ansys齒輪瞬態(tài)仿真的案例
ANSYS Workbench齒輪瞬態(tài)動力學(xué)仿真
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總結(jié)
ANSYS Workbench對齒輪進行動力學(xué)仿真是非常方便，包括接觸的設(shè)置、轉(zhuǎn)動副的設(shè)置等都非常方便。如果計算不收斂時，主要通過調(diào)試網(wǎng)格質(zhì)量、接觸算法、載荷施加的方式等；再者就是裝配體模型一定不要有干涉。還有就是由于齒輪的瞬態(tài)動力學(xué)計算量較大，可以仿真轉(zhuǎn)動兩三個齒即可，為提高計算的準確性，可以將這兩三個齒進行網(wǎng)格局部加密，以便更加接近真實解。
源自CAE集中營
ANSYS Fluent 內(nèi)嚙合齒輪泵瞬態(tài)流場仿真
王鑫鑫
安世亞太沈陽分公司
利用ANSYS Fluent軟件能夠方便的計算齒輪泵工作過程中的性能參數(shù)，本文僅以內(nèi)嚙合齒輪為例，介紹了仿真主要方法，對于其他類型如外嚙合齒輪泵可以此為參考，選擇合適的方法。
在對齒輪泵進行流場仿真計算時，通常會遇到三個方面的問題：
1）嚙合間隙如何處理？
2）劃分什么樣的網(wǎng)格？
3）動網(wǎng)格如何設(shè)置？
下面介紹如何使用ANSYS Fluent軟件解決這三方面問題，順利的實現(xiàn)齒輪泵動態(tài)流場的仿真。
大咖慧齒輪箱仿真專題
11月16日-18日
11月16-18日，安世亞太大咖慧推出齒輪箱仿真專題培訓(xùn)，內(nèi)容包含：Recurdyn齒輪嚙合分析、無網(wǎng)格液體流動仿真軟件Particleworks介紹及案例演示、齒輪泵動態(tài)流場仿真分析課程介紹介紹。（報名方式見底部）
本文所
選取的實例模型如圖1所示，主要包含內(nèi)齒圈、齒輪軸、月牙隔板、泵殼等部件。
展開 ANSYS workbench錐齒輪嚙合瞬態(tài)動力學(xué)分析 附ANSYS Workbench 下載
下載地址：ANSYS Workbench 15.0完全自學(xué)一本通
內(nèi)嚙合齒輪泵瞬態(tài)流場仿真
王鑫鑫
安世亞太沈陽分公司
利用ANSYS Fluent軟件能夠方便的計算齒輪泵工作過程中的性能參數(shù)，本文僅以內(nèi)嚙合齒輪為例，介紹了仿真主要方法，對于其他類型如外嚙合齒輪泵可以此為參考，選擇合適的方法。
在對齒輪泵進行流場仿真計算時，通常會遇到三個方面的問題：
1）嚙合間隙如何處理？
2）劃分什么樣的網(wǎng)格？
3）動網(wǎng)格如何設(shè)置？
下面介紹如何使用ANSYS Fluent軟件解決這三方面問題，順利的實現(xiàn)齒輪泵動態(tài)流場的仿真。
本文所選取的實例模型如圖1所示，主要包含內(nèi)齒圈、齒輪軸、月牙隔板、泵殼等部件。
圖 1.內(nèi)嚙合齒輪模型
嚙合間隙的處理方法
如圖2，由于齒輪之間的嚙合間隙極小，會給流體域網(wǎng)格劃分帶來很大的困難，而且一般需要采用動網(wǎng)格技術(shù)模擬齒輪的旋轉(zhuǎn)運動，太小的間隙也會使嚙合區(qū)域網(wǎng)格重構(gòu)時產(chǎn)生嚴重的扭曲，造成計算不收斂，所以通常都會對嚙合位置進行適當?shù)奶幚怼?圖2. 齒輪嚙合間隙示意
目前常用的處理方法主要是分離法，即通過增加兩個齒輪之間的安裝中心距來加大齒輪嚙合區(qū)域的間隙，這種方法保留了輪齒的真實形狀，但是可能會造成齒輪與其他結(jié)構(gòu)干涉等問題。另一種方法是齒面移動法，即將兩側(cè)齒面分別繞著旋轉(zhuǎn)軸向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，保證嚙合區(qū)最小間隙在0.05mm左右。
