ахбор

nd26751326-how_to_use_fem_ansys_parameter_optimization_and_probability_design_of_ultrasonic_welding_horn

Сарсухан

Бо рушди технологияи ултрасадоӣ, истифодаи он торафт васеътар мешавад, онро барои тоза кардани зарраҳои лойи майда ва инчунин барои кафшер кардани металл ё пластикӣ истифода бурдан мумкин аст. Хусусан дар маҳсулоти пластикии имрӯза, кафшери ултрасадоӣ асосан истифода мешавад, зеро сохтори винтӣ партофта шудааст, намуди он метавонад комилтар бошад ва вазифаи гидроизоляция ва чангҷӯй низ таъмин карда шудааст. Тарроҳии шохи кафшери пластикӣ ба сифати ниҳоӣ ва иқтидори истеҳсолӣ таъсири муҳим мерасонад. Дар истеҳсоли ҳисобкунакҳои нави электрикӣ, мавҷҳои ултрасадоӣ барои пайваст кардани чеҳраи боло ва поён истифода мешаванд. Аммо, ҳангоми истифода маълум мешавад, ки баъзе шохҳо дар дастгоҳ насб карда шуда, кафидаанд ва нокомиҳои дигар дар як муддати кӯтоҳ рух медиҳанд. Баъзе шохи кафшер Меъёри нуқсонҳо баланд аст. Хатогиҳои гуногун ба истеҳсолот таъсири назаррас расонданд. Мувофиқи фаҳмиш, таъминкунандагони таҷҳизот имкониятҳои тарроҳии шохро доранд ва аксар вақт тавассути таъмири такрорӣ ба нишондиҳандаҳои тарроҳӣ ноил мешаванд. Аз ин рӯ, зарур аст, ки аз афзалиятҳои технологии худамон барои таҳияи шохаи пойдор ва усули оқилонаи тарроҳӣ истифода кунем.

2 Принсипи кафшери ултрасадоӣ

Кафшери ултрасаддии пластикӣ усули коркардест, ки омезиши термопластикаро дар ларзиши маҷбурии басомади баланд истифода мебарад ва сатҳҳои кафшерӣ ба ҳамдигар молида, обшавии ҳарорати баландсифати маҳаллиро ба вуҷуд меоранд. Барои ба даст овардани натиҷаҳои хуби кафшери ultrasonic, таҷҳизот, мавод ва параметрҳои раванд лозиманд. Дар зер сарсухани кӯтоҳ ба принсипи он оварда шудааст.

2.1 Системаи кафшери ултрасадоӣ

Тасвири 1 намуди схемавии системаи кафшер мебошад. Энергияи барқ ​​тавассути генератори сигнал ва щуввазиёдкунӣ гузаронида мешавад, то ки сигнали тағирёбандаи барқии басомади ултрасаддӣ (> 20 кГц), ки ба табдилдиҳанда (сафолҳои пьезоэлектрикӣ) дода мешавад, ҳосил шавад. Тавассути табдилдиҳанда, энергияи электрӣ ба энергияи ларзиши механикӣ табдил меёбад ва амплитудаи ларзиши механикӣ аз ҷониби шох то амплитудаи мувофиқи корӣ танзим карда мешавад ва сипас ба маводе, ки бо он тамос дорад, тавассути шох ба таври якҷоя интиқол дода мешавад. Рӯйҳои контактии ду маводи кафшерӣ ба ларзиши маҷбурии басомади баланд дучор меоянд ва гармии соишӣ обшавии ҳарорати баланди маҳаллиро ба вуҷуд меорад. Пас аз хунуккунӣ, маводҳо барои ноил шудан ба кафшер якҷоя карда мешаванд.

Дар системаи кафшер манбаи сигнал қисми занҷирест, ки дорои як занҷираи қувваи барқ ​​мебошад, ки устувории басомади он ва қобилияти гардонанда ба кори дастгоҳ таъсир мерасонад. Маводи термопластикӣ аст ва тарҳи сатҳи пайванд бояд ба назар гирад, ки чӣ гуна зуд гармӣ ва докро тавлид кунад. Барои таҳлили осони пайвастшавии ларзишҳои онҳо трансдоксерҳо, шохҳо ва шохҳоро ҳама сохторҳои механикӣ ҳисобидан мумкин аст. Дар кафшери пластикӣ ларзиши механикӣ дар шакли мавҷҳои дарозӣ интиқол дода мешавад. Чӣ гуна самаранок интиқол додани энергия ва танзим кардани амплитуда нуқтаи асосии тарроҳист.

