Korszerű eszközök és szoftverek az oktatás és kutatás szolgálatában a Műszaki Mechanikai Tanszéken
 |
| Forgácsképződés modellezése ABAQUS-ban |
A végeselemes módszeren alapuló numerikus számítások és szimulációk a mérnöki tervezőmunka szerves részét képezik. A kereskedelmi forgalomban számos végeselemes szoftver érhető el, melyek alaptudása gyakorlatilag azonos, a legfőbb különbség abban jelentkezik, hogy az összetettebb nemlineáris feladatok megoldására milyen lehetőségeket kínálnak. Az ABAQUS végeselemes szoftver első kiadása a 70-es évek végén jelent meg. A kutatók körében a szoftver rendkívül kedvelt, hiszen lehetőséget biztosít arra, hogy szubrutinok segítségével a numerikus számítás és modell egyes elemeit kicserélhessük, akár saját fejlesztésű anyagmodelleket is használhatunk. Emellett fontos kiemelni, hogy a nemlineáris számítások esetén igencsak elterjedt az ipari világban is. Több nagyvállalat is az ABAQUS szoftver segítségével szimulál például gépjármű ütközési teszteket. Számos összetett jelenség végeselemes szimulációját végzik el nap mint nap világszerte az ABAQUS segítségével.
A Műszaki Mechanikai Tanszék az utóbbi években vásárolt a szoftverből oktatási, kutatási és ipari örökös licenszeket is, aminek köszönhetően mind az oktatásban, mind a kutatási projektekben és az ipari munkákban is használni tudja ez a kiváló végeselemes szoftver által nyújtotta lehetőségeket.
A Műszaki Mechanikai Tanszék pár éve egy nagyobb beruházás keretében olyan nagyteljesítményű gyorskamerát vásárolt, mellyel akár 750 000 képkockát is rögzíthetünk másodpercenként színesben. A kamerát elsősorban forgácsolási folyamatoknál jelentkező szerszámrezgések vizsgálatára használta a tanszék, de számos szakdolgozat és diplomaterv esetén is segítette a hallgatók munkáját. Több tudományos publikáció is született, melyben közölt eredmények a nagysebességű kamerás felvételeknek köszönhetőek.
A mozgásfelvétel (motion capturing, mocap) egy olyan speciális eljárás melynek segítségével különböző testek (tárgyak, emberek) térbeli mozgáspályáit tudjuk rögzíteni. A technika széles körben elterjedt a film és szórakoztatóiparban illetve biomechanikai, orvosi és sporttal kapcsolatos kutatások, fejlesztések során. A módszer ezen felül klasszikus ipari alkalmazásokban pl.: robottechnikában is jól felhasználható. Az eredményül kapott mozgáspályák felhasználása rendkívül széleskörű. A mérés lehet, akár egy látványos animáció alapja, vagy egy akadémiai kutatás legfontosabb mérése. Az Optitrack rendszer alapvetően passzív markerek segítségével alkalmas mozgások felvételére.
A Műszaki Mechanikai tanszéken rendelkezésre álló rendszer 12 darab Prime 13 típusú kamerából áll (melyből 4 széles látószögű) követi a testre/ tárgyra helyezett markerek térbeli helyzetét. Az így rögzített adatsorokat egy speciális szoftver - Motive - segítségével készítjük elő további feldolgozásra, elemzésre. Kamerarendszerünk szabadon telepíthető kül- és beltérben egyaránt. Előfordulhat, hogy a kamerák nem képesek kellő infravörös fényt kibocsátani, akkor képesek vagyunk a passzív markerek helyett aktív fényt kibocsátó markereket használni. Ezen aktív markerek felhasználásával a rendszert könnyedén tudjuk szinkronizálni más mérőrendszerrel.
A rendszerünk kihasználtsága rendkívül széleskörű, hisz az emberi egyensúlyozással kapcsolatos akadémiai kutatásunkon túl a rendszerrel végzett mérések már több tucat TDK, szakdolgozat, diplomamunka alapját képezték. További ipai fejlesztési munkába is bekapcsolódtunk már az Optitrack rendszer használatával.
CNC marógép
A Műszaki Mechanikai Tanszékre érkezett CNC marógép sok területen fellendítette a tanszék kutatását. A mechanikai és matematikai modelleken alapuló elméleti eredményeket a gép segítségével közel valós ipari környezetben is tudjuk validálni, alkalmazni. A szerszámgéprezgéseknél fontos szerepet játszó jelenségeket az eddigieknél jóval nagyobb precizitással ki tudtuk mérni, ez alapján újabb, eddig nem modellezett hatásokat is felismertünk. Ezek eredményeképpen több új téma és kutatási irány is született, ilyen például a forgácsoló erő stochasztikus tulajdonságainak feltérképezése, az erő-modellben használt feszültségi nyírósík meghatározása és a marási folyamatok során fellépő nemkívánatos rezgések pontosabb előrejelzése valamint ezáltal történő elkerülése. A mérésekhez gyakran alkalmaztunk saját magunk által fejlesztett kísérleti eszközöket, ilyen például a nagy pontosságú optikai elmozdulás szenzorunk vagy a forgó szerszám gerjesztéséhez kalibrált golyólövőnk.
A méréseket segíti egy gyorskamera-rendszer, amelyet a gép munkaterébe építhetünk, valamint erőmérő cellák, amikkel a munkadarab megmunkálása során ébredő forgácsoló erők mérhetők nagy pontossággal.
A szerszámgép a kutatás mellett az oktatásunk fejlesztéséhez is nagyban hozzájárult. A Szerszámgéprezgések tantárgy keretein belül megismerhetik a hallgatók a megmunkálási folyamatok matematikai modelljét, a forgácsolás során keletkező felületi hiba számítását, forgácsolóerő hőmérsékletfüggésének hatását, de ami fontos, hogy ezeket a jelenségeket élőben is meg tudjuk mutatni a hallgatóknak.
A Nemlineáris rezgések tantárgy keretein belül a szerszámgépen működés közben jelentkező nemlineáris jelenségeket szoktuk megmutatni, vizsgálni. Mindezek mellett projektfeladatokban, szakdolgozatokban, diplomatervekben és TDK munkák során is használtuk már a marógépet. Projektek során dolgoztak már hallgatók modális méréseken, a forgácsoló erőmérő cellák kalibrációján és mérési frekvenciatartományának kiterjesztésén, de digitalizáltak térbeli alakzatokat is háromdimenziós lézeres felületszkennelési eljárásokkal.
 |
| Marási folyamat gyorskamerás felvétele |
Photron FastCam SA5 nagysebességű kamera
A nagysebességű kamerás felvételek lehetőséget biztosítanak arra, hogy olyan jelenségeket is jobban megfigyelhessünk, melyeket szabad szemmel – a gyorsan lejátszódó folyamatnak köszönhetően – nem vagyunk képesek. Számos YouTube csatorna is létezik, ahol különböző érdekes fizikai jelenséget mutatnak be lassított felvételek segítségével.
 |
| Squash labda becsapódása és visszapattanása |
BL/KA
A cikk 2020. 06.03-án jelent meg.
Megjegyzések
Megjegyzés küldése