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技術(shù)講解 | 內(nèi)嚙合齒輪泵瞬態(tài)流場仿真
作者：王鑫鑫，安世亞太沈陽分公司
來源：本文為安世亞太原創(chuàng)作品，上海安世亞太授權(quán)轉(zhuǎn)載
前言
利用ANSYS Fluent軟件能夠方便的計算齒輪泵工作過程中的性能參數(shù)，本文僅以內(nèi)嚙合齒輪為例，介紹了仿真主要方法，對于其他類型如外嚙合齒輪泵可以此為參考，選擇合適的方法。
在對齒輪泵進行流場仿真計算時，通常會遇到三個方面的問題：
1）嚙合間隙如何處理？
2）劃分什么樣的網(wǎng)格？
3）動網(wǎng)格如何設(shè)置？下面介紹如何使用ANSYS Fluent軟件解決這三方面問題，順利的實現(xiàn)齒輪泵動態(tài)流場的仿真。
本文所選取的實例模型如圖1所示，主要包含內(nèi)齒圈、齒輪軸、月牙隔板、泵殼等部件。
圖 1.內(nèi)嚙合齒輪模型
01 嚙合間隙的處理方法
如圖2，由于齒輪之間的嚙合間隙極小，會給流體域網(wǎng)格劃分帶來很大的困難，而且一般需要采用動網(wǎng)格技術(shù)模擬齒輪的旋轉(zhuǎn)運動，太小的間隙也會使嚙合區(qū)域網(wǎng)格重構(gòu)時產(chǎn)生嚴重的扭曲，造成計算不收斂，所以通常都會對嚙合位置進行適當?shù)奶幚怼?圖2. 齒輪嚙合間隙示意
目前常用的處理方法主要是分離法，即通過增加兩個齒輪之間的安裝中心距來加大齒輪嚙合區(qū)域的間隙，這種方法保留了輪齒的真實形狀，但是可能會造成齒輪與其他結(jié)構(gòu)干涉等問題。另一種方法是齒面移動法，即將兩側(cè)齒面分別繞著旋轉(zhuǎn)軸向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，保證嚙合區(qū)最小間隙在0.05mm左右。
圖3.齒面移動示意圖
圖4.移動后的嚙合狀態(tài)
02 網(wǎng)格劃分方法
網(wǎng)格劃分對流場求解很重要，ANSYS提供了多種網(wǎng)格劃分工具，讓我們能夠根據(jù)模型特點、求解需求選擇最適合的工具和方法。
圖5.
展開 ANSYS Workbench連桿瞬態(tài)動力學(xué)仿真 ￥19.89
</p><p><br></p><p>2 Ansys workbench有限元分析軟件</p><p>在ANSYS 7.0版本問世之前，ANSYS公司致力于研發(fā)其核心產(chǎn)品ANSYS。這一版本通過其仿真效果的卓越和效率的顯著，贏得了工程界的廣泛贊譽。然而，盡管取得了如此成就，該版本在仿真模擬操作方面存在明顯的不足，即用戶必須通過編寫復(fù)雜的程序才能進行仿真，這限制了其在工程領(lǐng)域的普及應(yīng)用。</p><p>隨著ANSYS公司成功推出ANSYS Workbench這一新型號，局面發(fā)生了轉(zhuǎn)變。ANSYS Workbench以其創(chuàng)新的用戶界面和工作流程，簡化了仿真過程，極大地提升了用戶體驗，因此迅速被廣泛應(yīng)用，其普及程度甚至超越了傳統(tǒng)的ANSYS經(jīng)典版本。目前，ANSYS Workbench已經(jīng)發(fā)展到24.0版本，繼續(xù)引領(lǐng)著行業(yè)的進步。</p><p>ANSYS Workbench作為一個先進的仿真平臺，具備分析和模擬復(fù)雜機械系統(tǒng)的能力。