2.2нор

Шох ҳамчун интерфейси тамос байни дастгоҳи кафшери ултрасадоӣ ва мавод хидмат мекунад. Вазифаи асосии он интиқол додани ларзиши механикии тӯлонӣ мебошад, ки вариатор ҳосил мекунад, ба мавод яксон ва самаранок интиқол медиҳад. Маводи истифодашуда одатан хӯлаи алюминийи баландсифат ё ҳатто хӯлаи титан аст. Азбаски тарроҳии масолеҳи пластикӣ хеле тағир меёбад, намуди зоҳирӣ ба куллӣ фарқ мекунад ва шох бояд мувофиқан тағир ёбад. Шакли сатҳи корӣ бояд бо мавод хуб мувофиқат кунад, то ҳангоми ларзиш ба пластикӣ осеб нарасонад; дар айни замон, басомади сахти ларзиши амудии дараҷаи аввал бояд бо басомади баромади дастгоҳи кафшер ҳамоҳанг карда шавад, вагарна энергияи ларзиш дар дохили кишвар истеъмол карда мешавад. Ҳангоми ларзиши шох, консентратсияи стрессии маҳаллӣ ба амал меояд. Чӣ гуна оптимизатсия кардани ин сохторҳои маҳаллӣ низ баррасии тарҳ аст. Ин мақола омӯхтааст, ки чӣ гуна шохаи тарроҳии ANSYS-ро барои оптимизатсияи параметрҳои тарроҳӣ ва таҳаммулпазирии истеҳсолот татбиқ кардан лозим аст.

3 тарҳи шохи кафшерӣ

Тавре ки қаблан гуфта шуд, тарроҳии шохи кафшерӣ хеле муҳим аст. Дар Чин бисёр таъминкунандагони таҷҳизоти ултрасадоӣ мавҷуданд, ки шохҳои кафшери худро истеҳсол мекунанд, аммо қисми зиёди онҳо тақлид мебошанд ва он гоҳ онҳо доимо тарошида ва санҷида мешаванд. Тавассути ин усули такрори такрорӣ, ҳамоҳангсозии шох ва басомади таҷҳизот ба даст оварда мешавад. Дар ин коғаз усули охири маҳдудро барои муайян кардани басомади ҳангоми тарроҳии шох истифода бурдан мумкин аст. Натиҷаи санҷиши шох ва хатои басомади тарроҳӣ танҳо 1% -ро ташкил медиҳад. Ҳамзамон, ин коғаз мафҳуми DFSS (Design For Six Sigma) -ро барои оптимизатсия ва тарроҳии мустаҳками шох муаррифӣ мекунад. Консепсияи тарроҳии 6-Sigma ин пурра ҷамъ овардани овози муштарӣ дар раванди тарроҳӣ барои тарроҳии мақсаднок мебошад; ва пешакӣ дида баромадани каҷравиҳои имконпазир дар раванди истеҳсолот барои таъмини тақсимоти сифати маҳсулоти ниҳоӣ дар сатҳи оқилона. Раванди тарроҳӣ дар Расми 2 нишон дода шудааст, ки аз таҳияи нишондиҳандаҳои тарҳрезӣ сар карда, сохт ва андозаи шох дар аввал тибқи таҷрибаи мавҷуда тарроҳӣ карда мешаванд. Модели параметрӣ дар ANSYS муқаррар карда шудааст ва пас модел бо усули тарроҳии таҷрибаҳои моделиронӣ (DOE) муайян карда мешавад. Параметрҳои муҳим, мувофиқи талаботи устувор, қиматро муайян мекунанд ва пас усули зерпроблемаро барои оптимизатсияи параметрҳои дигар истифода мебаранд. Бо назардошти таъсири мавод ва параметрҳои экологӣ ҳангоми истеҳсол ва истифодаи шох, он инчунин бо таҳаммулпазирӣ барои қонеъ гардонидани талаботи хароҷоти истеҳсолӣ таҳия шудааст. Ниҳоят, тарроҳии назарияи истеҳсолот, санҷиш ва санҷиш ва хатогии воқеӣ, ба нишондиҳандаҳои тарроҳии расонидашуда ҷавобгӯ бошанд. Муаррифии муфассали зерин ба қадам.

