CAE軟件操作小百科（26）

王琪

1如何在CATIA V5中繪制斜齒圓柱齒輪和直齒圓柱齒輪？

斜齒輪因具有特殊的幾何特征和嚙合方式，可提高傳動的穩(wěn)定性，在高速大功率傳動中得到廣泛應(yīng)用.在CATIA V5中繪制斜齒輪的步驟如下.

1）在公式f（x）中輸入齒輪的各項(xiàng)參數(shù)及其相互關(guān)系，包括齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、齒頂圓半徑、分度圓半徑、齒根圓半徑、基圓半徑、螺旋角和齒厚等.

2）畫出齒輪齒根圓柱.

3）通過法則曲線fog建立一組參數(shù)函數(shù)，利用函數(shù)得到齒輪漸開線，經(jīng)后續(xù)的倒角和修剪后獲得一個齒的齒廊.

4）在曲面設(shè)計(jì)模塊下，將齒廊復(fù)制平移到圓柱的另一端面，并將新的齒廊旋轉(zhuǎn)到所需角度.

5）使用多截面曲面做出齒面并封閉形成實(shí)體，最終形成環(huán)形陣列，完成齒輪繪制.

與斜齒圓柱齒輪相比，直齒圓柱齒輪就是對斜齒圓柱齒輪兩端面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)而成.如果旋轉(zhuǎn)角度為0，那么這個斜齒圓柱齒輪就是一個直齒圓柱齒輪，因此，直齒圓柱齒輪就是螺旋角為0的特殊斜齒圓柱齒輪，在上述步驟4中，不旋轉(zhuǎn)新的齒廊即可得到直齒圓柱齒輪.

2在CAD模型導(dǎo)入到Abaqus后，用幾何修補(bǔ)工具對短邊、尖角和幾何缺陷進(jìn)行修補(bǔ)時(shí)應(yīng)注意哪些問題？

在Part功能模塊中單擊菜單Tools→Geometry repair，可以使用幾何修補(bǔ)工具.在使用中應(yīng)注意以下技巧.

1）使用診斷工具可以發(fā)現(xiàn)幾何部件存在的問題，如無效（invalid）或不精確（imprecise）的部分、自由邊、短邊、小面和尖角等.

2）不要一次修補(bǔ)太多部件，應(yīng)逐步進(jìn)行修補(bǔ).

3）使用顯示組（display group）可以隱藏（或顯示）部件的某個面（face）或者部分實(shí)體（cell）.

4）如果直接刪除三維實(shí)體的面，三維實(shí)體就會變?yōu)闅げ考?如果需要刪除面，應(yīng)使用修補(bǔ)工具中的Replace faces，Repair small edges和Repair small faces等工具進(jìn)行操作.

5）小倒角附近的區(qū)域會生成很細(xì)的網(wǎng)格，增加計(jì)算時(shí)間.如果這些倒角不位于關(guān)心區(qū)域且對計(jì)算結(jié)果影響較小，可以將其刪除.

6）單擊菜單Part→Manager，可以在對話框中看到各幾何部件是否有效.該功能還可以檢查幾何修補(bǔ)后部件是否有效.

3如何在Abaqus中通過接觸消除剛體位移？

1）在定義接觸時(shí)，設(shè)置誤差限度稍大于模型中接觸的主面與從面的距離，保證這2個面之間能建立起接觸關(guān)系.

2）接觸面之間設(shè)置一定的過盈量，保證主從面在分析開始時(shí)緊密接觸.

3）可以在第一個分析步中只施加很小的載荷，保證解除關(guān)系平穩(wěn)建立，在下一分析步中再施加真實(shí)載荷.

4如何在Abaqus中查看節(jié)點(diǎn)編號和單元編號？

查看節(jié)點(diǎn)編號和單元編號一般有如下方法.

1）在Part功能模塊中選擇View→Part display options，或者在Assembly模塊中選擇View→Assembly display options，選擇Show node labels或者Show element labels.

