abaqus齒輪模態(tài)的案例
基于ABAQUS的直齒圓柱齒輪模態(tài)分析
齒輪是依靠齒的嚙合傳遞扭矩的輪狀機(jī)械零件。齒輪通過與其它齒狀機(jī)械零件（如另一齒輪、齒條、蝸桿）傳動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)改變轉(zhuǎn)速與扭矩、改變運(yùn)動(dòng)方向和改變運(yùn)動(dòng)形式等功能。在工作過程中，齒輪可能會(huì)由于機(jī)械振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲，這樣會(huì)降低齒輪的嚙合精度和傳遞效率，從而影響齒輪的壽命。
本文以ABAQUS有限元分析軟件為平臺(tái)，對(duì)齒輪進(jìn)行模態(tài)分析，提取了前6階固有頻率與振型，通過不同材料和腹板倒角的齒輪選擇，對(duì)固有頻率與振型變化趨勢(shì)的分析，為齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化及提供了設(shè)計(jì)依據(jù)，同時(shí)為進(jìn)一步的動(dòng)力學(xué)分析奠定了基礎(chǔ)。
模態(tài)分析的基本理論
模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，指結(jié)構(gòu)在各頻率下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)是其若干階模態(tài)振型的綜合。對(duì)于一般的多自由度系統(tǒng)來說，運(yùn)動(dòng)都可以由其振動(dòng)的模態(tài)來合成，有限元的模態(tài)分析就是建立模型模態(tài)進(jìn)行數(shù)值分析的過程，其運(yùn)動(dòng)微分方程是
式中，[M] 為質(zhì)量矩陣，[C] 為阻尼矩陣，[K] 為剛度矩陣；X(t) 為系統(tǒng)各點(diǎn)的位移響應(yīng)向量；F(t) 為系統(tǒng)各點(diǎn)的激勵(lì)力向量。
展開 ABAQUS的直齒圓柱齒輪模態(tài)有限元分析 附ABAQUS有限元分析常見問題解答下載
齒輪是最常用的零部件之一，起到了傳遞扭矩的作用。為了研究齒輪固有頻率和振型的影響因素，改善齒輪的動(dòng)態(tài)特性，齒輪通過與其它齒狀機(jī)械零件（如另一齒輪、齒條、蝸桿）傳動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)改變轉(zhuǎn)速與扭矩、改變運(yùn)動(dòng)方向和改變運(yùn)動(dòng)形式等功能。
本文運(yùn)用SolidWorks 三維建模軟件建立齒輪建模，并運(yùn)用ABAQUS和振動(dòng)分析理論對(duì)模型進(jìn)行模態(tài)分析，用Lanczos算法提取固有頻率，得到齒輪的模態(tài)和振型，為優(yōu)化齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供支持。
本文以ABAQUS有限元分析軟件為平臺(tái), 對(duì)齒輪進(jìn)行模態(tài)分析, 提取了前6階固有頻率與振型, 通過不同材料和腹板倒角的齒輪選擇，對(duì)固有頻率與振型變化趨勢(shì)的分析, 為齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化及提供了設(shè)計(jì)依據(jù), 同時(shí)為進(jìn)一步的動(dòng)力學(xué)分析奠定了基礎(chǔ)。
模態(tài)分析的基本理論
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1.基本理論
模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性, 指結(jié)構(gòu)在各頻率下的動(dòng)態(tài)響應(yīng), 一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)是其若干階模態(tài)振型的綜合。
展開 ANSYS workbench 齒輪模態(tài)分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)齒輪三維模型的處理
2、學(xué)習(xí)模態(tài)分析步的建立
3、學(xué)習(xí)模態(tài)分析的邊界條件的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 齒輪模態(tài)分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有的分析文件。
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斜齒輪精確建模及有限元模態(tài)分析
現(xiàn)代制造工程-2004年 11期-UG-斜齒輪精確建模及有限元模態(tài)分析
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現(xiàn)代制造工程-2004年 11期-UG-斜齒輪精確建模及有限元模態(tài)分析.pdf
采用 UG、HyperMesh 和 ANSYS 的齒輪軸模態(tài)分析
因此在本次計(jì)算中只提取了齒輪軸的前9 階模態(tài)。
6 結(jié)果分析
從模態(tài)頻率可以看出，第1 階模態(tài)的頻率接近于0，即所謂的剛體模態(tài)。因此真正意義上的模態(tài)應(yīng)該是從第2 階開始的模態(tài)。表1 所示為齒輪軸前9 階非零模態(tài)頻率和振型描述，圖3 所示為第1、4、5 階非零模態(tài)振型圖。