20200117113651_36685

3.1 Тарҳрезии шакли геометрӣ (таъсиси модели параметрӣ)

Тарроҳии шохи кафшеркунӣ аввал шакл ва сохтори тахминии геометрии онро муайян мекунад ва барои таҳлили минбаъда модели параметриро муқаррар мекунад. Тасвири 3 а) тарҳи шохи маъмултарини кафшерӣ мебошад, ки дар он як қатор чуқуриҳои U-шакл дар самти ларзиш дар маводи тақрибан кубоид кушода мешаванд. Андозаҳои умумӣ дарозии самтҳои X, Y ва Z мебошанд ва андозаи паҳлӯии X ва Y дар маҷмӯъ бо андозаи коркарди кафшершаванда муқоиса карда мешаванд. Дарозии Z ба дарозии нисфи мавҷи ултрасадоӣ баробар аст, зеро дар назарияи ларзиши классикӣ басомади меҳварии дараҷаи якуми ҷисми дарозшуда бо дарозии он муайян карда мешавад ва дарозии нимавҷ бо акустикӣ комилан мувофиқат мекунад басомади мавҷи. Ин тарҳ васеъ карда шудааст. Истифода, барои паҳншавии мавҷҳои садо муфид аст. Мақсади чуқури шакли U кам кардани талафи ларзиши паҳлӯии шох мебошад. Мавқеъ, андоза ва рақам аз рӯи андозаи умумии шох муайян карда мешавад. Дидан мумкин аст, ки дар ин тарҳ параметрҳои камтаре мавҷуданд, ки онҳоро озодона танзим кардан мумкин аст, аз ин рӯ мо дар ин замина беҳбудиҳо кардем. Тасвири 3 б) як шохи нав таҳияшуда мебошад, ки нисбат ба тарҳи анъанавӣ як параметри андозаи дигартар дорад: радиуси камони берунӣ R. Ғайр аз ин, чуқурӣ дар сатҳи кории шох канда шудааст, то бо сатҳи коркарди пластикӣ ҳамкорӣ кунад, ки барои интиқоли энергияи ларзиш ва муҳофизат кардани ҷои кор аз вайроншавӣ муфид аст. Ин модел мунтазам дар ANSYS параметрӣ ва баъд тарҳи таҷрибавии навбатӣ моделонида мешавад.

3.2 Тарҳрезии таҷрибавии DOE (муайян кардани параметрҳои муҳим)

DFSS барои ҳалли масъалаҳои амалии муҳандисӣ сохта шудааст. Он аз паи такомул нест, балки муассир ва устувор аст. Он ғояи 6-Sigma -ро таҷассум намуда, зиддияти асосиро дар бар мегирад ва аз «99,97%» даст мекашад, дар ҳоле, ки тарҳ ба тағйирёбии муҳити атроф хеле тобовар аст. Аз ин рӯ, пеш аз оне, ки оптимизатсияи параметрҳои мақсаднок гузаронида шавад, пеш аз он бояд санҷида шуда, андозаи ба сохтор таъсири муҳим дошта интихоб карда шавад ва арзишҳои онҳо мувофиқи принсипи устуворӣ муайян карда шаванд.

3.2.1 Танзими параметрҳои DOE ва DOE

Параметрҳои тарроҳӣ шакли шох ва мавқеи андозаи чуқури U-шаклдор ва ғайра мебошанд, ки дар маҷмӯъ ҳашт мебошанд. Параметри мақсаднок басомади ларзишии дараҷаи аввал аст, зеро он ба кафшер таъсири аз ҳама калонтар мерасонад ва шиддати максималии консентратсия ва фарқияти амплитудаи сатҳи корӣ ҳамчун тағирёбандаҳои ҳолат маҳдуд аст. Бо такя ба таҷриба, тахмин мезананд, ки таъсири параметрҳо ба натиҷаҳо хатӣ аст, аз ин рӯ ҳар як омил танҳо ба ду сатҳҳои баланд ва паст муқаррар карда мешавад. Рӯйхати параметрҳо ва номҳои мувофиқ чунинанд.

