VJEŽBA V6 · MODUL 2 · MODELIRANJE DIJELOVA I SKLOPOVA
Vježba V6 · 2 sata
3D skiciranje: rešetkasta konstrukcija
Izrada rešetkaste konstrukcije podnožja hvatača MPH-1 pomoću 3D skiciranja i profila povučenih po putanji, radi smanjenja mase uz zadržanu krutost.
- nacrtati prostornu (3D) skicu čvorova i štapova rešetke
- povući konstrukcijski profil po 3D putanji za svaki štap
- procijeniti masu rešetkaste konstrukcije nasuprot punom profilu
- objasniti kad se rešetkasta konstrukcija koristi umjesto pune stijenke
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 2.4 3D skiciranje i rešetkaste konstrukcije.
Pitanja i zadaci na ovoj stranici su bez odgovora. Rješenje s postupkom otvara se gumbom Prikaži rješenje ispod svakog pitanja, a upute za nastavnika nalaze se na dnu stranice.
Zadatak
Umjesto pune zavarene podnožne konstrukcije (masa 2,4 kg), izradite lakšu prostornu rešetku podnožja hvatača MPH-1 od čeličnog profila 20 × 20 × 2 mm, temeljnog otiska 120 × 100 mm i visine 80 mm. Rešetka ima četiri okomita stupa u uglovima, gornji i donji vodoravni okvir te dvije dijagonale na svakoj bočnoj strani radi krutosti na uvijanje. Konstrukciju izradite jednom 3D skicom svih čvorova i putanja, a profil štapa povucite po svakoj putanji naredbom za povlačenje po putanji (constrution weldment / Sweep). Procijenite ukupnu masu rešetke i usporedite je s masom pune zavarene konstrukcije.
Oprema i pribor
- Računalo s parametarskim CAD sustavom s modulom za zavarene konstrukcije (Weldments) ili mogućnošću povlačenja profila po putanji
- List s koordinatama čvorova rešetke (uglovi, visina, dijagonale)
- Kalkulator i tablica presjeka standardnog profila 20 × 20 × 2 mm
Pravila koja se primjenjuju
3D skica razlikuje se od ravninske po tome što svaka točka ima tri koordinate i entitet ne mora ležati u jednoj ravnini; koristi se kad geometrija po prirodi nije ravninska, kao kod rešetkastih i prostornih konstrukcija. Čvorovi rešetke određuju se prvo kao točke ili linije s potpuno određenim koordinatama, a tek zatim se na putanju primjenjuje profil (povlačenje po putanji ili namjenski alat za zavarene konstrukcije koji koristi standardne profile iz baze). Dijagonale se postavljaju tako da svaka bočna ploha rešetke ima barem jedan trokutasti sklop štapova — četverokutna ploha bez dijagonale nema otpor na posmično naprezanje (uvijanje) čak i ako su svi štapovi kruti. Skica koja definira put štapova treba biti odvojena od skice profila poprečnog presjeka, jer je to dvije različite geometrijske uloge (put i oblik presjeka).
Pažnja
Čest je propust ostaviti bočnu plohu rešetke bez dijagonale, uvjeren da je "dovoljno kruta" jer djeluje kao kruta kutija. Bez dijagonale takva ploha ima nizak otpor na uvijanje (posmik) i konstrukcija se pri stvarnom opterećenju uvija znatno više nego što proračun pravih rešetkastih spojeva pokazuje.
Crtež
Postupak
- Otvorite novi dokument dijela i pokrenite novu 3D skicu (3D Sketch), a ne uobičajenu ravninsku.
- Nacrtajte donji okvir kao pravokutnik 120 × 100 mm koristeći crte s koordinatama iz lista zadatka.
- Prebacite radnu ravninu (tipka za promjenu smjera, npr. Tab) i nacrtajte gornji okvir iste veličine na visini 80 mm.
- Povežite odgovarajuće uglove donjeg i gornjeg okvira okomitim crtama — to su četiri stupa rešetke.
- Na svakoj bočnoj plohi nacrtajte po jednu dijagonalu iz donjeg u gornji suprotni ugao te plohe.
- Provjerite da je 3D skica potpuno određena (svaka crta ima jednoznačne krajnje točke) prije izlaska iz skiciranja.
- Nacrtajte zaseban profil poprečnog presjeka 20 × 20 × 2 mm (kutni profil) na ravnini okomitoj na jedan od stupova.
- Primijenite naredbu za povlačenje po putanji (Sweep) ili namjenski alat za zavarene konstrukcije (Weldments → Structural Member) koji profil automatski postavlja duž svih odabranih linija 3D skice.
- Provjerite spojeve u čvorovima (obrezivanje/spajanje krajeva profila, Trim/Corner Treatment) tako da se profili u čvoru pravilno sijeku bez preklapanja materijala.
- Dodijelite materijal čelik, očitajte masu u alatu za svojstva mase i usporedite je s masom pune zavarene konstrukcije iz zajedničkog primjera (2,4 kg).
Pitanja i zadaci
1. Po čemu se 3D skica temeljno razlikuje od uobičajene ravninske skice?
Prikaži rješenje
Svaka točka 3D skice ima tri neovisne koordinate (x, y, z) i entiteti ne moraju ležati u jednoj zajedničkoj ravnini, dok je ravninska skica ograničena na dvije dimenzije unutar odabrane ravnine. 3D skica se koristi kad sama geometrija po prirodi nije ravninska, kao kod rešetkastih i cijevnih konstrukcija.
