Обновление модуля Динамика многотельных систем

Для пользователей COMSOL Multiphysics® версии 5.3 в модуле Динамика многотельных систем появилась учебная модель, в которой выполнен анализ динамики многотельных систем и акустический анализ для расчета шума, создаваемого коробкой передач. Также имеется учебное пособие, объединяющее модуль Динамика многотельных систем с модулем AC/DC для моделирования индукционного мотора. Ниже можно узнать больше об этих учебных моделях и других усовершенствованных функциях моделирования динамики многотельных систем.

Подсвечивание выборки в моделях многотельных систем.

В моделях сложных сборок, анализируемых с помощью интерфейса Multibody Dynamics (Динамика многотельных систем) каждое из множества соединений содержит выборку двух жестких областей или присоединений. Теперь при выборе узла Joint (Соединение) в дереве модели выборка автоматически подсвечивается в графическом окне. Это помогает проверить правильность выбора объектов. Точно так же при выборе соответствующих узлов подсвечиваются две передачи в узле Gear Pair (Зубчатая передача) и две детали, объединенные в узел Spring-Damper (Демпферное устройство).

Демонстрация автоматического подсвечивания выборок в модели многотельной системы.

Две жесткие области, соединенные шарниром, подсвечиваются при выборе соответствующего узла Joint (Соединение).

Две жесткие области, соединенные шарниром, подсвечиваются при выборе соответствующего узла Joint (Соединение).

Штрафной метод для расчета сил в соединении

Нередко бывает, что в системах с твердым телом в модели появляется слишком много ограничений. Для расчета таких систем был добавлен штрафной метод, поддерживающий ограничения на соединение. Если этот метод применим к задаче, можно рассчитать силы соединения. Более того, чтобы уменьшить риск возникновения проблем при расчетах из-за избыточных ограничений, силы соединения между твердыми телами теперь не вычисляются по умолчанию.

Тип исследования Модель собственных колебаний пониженного порядка

Тип исследования Modal Reduced Order Model (Модель собственных колебаний пониженного порядка) теперь поддерживается в интерфейсе Multibody Dynamics (Динамика многотельных систем). Это помогает выделить системные матрицы, представленные в модальном базисе для больших моделей типа динамических многотельных систем.

Присоединение для жестких объектов

Для более легкого переключения между жестким и упругим представлением объектов теперь можно воспользоваться опцией Attachment (Присоединение) для жесткой области . Это позволяет избежать изменения и повторной выборки узла соединения в соответствующей области и окне Settings (Настройки).

Дискретизация с помощью серендиповых функций формы

При моделировании гибких деталей в интерфейсе Multibody Dynamics (Динамика многотельных систем) можно выбрать дискретизацию с помощью функции формы серендипова типа. Это уменьшит количество степеней свободы при использовании структурированных сеток с элементами высокого порядка в упругих областях.

Автоматическое подавление жесткого движения

В случаях, когда нагрузки полностью уравновешивают друг друга, точки приложения требуемых ограничений не имеют значения. Модели с самоуравновешивающимися нагрузками могут быть проанализированы при соблюдении следующих ограничений: невозможно перемещение конструкции как целого и не вводятся силы реакции опоры. Теперь для этих типов моделирования можно использовать новое условие Rigid Motion Suppression (Подавление жесткого движения). Эта опция автоматически применяет набор подходящих ограничений, основанных на геометрии модели и физических интерфейсах.

Условие Rigid Motion Suppression (Подавление жесткого движения) доступно для следующих физических интерфейсов:

  • Solid Mechanics (Механика твердого тела) для трехмерных, двухмерных, двухмерных осесимметричных задач
  • Shell (Оболочка) для трехмерных задач
  • Plate (Плита) для двухмерных задач
  • Membrane (Мембрана) для трехмерных и двухмерных задач
  • Beam (Балка) для трехмерных и двухмерных задач
  • Truss (Ферма) для трехмерных и двухмерных задач
  • Multibody Dynamics (Динамика многотельных систем) для трехмерных и двухмерных задач
Модель нагревательного элемента в COMSOL с использованием условия Rigid Motion Suppression (Подавление жесткого движения).

В этом примере нагревательный контур деформируется из-за теплового расширения. Применение условия Rigid Motion Suppression (Подавление жесткого движения) обеспечивает достаточный набор ограничений для правильного решения модели. График показывает напряжение по Мизесу.

В этом примере нагревательный контур деформируется из-за теплового расширения. Применение условия Rigid Motion Suppression (Подавление жесткого движения) обеспечивает достаточный набор ограничений для правильного решения модели. График показывает напряжение по Мизесу.

