多體動力學模組更新

COMSOL Multiphysics® 5.3 版本針對多體動力學模組的用戶引入了一個使用多體動力學和聲學耦合模擬變速箱中噪音的教學模型,以及一個使用多體動力學模組和AC/DC模組耦合模擬感應馬達的教學模型。請閱讀以下內容,進一步了解這些教學案例及其他多體動力學建模改進功能。

 

多體動力學分析中的聚焦選擇功能

在多體動力學介面中處理複雜的組合件時,可能有許多接合點,每個接合點都包含兩個剛體域或連接件的選擇。在模型樹中選擇接合點節點時,選定物件現在會自動聚焦選擇在圖形視窗中,從而提供了有關來源和目標選擇的正確性。同樣地,選擇這些相應節點時,齒輪副節點中的兩個齒輪和彈簧阻尼器節點中的連接的兩個零件也將聚焦顯示。

A demonstration of the automatic highlighting of selections in multibody dynamics analyses.選定相應的結合點節點時,通過樞紐接合點連接的兩個剛體域會聚焦顯示

計算接合點力的懲罰函數法

剛體系統中的模型過約束並不罕見,現在新增了用於執行接合點約束的懲罰函數法來處理這種情況。當應用該方法時,可以確定接合點力。此外,預設情況下,現在不會計算剛體之間的接合點力,以便降低由過約束引起的數值問題風險。

 

模態約化階層模型研究類型

多體動力學介面現在支援模態約化階層模型(Modal Reduced Order Model)研究類型,這對於粹取大型多體動力學模型的模態中表示的系統矩陣非常有用。

 

剛體附加

現在可以在剛體域上使用附加(Attachment)選項,從而更容易地在剛性表示與彈性表示之間切換,避免在各個區域和設定視窗中更改和重新選擇接合點節點。

 

Serendipity形狀函數離散化

在多體動力學介面中對彈性零件建模時,可以選擇透過Serendipity形狀函數進行離散化。使用彈性域中包含高階元素的結構化網格時,這將減少自由度數量。

 

自動抑制剛體運動

當負載自平衡時,不再需要確切地給定約束的實際位置,只要約束明細滿足以下條件,就可以分析自平衡模型:不可能存在剛體運動以及未引入反作用力。現在,新增的剛體運動抑制條件可用於這幾類分析,此特徵基於幾何模型和物理場介面自動施加一組合約束。

 

剛體運動抑制條件可用於以下物理場介面:

l   固體力學(三維、二維和二維軸對稱)

l   薄殼(三維)

l   平板(二維)

l   薄膜(三維和二維)

l   樑(三維和二維)

l   桁架(三維和二維)

l   多體動力學(三維和二維)

A COMSOL model of a heating circuit with the Rigid Motion Suppression condition applied.本例中電路受熱產生熱膨脹導致變形,應用體運動抑制條件可確保模型充分約束,從而得到正確的解。該繪圖顯示von Mises應力

有關使用剛體運動抑制的案例,請搜尋以下“案例庫”:

Structural_Mechanics_Module/Thermal-Structure_Interaction/heating_circuit

新教學案例:齒輪箱的振動噪音

該教學模型展示手排檔車輛內5檔同步變速箱中的振動和噪因建模。暫態多體動力學分析計算指定發動機轉速和外部負載作用下的變速箱振動,變速箱外殼的法向加速度轉換為頻域,作為噪音的聲源,並執行聲學分析,計算近場、遠場和外部物理場中的聲壓級。

備註:此模型需要聲學模組。

A COMSOL Multiphysics version 5.3 model of a gearbox.

手排檔車輛內變速箱外殼中的應力和 5檔同步變速箱周圍空氣(頂部繪圖和底部右側繪圖)中的聲壓級。還顯示了變速箱一個點上法向加速度的頻譜(底部左側繪圖)

“案例庫”路徑:

Multibody_Dynamics_Module/Automotive_and_Aerospace/gearbox_vibration_noise

 

新教學模型:感應馬達中的振動

在感應馬達教學模型中,透過定子繞組中的時間諧波電流和轉子的旋轉,在轉子中產生渦電流。轉子中的感應電流與線圈產生的磁場交互作用,產生轉子上的驅動扭矩,轉子與定子之間的空氣間隙是不對稱的,從而導致電動機振動。

 

電磁模擬採用二維建模,而多體動力學採用三維模擬,根據時間計算旋轉扭矩,再將扭矩用於多體動力學模型,以計算轉子轉速,分析慣性效應,由於軸上的電阻損耗和負載扭矩,轉子不會與定子繞組旋轉得一樣快,因此會發生角滑移。

 

備註:此模型還需要使用AC/DC 模組和結構力學模組

 

A COMSOL Multiphysics version 5.3 model of an induction motor.感應馬達外殼中的應力圖(頂部繪圖)和轉子中的磁通密度圖(底部左側繪圖)。還顯示兩個軸承位置的轉子軌跡(底部右側繪圖)

“案例庫”路徑:

Multibody_Dynamics_Module/Machinery_and_Robotics/induction_motor_vibration

 

新教學案例:複合齒輪箱的噪音輻射

預測動力系統中的噪音輻射可以使設計人員在設計過程的早期就洞察到移動機構的特性。例如,考慮一個齒輪嚙合剛度發生變化引起振動的變速箱。振動通過軸和接點傳遞到變速箱的外殼上,外殼的振動進一步將能量傳遞到周圍的流體中,產生聲波輻射。

 

此教學模型模擬了複合齒輪箱外殼上的噪聲輻射。首先,在時域執行多體動力學分析,計算驅動軸達到指定速度時外殼的振動。然後,在選定的頻率執行聲學分析,使用外殼的法向加速度作為噪音源計算近場、遠場和外部場中的聲壓級。

 

備註:此模型還需要多體動力學模組和聲學模組。

 

Wistia video thumbnail - Animation_gear_train_v2-
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Normal acceleration on the surrounding box of the moving gear train. In the model, the radiated acoustic pressure

移動輪系周圍箱體上的法向加速度。此模型還計算了輻射聲壓

 

“案例庫”路徑:

Acoustics_Module/Vibrations_and_FSI/gear_train_noise