2. Zašto svaka bočna ploha rešetke treba barem jednu dijagonalu, a ne samo četiri okomita ruba?
Prikaži rješenje
Četverokutna ploha bez dijagonale, iako sastavljena od krutih štapova, ima nizak otpor na posmično naprezanje i lako se uvija (paralelogramska deformacija) čak i uz krute spojeve u čvorovima. Dijagonala plohu dijeli na dva trokuta, a trokutasti sklop štapova je geometrijski nepromjenjiv oblik, pa nosi opterećenje bez uvijanja.
3. Izračunajte ukupnu dužinu profila u rešetki: 4 stupa po 80 mm, 8 rubova okvira po prosječno 110 mm (2 × 120 + 2 × 100 gore i dolje) i 4 dijagonale po približno 128 mm (dijagonala plohe 80 × 100 ili 80 × 120, procjena).
Prikaži rješenje
Stupovi: 4 × 80 = 320 mm. Okviri: 2 × (2 × 120 + 2 × 100) = 2 × 440 = 880 mm. Dijagonale: 4 × 128 ≈ 512 mm. Ukupno ≈ 320 + 880 + 512 = 1 712 mm ≈ 1,71 m profila.
4. Presjek profila 20 × 20 × 2 mm ima površinu presjeka približno 144 mm² (vanjski kvadrat minus unutarnji, 20² − 16²). Izračunajte procijenjenu masu rešetke uz gustoću čelika 7 850 kg/m³ i ukupnu dužinu 1,71 m.
Prikaži rješenje
Volumen ≈ 144 mm² × 1 710 mm = 246 240 mm³ ≈ 246,2 cm³. Masa ≈ 246,2 cm³ × 7,85 g/cm³ ≈ 1 933 g ≈ 1,93 kg. U odnosu na punu zavarenu konstrukciju od 2,4 kg, rešetka štedi otprilike pola kilograma (oko 20 %) uz zadržanu prostornu krutost.
5. Zašto se profil poprečnog presjeka crta kao zasebna skica, odvojeno od 3D skice koja definira putanje štapova?
Prikaži rješenje
Putanja (3D skica) i presjek (2D profil) imaju različite geometrijske uloge — putanja određuje gdje se materijal proteže, presjek određuje njegov oblik. Odvajanjem se isti presjek može primijeniti na više putanja, a putanja se može mijenjati bez ponovnog crtanja profila.
6. Što se provjerava naredbom za obradu spojeva u čvorovima (Trim/Corner Treatment) i zašto je taj korak potreban kod strukturnih profila?
Prikaži rješenje
Provjerava se kako se krajevi dvaju ili više profila koji se sastaju u istom čvoru međusobno obrezuju ili spajaju, kako materijal profila ne bi ostao dvostruko izračunat (preklopljen) u čvoru ili kako ne bi ostao razmak. To izravno utječe na točnost izračunate mase i na izgled modela pri renderiranju ili nacrtu.
7. Kada je opravdano birati rešetkastu (štapnu) konstrukciju umjesto pune ploče ili punog bloka istog gabarita?
Prikaži rješenje
Kad je cilj smanjiti masu uz zadržanu dovoljnu krutost i nosivost, a opterećenje se pretežno prenosi po dužini štapova (vlak/tlak), a ne po velikoj plohi. Puna ploča ili blok bolje odgovaraju kad je potrebna velika kontinuirana nosiva površina ili zaštita od prodora (prašina, tekućina), što rešetka ne pruža.
8. Nakon primjene naredbe za povlačenje po putanji, dva profila na istom čvoru vizualno se preklapaju i program to prijavljuje kao pogrešku geometrije. Koji je uzrok i kako se rješava?
Prikaži rješenje
Uzrok je što svaki profil zadržava svoju punu duljinu do same točke čvora, pa se materijal dvaju profila u čvoru preklapa (dvostruko tijelo na istom mjestu). Rješava se naredbom za obradu spojeva u čvorovima koja jedan profil obreže ili spoji s drugim tako da preklapanje nestane.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Pripremiti list s koordinatama svih osam čvorova rešetke i tablicu presjeka standardnog profila 20 × 20 × 2 mm. Predvidjeti 2 nastavna sata; ova vježba je zahtjevnija zbog prostorne predodžbe, pa je koristan i fizički model ili skica u izometriji na ploči.
Tijek sata
- Objasniti razliku 3D i ravninske skice te ulogu dijagonale kroz jednostavan primjer na ploči (15 min).
- Izrada 3D skice donjeg i gornjeg okvira te stupova (25 min).
- Dodavanje dijagonala i provjera potpune određenosti 3D skice (15 min).
- Primjena profila povlačenjem po putanji i obrada spojeva u čvorovima (20 min).
- Izračun i usporedba mase s punom zavarenom konstrukcijom (10 min).
Očekivani rezultati
Prostorni model rešetkastog podnožja s ispravno postavljenim stupovima, okvirima i dijagonalama, profilom 20 × 20 × 2 mm primijenjenim po cijeloj putanji i urednim spojevima u čvorovima, uz zabilježenu usporedbu mase s punom konstrukcijom.
Česte pogreške
- Izostavljena dijagonala na jednoj ili više bočnih ploha.
- Crtanje 3D skice bez provjere je li potpuno određena, pa čvorovi "plutaju".
- Preklapanje profila u čvorovima zbog neobrađenih spojeva.
- Zaboravljena promjena radne ravnine (Tab) pri prelasku s donjeg na gornji okvir, pa gornji okvir ispadne u krivoj ravnini.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| 3D skica potpuno određena, svi čvorovi na ispravnim koordinatama | 25 |
| Sve dijagonale prisutne na bočnim plohama | 15 |
| Profil ispravno povučen po cijeloj putanji | 25 |
| Uredni spojevi u čvorovima bez preklapanja | 20 |
| Točan izračun i usporedba mase | 15 |