輪軌接觸仿真的案例
ABAQUS---輪軌瞬態滾動接觸有限元模型(直線半輪對) ￥888
<p class="ql-align-justify"> <span style="color: rgb(25, 27, 31);"> </span>目前，輪軌瞬態滾動接觸有限元模型日漸成熟，尤其針對直線半輪對情況。利用該模型已經詳細開展了大量的輪軌滾動仿真，比如：1）輪軌不平順（鋼軌波磨、焊接接頭、硌傷、隱傷；車輪多邊形、擦傷、凹磨）；2）道岔瞬態沖擊振動；3）單點-兩點接觸；4）輪軌低黏著；5）熱機耦合，并分析了各種情形下的輪軌滾動接觸力學行為、磨耗和疲勞損傷問題。然而，該成熟的模型大多都是基于ANSYS軟件建立，而ABAQUS軟件本身在模擬強非線性接觸、材料塑性本構、CAE界面操作等方面具有顯著的優勢，但是當下基于ABAQUS軟件建立的輪軌瞬態滾動接觸模型仍存在很多問題，比如：<strong>輪軌力不穩定、車輪網格沙漏引起畸變、牽引/制動模擬困難、一系耦合約束和扣件模擬不當等</strong>，使得該模型推廣受阻。本文旨在從作者經驗角度，分享輪軌滾動接觸有限元建模時可能面臨的問題，如有不當，還歡迎批評指正。</p><p><span style="color: rgb(25, 27, 31);"> </span>輪軌瞬態滾動接觸有限元模型中，由于車輪具有較高的滾動速度，使得車輪瞬態滾動時對系統激擾較大，輪軌接觸力穩定困難。因此，采用<strong>隱式-顯式方法模擬瞬態滾動接觸行為</strong>，其中隱式模型可得到車輪在重力場下的輪軌靜態位移和應力場結果，然后將其導入至顯式模型中，再在顯式模型中模擬車輪滾動。以下分別介紹這兩個模型及其之間的關聯。
展開 Simpack輪軌副高級接觸方法介紹
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Simpack接觸方法介紹
Simpack輪軌接觸有兩種方法，即標準: 等效彈性接觸和高級: 離散彈性接觸，分別對其介紹如下。
標準: 等效彈性接觸Equivalent elastic
這種方法把實際接觸斑形狀轉換為等效橢圓。橢圓接觸斑的數量沒有限制，能得到赫茲法向力、蠕變力等數據，使用橢圓接觸斑仿真速度快，但失去了部分準確性。
使用Simpack模板建立的輪軌模型，默認使用Equivalent elastic接觸方法。
高級: 離散彈性接觸Discrete elastic
該方法使用實際接觸斑形狀用于法向和切向力計算。通常仿真速度較慢但更精確，尤其是在踏面和輪緣之間的過渡位置。
展開 利用Python提取ABAQUS的.odb結果中的輪軌接觸信息 ￥500
這里以python提取輪軌接觸時的法向力和切向力結果為例，進行說明：
#- -coding: UTF-8-*-
from abaqus import *
from odbAccess import *
from abaqusConstants import *
from caeModules import *
from driverUtils import executeOnCaeStartup
from odbAccess import *
from caeModules import *
import random
import math
import os
odb=openOdb(r"D:\*******.odb")
file_CNORMF_WHEEL=open('CNORMF_WHEEL.txt','w')
file_CNORMF_RAIL=open('CNORMF_RAIL.txt','w')
file_CSHEARF_WHEEL=open('CSHEARF_WHEEL.txt','w')
file_CSHEARF_RAIL=open('CSHEARF_RAIL.txt','w')
file_FSLIPR_SLIPEQ_WHEEL=open('FSLIPR_SLIPEQ_WHEEL.txt','w')
