Kontrollera FEM-beräkningar med töjningsgivare
Stämmer beräkningen med verkligheten?
En FEM-analys används bland annat för hållfasthetsberäkningar och visar hur en konstruktion förväntas reagera på belastning. Med töjningsgivare kan ni mäta töjningen på den verkliga komponentens yta och jämföra med beräkningen. Det ger underlag för validering av FEM-modellen och hjälper er att förstå avvikelser och utveckla konstruktionen vidare.
Varför komplettera FEM-analysen med töjningsmätning?
Finita elementmetoden, FEM, används bland annat för att beräkna deformationer och mekaniska spänningar. Resultatet bygger på antaganden om material, laster, infästningar och kontakter mellan delar.
En fysisk mätning ger möjlighet att undersöka hur väl modellen beskriver den verkliga komponenten under de provade förhållandena. Det kan vara värdefullt vid utveckling av en ny konstruktion, ändrade belastningar eller när provning och beräkning ger olika bilder.
Exempel: ett maskinfäste under belastning
Tänk er ett maskinfäste som ska bära en återkommande last. En FEM-analys visar hur fästet förväntas deformeras. Inför nästa steg vill ni kontrollera några utvalda områden på en fysisk prototyp.
1. Välj mätpunkter. Utgå från vad ni vill kontrollera och var givarna kan monteras. Dokumentera placering och mätriktning.
2. Montera givarna och kontrollera mätkedjan. Anslut dem till lämplig mätutrustning och kontrollera inställningar och nollnivå före provningen.
3. Belasta fästet. Genomför provet vid definierade belastningsnivåer och dokumentera last, infästning och temperatur.
4. Jämför resultaten. Ta fram beräknad töjning som motsvarar varje givares placering, riktning och belastningsfall.
Om värdena skiljer sig åt behöver både modellen och mätuppställningen undersökas. I det här exemplet skulle en möjlig förklaring kunna vara att infästningen rör sig mer än modellen antar.
Exemplet är illustrativt och beskriver inte ett genomfört kundprojekt.
Samma komponent, mätpunkt och riktning. F visar kraften vid ytteränden och de blå dubbelpilarna visar mätriktningen. Den vertikala delen antas vara fixerad. Schematisk illustration.
Jämför rätt sak
Samma storhet, plats och riktning
En töjningsgivare mäter lokal töjning i sin mätriktning. Jämför därför med motsvarande töjning på komponentens yta i FEM-modellen. Ett spänningsvärde eller konstruktionens maximala förskjutning är en annan storhet och kan inte jämföras direkt med givarens värde.
Ta hänsyn till mätgitterlängden
Givaren mäter ett medelvärde av töjningen över sitt aktiva mätgitter. Om töjningen varierar kraftigt inom området kan givaren visa ett lägre värde än den lokala toppen i beräkningen. Jämförelsen behöver därför ta hänsyn till givarens utbredning, särskilt nära hål, radier och andra områden med stora töjningsvariationer.
En mätriktning räcker inte alltid
En linjär givare passar när töjningen i en bestämd riktning ska kontrolleras. Om ni också behöver bestämma huvudtöjningarnas storlek och riktning i ytan kan en treaxlig rosett användas. Den mäter i tre riktningar i ytan och ger underlag för den beräkningen.
Samma förutsättningar för prov och modell
Last, infästning, temperatur och referenstillstånd behöver stämma överens eller hanteras i jämförelsen. Även givarens montering, kablage och mätutrustning påverkar resultatet.
När resultaten jämförs behöver även mätosäkerheten och modellens förenklingar vägas in.
En god överensstämmelse stärker tilltron till modellen för de mätpunkter och belastningsfall som har undersökts.
Välj givare efter mätuppgiften
För en användbar jämförelse behöver givaren passa både komponenten och provningen. Mätgitterlängd, mätriktningar, materialets värmeutvidgning, temperatur och tillgänglig monteringsyta är några av faktorerna som styr valet. Lim, skydd och kablage behöver också anpassas till miljön.
Telac Measurement erbjuder töjningsgivare från Kyowa, bland annat linjära givare och rosetter. Vi hjälper er att välja givare, tillbehör och lämplig mätutrustning för uppgiften.
