Integrierte Interfaces

Bei der Arbeit mit Mehrkörperdynamik-Analysen erfolgt der Zugriff auf alle Schritte des Modellierungsprozesses innerhalb der COMSOL Multiphysics^® Umgebung. Eines der wichtigsten Werkzeuge im Multibody Dynamics Module ist das integrierte Interface Multibody Dynamics, das für die Modellierung von Baugruppen aus flexiblen Komponenten, starren Komponenten oder einer Kombination aus beidem verwendet wird. Die verfügbaren Optionen decken die Modellierung verschiedener Arten von Gelenken, Zahnrädern, Kettenradbaugruppen und Nockenstößelmechanismen ab. Teilebibliotheken helfen bei der Erstellung der Geometrie der Komponenten. Das Vernetzen und die Lösereinstellungen werden automatisch von der Software übernommen, mit Optionen zur manuellen Bearbeitung.

Vereinfachte mechanische Systeme

Mit dem Interface Lumped Mechanical System können Sie ein abstraktes mechanisches System modellieren, indem Sie eine Schaltungsdarstellung mit vereinfachten Komponenten, wie Massen und Federn, verwenden. Die einzelnen Komponenten können in Reihe oder parallel angeordnet werden, um Verschiebungen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und Kräfte zu analysieren.

Die Multiphysik-Kopplung Lumped-Structure Connection kann verwendet werden, um diese Systeme in Finite-Elemente-Modelle (FE) einzufügen, die mit einem beliebigen strukturmechanischen Physik Interface erstellt wurden.

Kettenantriebe

Ein typischer Kettentrieb ist eine Baugruppe aus zwei oder mehr Kettenrädern, um die eine Kette gewickelt ist, die mechanische Leistung von einer Welle auf eine andere überträgt. Mit der Funktion Chain Drive im Interface Multibody Dynamics können Sie Rollenkettenradsätze in 2D oder 3D modellieren. Diese Funktion bestimmt die Wechselwirkungen innerhalb einer Kettentriebbaugruppe und generiert automatisch eine Reihe von Mehrkörperdynamik-Features, die zur Beschreibung des Verhaltens der Baugruppe verwendet werden.

Radial-Rollenlager

Rollenlager werden häufig für Anwendungen mit niedrigen Geschwindigkeiten verwendet, bei denen Lärm keine Rolle spielt. Diese Lager haben eine begrenzte Lebensdauer, insbesondere bei Fluchtungsfehlern, können aber aufgrund ihrer geringen Kosten leicht ausgetauscht werden.

Das Multibody Dynamics Module bietet zusammen mit dem Rotordynamics Module die folgenden verschiedenen Arten von vordefinierten Radialrollenlagern in 3D:

• Rillenkugel
• Schrägkugel
• Selbstausrichtende Kugel
• Pendelrolle
• Zylinderrolle
• Kegel Rolle

Cam-Follower-Verbindung

Das Feature Cam-Follower Verbindung dient zur Modellierung eines vereinfachten Kontakts durch Anwendung einer bidirektionalen Zwangsbedingung zwischen einem Nocken und seinem Folger. Ein Nockenfolger-System wird durch eine Reihe von Grenzflächen oder Kanten definiert, die von einem Punkt verfolgt werden. Die Nocke kann sowohl auf starren als auch auf elastischen Körpern definiert werden. Daher können die Grenzflächen oder Kanten einer Nocke jede Art von Starrkörperbewegung oder Verformung erfahren.

Mit diesem Tool können Sie ein beliebiges benutzerdefiniertes Kurvenprofil als Geometriemodell zeichnen und die Bewegung des Folgers in Form von Verschiebungs-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungskurven berechnen. Es ist auch möglich, die Verbindungskraft am Kontaktpunkt zu berechnen und somit anhand des Vorzeichens der Verbindungskraft einen intermittierenden Kontakt zwischen Nocken und Nockenfolger vorherzusagen.

Component Mode Synthesis (CMS)

Im Multibody Dynamics Module ist es möglich, lineare Komponenten mit Hilfe der Craig-Bampton-Methode auf recheneffiziente Modelle reduzierter Ordnung zu reduzieren. Diese Komponenten können dann in einem Modell verwendet werden, das vollständig aus reduzierten Komponenten besteht oder zusammen mit nicht reduzierten elastischen FE-Modellen, wobei letztere dann nichtlinear sein können. Dieser Ansatz, der als Component Mode Synthesis oder Dynamic Substructuring bezeichnet wird, kann große Verbesserungen in Bezug auf die Rechenzeit und den Speicherbedarf bringen.