file_FSLIPR_SLIPEQ_RAIL=open('FSLIPR_SLIPEQ_RAIL.txt','w')
step1=odb.steps['Step-1']
allFrames=step1.frames
展開 148基于matlab的帶有gui的輪軌接觸幾何計算程序 ￥24.9
基于matlab的帶有gui的輪軌接觸幾何計算程序,根據不同的踏面和軌頭，計算不同橫移量下面的接觸點位置。程序已調通，可直接運行。
輪軌制動防滑數值仿真 ￥1500
輪軌制動防滑是一種用于鐵路列車的制動系統，旨在防止列車在制動時產生滑輪。這種制動系統的目的是保持列車的平穩行駛和安全停車。輪軌制動防滑系統使用輪軌摩擦來實現列車的制動，其中輪軌之間利用適當的力使摩擦發揮作用。該系統使用傳感器監測輪軌之間的摩擦情況，以確保列車保持在安全的制動范圍內。當列車需要制動時，制動系統根據列車的速度和其他參數，計算出適當的制動力。然后，制動力通過制動器傳遞到輪軌之間，產生制動摩擦。同時，輪軌制動防滑系統會持續監測輪軌之間的摩擦情況。如果傳感器檢測到輪軌之間的摩擦力超過安全范圍或發生故障，系統會立即采取措施來降低或恢復制動力，以避免列車產生滑輪。這可以通過減小制動力、調整制動器的施加力或控制制動器的釋放來實現。輪軌制動防滑系統的實現需要精確的傳感器和控制模塊，以及對列車動力系統和制動系統的密切協調。它的設計旨在確保列車的制動過程穩定、安全，并盡可能地減少列車和軌道的磨損。總而言之，輪軌制動防滑系統是鐵路列車上的一種制動系統，它通過監測輪軌之間的摩擦情況，并及時調整制動力，以防止列車產生滑輪，并確保列車的平穩制動和安全停車。
本案例模擬了一輪軌模型上車輪制動防滑的過程，仿真結果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎合作交流！
展開 設計仿真 | Adams接觸定義指南（三）：接觸參數調試案例
具體的仿真結果如下。
圖4 接觸剛度力與阻尼力的占比關系以及滲透深度的曲線
調節好阻尼值后，從上圖的曲線結果可知，接觸力剛度力(9.27E6 N)與阻尼力(1.04E6 N)的比值為8.94:1，調試結果相對比較理想。
05
步驟4 調節最大滲透深度
根據步驟3中計算的垂向接觸力，根據滲透深度計算的公式，再次計算接觸過程中的滲透深度。具體公式如下：
仿真的最大滲透深度為0.0033，相比于計算值相差不大，所以最大滲透深度不再需要調節。
設計仿真 | Adams接觸定義指南（五）：柔性體接觸及技巧
■接觸剛度
■ 接觸力指數
■ 最大滲透深度
■ 最大接觸阻尼Cmax
05 接觸求解設計技巧
01
為了避免模型文件過大，可在輸出柔性體的過程中，只保留柔性體接觸區域的網格，非接觸區域定于為PLOTELs單元，或者應用Adams/Flex工具對柔性體文件進行優化（參考“應用AdamsFlex處理模態中性文件-上篇”）
02
嘗試應用誤差為0.01的SI2積分器或者默認誤差值1E-5或者更小的誤差的HHT積分器；
03
初始仿真，可將輸出步長定義為0.001，如果運行很好，可進一步增加步長;
04
可嘗試將校正器corrector從origin調節為modified類型;
05
由于低階次的積分器相比于高階次積分器更為穩定，可以將積分器中的最大階次Kmax設置為2;
06
防止積分器應用更大的積分步長，將HMax設置為較小的數值，避免因為積分步長過大而出現報錯問題；
07
設置插值方式Interpolate=On，這種設置不會強制積分器步長與輸出步長一致；
08
為避免生成過多無用的接觸類數據，減少結果文件的輸出，可將Save Files調節為No。
圖1 求解器的設置
展開 非線性仿真之如何解決接觸仿真收斂問題
圖 4 最終的變形形狀
檢查了接觸穿透情況，以確認降低后的接觸剛度沒有導致過度穿透。問題解決了！
事后看來，第一次嘗試時可以通過以下方法實現收斂：
a. 檢查間隙。
b. 緩慢施加載荷。
c. 降低接觸剛度以考慮彈簧的高幾何柔性。
