Vliv deformací na tolerance analysis: proč rigidní model nestačí

Tags: 3DCS | Analýzy | deformace | FEM | Simulace | Technodat | Tolerance

Ana­lý­za to­le­ran­cí je stan­dard­ní sou­čás­tí kon­strukč­ní­ho ná­vr­hu. V mnoha pří­pa­dech však pra­cu­je s před­po­kla­dem tuhé ge­o­me­t­rie. U re­ál­ných se­stav ale do­chá­zí k de­for­ma­cím, které mohou zá­sad­ně ovliv­nit vý­sled­nou geo­me­t­rii i funk­ci vý­rob­ku. Jak tento fak­tor zo­hled­nit a kdy už ri­gid­ní pří­stup ne­sta­čí? V kon­struk­č­ní praxi se to­le­ran­ce ana­ly­sis soft­ware běžně vy­u­ží­vá pro pre­dik­ci cho­vá­ní se­stav při vý­rob­ní va­ri­a­bi­li­tě.

Vý­po­čty i si­mu­la­ce vy­chá­ze­jí z roz­mě­ro­vých ře­těz­ců a de­fi­no­va­ných to­le­ran­cí jed­not­li­vých kom­po­nent. Tento pří­stup je dobře po­u­ži­tel­ný v pří­pa­dech, kdy lze jed­not­li­vé díly po­va­žo­vat za tuhé.

V řadě tech­nic­kých apli­ka­cí však tento před­po­klad ne­pla­tí.

Rozměrový řetězec v reálné sestavě

Roz­mě­ro­vý ře­tě­zec po­pi­su­je, jak se od­chyl­ky jed­not­li­vých roz­mě­rů sklá­da­jí do vý­sled­né ge­o­me­t­rie se­sta­vy. V kla­sic­kém po­je­tí se vy­hod­no­cu­je kom­bi­na­ce to­le­ran­cí a je­jich vliv na funkč­ní nebo mon­táž­ní pa­ra­me­t­ry, na­pří­klad na lí­co­vá­ní (flush & gap), vý­sled­né po­lo­hy kom­po­nent nebo funkč­ní vůle.

Ri­gid­ní model před­po­klá­dá, že ge­o­me­t­rie dílů se mění pouze vli­vem vý­rob­ních to­le­ran­cí. V re­ál­ném světě však do­chá­zí k de­for­ma­cím, které mohou být způ­so­be­ny mon­táž­ní­mi si­la­mi, kon­takt­ní­mi vazba­mi mezi díly nebo za­tí­že­ním kom­po­nent. Vý­sled­ná ge­o­me­t­rie se­sta­vy se tak může od ide­ál­ní­ho ná­vr­hu vý­znam­ně lišit.

FEM a analýza deformací

Pro ana­lý­zu de­for­ma­cí se stan­dard­ně vy­u­ží­va­jí me­to­dy ko­neč­ných prvků (FEM), které umož­ňují nu­me­ric­ky po­psat cho­vá­ní kon­struk­ce při za­tí­že­ní. FEM model po­sky­tu­je in­for­ma­ce o de­for­ma­cích, roz­lo­že­ní na­pě­tí i tu­hos­ti jed­not­li­vých částí.

Tyto vý­po­čty jsou však ob­vykle ře­še­ny od­dě­le­ně od si­mu­la­ce roz­mě­ro­vé va­ri­a­bi­li­ty, která je klí­čo­vou sou­čás­tí to­le­ran­ce ana­ly­sis. Vý­sled­kem je, že kon­struk­ční tým pra­cu­je s od­dě­le­ný­mi po­hle­dy na pro­dukt, což může vést k ne­přes­nos­tem v pre­dik­ci vý­sled­né­ho cho­vá­ní se­sta­vy.

Compliant modeling jako propojení přístupů

Tuto me­ze­ru řeší pří­stup ozna­čo­va­ný jako com­pli­ant mo­de­ling, tedy mo­de­lo­vá­ní de­for­mo­va­tel­ných se­stav. Zá­klad­ní prin­cip spo­čí­vá v tom, že jed­not­li­vé díly nejsou po­va­žo­vá­ny za do­ko­na­le tuhé, ale je­jich cho­vá­ní je ovliv­ně­no je­jich tu­hos­tí a schop­nos­tí de­for­ma­ce.
V praxi se vy­u­ží­va­jí zjed­no­du­še­né mo­de­ly vy­chá­ze­jí­cí z FEM ana­lýz, které lze ná­sled­ně vy­u­žít v rámci 3D to­le­ran­ce ana­ly­sis. De­for­ma­ce se tak stává sou­čás­tí vý­po­čtu roz­mě­ro­vé­ho ře­těz­ce a ovlivňuje vý­sled­nou geo­me­t­rii se­sta­vy.