Sammlung von Gelenken

Um realistische Mehrkörpersysteme zu entwerfen, enthält das Modul eine Sammlung von vordefinierten Gelenken. Die relative Bewegung zwischen den miteinander verbundenen Mehrkörperkomponenten wird durch die Art des Gelenks eingeschränkt. Die folgenden Gelenktypen sind verfügbar:

• Prismatisch
• Winkel
• Zylindrisch
• Schraube
• Planar
• Kugel
• Nut
• Reduzierte Nut
• Fixiert
• Abstand
• Universal

Sie können zusätzliche Eigenschaften auf die Gelenke anwenden, wie z.B. Elastizität, Reibung, Beschränkungen (die eine maximale Bewegung erlauben) und Verriegelung.

Sammlung von Zahnrädern und Zahnstangen

Eine Sammlung von vordefinierten Zahnrädern und Zahnstangen ist enthalten, um auf einfache und robuste Weise Modelle von Getriebesystemen mit vielen beweglichen Teilen zu erstellen. Sie hilft bei der Identifizierung des richtigen Zahnradpaares, indem sie automatisch die Vergleichskriterien für das korrekte Vernetzen von Zahnrädern und Zahnstangen überprüft. Die Zahnräder können entweder direkt oder mit Hilfe von Scharnieren und Buchsen auf einer starren oder flexiblen Welle montiert werden.

Um das Modell eines Getriebesystems genauer und realistischer zu gestalten, kann ein Zahnradpaar zusätzlich Elastizität, Übertragungsfehler, Spiel und Reibung enthalten. Die folgenden Zahnrad- und Zahnstangentypen sind verfügbar:

• Stirnrad, außen
• Stirnrad, innenverzahnt
• Schrägverzahnung, außen
• Schrägverzahnung, innen
• Kegelrad
• Schneckengetriebe
• Stirnzahnstange
• Schrägzahnstange

Starrkörperkontakt und Reibung

Zur Modellierung des mechanischen Kontakts zwischen starren Körpern steht die Funktion Rigid Body Contact zur Verfügung, mit der Sie den netzfreien Kontakt zwischen starren Körpern in Standardform modellieren können. Abhängig von der Form des Quell- und Zielkörpers stehen verschiedene Formulierungstypen zur Verfügung:

• Sphärisch zu sphärisch
• Sphärisch zu zylindrisch
• Sphärisch zu eben
• Sphärisch zu beliebig
• Zylindrisch zu zylindrisch
• Zylindrisch zu eben

Zusätzlich zu den Formeln für den Kontakt zwischen starren Körpern gibt es eine allgemeine Formulierung für den verteilten Kontakt zwischen zwei Körpern, von denen mindestens einer flexibel ist.

Hydrodynamische Lager

Die Durchführung einer Mehrkörperanalyse hydrodynamischer Lager erfordert eine Kopplung mit dem Interface Hydrodynamic Bearing im Rotordynamics Module. Das Interface ist für die Analyse von Flüssigkeitsfilm-Lagern in 3D gedacht, die effizient mit einer Oberflächengeometrie modelliert werden. Wenn sowohl ein Multibody Dynamics Interface als auch ein Hydrodynamic Bearing Interface im Modell vorhanden sind, ist eine Solid-Bearing Coupling Multiphysics Kopplung verfügbar und ermöglicht die Modellierung der folgenden Gleitlager in einem Mehrkörpersystem:

• Eben
• Elliptisch
• Getrennte Hälften
• Multilobe
• Kipplager

Bauteilbibliothek

Das Multibody Dynamics Module enthält eine integrierte Geometriebibliothek zur Erstellung verschiedener Arten von Zahnrädern, die in 2D und 3D verfügbar sind. Sie können damit einen Zahnradzahn, ein einzelnes Zahnrad, ein Zahnradpaar oder einen Zahnradzug erstellen. Alle Zahnradgeometrien sind parametrisiert und die Eingabeparameter können variiert werden, um die Form des Zahnrades oder des Zahnradrohlings anzupassen. Um zu vermeiden, dass eine ungültige Geometrie erstellt wird, steht eine Funktion zur Verfügung, die prüft, ob die Werte der Eingabeparameter konsistent sind.

Da es sich bei den Zahnradmerkmalen um rein mathematische Beschreibungen handelt, werden die geometrischen Teile hauptsächlich zu Visualisierungszwecken verwendet. Es ist jedoch auch möglich, sie für detaillierte FE-Modelle zu verwenden. In ähnlicher Weise sind parametrisierte Teile für Kettenräder und Rollenketten verfügbar.