其他改善收斂行為的方法：
實際的現實世界中涉及多個部件接觸的模型并不總是像我們的例子那樣簡單，可能需要其他方法來實現收斂。以下是一些額外的建議：
1）繪制剩余力：牛頓-拉夫森剩余力的高值通常表明導致不收斂的特定接觸對。
2）在接觸區域細化網格：這將使接觸壓力分布在更多的單元上，并增加接觸點的數量。相對較少的接觸點可能會導致非常高的接觸應力，從而導致單元過度變形和收斂困難。對于非線性材料，這尤其成問題。
3）使用基于曲面投影的接觸（又名——在 ANSYS 中檢測方法=來自接觸的節點投影法向）：這種方法通常會改善接觸壓力和牽引力的分布，特別是當配合接觸表面上的網格有很大差異時。它還往往在底層單元中提供更準確的應力解。
4）添加接觸穩定阻尼：這是在物體之間存在初始間隙的情況下，可用于消除剛體運動的另一種方法。這為手動將物體移動到接觸狀態、添加偏移量或使用“調整至接觸”選項提供了一種替代方法。雖然這些方法有效，但它們會通過有效地偏移接觸檢測點的位置來改變感知到的幾何形狀。另一方面，接觸穩定阻尼會抑制部件之間的相對運動，允許部件相對移動并消除間隙。
如果您仿真分析中碰到了接觸仿真計算不收斂問題，可以聯系討論。
展開 基于AMESim的汽車斜齒輪對接觸載荷軸承損失仿真分析
摘 要：為實現仿真模擬測量汽車斜齒輪接觸處的軸向和徑向載荷，并將其投影到軸承上，計算軸承損失中的載荷貢獻，以降低真實物理實驗成本，提高設計質量，論文進行了基于AMESim的汽車斜齒輪對接觸載荷軸承損失仿真研究。建立了汽車斜齒輪對仿真模型和基于徑向載荷、軸向載荷和潤滑油引起的軸承損失數學模型，并給出其各自計算公式；建立了用于計算摩擦力矩的新斯凱孚（SKF）模型，更精確地計算滾動軸承中產生的摩擦力矩；采用比例-積分-微分（PID）速度控制方法，在AMESim中進行了仿真試驗。仿真結果表明，模型很好地實現了汽車斜齒輪對接觸載荷軸承損失仿真，為軸承的徑向載荷和軸向載荷仿真測量與分析及軸承選型設計提供了參考。
關鍵詞：AMESim;汽車斜齒輪;軸承載荷;計算機仿真;
斜齒輪是汽車變速箱的重要零件，為汽車提供旋轉、變速、扭矩等驅動能量[1,2,3,4]。軸承損失即軸承的功率損失，其損失主要與機油特性、負載力、材料變形和軸承設計密切相關。斜齒輪的運轉往往需伴隨軸承承載與旋轉運動，目前針對軸承零件的設計主要依據理論計算或通過物理實驗的方法來評估軸承的性能、壽命、磨損等情況，這導致在設計端消耗大量的人力、物力成本。為此，國內外學者進行了大量軸承設計與制造方面的研究[5,6,7,8]。程立等[9]提出了一種用于滾動軸承退化特征提取的類Sigmoid函數的改進模糊熵模型，并提出了一種基于灰關系的滾動軸承性能退化評估方法，以建立滾動軸承退化特征與可靠性之間的關系，通過物理實驗表明改進模糊熵模型可有效提取滾動軸承性能退化特征，且可信度到95%以上，為軸承性能評估建模與損失分析提供了參考。MA等[10]論述了四接觸點球軸承是一種特殊的雙半內圈結構，在使用中具有動態多點接觸特性，導致軸承摩擦、發熱和磨損率不同。
展開 設計仿真 | Marc混合接觸介紹及應用案例
在點面接觸頁面選擇混合接觸算法即可。
Marc混合接觸應用場景及案例介紹
Marc在橡膠、密封行業有著廣泛的應用。在橡膠件的仿真中，接觸分析是必然遇到的；在一些極限工況，由于橡膠的極限形變經常導致接觸會產生穿透，從而導致計算的無法完成。
密封圈接觸變形仿真 ￥500
密封圈的密封性能取決于密封圈和接觸構件之間的接觸壓力，當密封圈周圍的液體壓力差超過接觸所提供的抵抗力時，發生泄漏，密封圈失效。本案例仿真了密封圈接觸變形及變形回復過程，模擬結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202110/97c5e68e339e4619bcba887dc372e416.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p>感興趣的朋友可以下載模型，也可以加我，歡迎交流</p><p><br></p>