為驗(yàn)證有限元模態(tài)分析結(jié)果的正確性，對(duì)該齒輪軸進(jìn)行了約束狀態(tài)下的模態(tài)試驗(yàn)，齒輪軸模態(tài)分析測(cè)試系統(tǒng)示意圖如圖4 所示。試驗(yàn)設(shè)備包括激振器、加速度傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集器和ME'scope 模態(tài)分析軟件。
將齒輪軸當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)，激振器產(chǎn)生一個(gè)已知頻率的信號(hào)施加在該系統(tǒng)上，加速度傳感器測(cè)量出其響應(yīng)信號(hào)并將信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)采集器，然后傳遞給計(jì)算機(jī)，最后利用ME'scope 模態(tài)分析軟件根據(jù)輸入、輸出信號(hào)，識(shí)別系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。本試驗(yàn)用錘擊脈沖激勵(lì)作為輸入信號(hào)，由于施加激振力的方向受限，加之約束的影響，在此僅測(cè)試齒輪軸的第1 階固有頻率。
試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果比較如表2 所示，從表2 中可以看出，固有頻率相對(duì)誤差絕對(duì)值在10% 之內(nèi)。比較結(jié)果表明有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果很接近，證明了所建立的有限元模型很好地反映了實(shí)際結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性以及有限元結(jié)構(gòu)模態(tài)分析的準(zhǔn)確性。
較結(jié)果表明有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果很接近，證明了所建立的有限元模型很好地反映了實(shí)際結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性以及有限元結(jié)構(gòu)模態(tài)分析的準(zhǔn)確性。
盡管如此，有限元結(jié)構(gòu)模態(tài)計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)分析結(jié)果仍存在一定的誤差，原因如下。
1) 利用有限元法在建立齒輪軸模型時(shí)對(duì)齒輪軸體的倒角、鍵槽等特征進(jìn)行簡化處理。
2) 把無限多個(gè)自由度的連續(xù)振動(dòng)系統(tǒng)離散為有限自由度的離散振動(dòng)系統(tǒng)，存在誤差。
展開 【ABAQUS模態(tài)動(dòng)力學(xué)】Composite&abaqus 預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析&輸出單元?jiǎng)偠染仃?/span>
參考
連接器振動(dòng)脫落_abaqus重啟動(dòng)分析_顯式隱式切換_插拔力預(yù)應(yīng)力模態(tài)_TeeSim天深科技
Abaqus預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析 附Abaqus 分析用戶手冊(cè)材料卷下載- 技術(shù)鄰
Natural frequency extraction - SIMULIA 用戶幫助 2020 User guide
《結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)》
振動(dòng)理論及工程應(yīng)用_天津大學(xué)_中國大學(xué)MOOC(慕課)
Eigenvalue extraction - SIMULIA 用戶幫助 2020 Theory
1. 什么是模態(tài)分析？
模態(tài)分析是指求解多自由度系統(tǒng)的模態(tài)振型及振動(dòng)頻率的過程。模態(tài)分析可簡單地分為自由模態(tài)分析和約束模態(tài)分析。
自由模態(tài)分析：不加任何約束，進(jìn)行求解（會(huì)出現(xiàn)前六階0模態(tài)）
約束模態(tài)分析：施加完整的約束，模型不會(huì)出現(xiàn)剛體模態(tài) 還可以分類為：
預(yù)應(yīng)力模態(tài)（典型例子：吉他琴弦）
干模態(tài)分析(空氣中)
濕模態(tài)分析（流體耦合作用不可忽略）
2. 單自由度系統(tǒng)振幅和固有頻率的求解
模態(tài)分析的本質(zhì)上是求解一定條件下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程。
展開 案例13 基于模態(tài)的振動(dòng)響應(yīng)（Abaqus計(jì)算模態(tài)）
之前在superxjw版主的第二課中介紹了如何利用VL計(jì)算基于模態(tài)的振動(dòng)響應(yīng)，但是有網(wǎng)友是采用Abaqus計(jì)算模態(tài)，然后用VL來計(jì)算后續(xù)的振動(dòng)響應(yīng)以及聲學(xué)響應(yīng)，然后就詢問如何導(dǎo)入Abaqus的模態(tài)分析結(jié)果，因此，做了一個(gè)導(dǎo)入Abaqus的模態(tài)結(jié)果，然后進(jìn)行振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算的案例，給大家分享一下。
superxjw版主的視頻教程：
LMS Virtual.Lab 11聲學(xué)視頻教程 第二課 基于模態(tài)的振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算
對(duì)于VL的接口方面：
VL11SL2和VL12都是支持到Abaqus 6.12
所以，喜歡追求新版本，使用Abaqus6.13的朋友們就得注意一下版本的問題了。
