شبیه سازی سقوط آزاد یک سنگ یک کیلوگرمی با نرم افزار Adams

بهترین راه برای شروع یادگیری یک نرم افزار مهندسی جدید، انجام مثال های ساده است. به خصوص در مورد نرم افزار سختی مثل آدامز که جزو نرم افزارهای تحلیلی است. و مهندسان مکانیک به خصوص دانشجویان این رشته، رغبت کمتری برای یادگیری این نرم افزار دارند.

این در حالیست که قوی ترین نرم افزار تحلیل دینامیکی، نرم افزار Adams است. و در صنایع پیشرفته کاربرد فراوان دارد. به عنوان نمونه شرکت مپنا در ایران که از پیشرفته ترین و صنعتی ترین شرکت هاست، مهندسان مکانیک زیادی را که مسلط به نرم افزار هستند جذب کرده است.

مهندسان مکانیکی که به نرم افزار تحلیل دینامیکی Adams مسلط هستند، قادر به انجام پروژه های صنعتی زیادی هستند که باید تحلیل دینامیکی شوند. بنابراین برای شروع کار با نرم افزار Adams یک پروژه ی بسیار ساده را به طور صفر تا صد در این مقاله آموزش می دهیم.

سقوط آزاد یک سنگ!

یادگیری نرم افزار Adams را با ساده ترین مسئله مهندسی مکانیک یعنی سقوط آزاد یک سنگ شروع کنید!

صورت مسئله بدین شکل است:

یک سنگ یک کیلوگرمی از حال سکون رها می شود و تحت نیروی گرانش سقوط می کند. پس از یک ثانیه مقدار جا به جا چقدر است؟

خب در ابتدا این مسئله ساده را با استفاده از روابط دینامیک حل میکنیم

در سقوط آزاد، مقدار جا به جایی یک جسم از رابطه زیر بدست می آید:

جرم جسم یک کیلوگرم و شتاب گرانش 9810 میلی متر بر مجذور ثانیه می باشد. با جایگذاری این مقادیر در فرمول، جا به جایی سنگ برابر می شود با 4903- میلی متر

حال وارد نرم افزار Adams می شویم. روند نصب نرم افزار Adams را در این مقاله توضیح داده شده است. پس از اجرای نرم افزار با پیام خوش آمد گویی مواجه می شویم!

مدلسازی

قصد داریم یک مدل جدید ایجاد کنیم بنابر این روی گزینه ی New Model کلیک می کنیم. برای پروژه ای که میخواهیم انجام دهیم اسم میگذاریم به عنوان مثال Falling_stone یا سنگ در حال سقوط!

همچنین در این پنجره باید واحد ها مشخص شوند که همین حالت پیش فرض مناسب است و تغییر نمی دهیم.
در حالت پیش فرض:

• نرم افزار برای طول واحد میلی متر
• جرم، کیلوگرم
• نیرو، نیوتن
• زاویه، درجه
• و در آخر برای زمان، ثانیه را در نظر می گیرد.

با کلیک روی گزینه ی ok وارد محیط Adams/View می شویم. در این محیط برای مدلسازی سنگمون از ابزار Sphere استفاده میکنیم و یک کره ایجاد میکنیم. برای ایجاد یک کره مطابق شکل زیر از زبانه ی Bodies، قسمت Solids روی ابزار Sphere کلیک می کنیم.

حال در قسمت چپ محیط نرم افزار، تنظیمات مربوط به عضو جدیدی که قراره مدل کنیم باز می شود. این کره به عنوان یک جسم جدید قرار است که مدلسازی شود بنابراین روی گزینه ی New Part انتخاب می کنیم. و سپس بایستی مقدار شعاع کره مشخص شود که ما عدد 50 را وارد میکنیم. وقتی واحدی نوشته نمی شود، نرم افزار به طور خودکار متوجه می شود که واحد بر حسب میلی متر است. چون در ابتدا تعریف کرده بودیم که واحد طول بر حسب میلی متر باشد. اما اگر به عنوان مثال می خواستیم واحد را بر حسب سانتی متر وارد کنیم،  بایستی حتما به شکل 5cm وارد می کردیم.