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有限長線接觸彈流潤滑仿真分析 ￥50
本案例圍繞圓柱滾子軸承的彈流潤滑行為，推導了Reynolds雷諾方程弱形式，利用COMSOL弱形式偏微分方程（PDE）構建了彈流潤滑仿真模型。相比多重網格計算方法，該方法計算高效，無需編程，適應工況范圍廣。后續將繼續推出點接觸和橢圓點接觸彈流潤滑仿真模型。
設計仿真 | Marc混合接觸介紹及應用案例
涉及到如下分析情況的，可以嘗試采用混合接觸進算法行分析：
? 結構自生有復雜的自接觸
? 結構產生大滑移，大變形
? 接觸體使用了全局網格重構
以如下的橡膠襯套為例，其完全采用六面體網格進行建模，單元類型采用Hermmann單元。
首先對襯套進行過盈裝配安裝分析，然后在此基礎上增加一個側向極限剛度的分析工況（通過位移邊界條件施加）。
在計算過程中開啟點面接觸中的混合接觸算法，以便更好的建立襯套單元之間的自接觸，保證網格直接不發生穿透。計算結果如下圖所示：
可以看出，通過合理的建模和參數設置，可以比較容易的在Marc中進行襯套的極限剛度計算；且計算的結果是連續光順的，也更加容易與實驗進行對比。
通過使用混合接觸算法，我們可以更好的建立網格的接觸關系。可以看到，即使在橡膠襯套的邊緣，Marc也能夠很好的建立接觸關系，并在整個計算過程中接觸不發生穿透、失效等導致計算無法完成的現象。
小結
采用Marc的混合接觸算法，將更加容易進行接觸分析，保證接觸分析的收斂性。從而幫助客戶提升CAE仿真計算效率，提升分析的一次成功率。
展開 齒輪動態接觸仿真
利用大型有限元分析軟件建立了某齒輪副多齒對嚙合的三維有限元非線性接觸分析模型。在一個嚙合周期內,對齒輪副進行了在一定轉矩和轉速下的動態嚙合仿真分析,給出了動態嚙合時輪齒的接觸狀態、接觸應力、齒根彎曲應力及主從動齒輪的轉矩、轉速和加速度隨嚙合位置變化的規律。
閱讀全文：http://service.caenet.cn/Cases172.html
沖壓工藝仿真中界面接觸壓力計算精度研究
同樣可以看出：模具網格大小對板料―凹模圓角區界面接觸壓力計算精度存在顯著的影響。網格劃分越小，精度越高，且呈現出隨著模具網格變大界面接觸壓力值也隨之減小的規律。
上述研究表明：凹模和板料網格大小都對板料―凹模圓角區界面接觸壓力有顯著影響，為此，在用工藝仿真結果預測模具表面磨損量時，應該合理選擇凹模和板料網格尺寸。基于正交試驗方法，可以獲得的網格尺寸對板料―凹模圓角區界面接觸壓力有影響，如圖5所示，可以用于補償不同板料和模具網格尺寸條件下界面接觸壓力計算偏差。
圖4 模具網格大小對接觸壓力的影響
圖5 網格大小對接觸壓力的影響
積分點個數的影響
圖6是分別采用5、7、9個積分點條件下界面接觸壓力分布演化情況。從圖中我們可以看出：三種情況下板料―凹模圓角區界面接觸壓力仿真結果相差無幾，說明積分點個數對于界面接觸壓力仿真的精度幾乎沒有影響，缺省值5得到的仿真結果就已經可以保證足夠的精度，這個積分點數值也是沖壓工藝過程仿真中的缺省值。這是因為積分點個數是殼單元厚度方向的積分，可指定為任意奇數，默認數值為5。對于性質均勻的殼單元，5個截面積分點已經足夠處理大多數非線性問題了。因此，工程設計中可以不必考慮積分點這一參數，默認值5就已經能達到很好的仿真效果。
圖6 厚向積分點對界面接觸壓力的影響
虛擬速度的影響
在Dynaform中，分別采用2000mm/s、3000mm/s、4000mm/s、5000mm/s的虛擬沖壓速度進行工藝過程數值計算，得到的板料―凹模圓角區界面接觸壓力如圖7所示。從圖7中可以看出：仿真中虛擬沖壓速度對板料―凹模圓角區界面接觸壓力沒有顯著的影響。這主要是由于在Dynaform仿真中，板料沒有采用與相關材料本構模型和熱力耦合沖壓過程數值仿真模型。
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