Multibody Dynamics Module
Analysieren Sie starre und flexible Baugruppen mit dem Multibody Dynamics Module
Analyse des Taumelscheibenmechanismus zur Steuerung der Ausrichtung der Hubschrauber-Rotorblätter. Eine zeitabhängige Simulation mit starrer und flexibler Rotorblattkonstruktion ermöglicht einen Einblick in nützliche Leistungsmessgrößen wie Blattverformung und Auftriebskräfte.
Tools für Konstruktion und Optimierung von Mehrkörpersystemen
Das Multibody Dynamics Module ist ein Add-On zur COMSOL Multiphysics Software und enthält hochentwickelte Tools für die Konstruktion und Optimierung von strukturmechanischen Mehrkörpersystemen mithilfe der Finite-Elemente-Analyse (FEA). Das Modul ermöglicht Systeme zu simulieren, die aus flexiblen und starren Körpern bestehen, wobei jeder Körper große Verschiebungen durch Rotation und Transmission erfahren kann. Solche Analysen helfen, kritische Punkte in den Mehrkörpersystemen zu erkennen und detailliertere Strukturanalysen auf Bauteilebene auszuführen. Das Multibody Dynamics Module bietet auch die Möglichkeit, Kräfte und Spannungen zu untersuchen, die auf flexible Struktursegmente einwirken, wo beispielsweise eine zu große Verformung oder Ermüdung zu Strukturversagen führen kann.
Nutzung einer Gelenkbibliothek
Das Modul ist mit einer vordefinierten Gelenkbibliothek ausgestattet. Daraus können Sie einfach und zuverlässig eine geeignete Verknüpfung zwischen unterschiedlichen Bauteilen eines Multikörpersystems auswählen, bei der die Bauteile bzw. Komponenten so miteinander verbunden sind, dass nur noch eine bestimmte Bewegungsart zwischen ihnen möglich ist. Gelenke zwischen zwei Bauteilen lassen sich mithilfe von Anschlüssen herstellen, wodurch sich ein Bauteil zum Beispiel frei im Raum bewegen kann, während das andere so mit Zwangsbedingungen versehen ist, dass es einer bestimmten, vom Gelenktyp abhängigen Bewegung folgt. Die Gelenktypen im Multibody Dynamics Module sind exemplarisch ausgelegt. Daher kann mit ihnen nahezu jede beliebige Verbindungsart modelliert werden. Forscher und Ingenieure haben somit die Möglichkeit, mit folgenden Gelenktypen präzise strukturmechanische Mehrkörpermodelle zu konstruieren:
- Prismatisches Gelenk (3D, 2D)
- Winkelgelenk (3D, 2D)
- Zylindergelenk (3D)
- Schraubgelenk (3D)
- Planares Gelenk (3D)
- Kugelgelenk (3D)
- Nutgelenk (3D)
- Reduziertes Nutgelenk (3D, 2D)
- Fixiertes Gelenk (2D,3D)
- Abstand Gelenk (2D,3D)
- Universalgelenk (3D)
Weitere Bilder:
Bewegungsausrichtung für das prismatische Gelenk sowie das Winkel-, Zylinder- und Schraubgelenk.
Bewegungsausrichtung für das planare Gelenk sowie das Kugel-, Nut- und reduziertes Nutgelenk.
Die Belastungen im Getriebegehäuse und der Schalldruckpegel in der Umgebungsluft (oben und unten rechts) eines 5-Gang-Synchrongetriebes innerhalb eines Schaltgetriebes. Das Frequenzspektrum der Normalbeschleunigung an einem der Punkte des Getriebes ist ebenfalls dargestellt (unten-links).
Um die Ausrichtung der Hubschrauber-Rotorblätter zu kontrollieren wird ein Taumelscheibenmechanismus verwendet. Dieses Beispiel zeigt eine von einem Modell abgeleitete Anwendung in der nur der Anstellwinkel der Rotorblätter verändert werden kann, sowohl transiente als auch Eigenfrequenz-Analysen können durchgeführt werden.
Modell eines dreizylindrigen Kolbenmotors, mit sowohl starren wie auch flexiblen Bestandteilen. Es wird zur Maximierung der Motorleistung und für das Designen der Bauteile verwendet.
Darstellung der Spannungen im Gehäuse eines Asynchronmotors (oben) und der magnetischen Flussdichte im Rotor (unten-links). Die Umlaufbahn des Rotors an zwei Lagerstellen ist ebenfalls dargestellt (unten-rechts).