它涵蓋了結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、剛體動力學(xué)、流體動力學(xué)、結(jié)構(gòu)熱力學(xué)、電磁場分析以及多物理場耦合分析等多個領(lǐng)域。這些功能使得工程師能夠?qū)C械系統(tǒng)進行全面的性能評估，從而優(yōu)化設(shè)計，提高產(chǎn)品的可靠性和性能。</p><p>在結(jié)構(gòu)靜力學(xué)方面，ANSYS Workbench能夠模擬材料在靜態(tài)載荷下的響應(yīng)，包括應(yīng)力、應(yīng)變和位移等參數(shù)。在結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析中，該平臺可以模擬結(jié)構(gòu)在動態(tài)載荷下的行為，如振動和疲勞。剛體動力學(xué)分析允許工程師研究物體在受到力和扭矩作用時的運動情況。</p><p>流體動力學(xué)模塊使工程師能夠模擬液體或氣體在各種條件下的流動行為，這對于設(shè)計高效的流體傳輸系統(tǒng)至關(guān)重要。結(jié)構(gòu)熱力學(xué)分析則關(guān)注材料在熱載荷下的行為，包括熱膨脹和熱應(yīng)力。
展開 CREO ANSYS Simulation 旋流分離器的穩(wěn)態(tài)仿真和瞬態(tài)仿真的區(qū)別
對于流體在旋流分離器內(nèi)的仿真工作，要根據(jù)實體工件設(shè)計目的而分別對待，制定不同的仿真模式。
如上圖，如果仿真目的是研究內(nèi)部流體所表現(xiàn)出來的速度、壓力。仿真模塊選擇“流動”即可。如果還要涉及湍能，物理模塊要增加“湍流”。使用穩(wěn)態(tài)較合適，穩(wěn)態(tài)模式主要研究流體達到穩(wěn)定的“常態(tài)”之后所表現(xiàn)出來的物理特性。不考慮流體達到穩(wěn)定之前的過程，即與時間無關(guān)。如上圖，旋流分離器內(nèi)的流體是穩(wěn)定的流動狀態(tài)，無論何時，狀態(tài)一致。
如果仿真目的除了上述速度、壓力、湍能，還要考慮隨流體一同流動的“顆粒”，仿真模塊另外還要增加“粒子”，顆粒有多少種，粒子模塊就要增加多少個（注意，此粒子有具體質(zhì)量（密度&體積），與“流線”中無質(zhì)量的“粒子”有本質(zhì)的區(qū)別）。穩(wěn)態(tài)的仿真模式就不能勝任了，粒子（顆粒）在隨流體“流動”過程中，粒子或沉積或隨波逐流而去，粒子和流體域隨時產(chǎn)生變化（注意，“隨時”兩個字），時間延長則沉積越多，可供流體占用的空間越少，直到顆粒塞滿全部腔體。流體永遠達不到常態(tài)的穩(wěn)定。所以仿真模式必須使用瞬態(tài)。瞬態(tài)仿真是建立在時間節(jié)點上的仿真，其仿真結(jié)果第一要素是時間。
瞬態(tài)仿真結(jié)果，假設(shè)，自0開始，第0.1秒結(jié)果、第0.2秒結(jié)果，第0.3秒結(jié)果... ..第1秒......第3秒，共計30個結(jié)果連續(xù)在一起，形成時間連續(xù)的動畫，如上圖，就是30個粒子瞬態(tài)仿真結(jié)果。
那么，請問，如果我想獲得一個表達3秒種的，相對質(zhì)量高的動畫，應(yīng)該如何調(diào)整瞬態(tài)仿真呢？
播放時長=仿真時長，幀頻=24幀。格式MP4或者GIF。有興趣的朋友可以一試，本文附件為模型文件。
剛才出去吃飯，五個籠包飽了。想起一件事，一個朋友說，能否在穩(wěn)態(tài)下仿真粒子的運動呢？手拿第六個籠包糾結(jié)了。五個籠包填飲肚皮，是我飯量的穩(wěn)定狀態(tài)。