2）在Visualization功能模塊中單擊工具欄中的Common options按鈕，選擇Labels，然后選擇Show node labels或者Show element labels.

3）在任意模塊中點(diǎn)擊窗口頂部的Query information按鈕，選擇Node或Element可以查詢單個節(jié)點(diǎn)或者單元的編號.

5在Abaqus中提交計(jì)算后，有警告說一個點(diǎn)自由度1和自由度2值都很大，但是檢查發(fā)現(xiàn)這個點(diǎn)無問題，邊界條件也無問題，是什么原因？

這種情況說明在分析開始時(shí)沒有完全建立接觸和摩擦關(guān)系，通?？梢圆捎靡韵罗k法解決.

1）取此實(shí)體上的任意一點(diǎn)與地面之間定義一個很軟的彈簧，以消除剛體位移.操作方法：在Interaction模塊選擇菜單Special→Springs dashpots→Create，選擇Connect points to ground，選擇節(jié)點(diǎn)，將Degree of freedom設(shè)為出現(xiàn)剛體位移的自由度，將Spring stiffness設(shè)為一個較小的值（太小不足以消除剛體位移，太大則會影響變形）.Spring 所在的節(jié)點(diǎn)在彈簧方向的位移乘以Spring stiffness就是彈簧分擔(dān)的載荷，其應(yīng)該遠(yuǎn)小于該方向上的外載荷.如果模型位移很小，通常將Spring stiffness設(shè)為1.

2）在運(yùn)行第1步時(shí)，在可能出現(xiàn)剛體位移的實(shí)體的某個區(qū)域上定義臨時(shí)固支邊界條件；在第1步結(jié)束后，接觸和摩擦關(guān)系已經(jīng)完全建立，可在后面的步驟中去掉這些固支邊界條件.

6如何在Marc中對模型進(jìn)行接觸定義后檢驗(yàn)查看模型的剛體方向？

在進(jìn)行接觸定義時(shí)，注意變形體和剛體的方向設(shè)置，方向定義錯誤會導(dǎo)致模型無法提交運(yùn)算或得不到正確結(jié)果.二維和三維模型中工件對應(yīng)的單元方向，可以通過以下3種方式判斷.

1）利用Identify backfaces顯示.如果工件對應(yīng)的單元方向在二維模型中與Top/front對應(yīng)、在三維模型中與Bottom/back/outside對應(yīng)，表明單元方向正確.

2）通過顯示單元線框模式判斷單元方向是否正確.

3）在主菜單Geometry & Mesh→Check中，二維模型采用Upside down，三維模型采用Inside out判斷單元方向.

7Marc中的虛擬裂紋閉合技術(shù)（Virtual Crack Closure Technique，VCCT）在解決裂紋擴(kuò)展問題時(shí)有何優(yōu)點(diǎn)？怎樣在Marc中設(shè)置？

VCCT是一種計(jì)算能量釋放的方法，其在裂紋閉合積分方法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，不僅可用于判斷裂紋擴(kuò)展的時(shí)刻，而且可用于裂紋擴(kuò)展的分析.虛擬裂紋閉合技術(shù)的基本假設(shè)是虛擬裂尖與實(shí)際裂尖后面的張開位移近似相同.在有限元工具中，基于能量釋放率G的計(jì)算與裂紋臨界參數(shù)Gc的比較，當(dāng)G→Gc時(shí)，裂紋開始擴(kuò)展.

VCCT在Marc中的實(shí)現(xiàn)通過測定應(yīng)變能釋放率在裂紋前緣的分布程序完成.該過程在二維模型的一個節(jié)點(diǎn)或者三維模型的一系列節(jié)點(diǎn)中完成，只需定義裂紋尖端（Crack tip）或者裂紋前沿（Crack front）節(jié)點(diǎn)即可.

（摘自同濟(jì)大學(xué)鄭百林教授《CAE操作技能與實(shí)踐》課堂講義）

（待續(xù)）