Simulace variability s ohledem na deformace

V pro­stře­dí ná­stro­jů, jako je na­pří­klad 3DCS, to­le­ran­ce ana­ly­sis soft­ware, lze tento prin­cip vy­u­žít pro zpřes­ně­ní si­mu­la­ce cho­vá­ní se­sta­vy.

Si­mu­la­ce pak za­hr­nu­je nejen vý­rob­ní va­ri­a­bi­li­tu, ale také vliv de­for­ma­cí na vý­sled­nou ge­o­me­t­rii. Tento pří­stup umož­ňuje přes­ně­ji ana­ly­zo­vat na­pří­klad lí­co­vá­ní dílů nebo funkč­ní vůle a lépe po­cho­pit, jak se bude vý­ro­bek cho­vat v re­ál­ných pod­mín­kách.

Praktické dopady v průmyslu

Zo­hled­ně­ní de­for­ma­cí má vý­znam pře­de­vším v od­vět­vích, kde jsou kom­po­nen­ty pod­daj­né nebo kde vzni­ka­jí vý­znam­né mon­táž­ní, resp. Funkč­ní síly. V au­to­mo­bi­lo­vém prů­mys­lu jde ty­pic­ky o ka­rosář­ské díly, je­jichž de­for­ma­ce ovlivňuje vý­sled­né lí­co­vá­ní. V le­tec­tví se jedná o velké struk­tu­rál­ní celky a ve stro­jí­ren­ství o se­sta­vy, u nichž de­for­ma­ce ovliv­ňuje funkč­ní pa­ra­me­t­ry.

Zku­še­nos­ti z těch­to apli­ka­cí uka­zu­jí, že kom­bi­na­ce to­le­ran­ce ana­ly­sis a si­mu­la­ce roz­mě­ro­vé va­ri­a­bi­li­ty vý­rob­ků vede k vý­raz­ně přes­něj­ším vý­sled­kům než izo­lo­va­né pří­stu­py.

Limity a implementace

Pro­po­je­ní FEM a to­le­ran­ce ana­ly­sis není tri­vi­ál­ní úloha a vy­ža­du­je zku­še­nos­ti s in­ter­pre­ta­cí vý­sled­ků i správ­né zjed­no­du­še­ní mo­de­lů. Klí­čo­vé je iden­ti­fi­ko­vat, kde má smysl de­for­ma­ce zo­hled­nit a kde po­sta­ču­je ri­gid­ní model.

Z to­ho­to dů­vo­du se com­pli­ant mo­de­ling vy­u­ží­vá pře­de­vším u kri­tic­kých částí vý­rob­ku, kde má vliv de­for­ma­cí zá­sad­ní dopad na kva­li­tu nebo funkč­nost.

Kla­sic­ká to­le­ran­ce ana­ly­sis zů­stá­vá dů­le­ži­tým ná­stro­jem kon­strukč­ní­ho ná­vr­hu. S ros­tou­cí slo­ži­tos­tí vý­rob­ků však v řadě apli­ka­cí pře­stá­vá po­sta­čo­vat.

Kom­bi­na­ce to­le­ran­ce ana­ly­sis soft­waru, FEM a si­mu­la­ce roz­mě­ro­vé va­ri­a­bi­li­ty umož­ňuje lépe po­psat re­ál­né cho­vá­ní se­stav a zpřes­nit pre­dik­ci je­jich vý­sled­né ge­o­me­t­rie. Tento pří­stup před­sta­vu­je dů­le­ži­tý krok smě­rem k efek­tiv­něj­ší­mu ří­ze­ní kva­li­ty ve vý­ro­bě.

Kontakt

Více informací o řešení: www.technodat.eu/o-nas/partneri-technodat/tolerance-analysis-software-3dcs

Kontakt: www.technodat.eu/kontakt