Tạo phép đo thể tích chính xác trong 5 bước đơn giản
Trong blog này, tôi sẽ chỉ cho bạn cách xác định được mức một thể tích chất lỏng cụ thể sẽ đạt tới bên trong một bình chứa, và theo sau đó là một kỹ thuật trong thiết kế để tạo ra một vạch đánh dấu mực chất lỏng. Tôi sẽ sử dụng lệnh Intersect để tạo ra một khối chất lỏng, một cảm biến để ghi lại thể tích của khối chất lỏng đó, sau đó là một nghiên cứu thiết kế để đưa mức thể tích đến chính xác vị trí mong muốn. Kết quả sẽ trông như Hình 1 và chúng ta sẽ áp dụng các bước sau:
Tạo mặt phẳng cho mực chất lỏng
Tạo khối chất lỏng
Tạo cảm biến theo dõi thể tích chất lỏng
Tạo một nghiên cứu thiết kế để tối ưu hóa thể tích của chất lỏng
Tạo vạch đánh dấu mực chất lỏng
Hình 1: Bình chứa chất lỏng với các vạch đo thể tích
Bước 1: Tạo mặt phẳng cho mực chất lỏng.
Bước đầu tiên là ta sẽ tạo một mặt phẳng để biểu thị mực chất lỏng. Chiều cao của mực chất lỏng tại thời điểm này không quan trọng, miễn sao nó có giao với bình chứa. Hình 2 thể hiện mặt phẳng được tạo cho vạch đánh dấu mực chất lỏng ở thể tích 250 mL. Mặt phẳng này song song với đáy của bình chứa và có một khoảng cách nhất định so với đáy để nó có thể giao nhau với bình chứa.
Hình 2: Trình quản lý PropertyManager của chức năng Reference Plane đang tạo ra một mặt phẳng song song với đáy bình chứa ở một khoảng cách nhất định.
Bước 2: Tạo khối chất lỏng.
Bằng cách sử dụng lệnh Intersect, ta có thể tạo ra một khối thể hiện thể tích chất lỏng từ vùng không gian trống nằm giữa bình chứa và mặt phẳng vừa tạo. Hình 3 thể hiện PropertyManager của lệnh Intersect đang được sử dụng để tạo một khối vật thể biểu diễn thể tích của chất lỏng. Tôi đã đổi tên khối này thành "250mL Fluid" để tiện hơn cho việc sử dụng.
Hình 3: PropertyManager của lệnh Intersect tạo ra khối chất lỏng trong vùng không gian nằm giữa mặt phẳng tham chiếu và bình chứa.
Bước 3: Tạo cảm biến theo dõi thể tích chất lỏng.
Bước tiếp theo là tạo một cảm biến theo dõi thể tích chất lỏng của khối vật thể vừa mới tạo. Hình 4 thể hiện PropertyManager của công cụ cảm biến. Loại cảm biến ở đây được đặt thành Mass Properties và loại tính chất mà nó đang theo dõi là Volume (Thể tích). Khối vật thể “250mL Fluid" được chọn cho quá trình cảm biến.
Hình 4: PropertyManager của lệnh cảm biến tạo ra một cảm biến thể tích trên khối vật thể đại diện cho thể tích chất lỏng.
Cảm biến này sẽ cho phép ta liên tục theo dõi thể tích của khối vật thể được chọn từ design tree của trình quản lý (Hình 5) và sử dụng nó như là một mục tiêu hoặc một ràng buộc trong nghiên cứu thiết kế.
Hình 5: Cảm biến theo dõi thể tích của khối chất lỏng và hiển thị thông số trong design tree của trình quản lý
Bước 4: Tạo một nghiên cứu thiết kế để tối ưu hóa thể tích của chất lỏng.
Các nghiên cứu thiết kế trong SOLIDWORKS cho phép kiểm soát một biến và quan sát hoặc tối ưu hóa giá trị cảm biến. Trong ví dụ này, độ cao của mực chất lỏng hoặc khoảng cách giữa mặt phẳng tham chiếu và mặt đáy của bình chứa sẽ liên tục được thay đổi và kiểm tra cho tới khi cảm biến thể tích đưa ra giá trị chính xác 250 mL.
Nếu bạn có license SIMULATION PROFESSIONAL, khi đó bên trong nghiên cứu thiết kế sẽ có một nút Optimization cho phép nhập vào một khoảng các biến thao tác và SOLIDWORKS sẽ tự động tìm ra giá trị tối ưu cho bài toán. Hình 6 biểu thị nghiên cứu thiết kế được thiết lập bằng cách sử dụng Optimization trong đó mặt phẳng Fluid Head được đặt trong khoảng từ 15mm đến 19mm với mục tiêu bài toán là để ta có thể đạt được giá trị thể tích khối chất lỏng càng gần với giá trị 0,25L càng tốt.
Hình 6: Nghiên cứu thiết kế được thiết lập để tối ưu hoá cho giá trị Thể tích 250mL
Sau khi nhấn Run, SOLIDWORKS sẽ thay đổi biến thao tác thành các giá trị tối thiểu, tối đa, và trung bình để hiểu được cách cảm biến phản ứng với biến thao tác này. Sau đó, chương trình sẽ dự đoán một giá trị tối ưu và hiển thị kết quả như trong Hình 7.
