ต่างๆที่เกี่ยวข้องมีดังนี้ 1.Screw Pitch คือระยะพิทช์ของใบสกรูนั่นเอง 2.RPM of screw คือ รอบการหมุนของใบสกรูลำเลียง 3.Inclination Factor ค่าแฟคเตอร์มุม หรือ ค่า C  4.Loading efficiency ค่านี้ดูได้จากวัสดุกัดกร่อนม...