Produkt:Multibody Dynamics Module
Produkt: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
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 ...
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 ...
Stresses and Heat Generation in Landing Gear
This model simulates the dynamics of the shock absorber used in a landing gear mechanism of an aircraft. It analyses the stresses, as well as the heat generated in the landing gear components due to the energy dissipated in the shock absorber. A prismatic joint, with spring and damper, is used to model the shock absorber assembly.
Centrifugal Governor Simulator
Centrifugal governors, a specific type of governor, control the speed of an engine by regulating the amount of admitted fuel. In order to maintain a near-constant speed, regardless of the load or fuel supply conditions, centrifugal governors use the principle of proportional control. While the governor is in operation, it is critical that it ...
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 force, ...
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 ...
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 ...
Modeling Gyroscopic Effect
Gyroscopes are used for measuring the orientation or maintaining the stability of airplanes, spacecraft, and submarines vehicles in general. They are also used as sensors in inertial guidance systems. This model demonstrates the modeling of a mechanical gyroscope. It analyzes the response of the spinning disc to an external torque coming on the ...
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 ...
Shaft Vibration due to Gear Rattle and Bearing Misalignment
In a gearbox, vibrations due to gear rattling and bearing misalignment are well known sources of noise. In this example, two shafts connected through a pair of gears are considered. The shafts are supported on roller bearings at their ends. Initially, the driven shaft is unloaded and the driver shaft rotates with a varying speed. Due to backlash, ...
Slider Crank Mechanism
This is a benchmark model to test the numerical algorithms in the area of multibody dynamics. This model simulates the dynamic behavior of the slider crank mechanism. This mechanism goes through singular positions during its operation. The acceleration at a point is compared with the results from the reference.
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