Hình 7: Kết quả của bài toán tối ưu hoá nghiên cứu thiết kế cho giá trị Thể tích 250mL
Điều này sẽ đặt mặt phẳng ở một mức hoàn hảo cho lượng thể tích chất lỏng mong muốn và sau đó ta có thể bắt đầu phác thảo trên mặt phẳng này. Ngược lại, ta cũng có thể phác thảo trên mặt trên của khối vật thể biểu diễn thể tích chất lỏng vì cả hai mặt phẳng này trùng với nhau.
Nếu bạn không có license SIMULATION PROFESSIONAL, bạn vẫn có thể thiết lập một nghiên cứu thiết kế. Tuy nhiên bạn sẽ phải thao tác thủ công hơn một chút. Nếu không có cài đặt tối ưu hóa, biến thao tác vẫn có thể thay đổi được trong một khoảng, tuy nhiên bạn sẽ phải thực hiện từng step size một. Đối với vạch mức 500 mL, giá trị được đặt thay đổi trong khoảng từ 25mm-35mm với step size 0,25mm cho tổng cộng 41 trường hợp như được thể hiện trong Hình 8. Cảm biến thể tích được thiết lập như một ràng buộc và giá trị sẽ liên tục được theo dõi.
Hình 8: Nghiên cứu thiết kế KHÔNG-TỐI ƯU để tìm ra độ cao của mực nước cho khối chất lỏng có thể tích 500mL
Vì có tới tận 41 trường hợp, nên ta sẽ mất thời gian gấp 10 lần so với nghiên cứu tối ưu hóa, nhưng may mắn là thời gian xây dựng lại mô hình chỉ dưới một giây, do đó toàn bộ nghiên cứu thiết kế chỉ mất khoảng 15 giây để chạy. Từ kết quả trong Hình 9, chúng ta có thể thấy nửa lít thể tích có thể đạt được khi độ cao mực chất lỏng nằm trong khoảng 30,5mm đến 30,75mm.
Hình 9: Kết quả của nghiên cứu thiết kế cho chiều cao mực chất lỏng khi thể tích khối chất lỏng là nửa lít.
Đây không phải là một giá trị chính xác, vì vậy quá trình cần phải được lặp đi lặp lại cho đến khi đạt được tới độ chính xác mong muốn. Khi thực hiện thêm một nghiên cứu Thiết kế trong khoảng 30,5mm đến 30,75mm với step size là 0,05mm, ta thấy thể tích khối chất lỏng đạt 0,5L khi độ cao mực chất lỏng là 30,7mm (Hình 10).
Hình 10: Lần thử nghiệm thứ 2 cho nghiên cứu thiết kế của khối chất lỏng có thể tích nửa lít
Bước 5. Tạo vạch đánh dấu mực chất lỏng.
Có nhiều cách để tạo ra vạch đánh dấu này. Phương pháp được chọn còn tuỳ thuộc vào quy trình sản xuất của bạn.
Bình chứa của ta được đúc bằng silicone, do đó sản phẩm này sẽ có đủ độ linh hoạt để có thể được bóc ra quanh vết cắt được tạo ra bởi vạch đánh dấu.
Có một mặt phẳng ở ngay tại độ cao của chất lỏng, do đó tôi sẽ tạo một phác thảo trên mặt phẳng này và sử dụng một giao tuyến để tạo ra một phần tử phác thảo tại nơi mà mặt phẳng này giao với mặt trong của bình chứa. Hình 11 cho thấy PropertyManager của giao tuyến với các phần tử được chọn đang được hiển thị ngay bên cạnh trong vùng đồ họa.
Hình 11: Giao tuyến của mặt phẳng 1 lít và phần và mặt trong của bình chứa
Bây giờ đã phác thảo đã hoàn thành, ta có thể tạo ra một khối extrude mỏng cho vạch đánh dấu. Hãy bắt đầu từ dưới đáy vì vách đánh dấu mới này sẽ ảnh hưởng đến phần thể tích phía trên. Để tạo ra được một vài ký tự, bạn có thể sử dụng lệnh wrap để khắc hoặc dập nổi một số ký tự lên đường cong hoặc sử dụng lệnh Split face để thay đổi cấu trúc. Hình 12 thể hiện Design tree trong FeatureManager và cách tiếp cận mà tôi đã sử dụng để đánh dấu bình chứa sau khi đã tìm thấy các vị trí thích hợp.
Hình 12: Khối Extrude mỏng, bo tròn, và các lệnh Split line được sử dụng để tạo ra vạch đánh dấu.
Như bạn có thể thấy, SOLIDWORKS là một công cụ thiết kế rất mạnh mẽ mà bạn có thể sử dụng để tìm ra chính xác thể tích của một bình chứa và tạo các vạch đánh dấu cho nó để truyền đạt các ý tưởng đến với người tiêu dùng của bạn.
