Multibody Dynamics Module
Analisi degli assemblaggi di corpi rigidi e flessibili con il Multibody Dynamics Module
Analisi del piatto oscillante che controlla l'orientamento delle pale del rotore di un elicottero. L'analisi transitoria di sistemi con pale rigide e deformabili permette di quantificare la deformazione delle pale o la forza di sollevamento.
Strumenti per progettare e ottimizzare i sistemi multibody
Il Multibody Dynamics Module è un add on del software COMSOL Multiphysics e offre una serie avanzata di strumenti per la progettazione e l'ottimizzazione di sistemi multibody in meccanica strutturale mediante l'analisi agli elementi finiti (FEA). Il modulo consente di simulare sistemi misti di corpi rigidi e deformabili, dove ogni corpo può essere soggetto a grandi spostamenti rotazionali o traslazionali. Queste analisi consentono di identificare i punti critici di un sistema multibody, fornendo quindi indicazioni per analisi strutturali più dettagliate a livello di componente. Il Multibody Dynamics Module offre anche la possibilità di analizzare le forze che interessano alcuni componenti della struttura e gli sforzi che si sviluppano nei componenti deformabili che possono condurre a un cedimento a causa di grandi deformazioni o di fatica.
Sfruttare una libreria di giunti
Il modulo comprende una libreria di giunti predefiniti che agevola la descrizione delle relazioni tra i diversi componenti di un sistema multibody, dove i componenti sono interconnessi in modo tale da conservare la possibilità di moto relativo. I giunti collegano due componenti tramite attacchi, così che un componente sia libero di muoversi autonomamente nello spazio mentre l'altro sia vincolato a un movimento specifico a seconda del giunto. Le tipologie di giunto nel Multibody Dynamics Module sono generiche al punto da poter modellare ogni tipo di collegamento. Si possono quindi progettare con precisione modelli di meccanica strutturale multicorpo utilizzando i seguenti tipi di giunto:
Altre immagini:
Orientamento del movimento per i giunti prismatici, a cerniera, cilindrici e a vite.
Orientamento del movimento per i giunti planari, sferici, a sfera, a fessura e a fessura ridotta.
Distribuzione degli sforzi nella scatola del cambio e livello di pressione sonora nell'aria circostante (in alto e in basso a destra) di un cambio manuale a 5 marce. Viene anche mostrato lo spettro di frequenza dell'accelerazione normale in uno dei punti del modello (in basso a sinistra).
Un meccanismo a piatto oscillante è utilizzato per controllare l'orientamento delle pale del rotore dell'elicottero. Questo esempio mostra un'applicazione derivata dal modello in cui è possibile modificare solo il passo delle pale, ma in cui è possibile presentare sia analisi transitorie che di frequenza propria.
Modello di motore a tre cilindri a pistoni, con parti rigide e flessibili, viene utilizzato per massimizzare la potenza del motore e la progettazione dei componenti strutturali.
Grafico degli sforzi nell'alloggiamento di un motore a induzione (in alto) e densità del flusso magnetico nel rotore (in basso a sinistra). È mostrata anche l'orbita del rotore in corrispondenza dei cuscinetti (in basso a destra).
Flessibilità completa nell'analisi di sistemi multibody
I componenti di un sistema che subiscono deformazioni possono essere modellati come deformabili, mentre altri componenti, o anche parti di questi componenti, possono essere descritti come rigidi. È inoltre possibile includere materiali non lineari in un progetto e nelle analisi cinematiche multicorpo combinando i modelli nel Multibody Dynamics Module con il Nonlinear Structural Materials Module o il Geomechanics Module. Allo stesso tempo, gli altri fenomeni fisici modellati con COMSOL Multiphysics e la suite di moduli specifici per le varie applicazioni, possono essere accoppiati alla fisica descritta dal Multibody Dynamics Module, come ad esempio nel caso degli effetti di scambio termico o dei fenomeni elettrici.
E' possibile eseguire vari tipi di analisi dei cinematismi multibody: transitoria, nel dominio delle frequenze, determinazione delle frequenze proprie e analisi stazionarie. Si possono assegnare ai giunti molle lineari/torsionali con proprietà di smorzamento, forze e momenti applicati e movimento imposto come funzione del tempo. Le funzionalità di analisi e post-processing includono:
Spostamento/rotazione relativa tra due componenti e le rispettive velocità
Forze e momenti di reazione vincolare su un giunto
Sistemi di riferimento in coordinate globali e locali
Sforzi e deformazioni nei corpi deformabili
Analisi a fatica di corpi deformabili critici in combinazione con il Fatigue Module
Spesso il movimento tra due componenti è limitato dalla presenza o dalle funzioni di altri oggetti fisici. È possibile specificare vincoli limitanti e condizionali del moto relativo dei giunti, per modellare e definire in modo completo questi sistemi complessi. Ad esempio, in robotica il moto relativo tra due bracci può essere definito come una funzione predefinita del tempo. I giunti possono inoltre essere associati a molle e il Multibody Dynamics Module permette anche di definire eventuali fattori di smorzamento.
Multibody Dynamics Module
Caratteristiche del Prodotto
- I giunti possono essere vincolati per limitare il moto relativo tra due componenti connessi
- I giunti possono essere bloccati per fermare a un valore specifico il moto relativo tra due componenti connessi
- Condizioni di elasticità da molla possono essere applicate ai moti relativi sul giunto, sia all'equilibrio sia con deformazioni iniziali
- Si possono creare sistemi meccanici a parametri concentrati, costituiti da masse, smorzatori, molle e altro
- Le condizioni di smorzamento o smorzamento viscoso possono essere definite per specificare le perdite date dal moto relativo sul giunto
- Ai giunti è possibile applicare un movimento relativo tra i componenti connessi
- Si possono aggiungere delle perdite per attrito sui giunti del tipo: prismatico, cerniera, cilindrico, a vite, planare e sferico
- Condizione cam-follower
- Forze e momenti possono essere applicati a tutte le tipologie di giunti tra componenti
- I meccanismi possono essere inizializzati per traslazioni e rotazioni rigide con velocità date e relative ad un determinato centro di rotazione
Campi di Utilizzo
- Aerospaziale
- Automotive
- Dinamica del motore
- Meccatronica
- Robotica
- Biomeccanica
- Dispositivi biomedicali
- Dinamica del veicolo
- Simulazioni dinamiche generali di assemblati
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 ...
Modeling 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 ...
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 ...
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, ...
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 ...
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 ...
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.
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 ...
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