展開 AnsysWB-手機跌落瞬態(tài)仿真 ￥10
AnsysWB-手機跌落瞬態(tài)仿真
Ansys EMI 瞬態(tài)聯(lián)合仿真方法
Ansys Circuit，類似SPICE的電路求解器，利用HFSS模型和真實的激勵模式進行瞬態(tài)仿真。仿真結(jié)果在HFSS中進行回饋，以計算最終電磁場。
圖7：STMicroelectronics中使用的ANSYS電磁干擾流
在上述兩種工具中進行的時域和頻域仿真都需要再現(xiàn)真實的電磁干擾場。如圖7所示，Ansys EMI電磁干擾流確保了數(shù)據(jù)交換（端口級的S參數(shù)模型和頻譜）的自動化。 該方法的發(fā)展在于找到最佳設(shè)置，以獲得預(yù)期精度內(nèi)的結(jié)果，并限制仿真時間。從這個角度來看，降低HFSS中的模型復(fù)雜性至關(guān)重要（圖8）。已開展的調(diào)查確定了適當?shù)那懈铋g隙規(guī)則。仿真的基本參數(shù)包括結(jié)構(gòu)周圍的包圍盒類型和尺寸、端口類型、寬帶S參數(shù)建模的掃頻、網(wǎng)格設(shè)置和收斂準則。
圖8：HFSS 3D結(jié)構(gòu)仿真
HFSS S參數(shù)模型鏈接在電路環(huán)境內(nèi)部，并在原理圖中實例化（圖9）。請注意，默認情況下，S參數(shù)模型會在類似SPICE的模型中自動轉(zhuǎn)換。端口激勵由IBIS格式的驅(qū)動程序設(shè)置，使用偽隨機位序列(PRBS)來再現(xiàn)真實的用例。在運行仿真之前，原理圖應(yīng)完整，包括具有足夠精度的模型。此外，時間步長和停止時間等參數(shù)是非常重要的，因為它們用于通過FFT生成端口級的頻譜。分辨率帶寬(RBW)與停止時間相關(guān)聯(lián)，帶寬(BW)可受時間步長限制。
圖9：HFSS模型在電路Circuit環(huán)境下的原理圖
例如，15位長度的PRBS每45.32 kHz產(chǎn)生次諧波。由于在這種情況下所需的最小頻率是第一次諧波的頻率，因此時域激勵的采樣頻率必須更小。第一次諧波值的四分之一在此約束與瞬態(tài)仿真持續(xù)時間（采樣頻率=11.33kHz=>停止時間=88.33μs)之間提供了很好的折衷。
展開 基于ANSYS11的齒輪嚙合仿真
剛接觸ANSYS11.0對于其多體動力學(xué)仿真功能進行一點探索.
相對于ANSYS10.0,新版本的一個重要改進就是多體動力學(xué)仿真,可以實現(xiàn)運動副的大位移大轉(zhuǎn)動分析.
本人作了一個簡單的直齒輪副的嚙合沖擊多柔體動力學(xué)仿真,與大家共同分享新版的特點.
附件中是三個動畫文件.
示例圖
主動輪（上）被動輪（下）的轉(zhuǎn)動位移曲線：
主動輪和被動輪的轉(zhuǎn)速曲線（轉(zhuǎn)速以線性遞增方式加載在主動輪上）：
主動輪和被動輪的旋轉(zhuǎn)加速度曲線：
gearmeshresult.rar
使用 ANSYS CFX 對離心泵內(nèi)的流動進行瞬態(tài)仿真 ￥10
使用 ANSYS CFX 對離心泵內(nèi)的流動進行瞬態(tài)仿真。湍流模型采用 SST。同時包含 CFX 定義文件。
AnsysWB-易拉罐壓碎瞬態(tài)動力學(xué)仿真 ￥10
汽水易拉罐壓碎仿真模擬
干貨 | ANSYS瞬態(tài)CFD分析方法—流體自控振蕩器的仿真
但實際中，由于物體運動、邊界條件改變或流動自身特性等原因，流動現(xiàn)象都是隨時間變化而變化的，這就必須進行瞬態(tài)CFD分析。今天我們就以流體自控振蕩器為例來了解下如何使用ANSYS進行瞬態(tài)CFD分析。
