Контактное зацепление в Siemens FEMAP. Часть 2

Продолжением "Первой части" будет описание применения граничных условий и настройки решателя в программе Siemens FEMAP.

После импорта модели (в случаях с многотельными или порезанными деталями) необходимо слить тела одной детали вместе с помощью инструмента «Geometry>Solid>Intersect» (Рисунок 1). Повторять для каждой отдельной детали по отдельности, выделив принадлежащие этой детали тела.

Рисунок 1 - Две детали из шести тел.

Когда модель подготовлена, можно приступать к стандартному пункту выполнения расчетов, а именно применение свойств материала к деталям, так же немаловажен тип детали.

В данном случае тип детали «Solid» как указано на рисунке 1 (добраться можно так «Model>Proprty...>Elem/Proprty_Type»), а свойства материалов указаны на рисунке 2.

Рисунок 2 - Тип элемента.

Свойства материала указаны на рисунке 3.

Рисунок 3 - Свойства материала.

Так же не желательно забывать сделать следующий пункт «Mesh>Mesh_Control>Attributes_On_Solid...», если рассчитываются не твердотельные элементы, то и нужно выбирать соответствующий тип деталей.

Для начала работы с мешированием необхоимо задать размеры элементов «Mesh>Mesh_Control>Size_On_Solid...». Задавать размеры можно одной величины, но это не совсем правильно в данной постановке, так как в месте контакта нужны более мелкие элементы (сетка должна быть гуще). Для того, что бы сделать элементы на одной детали, но на разных телах со слитыми узлами необходимо на общих кривых (которые относятся к одной детали, но принадлежать разным телам) задавать одинаковое количество узлов с помощью инструмента "Mesh>Mesh_Control>Size_Along_Curve...".

Выглядеть это все должно приблизительно так, как показано на рисунках 4-5.

Рисунок 4 - Размерность элементов.

Рисунок 5 - Размерность элементов.

Создать КЭ сетку теперь можно в пару кликов, проделав такие действия, как на рисунках 6 и 7. Можно выбрать и другой тип элемента. Но в данном случае был выбран «Hex Mesh Solid». Так же были заданы, созданные ранее свойства материалов. Для каждой детали (а не тела) было повторено это действие.

Рисунок 6 - Создание КЭ модели.

Рисунок 7 - Создание КЭ модели.

Результаты создания КЭ модели показаны на рисунках 8-10.

Рисунок 8 - КЭ модель.

 Рисунок 9 - КЭ модель. 

Рисунок 10 - КЭ модель.

Для прикладывания момента, имитируя вращение шестеренок, нужно создать узел на оси вала. Его так же необходимо связать с основным телом части шестеренки. Для этого был создан элемент типа «Rigid» как показано на рисунках 11 и 12.

Рисунок 11 - Элемент типа "Rigid" на поверхности.

Рисунок 12 - КЭ модель с элементом «Rigid».

Важным элементом данной задачи было создание контактной пары. В первую очередь нужно создать свойство и вид контакта. В окне, показанном на рисунке можно поставить отметку «Double-Sided», для отображения результатов контакта на двух деталях. Указан так же коэффициент трения. Для ускорения данного этапа были созданы группы. С их помощью есть возможность отображать только определенные части геометрии. Поверхности контакта проще выбирать, когда они не закрыты другой деталью, для этого были созданы группы с каждой частью шестеренок по отдельности. Показано это на рисунках 13-14.

Рисунок 13 - Поверхность контакта шестерни.

Рисунок 14 - Поверхность контакта зубчатого колеса.

Выбрав поверхности для контакта, нужно указать их в окне, определяющем где «Sourse», а где «Target». Говоря проще, где поверхность, которая давит и поверхность, на которую давят.

Рисунок 15 - Поверхности контакта зубчатой пары.

Следующими задавались закрепления и прикладывание момента.

Поверхность фиксируем, а момент задаем к элементу "Rigid". Место фиксации показано на рисунке 16, место частичного защемления на рисунке 17. Элемент для прикладывания момента на рисунке 18.

Рисунок 15 - Поверхность фиксации.

Рисунок 16 - Узел с защемлениями.

 Рисунок 17 - Узел с моментом.

В настройках решателя нужно выбрать тип анализа «Advanced Nonlinear Static». Так же был внесен еще ряд настроек, таких как изменение количества итераций и включение пункта «Auto Increment». Рисунки 18-20.

Рисунок 18 - Тип задачи.

  Рисунок 19 - Максимальное количество итераций для сходимости.

 Рисунок 20 – Включение «Auto Increment».

После этого всего можно запустить задачу на расчет и дождаться результата. Нажав на кнопку «Analize» в менеджере выбора анализов (Model>Analisis...). В интерфейсе есть логлист, который отображает информацию о действиях решателя (рисунок 21). Так же там есть возможность наблюдать график сходимости (в зависимости от выбора в настройках решателя[перемещения или энергия]).

 Рисунок 21 - Отображение действий решателя.

Конечно элементных моделей было создано больше 10-ти. Было решено остановится на модели, которая содержит:
– 105,7 тыс. узлов;

– 90,4 тыс. элементов.

   Было проведено много расчетов, приблизительно больше 20. Последние расчеты длились около восьми - девяти часов. Ноутбук имеет следующие, важные для расчетов характеристики:

– Процессор Intel Core I3 2.1 GHz

– ОЗУ: 4ГБ.

Продолжение в виде результатов в следующей статье...

С уважением, Дмитрий Мухин.