MBD中的接触力学
MBD中的接触力学的理论基础
MBD的接触
老师,MBD中的接触和FEM的接触有什么不同?
FEM的接触是可变形体之间的面接触。MBD的接触是刚体之间的接触(碰撞、啮合等)。计算量轻但不包含变形。
MBD的接触力模型
赫兹接触模型是基础:
$\delta$: 穿透量,$K$: 赫兹刚度,$D$: 阻尼。适用于球-球、球-面的接触。
总结
赫兹接触理论源于1882年24岁的赫兹投稿的论文
弹性接触的经典理论“赫兹接触”起源于海因里希·赫兹(当时24岁)于1882年投稿至《Journal für die reine und angewandte Mathematik》的论文。据说赫兹在观察玻璃透镜的光干涉条纹时,想到了接触面积的数学模型,并在两周内完成。该理论直接用于当今的滚动轴承、齿轮和铁路车轮的设计,并作为多体系统接触模型的基本公式,持续活跃了140多年。
数值解法与实现
MBD接触的实现
总结
惩罚法与约束稳定化法的区分使用决定精度
多体接触分析的主要方法分为惩罚法(产生与穿透量成比例的反力)和Baumgarte约束稳定化法两类。惩罚刚度太大则数值积分不稳定,太小则会产生现实中不存在的穿透。MSC Adams 从2010版开始实现了接触刚度默认值“材料杨氏模量 × 接触面积的平方根”的自动估计算法,大幅减少了因设置错误导致的用户计算发散故障。
MBD中的接触力学MBD中的接触力学实践指南
MBD接触的实务
齿轮列的动力传递、链条的运动、球轴承的动力学。
实务检查清单
凸轮从动件接触是MBD中分析频率最高的案例之一
发动机气门机构的凸轮·从动件接触是多体接触分析最典型的实际应用案例之一。本田的直列4缸发动机(2.0L)中,通过MBD接触分析预测到高转速域(6500rpm以上)会发生凸轮从动件的弹跳(接触分离),并据此在2代内优化了气门弹簧设计,此过程记载于Honda R&D Technical Review(2004年)。
MBD中的接触力学软件与求解器比较
MBD接触的工具
RecurDyn在齿轮·链条接触分析领域占据全球市场份额首位级别
韩国FunctionBay公司的RecurDyn,凭借针对包含大量接触体的齿轮列·链条驱动·皮带机构分析的高速算法(MFBD: Multi-Flexible Body Dynamics),在面向制造业的接触MBD市场与MSC Adams并驾齐驱。现代汽车集团在发动机附件皮带·自动变速器的接触分析中采用了RecurDyn,并公布了与Adams相比,链条多接触问题的计算速度快10倍的对比数据。