Путь к файлам с примером подавления жесткого движения в Библиотеке приложений:
Structural_Mechanics_Module/Thermal-Structure_Interaction/heating_circuit

Новая учебная модель: Вибрации и шум в коробке передач

Эта учебная модель рассчитывает вибрации и шум в пятискоростной коробке передач с синхронизацией сцепления в транспортном средстве с механической коробкой передач. С помощью нестационарного анализа динамики многотельных систем можно рассчитать вибрации коробки передач для определенной скорости мотора и внешней нагрузки. Рассчитывается частотная характеристика нормального ускорения в корпусе коробки передач, которая учитывается при анализе источника шума. Затем производится акустический анализ для расчета уровня давления звука в ближней, дальней и внешней зоне.

Примечание: Для этой модели нужен модуль Акустика.

Модель коробки передач в программном пакете COMSOL Multiphysics версии 5.3. Напряжения в корпусе коробки передач и уровень давления звука в окружающей среде (сверху и снизу справа) в модели пятиступенчатой механической коробки передач с синхронизацией. Показан частотный спектр нормального ускорения в одной из точек коробки передач (внизу слева). Напряжения в корпусе коробки передач и уровень давления звука в окружающей среде (сверху и снизу справа) в модели пятиступенчатой механической коробки передач с синхронизацией. Показан частотный спектр нормального ускорения в одной из точек коробки передач (внизу слева).

Путь к файлу Библиотеки приложений:
Multibody_Dynamics_Module/Automotive_and_Aerospace/gearbox_vibration_noise

Новая учебная модель: Вибрация в индукционном моторе

В учебной модели Induction Motor Vibration (Вибрация индукционного двигателя) гармонические токи в обмотках статора и вращение ротора приводят к появлению вихревых токов в роторе. Индуцированные токи в роторе взаимодействуют с магнитным полем, создаваемом катушками, что приводит к возникновению вращающего момента на роторе. Поскольку воздушный зазор между ротором и статором асимметричен, это создает вибрации в моторе.

Электромагнитное моделирование выполнено в двухмерном, а моделирование динамики многотельных структур — в трехмерном пространствах. Вращающий момент на роторе рассчитывается как функция времени. Вращающий момент затем используется при моделировании динамики многотельных структур для расчета скорости ротора, учитывающей инерционные эффекты. Из-за омических потерь и крутящего момента на валу скорость вращения ротора меньше, чем скорость вращения поля статора, поэтому возникает угловое скольжение.

Примечание: Для этой модели также требуются модуль AC/DC и модуль Механика конструкций.

Модель индукционного мотора в программном пакете COMSOL Multiphysics версии 5.3. График напряжений в корпусе индукционного мотора (сверху) и плотность магнитного потока в роторе (внизу слева). Также показана орбита ротора в двух положениях подшипника (внизу справа). График напряжений в корпусе индукционного мотора (сверху) и плотность магнитного потока в роторе (внизу слева). Также показана орбита ротора в двух положениях подшипника (внизу справа).

Путь к файлу Библиотеки приложений:
Multibody_Dynamics_Module/Machinery_and_Robotics/induction_motor_vibration

Новая учебная модель: Noise Radiation by a Compound Gear Train (Шум, генерируемый составной зубчатой передачей)

Анализ уровней шума динамических систем позволяет инженерам-конструкторам лучше понимать поведение движущихся механизмов в начале процесса разработки. Например, рассмотрим коробку передач, в которой изменение жесткости зубчатой рейки вызывает вибрации. Эти вибрации передаются на корпус коробки передач через валы и соединения. Вибрирующий корпус передает энергию окружающей жидкости, излучая акустические волны.

Учебная модель демонстрирует шумовое излучение от корпуса зубчатой передачи. Сначала выполняется анализ динамики многотельных структур во временной области для расчета вибраций корпуса при определенной скорости вращения вала. Затем выполняется акустический анализ на выбранной частоте для расчета уровня давления звука в ближней, дальней и внешней зоне с использованием нормального ускорения в качестве характеристики источника шума.

Примечание: для этой модели необходимы модуль Акустика и модуль Механика конструкций.

 

Нормальное ускорение, создаваемое на внешнем корпусе движущейся зубчатой передачи. В этой модели также рассчитывается давление излучаемых акустических волн.

Путь к файлам в Библиотеке приложений:
Acoustics_Module/Vibrations_and_FSI/gear_train_noise