طراحی قطعات پلاستیکی با رویکرد تحلیلی

در ادامه بحث طراحی و ساخت قطعات پلاستیکی به موضوع طراحی قطعات پلاستیکی با رویکرد تحلیلی و المان محدود پرداخته می شود.

روابط مهندسی سازه به طراح این امکان را می دهد که تنش ها یا کرنش هایی را که در اثر بار مکانیکی یا تغییر شکل تحمیلی محصول ایجاد می شود، تخمین بزند. نتایج چنین تجزیه و تحلیل ساختاری ، مبنای مناسبی را فراهم می کند که بر اساس آن می توان تصمیمات طراحی را اتخاذ کرد، که بسیاری از آنها به طور غریزی آشکار نیستند. تجزیه و تحلیل مهندسی تنها تخمینی از نحوه رفتار محصول تحت بار را ایجاد می کند، زیرا تعدادی از مفروضات، مانند خواص مواد، نظم شکل و شرایط مرزی، که همگی ساده سازی هستند، باید انجام شوند. علاوه بر این، روابط نظری با روش های ریاضی که اغلب شامل مفروضات بیشتر است، به دست می آیند.

فرمول‌های کلاسیک برای تنش و کرنش ساده‌ترین این تحلیل‌های ساختاری از فرمول‌های مهندسی استفاده می‌کنند که با فرض رفتار مواد همسانگرد، همگن و الاستیک به دست آمده‌اند. اگرچه بیشتر مواد پلاستیکی رفتار الاستیک خطی و همسانگرد از خود نشان نمی دهند، محاسبه برای کاربردهای تنش تک محوری و چند محوری امکان پذیر می باشد به شرطی که از روابط تنش-کرنش ویسکوالاستیک یا وابسته به زمان استفاده شود. آقای کریت این نکته را به خوبی خلاصه می کند که بیان می کند استفاده از فرمول های مهندسی برای طراحی قطعات از پلاستیک های مهندسی یک رویکرد منطقی است، اما باید با دقت انجام شود. نتایج را معمولاً می توان در مدت زمان نسبتاً کوتاهی با حداقل هزینه ایجاد کرد. طراح باید تنش ها و کرنش های حاصل از تجزیه و تحلیل سازه را بررسی کند و به دقت آن تنش ها و کرنش ها را با تنش ها و کرنش های مجاز برای مواد پلاستیکی مورد استفاده برای ساخت محصول مقایسه کند.

تجزیه و تحلیل اجزای محدود

تجزیه و تحلیل اجزای محدود استفاده از تکنیک های تحلیل سازه خطی و غیرخطی به کمک کامپیوتر، دقت، تفسیر و سرعت انجام ارزیابی های طراحی سازه را بهبود بخشیده است. رایانه ها معمولاً برای تجزیه و تحلیل مسائل طراحی سازه با استفاده از تکنیک های عددی یا اجزای محدود استفاده می شوند. در تجزیه و تحلیل المان محدود (FEA) یا تجزیه و تحلیل المان مرزی (BEA)، یک مسئله پیچیده به یک سری از مسائل فرعی مرتبط با یکدیگر تقسیم می شود که با کمک رایانه حل می شوند. این تکنیک‌های قدرتمند دهه‌ها پیش برای سازه‌های فلزی توسعه یافتند و اکنون معمولاً برای تجزیه و تحلیل رفتار ساختاری و حرارتی قطعات پلاستیکی استفاده می‌شوند. تکنیک‌های خطی FEA برای حل تنش‌ها و کرنش‌ها در شرایطی که بارها و انحراف‌ها نسبتاً کوچک هستند استفاده می‌شود. تکنیک‌های اجزای محدود همچنین می‌توانند عواملی مانند رفتار تنش-کرنش غیرخطی، رفتار تنش-کرنش وابسته به زمان/دما، ناهمسانگردی و پسماند را در نظر بگیرند. خروجی حاصل از تجزیه و تحلیل اجزای محدود می تواند طراح را از مناطقی با تنش بالقوه بالا آگاه کند و به طراح اجازه دهد تا متغیرهایی مانند شعاع گوشه، ضخامت دیواره یا محل اتصال دهنده ها را بهینه کند. FEA نیاز به آزمایش نمونه اولیه را از بین نمی برد، بلکه با ارائه یک نشانه اولیه از مناطق مشکل دار که می توانند برای آزمایش نمونه اولیه هدف قرار گیرند، از روش نمونه سازی تمجید می کند. استفاده از FEA احتمالاً تعداد تکرارهای نمونه سازی فیزیکی مورد نیاز در طول توسعه محصول را به حداقل می رساند.

 تجزیه و تحلیل المان محدود برای پیش بینی تنش ها و انحراف برای یک تیر مونتاژ گیره دار قالب گیری شده تحت یک بار متمرکز در انتهای آزاد استفاده می شود.

امروزه استفاده از نرم افزارهای المان محدود مانند نرم افزار آباکوس برای طراحی و ساخت قطعات پلاستیکی بسیار متداول است.