圖1顯示的是一個振蕩器結(jié)構(gòu)，為了減少計算量，我們采用2D模型來分析。由于康達效應(yīng)的影響，入口射流會有偏向一側(cè)曲面的趨勢，而結(jié)構(gòu)又是對稱的，因此射流一開始會隨機偏向任意一側(cè)。當流體偏向某一側(cè)的時候，由于結(jié)構(gòu)存在反饋回路（紅色虛線），反饋流體會對入口射流產(chǎn)生干擾，使得射流偏向另一側(cè)。這樣，即使在入口射流流量不變的條件下，射流將會在兩個偏轉(zhuǎn)狀態(tài)之間不斷來回切換，出口處就形成了交替出流的情況。這是一個明顯的瞬態(tài)現(xiàn)象，需要進行瞬態(tài)分析。
圖1 流體自控振蕩器結(jié)構(gòu)圖
瞬態(tài)分析有兩點是需要特別注意的：
1、 合理給定初始值。與穩(wěn)態(tài)分析的初始值不同，瞬態(tài)分析的初始值是有實際物理意義的，表示瞬態(tài)現(xiàn)象在0時刻的物理狀態(tài)，對于流動內(nèi)部自發(fā)的瞬態(tài)現(xiàn)象，可以先求解一個穩(wěn)態(tài)解作為瞬態(tài)分析的初始值。
2、 合理設(shè)定時間步Δt。如果周期T已知，那么Δt< T/20，如果T未知，那么
其中L為特征網(wǎng)格長度，V為特征速度。
所以，我們先按穩(wěn)態(tài)模型設(shè)置的過程求解出一個穩(wěn)態(tài)解。
展開 干貨 | ANSYS瞬態(tài)CFD分析方法—流體自控振蕩器的仿真
但實際中，由于物體運動、邊界條件改變或流動自身特性等原因，流動現(xiàn)象都是隨時間變化而變化的，這就必須進行瞬態(tài)CFD分析。今天我們就以流體自控振蕩器為例來了解下如何使用ANSYS進行瞬態(tài)CFD分析。
圖1顯示的是一個振蕩器結(jié)構(gòu)，為了減少計算量，我們采用2D模型來分析。由于康達效應(yīng)的影響，入口射流會有偏向一側(cè)曲面的趨勢，而結(jié)構(gòu)又是對稱的，因此射流一開始會隨機偏向任意一側(cè)。當流體偏向某一側(cè)的時候，由于結(jié)構(gòu)存在反饋回路（紅色虛線），反饋流體會對入口射流產(chǎn)生干擾，使得射流偏向另一側(cè)。這樣，即使在入口射流流量不變的條件下，射流將會在兩個偏轉(zhuǎn)狀態(tài)之間不斷來回切換，出口處就形成了交替出流的情況。這是一個明顯的瞬態(tài)現(xiàn)象，需要進行瞬態(tài)分析。
圖1 流體自控振蕩器結(jié)構(gòu)圖
瞬態(tài)分析有兩點是需要特別注意的：
1、 合理給定初始值。與穩(wěn)態(tài)分析的初始值不同，瞬態(tài)分析的初始值是有實際物理意義的，表示瞬態(tài)現(xiàn)象在0時刻的物理狀態(tài)，對于流動內(nèi)部自發(fā)的瞬態(tài)現(xiàn)象，可以先求解一個穩(wěn)態(tài)解作為瞬態(tài)分析的初始值。
2、 合理設(shè)定時間步Δt。如果周期T已知，那么Δt< T/20，如果T未知，那么
其中L為特征網(wǎng)格長度，V為特征速度。
所以，我們先按穩(wěn)態(tài)模型設(shè)置的過程求解出一個穩(wěn)態(tài)解。
展開 基于ANSYS_LS_DYNA的直齒錐齒輪動力學(xué)接觸仿真分析
針對直齒錐齒輪疲勞破壞中出現(xiàn)兒率最高的齒面接觸疲勞強度問題,在UG中建立齒輪幾何模型,利用ANSYS/LS2DYNA對齒輪進行動力學(xué)接觸仿真分析,計算了齒輪副在嚙合過程中齒面接觸應(yīng)力、應(yīng)變的變化情況及兩對輪齒同時接觸過程中接觸壓力的分布情況
基于ANSYS_LS_DYNA的直齒錐齒輪動力學(xué)接觸仿真分析.pdf