DOE дар ANSYS бо истифода аз модели параметрии қаблан муқарраршуда иҷро карда мешавад. Бо сабаби маҳдудиятҳои нармафзор, DOE full-factor метавонад танҳо то 7 параметрро истифода барад, дар ҳоле ки модел дорои 8 параметр мебошад ва таҳлили ANSYS натиҷаҳои DOE ба монанди нармафзори касбии 6-sigma фарогир нест ва наметавонад бо ҳамкорӣ муносибат кунад. Аз ин рӯ, мо APDL-ро барои навиштани ҳалқаи DOE барои ҳисоб кардан ва баровардани натиҷаҳои барнома истифода мебарем ва пас маълумотро барои таҳлил ба Minitab мегузорем.

3.2.2 Таҳлили натиҷаҳои DOE

Таҳлили DOE Minitab дар расми 4 нишон дода шудааст ва таҳлили омилҳои таъсиррасон ва таҳлили ҳамкориҳоро дар бар мегирад. Таҳлили омили таъсиррасонии асосӣ барои муайян кардани он, ки кадом тағирёбандаҳои тарроҳӣ ба тағирёбандаи ҳадаф бештар таъсир мерасонанд ва бо ин нишон медиҳанд, ки тағирёбандаҳои муҳими тарроҳӣ истифода мешаванд. Сипас ҳамкории байни омилҳоро таҳлил карда, сатҳи омилҳоро муайян ва дараҷаи пайвастшавии тағирёбандаҳои тарҳрезиро коҳиш медиҳад. Дараҷаи тағирёбии омилҳои дигарро ҳангоми муқоисаи баланд ё паст муқоиса кунед. Мувофиқи аксиомаи мустақил, тарҳи оптималӣ бо ҳам пайваст карда намешавад, аз ин рӯ сатҳеро интихоб кунед, ки камтар тағирёбанда бошад.

Натиҷаҳои таҳлили шохи кафшерӣ дар ин коғаз чунинанд: параметрҳои муҳими тарроҳӣ радиуси камони беруна ва паҳнои сурохии шох мебошанд. Сатҳи ҳарду параметр "баланд" аст, яъне радиус дар DOE арзиши калонтар мегирад ва паҳнои чуқурӣ низ арзиши калонтар мегирад. Параметрҳои муҳим ва арзишҳои онҳо муайян карда шуданд ва сипас якчанд параметрҳои дигар барои оптимизатсияи тарҳрезӣ дар ANSYS барои танзими басомади шох ба басомади кори дастгоҳи кафшерӣ истифода шуданд. Раванди оптимизатсия чунин аст.

3.3 Оптимизатсияи параметрҳои мақсаднок (басомади шох)

Танзимоти параметрҳои оптимизатсияи тарҳрезӣ ба танзимоти DOE монанданд. Тафовут дар он аст, ки қиматҳои ду параметрҳои муҳим муайян карда шудаанд ва се параметрҳои дигар бо хосиятҳои моддӣ алоқаманданд, ки ҳамчун садо ҳисобида мешаванд ва онҳоро оптимизатсия кардан ғайриимкон аст. Се параметрҳои боқимонда, ки метавонанд танзим карда шаванд, ин мавқеи меҳварии слот, дарозӣ ва паҳнои шох мебошанд. Оптимизатсия дар ANSYS усули тақризии зерпроблемаро истифода мебарад, ки дар масъалаҳои муҳандисӣ усули васеъ истифода мешавад ва раванди мушаххас бароварда намешавад.