Vollständige Flexibilität bei der Mehrkörperanalyse
Verformbare Komponenten eines Systems können als flexible Bauteile modelliert werden, während andere Bauteile oder nur Teile davon sich als starr definieren lassen. Sie haben auch die Möglichkeit, dynamische Mehrkörperkonstruktionen und Analysen mit nichtlinearen Materialeigenschaften zu versehen, indem Sie Modelle im Multibody Dynamics Module entweder mit dem Nonlinear Structural Materials Module oder dem Geomechanics Module kombinieren. Darüber hinaus können Sie die physikalischen Phänomene, die Sie mit COMSOL Multiphysics und der ganzen Palette anwendungsspezifischer Module modellieren, mit den im Multibody Dynamics Module dargestellten Phänomenen koppeln, wie beispielsweise Auswirkungen von Wärmeübertragung oder elektrischen Phänomenen.
Es ist möglich zeitabhängige und stationäre Mehrkörperdynamikanalysen sowie Eigenfrequenz- und Frequenzbereichsanalysen auszuführen. Den Gelenken können lineare Federn/Drehfedern mit Dämpfungseigenschaften, Kräfte und Momente sowie vorgeschriebene Bewegungen als Zeitfunktion zugewiesen werden. Folgende Analyse- und Nachbearbeitungsfunktionen sind verfügbar:
- Relative Verschiebung/Rotation zwischen zwei Bauteilen und deren Geschwindigkeiten
- Reaktionskräfte und -momente an einem Gelenk
- Lokale und globale Koordinatensysteme als Bezugssystem
- Spannungen und Verformungen in flexiblen Körpern
- Ermüdungsanalyse wichtiger flexibler Körper in Kombination mit dem Fatigue Module
Der Bewegungsspielraum zwischen verschiedenen Bauteilen kann durch andere Objekte oder deren Funktionen eingeschränkt werden Es ist möglich, die relative Bewegung von Gelenken zueinander einzuschränken oder zu blockieren, um selbst komplexe Systeme vollständig zu definieren und zu modellieren. Auf dem Gebiet der Robotik beispielsweise kann die relative Bewegung zwischen zwei Armen mit einer vordefinierten Zeitfunktion festgelegt werden. Gelenke können außerdem mit Federn versehen sein. Auch entsprechende Dämpfungsfaktoren werden im Multibody Dynamics Module berücksichtigt.
Multibody Dynamics Module
Produkteigenschaften
- Beschränkung der Gelenkfreiheitsgrade zur Festlegung der Relativbewegung zwischen zwei Komponenten
- Gelenke können gesperrt werden, um die Relativbewegung zwischen den verbundenen Komponenten bei einem angegebenen Wert einzufrieren
- Federbedingungen können der Relativbewegung eines Gelenkes, sowohl im Gleichgewicht, als auch als Vorverformung, zugewiesen werden
- Vereinfachte mechanische Systeme erstellt werden, die aus Massen, Dämpfern, Federn und vielem mehr bestehen können.
- Dämpfung oder eine Stoßdämpferbedingung können definiert werden, um Verluste der Relativbewegung eines Gelenkes anzugeben
- Gelenke können erforderlich sein, um die Relativbewegung zwischen miteinander verbundenen Komponenten vorzugeben
- Reibungsverluste können zu folgenden Gelenksarten hinzugefügt werden: Prismatisches, Winkel-, zylindrisches, Schrauben-, planares und Kugelgelenk
- Cam-Follower-Bedingung
- Kräfte und Momente können auf alle Arten von Gelenken angewendet werden, die eine Verbindung zwischen Komponenten darstellen
- Wirkmechanismen können so eingestellt werden, dass die Translation/Rotation strikt mit den gegebenen Geschwindigkeiten um einen definierten Rotationspunkt stattfindet
- Bauteilbibliothek beinhaltet parametrisierte Bauteile für Zahnräder mit Innenverzahnung, Zahnräder mit Außenverzahnung und Zahnstangen
Anwendungsbereiche
- Luft- und Raumfahrt
- Automobil
- Motordynamik
- Mechatronik
- Robotik
- Biomechanik
- Biomedizinische Instrumente
- Fahrzeugdynamik
- Allgemeine dynamische Simulation von mechanischen Baugruppen
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C. de Jonge SRON, Netherlands
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