感謝阿偉在本人學(xué)習(xí)LMS Virtual.Lab過程中的幫助！
本例視頻及Abaqus模態(tài)計(jì)算結(jié)果文件下載地址：http://pan.baidu.com/share/link?shareid=4100661600&uk=1728334102
LMS Virtual.Lab Acoustics 交流群 238339600
展開 Hypermesh與ABAQUS聯(lián)合的模態(tài)分析 附HyperMesh模態(tài)分析步驟下載
圖6 約束施加
7、載荷條件
模態(tài)為系統(tǒng)固有振動(dòng)屬性，無法在對(duì)應(yīng)分析步中設(shè)定載荷，如需考結(jié)構(gòu)在某載荷作用下的振動(dòng)屬性，可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析。
最后單擊Load Steps下的Step1，將Output Blocks與Load Collectors與其對(duì)應(yīng)，如圖8所示。
圖8 分析步設(shè)定修改
通過File->Export->Solver Deck進(jìn)行模型導(dǎo)出。
ABAQUS部分
1、文件導(dǎo)入
進(jìn)入ABAQUS中，通過File->import->Model進(jìn)行inp文件導(dǎo)入。
2、檢查設(shè)定
通過各個(gè)模塊檢查設(shè)定，無誤，并創(chuàng)建作業(yè)提交求解。
3、后處理
得到的一階及二階模態(tài)振型如下。
圖9 一階模態(tài)振型
圖10 二階模態(tài)振型
下載地址：HyperMesh模態(tài)分析步驟
展開 Abaqus齒輪鏈條傳動(dòng)仿真 附ABAQUS經(jīng)典例題集下載
最新版的不用這么麻煩了，在Abaqus/CAE 2020中已經(jīng)支持直接定義Abaqus/Explicit General Contact的初始狀態(tài)調(diào)整，可以非常方便地消除網(wǎng)格的初始穿透。
下載地址：ABAQUS經(jīng)典例題集
考慮壩體-庫水相互作用的重力壩模態(tài)分析--對(duì)比分析ANSYS和ABAQUS重力壩流固耦合模態(tài)結(jié)果
ANSYS壩體-庫水有限元模型
ABAQUS壩體-庫水幾何模型及約束條件
（1）首先對(duì)比分析，ANSYS與ABAQUS混凝土重力壩空庫模態(tài)分析結(jié)果
（2）壩體-庫水流固耦合模型，模態(tài)分析結(jié)果對(duì)比
ANSYS與ABAQUS計(jì)算前12階模態(tài)對(duì)比分析結(jié)果
階數(shù)
ABA滿庫自振頻率/Hz
ANS滿庫自振頻率/Hz
ANSYS-ABAQUS誤差百分比
1
5.5487
5.5717
0.004145115
2
6.7567
6.7702
0.001998017
3
9.5858
9.6043
0.001929938
4
13.922
14.013
0.006536417
5
16.358
16.42
0.003790194
6
17.76
17.786
0.001463964
7
19.648
19.741
0.004733306
8
展開 abaqus仿真金屬齒輪切齒 ￥30
從hypermesh到abaqus的齒輪切削仿真
基于ABAQUS的齒輪瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 ￥30
該案例是一對(duì)齒輪的動(dòng)態(tài)分析，小齒輪施加轉(zhuǎn)速，大齒輪加阻力矩
Abaqus齒輪磨削仿真案例講解(二)
[圖片]
abaqus中齒輪的多體動(dòng)力學(xué)
設(shè)置
（創(chuàng)建 連接線-連接屬性-賦予屬性 這三個(gè)步驟省去）
5.3 賦予相關(guān)齒輪點(diǎn)質(zhì)量
（對(duì)1、2兩點(diǎn)）
6 邊界條件
7 分析結(jié)果
（扭矩曲線）
（角速度曲線）
最后，請(qǐng)大家關(guān)注我的微信公眾號(hào)“abaqus慢慢來”
Abaqus預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析 附Abaqus 分析用戶手冊(cè)材料卷下載
abaqus在求解模態(tài)時(shí)對(duì)接觸區(qū)域的處理并不是直接作tie連接處理，而是會(huì)在兩個(gè)接觸面之間引入接觸剛度，而tie連接對(duì)兩個(gè)接觸面是綁定關(guān)系，即引入無窮大的剛度，所以用接觸設(shè)定進(jìn)行模態(tài)求解時(shí)模態(tài)頻率會(huì)偏小，更符合實(shí)際。
2. 下圖紅色部分是預(yù)緊力狀態(tài)下的接觸區(qū)域，而不加載預(yù)緊力時(shí)接觸區(qū)域更大，所以兩種狀態(tài)下模態(tài)頻率差異較大。
3. 不同大小的預(yù)緊力狀態(tài)下由于接觸區(qū)域基本保持不變，所以對(duì)模態(tài)頻率影響不大。
4. 在tie的建模方式下，不管是否加載預(yù)緊力，接觸面積不會(huì)發(fā)生改變，所以對(duì)模態(tài)頻率影響不大。
總結(jié)
1. 用abaqus求解模態(tài)時(shí)對(duì)接觸區(qū)域的處理可以直接定義接觸求解，相比tie來求解結(jié)果更合理。
2. 預(yù)緊力狀態(tài)下會(huì)改變接觸狀態(tài)，從而對(duì)模態(tài)頻率產(chǎn)生影響。
3. 對(duì)于實(shí)際情況，如果接觸面積在振動(dòng)過程中變化很小，基本保證靜力分析時(shí)的接觸面大小，不是大面積的開合，這種帶接觸的預(yù)應(yīng)力模態(tài)結(jié)果還是比較準(zhǔn)確的。
下載地址：Abaqus 分析用戶手冊(cè)材料卷
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