Бояд қайд кард, ки истифодаи басомад ҳамчун тағирёбандаи ҳадаф малакаи каме дар амалро талаб мекунад. Азбаски параметрҳои тарроҳӣ ва диапазони васеъ мавҷуданд, ҳолатҳои ларзиши шох дар доираи басомади таваҷҷӯҳ зиёданд. Агар натиҷаи таҳлили модалиро мустақиман истифода баранд, ёфтани режими меҳварии дараҷаи аввал душвор аст, зеро пайдарпайии пайдарпайи модалӣ ҳангоми тағирёбии параметрҳо метавонад рух диҳад, яъне тартиботи басомади табиии ба режими аввал мувофиқбуда. Аз ин рӯ, ин коғаз аввал таҳлили модалиро қабул мекунад ва сипас усули суперпозицияи модалиро барои ба даст овардани каҷи аксуламали басомад истифода мебарад. Бо ёфтани арзиши авҷи каҷи аксуламали басомад, он метавонад басомади мувофиқро таъмин кунад. Ин дар раванди оптимизатсияи автоматӣ хеле муҳим аст ва зарурати дастӣ муайян кардани модалиро аз байн мебарад.

Пас аз ба охир расидани оптимизатсия, басомади кории тарроҳӣ метавонад ба басомади ҳадаф хеле наздик бошад ва хатогӣ аз арзиши таҳаммулпазирии дар оптимизатсия пешбинишуда камтар бошад. Дар ин лаҳза, тарҳи шох асосан муайян карда мешавад ва пас таҳаммулпазирии истеҳсолӣ барои тарроҳии истеҳсолот.

20200117113652_29938

3.4 Тарҳрезии таҳаммулпазирӣ

Тарҳи умумии сохторӣ пас аз муайян кардани ҳамаи параметрҳои тарроҳӣ ба анҷом мерасад, аммо барои мушкилоти муҳандисӣ, бахусус ҳангоми баррасии арзиши истеҳсоли оммавӣ, тарҳи таҳаммулпазирӣ муҳим аст. Арзиши дақиқии паст низ коҳиш меёбад, аммо қобилияти қонеъ сохтани ченакҳои тарроҳӣ ҳисобҳои омориро барои ҳисобҳои миқдорӣ талаб мекунад. Системаи тарроҳии эҳтимолияти PDS дар ANSYS метавонад муносибати байни таҳаммулпазирии параметри тарроҳӣ ва таҳаммулпазирии параметри мақсадро беҳтар таҳлил кунад ва файлҳои пурраи марбут ба ҳисоботро тавлид кунад.

3.4.1 Танзимоти параметрҳои PDS ва ҳисобҳо

Мувофиқи идеяи DFSS, таҳлили таҳаммулпазирӣ бояд аз рӯи параметрҳои муҳими тарҳрезӣ карда шавад ва дигар таҳаммулпазирии умумиро ба таври эмпирикӣ муайян кардан мумкин аст. Вазъият дар ин коғаз хеле махсус аст, зеро мувофиқи қобилияти коркард, таҳаммулпазирии истеҳсолии параметрҳои тарроҳии геометрӣ хеле хурд аст ва ба басомади ниҳоии шох кам таъсир мерасонад; дар ҳоле ки параметрҳои ашёи хом аз ҳисоби таъминкунандагон ба куллӣ фарқ мекунанд ва нархи ашёи хом беш аз 80% хароҷоти коркарди шохро ташкил медиҳад. Аз ин рӯ, барои хосиятҳои моддӣ бояд миқдори оқилонаи таҳаммулпазирӣ муқаррар карда шавад. Хусусиятҳои моддии дахлдор дар инҷо зичӣ, модули чандирӣ ва суръати паҳншавии мавҷи овоз мебошанд.

Таҳлили таҳаммулпазирӣ моделиронии тасодуфии Монте Карлоро дар ANSYS истифода бурда, усули лотинии Hypercube -ро интихоб мекунад, зеро он метавонад тақсимоти нуқтаҳои интихобро якранг ва оқилона кунад ва таносуби беҳтарро бо нуқтаҳои камтар ба даст орад. Ин коғаз 30 нуқтаро муқаррар мекунад. Фарз мекунем, ки таҳаммулпазирии се параметри моддӣ аз рӯи Гаусс тақсим карда мешавад, дар аввал лимити болоӣ ва поёнӣ дода, сипас дар ANSYS ҳисоб карда мешавад.