نرم افزار از ما محل قرارگیری کره را سوال میکند. ما در صفحه ی کاری روی مرکز مختصات کلیک میکنیم تا مدل کروی شکل در مختصات (0,0,0) ایجاد شود.

تعیین مشخصات جرمی عضو ایجاد شده

خب بدین ترتیب سنگ کروی شکل ما در نرم افزار Adams مدلسازی شد. حال چطور مقدار جرم مشخص شود؟ طبق صورت مسئله باید مقدار جرم یک کیلوگرم باشد.
برای تعیین جرم و سایر خواص ممان اینرسی هر عضوی که در نرم افزار Adams مدل شده است طبق روند زیر عمل میکنیم:

• کلیک راست روی عضو مورد نظر
• پیدا کردن نام عضو از بین گزینه ها که به عنوان مثال در این مورد روی  Part: PART_2 می رویم و از بین گزینه های روبروش، Modify را انتخاب می کنیم
• با کلیک روی Modify پنجره ای باز می شود که در این پنجره در قسمت Define Mass by، روی حالت User Input کلیک می کنیم.

در قسمت پایین پنجره تمام مشخصات جرمی و ممان اینرسی قابل تغییر می شود و میتوان عدد 1 را روبروی Mass تایپ کرد تا جرم گوی یک کیلوگرم شود.

شبیه سازی

قبل از شبیه سازی باید نموداری که قصد داریم بدست بیاوریم را ایجاد کنیم. ما هدف از این مسئله بدست آوردن مقدار جا به جایی بر حسب زمان است. روی سنگمون کلیک راست میکنیم! از بین گزینه روی Measure کلیک می کنیم. چون قراره چیزی اندازه گیری شود!

در پنجره ای که باز شد، ابتدا برای اندازه گیری اسم انتخاب می کنیم و Displacement  را وارد می کنیم. حال چه چیزی قرار است اندازه گیری شود ؟ موقعیت مرکز جرم!

پس CM Position را انتخاب می کنیم.

حال موقیت مرکز جرم در راستای چه محوری اندازه گیری شود؟

محور y چون هنگامی که شبیه سازی انجام شود، سنگ تحت اثر نیروی گرانش در راستای محور y سقوط می کند.چنانچه روی ok کلیک کنیم یک نمودار خالی در صفحه کاری ایجاد می شود

دلیل خالی بودن این پنجره این است که هنوز شبیه سازی ای انجام نشده. با انجام شبیه سازی، نمودار هم کامل می شود.

برای شبیه سازی از زبانه ی Simulation، قسمت Simulate روی Run an Interactive Simulation کلیک می کنیم.

پنجره ی شبیه سازی ظاهر می شود که در این پنجره باید زمان شبیه سازی و همچنین تعداد Step های شبیه سازی مشخص شوند. برای مدت زمان شبیه سازی عدد یک ثانیه و تعداد Step را 50 وارد می کنیم. با کلیک روی دکمه ی Play شبیه سازی انجام می شود و نمودار موقعیت مرکز جرم بر حسب زمان رسم می شود.

تحلیل

برای تحلیل بهتر نمودار، روی آن کلیک راست می کنیم و گزینه ی Transfer to full plot را انتخاب می کنیم تا وارد محیط Adams Postprocessor شویم.

در این محیط چنانچه گزینه ی plot Tracking را از بالای نمودار انتخاب کنیم و نشانگر ماوس را در انتهای مسیر نمودار قرار دهیم، مشاهده میکنیم که در زمان 1 ثانیه مقدار جا به جایی 493.327- میلی متر است. بنابراین با درصد خطای خیلی خیلی ناچیز سقوط آزاد یک سنگ یک کیلوگرمی را در نرم افزار Adams تحلیل دینامیکی کردیم.

این تمرین یکی از تمرین های اولین بخش از آموزش مقدماتی نرم افزار Adams است که توسط فرامکانیک ضبط شده است. از مهم ترین ویژگی های بسته ی آموزش مقدماتی نرم افزار Adams، کاربردی بودن آن است که تمام آموزش ها حین انجام پروژه ها و مسائل مختلف انجام می شود. بعد از هر بخش آموزشی، تمرین هایی برای تسلط بیشتر در این پکیج آموزشی درنظر گرفته شده است.

برای دیدن آموزش کامل این تمرین ساده، ویدئوی زیر را مشاهده کنید: