多体动力学模块更新

COMSOL Multiphysics® 5.3 版本针对“多体动力学模块”的用户引入了一个使用多体动力学和声学耦合模拟变速箱中噪声的教学模型,以及一个使用“多体动力学模块”和“AC/DC 模块”耦合模拟感应电动机的教学模型。请阅读以下内容,进一步了解这些教程及其他多体动力学建模改进功能。

多体动力学分析中的突出显示选择

多体动力学 接口中处理复杂的装配时,可能有许多关节,每个关节都包含两个刚体域或连接件的选择。在模型树中选择关节 节点时,选定对象现在会自动突出显示在“图形”窗口中,从而提供了有关源和目标选择的正确性的反馈。同样地,选择这些相应节点时,齿轮副 节点中的两个齿轮和弹簧减震器 节点中的连接的两个零件也将突出显示。

多体动力学分析中自动突出显示选择的演示。

选定相应的 关节节点时,通过铰链接头连接的两个刚体域会突出显示。

选定相应的 关节节点时,通过铰链接头连接的两个刚体域会突出显示。

计算关节力的罚函数法

刚体系统中的模型过约束并不罕见,现在新增了用于执行关节约束的罚函数法来处理这种情况。当应用该方法时,可以确定关节力。此外,默认情况下,现在不会计算刚体之间的关节力,以便降低由过约束引起的数值问题风险。

模态降阶模型研究类型

多体动力学 接口现在支持模态降阶模型 研究类型,这对于提取大型多体动力学模型的模态中表示的系统矩阵非常有用。

刚体连接件

现在可以在刚体域上使用连接件 选项,从而更容易地在刚性表示与弹性表示之间切换,避免在各个域和“设置”窗口中更改和重新选择关节节点。

通过巧凑边点形函数离散化

多体动力学 接口中对柔性零件建模时,可以选择通过巧凑边点形函数进行离散化。使用柔性域中包含高阶单元的结构化网格时,这将减少自由度数量。

自动抑制刚体运动

在负载自平衡的情况下,放置所需约束的实际位置并不重要。只要约束满足以下条件,即可分析自平衡模型:刚体运动不可能发生,并且未引入反作用力。现在,新增的刚体运动抑制 条件可用于这几类分析。此特征基于几何模型和物理场接口自动施加一组合适的约束。

刚体运动抑制 条件可用于以下物理场接口:

  • 固体力学(三维、二维和二维轴对称)
  • 壳(三维)
  • 板(二维)
  • 膜(三维和二维)
  • 梁(三维和二维)
  • 桁架(三维和二维)
  • 多体动力学(三维和二维)
应用“刚体运动抑制”条件后受热电路的 COMSOL 模型。

本例中电路受热产生热膨胀导致变形。应用 刚体运动抑制条件可确保模型充分约束,从而得到正确的解。该绘图显示 von Mises 应力。

本例中电路受热产生热膨胀导致变形。应用 刚体运动抑制条件可确保模型充分约束,从而得到正确的解。该绘图显示 von Mises 应力。

有关刚体运动抑制的示例,请访问以下“案例库”路径:
Structural_Mechanics_Module/Thermal-Structure_Interaction/heating_circuit

新教学模型:变速箱中的振动和噪声

该教学模型阐明手动档车辆内 5 档同步变速箱中的振动和噪声建模。瞬态多体动力学分析计算指定发动机转速和外部载荷作用下的变速箱振动;变速箱外壳的法向加速度转换为频域,作为噪声的声源。然后执行声学分析,计算近场、远场和外部物理场中的声压级。

注:此模型还需要使用“声学模块”。

COMSOL Multiphysics 5.3 版变速箱模型。 手动档车辆内变速箱外壳中的应力和 5 档同步变速箱周围空气(顶部绘图和底部右侧绘图)中的声压级。还显示了变速箱一个点上法向加速度的频谱(底部左侧绘图)。 手动档车辆内变速箱外壳中的应力和 5 档同步变速箱周围空气(顶部绘图和底部右侧绘图)中的声压级。还显示了变速箱一个点上法向加速度的频谱(底部左侧绘图)。

“案例库”路径:
Multibody_Dynamics_Module/Automotive_and_Aerospace/gearbox_vibration_noise

新教学模型:感应电动机中的振动

在“感应电动机振动”教学模型中,通过定子绕组中的时谐电流和转子的旋转,在转子中产生涡流。转子中的感应电流与线圈产生的磁场相互作用,产生转子上的驱动扭矩。转子与定子之间的空气间隙是不对称的,从而导致电动机振动。

电磁仿真采用二维建模,而多体动力学采用三维仿真。根据时间计算旋转扭矩。然后将扭矩用于多体动力学模型,以计算转子转速,分析惯性效应。由于轴上的电阻损耗和负载扭矩,转子不会与定子绕组旋转得一样快,因此会发生角滑移。

注:此模型还需要使用“AC/DC 模块”和“结构力学模块”。

COMSOL Multiphysics 5.3 版感应电动机模型。 感应电动机外壳中的应力图(顶部绘图)和转子中的磁通密度图(底部左侧绘图)。还显示两个轴承位置的转子轨迹(底部右侧绘图)。 感应电动机外壳中的应力图(顶部绘图)和转子中的磁通密度图(底部左侧绘图)。还显示两个轴承位置的转子轨迹(底部右侧绘图)。

“案例库”路径:
Multibody_Dynamics_Module/Machinery_and_Robotics/induction_motor_vibration

新教学模型:复合轮系的噪声辐射

预测动态系统的噪声辐射使设计人员能够在设计早期阶段了解运动机制的特性。例如,考虑一个齿轮啮合刚度发生变化引起振动的变速箱。振动通过轴和关节传递到变速箱的外壳上。外壳的振动进一步将能量传递到周围的流体中,产生声波辐射。

此教学模型模拟了轮系外壳上的噪声辐射。首先,在时域执行多体动力学分析,计算驱动轴达到指定速度时外壳的振动。然后,在选定的频率处执行声学分析,使用外壳的法向加速度作为噪声源计算近场、远场和外部场中的声压级。

注:此模型还需要使用“声学模块”和“结构力学模块”。

 

移动轮系周围箱体上的法向加速度。此模型还计算了辐射声压。

“案例库”路径:
Acoustics_Module/Vibrations_and_FSI/gear_train_noise