3.4.2 Таҳлили натиҷаҳои PDS

Тавассути ҳисобкунии PDS, қиматҳои мақсадноки тағирёбанда, ки ба 30 нуқтаи интихоб мувофиқанд, дода мешаванд. Тақсимоти тағирёбандаҳои мақсаднок номаълум аст. Параметрҳо бо истифодаи нармафзори Minitab дубора насб карда мешаванд ва басомад асосан мувофиқи тақсимоти оддӣ тақсим карда мешавад. Ин назарияи омории таҳлили таҳаммулпазириро таъмин мекунад.

Ҳисобкунии PDS формулаи мувофиқро аз тағирёбандаи тарроҳӣ то тавсеаи таҳаммулпазирии тағирёбандаи ҳадаф медиҳад: дар он ҷо y тағирёбандаи ҳадаф, х тағирёбандаи тарҳ, c коэффитсиенти таносуб ва i шумораи тағирёбанда.

Тибқи ин, таҳаммулпазирии ҳадаф метавонад ба ҳар як тағирёбандаи тарҳ таъин карда шавад, то вазифаи тарҳи таҳаммулпазириро иҷро кунад.

3.5 Санҷиши таҷрибавӣ

Қисми пеш раванди тарроҳии тамоми шохи кафшерӣ мебошад. Пас аз ба итмом расидан, ашёи хом тибқи таҳаммулпазирии моддии тарҳрезишуда харидорӣ карда мешавад ва сипас ба истеҳсолот интиқол дода мешавад. Санҷиши басомади ва модалӣ пас аз ба анҷом расидани истеҳсолот анҷом дода мешавад ва усули санҷиши истифодашуда усули озмоиши снайперҳо соддатарин ва самарабахштарин мебошад. Азбаски индекси нигаронидашаванда басомади модалии тартиби якум мебошад, сенсори суръатфизо ба сатҳи корӣ часпонида мешавад ва нӯги дигараш ба самти меҳвар зарба мезанад ва басомади воқеии шохро тавассути таҳлили спектралӣ ба даст овардан мумкин аст. Натиҷаи моделиронии тарҳ 14925 Гц, натиҷаи санҷиш 14954 Гц, ҳалли басомад 16 Гц ва хатогии максималӣ камтар аз 1% мебошад. Мушоҳида мешавад, ки дақиқии симулятсияи ниҳоӣ дар ҳисоби модалӣ хеле баланд аст.

Пас аз гузаштан аз озмоиши таҷрибавӣ, шох дар дастгоҳи кафшери ултрасадоӣ ба истеҳсол ва васлкунӣ гузошта мешавад. Вазъи реаксия хуб аст. Кор дар тӯли зиёда аз ним сол мӯътадил буд ва сатҳи тахассусии кафшергарон баланд аст, ки аз мӯҳлати хидмати се моҳаи ваъдаи истеҳсолкунандаи таҷҳизоти умумӣ гузаштааст. Ин нишон медиҳад, ки тарроҳӣ бомуваффақият аст ва раванди истеҳсолот борҳо тағир дода нашудааст ва вақт ва қувваи корӣ сарфа карда мешавад.

4 Хулоса

Ин коғаз аз принсипи кафшери ултрасадоӣ оғоз ёфта, диққати техникии кафшерро амиқ дарк мекунад ва консепсияи тарроҳии шохи навро пешниҳод мекунад. Пас функсияи тавонои симулятсияи унсури маҳдудро барои таҳлили тарроҳӣ истифода баред ва идеяи тарроҳии 6-Sigma -и DFSS-ро истифода баред ва параметрҳои муҳими тарроҳиро тавассути тарҳи таҷрибавии ANSYS DOE ва таҳлили таҳаммулпазирии PDS назорат кунед, то тарҳи мустаҳкамро ба даст оред. Ниҳоят, шох як маротиба бомуваффақият истеҳсол карда шуд ва тарроҳӣ аз рӯи озмоиши басомади таҷрибавӣ ва санҷиши воқеии истеҳсолот оқилона буд. Он инчунин исбот мекунад, ки ин маҷмӯи усулҳои тарроҳӣ имконпазир ва самарабахш аст.


Вақти фиристодан: ноябри-04-2020