Multibody Dynamics Module
Multibody Dynamics Module
Software zur Analyse von Baugruppen starrer und flexibler Körper
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 eine Erweiterung des Structural Mechanics Module 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:
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Bewegungsausrichtung für das prismatische Gelenk sowie das Winkel-, Zylinder- und Schraubgelenk. -
Bewegungsausrichtung für das planare Gelenk sowie das Kugel-, Nut- und reduziertes Nutgelenk.
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The stresses in the gearbox housing and the sound pressure level in the surrounding air (top and bottom-right) of a 5-speed synchromesh gearbox inside a manual transmission vehicle. The frequency spectrum of the normal acceleration at one of the points on the gearbox is also shown (bottom-left).
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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.
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Modell eines dreizylindrigen Kolbenmotors, mit sowohl starren wie auch flexiblen Bestandteilen. Es wird zur Maximierung der Motorleistung und für das Designen der Bauteile verwendet.
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Plot of stresses in an induction motor's housing (top) and the magnetic flux density in the rotor (bottom-left). The rotor orbit at two bearing locations is also shown (bottom-right).
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.
Keeping Cool: SRON Develops Thermal Calibration System for Deep-Space Telescope
C. de Jonge SRON, Netherlands
Deep-space telescopes require ultrasensitive detectors and calibration to pick up weak far-infrared signals. The SpicA Far-InfraRed Instrument (SAFARI), an infrared camera that will fly aboard the Space Infrared Telescope for Cosmology and Astrophysics (SPICA), has sensors that measure the far-infrared spectrum. The SAFARI system includes a ...
Three Cylinder Reciprocating Engine
In this example, a dynamic analysis of a three-cylinder reciprocating engine is performed to investigate stresses generated during operation, thereby permitting identification of the critical components. Demand for high power output relative to the weight of the engine requires careful design of its components. This model of a reciprocating ...
Gear Train Modeling
This model simulates vibrations in a compound gear train. Spur gears, used to model the gear train, are mounted on rigid shafts. The shafts are supported by an elastic housing at both ends. The gear mesh is assumed to be elastic with varying stiffness, which is the source of vibration. A transient analysis is performed to compute the dynamics of ...
Helical Gear Pair
This model illustrates the dynamics of helical gears. It is built using the gears functionality in the Multibody Dynamics interface in COMSOL Multiphysics. A transient study is performed to analyze the effect of constant gear mesh stiffness, varying gear mesh stiffness, and the transmission error on the angular velocity of driven gear and the ...
Vibration in an Induction Motor
In the Vibration in an Induction Motor tutorial model, eddy currents are induced in the rotor by time-harmonic currents in the stator windings and rotation of the rotor. Induced currents in the rotor interact with the magnetic field that is produced by the coils to generate the driving torque on the rotor. The air gap between the rotor and stator ...
Dynamics of Double Pendulum
This tutorial application demonstrates the modeling of a hinge joint between two bodies in COMSOL Multiphysics. Various nodes available for joints such as Constraints, Locking, Spring, Damper, Prescribed Motion, and Friction are also demonstrated. Many real structures can be approximated with the double pendulum model. Hence a double ...
Differential Gear Mechanism
This model simulates the mechanism of a differential gear used in cars and other wheeled vehicles. A differential allows the outer drive wheel to rotate faster than the inner drive wheel during a turn. This is necessary when a vehicle turns in order to allow the wheel that is traveling along the outside of the turning curve to roll faster and to ...
Assembly with a Hinge Joint
This example illustrates how to model a barrel hinge connecting two solid objects in an assembly. In this model, the details of the connection are not the focus of the analysis, therefore, the hinge joint is modeled using a Joint feature in the Multibody Dynamics Module. The connected parts can be either rigid or flexible or a combination as ...
Helicopter Swashplate Mechanism
This model illustrates the operation of a swashplate mechanism used in helicopters to translate the input of helicopter flight control into the motion of the rotor blades, and hence controls the orientation of the rotor blades. In this model, the rotor blades are modeled as either rigid bodies or flexible bodies in two different cases. All other ...
Shift into gear
This model demonstrates the ability to simulate Multibody Dynamics in COMSOL. It comprises a multilink mechanism that is used in an antique automobile as a gearshift lever. It was created out of curiosity to find out how large forces are on the individual components. The model uses flexible parts, i.e. the Structural Mechanics Module was used ...
Spring Loaded Centrifugal Governor
A centrifugal governor is used to control the speed of rotating machinery. One of the most common applications is in controlling the RPM of an engine by regulating the fuel supply. This model illustrates the functioning of a spring loaded centrifugal governor. The dynamics of the governor are analyzed under the influence of a centrifugal ...
