如何自动化多机系统模型的设置

您可以设置多体系统模型的速度？在对具有多个组件的大型机械系统进行建模时，您是否曾经想将其中的大多数建模为刚体？在设置变速箱型号的同时，对于组件中的每个齿轮输入输入参数是否乏味？ComsolMultiphysics®软件提供了一种消除重复建模步骤的方法。看看如何自动模型设置功能多体动力学接口可以自动化并加快建模过程。

为什么要自动化多体模型设置？

从简单的滑动机制到可靠的卡车式起重机机器，任何用于转移力或运动的连接物体组装都可以将其视为多机系统。工程师尤其是那些使用汽车和其他机械工作的工程师，模拟具有较大运动的多体系统动力学始终是感兴趣的，那里的多体动力学研究的结果通常是初步设计的指南。

随着其日益流行，多体动态建模对工程师构成了一些挑战，主要是在建模大型现实生活系统时。由于任何典型的车辆或机器都可以具有相当数量的组件，因此此类系统的型号设置需要大量时间。在处理大型型号时，在模型设置过程中也有手动错误。在这种情况下，开发可以通过使所有重复建模步骤自动化来消除所有重复建模步骤的方法将是有利的。这种方法不仅加快了建模过程，而且还为分析提供了无错误的模型。

自动化comsolMultiphysics®中多体模型的设置

为了快速设置用于仿真的大型多体系统，Comsol Multiphysics在版本5.5中引入了新功能。使用自动模型设置功能可用多体动力学接口，您可以轻松地从模型几何形状立即生成多个刚性域和齿轮物理节点。

如下面的屏幕截图所示，在多体动力学接口设置窗口中添加了一个名为“自动模型设置”的新部分。它包含两个按钮：

1. 创建刚性域
2. 创建齿轮

如果您想自动化刚性域节点生成，按创建刚性域按钮。同样，用于自动创建齿轮节点，按创建齿轮按钮。

这自动模型设置功能多体动力学界面。您可以按创建刚性域或者创建齿轮按钮可以自动生成相应的物理节点。

按下任一按钮时，在模型构建器中添加了包含相应物理节点的节点组。请注意，这些按钮的动作彼此独立。本节还包含一些其他输入来控制刚性域的生成。

在以下各节中，我们将查看创建刚性域和创建齿轮按钮详细说明了示例。

自动化刚性域的创建

在本节中，我们将了解大型刚体系统的建模以及自动模型设置功能以加快此类系统的模型设置。

如上所述，一般的多体系统是刚性或柔性的连接物体组成的组装。尽管在外部载荷作用下经历大小或形状变化的身体被视为柔性，但具有可忽略的变形的僵硬身体（用于所有实际目的为零）被认为是刚体。

在现实世界中，没有理想的刚性身体，但是出于大多数实际目的，我们通常以相对僵硬的成分为刚体。当我们对这些组件的详细压力分析不感兴趣，而是整体系统动态时，尤其如此。comsol多物理学支持使用刚体建模刚性域材料模型功能可用固体力学和多体动力学接口。

假设您想了解具有大量刚性组件的大型多体系统的动力学。为了进行快速初步分析，您决定使用给定的质量和惯性矩对每个刚体建模刚性域和质量和惯性矩功能。但是，对于中等大型系统，将这些节点分别添加到每个几何组件中是一项耗时的任务。此外，为复杂几何分配选择的选择容易出现手动错误。为了使事情在这种情况下更容易，comsol多物理提供了一种更简单的方法：使用创建刚性域按钮，可以单击一个按钮立即完成所有上述步骤。

您可以使用创建刚性域2D和3D型号的按钮，该按钮在每个几何断开的对象中添加了单独的刚性域节点。由于几何信息在刚性域的创建中至关重要，因此您需要以这样的方式构建模型几何形状，使得刚体的所有域都应处于几何结合中。请注意，当您的模型包含几何断开连接的对象时，几何序列最终确定步骤应设置为表格组件从默认值形成联盟。典型的用途表格组件当您对任何零件之间具有较大相对运动的系统建模时。

左：在联合中的两个块几何形状被视为一个对象，因此只有一个刚性域创建节点。右：当块是几何断开时，分开的刚性域节点是在每个对象上创建的。

默认情况下，创建刚性域按钮添加一个刚性域物理接口中选择的所有域上的节点。在某些情况下，您只想将几何部分的某些部分建模为刚体，其余的则是灵活的。这三缸回报引擎模型就是一个这样的例子，除了中央连杆以外的所有零件都必须建模为刚体。您可以通过刚性域选择菜单，其中列出了所有可用的域选择。如果尚未存在所有刚性组件的新域选择，则将其设置为刚性域选择。在这种情况下，刚性域的创建仅限于选择中的那些对象。

在三缸回报引擎模型中，一个新的域名选择称为刚性域，将创建包含除中央连杆以外的所有域。在里面自动模型设置部分，将新选择设置为刚性域创建的输入。这仅将刚性域的创建限制在列表中包含的对象。

如前所述，创建刚性域按钮也可以用来添加质量和惯性矩每个自动化刚性域的节点。为此，您需要检查包括质量和惯性矩盒子里的盒子自动模型设置部分。这将把所有刚性域的质量密度设置为零，并添加一个质量和惯性矩节点，您可以在其中输入一个集团的质量和惯性矩，并将其输入每个刚性域。

在里面坐姿模型中人体的生物力学模型， 这创建刚性域按钮用于添加单独刚性域六个身体部位的每个节点上的节点。通过添加自动添加每个部分的集体质量和惯性矩质量和惯性矩节点。

自动化齿轮建模

在自动模型设置功能是创建齿轮按钮，用于自动生成的齿轮节点多体动力学界面。

从汽车和玩具到风力涡轮机和蜿蜒的时钟，齿轮是大多数机器不可或缺的。所有这些机器中使用了不同类型和尺寸的齿轮，以在不同部分之间传输机械功率。齿轮系统改变轴之间运动方向的能力是相邻齿轮之间牙齿连续接合的结果。

与其他机械传输系统（例如皮带驱动器和链条驱动器）不同，齿轮驱动器可用于在平行和非平行轴之间传输功率。传输高扭矩，紧凑型和高效率的能力是齿轮的其他理想特征，这使它们成为许多工业机器的理想成分。

在设计带齿轮的机器时，执行数值建模至关重要。与经验的分析计算和规则相比，详细的数值模型始终可以为大多数实际问题提供优化的解决方案。Comsol Multiphysics提供了一种简单的方法，可以在数值上对不同的齿轮类型建模及其之间的连接。使用可用的不同齿轮功能多体动力学接口，您可以建模各种：

• 齿轮类型
  • 斜面齿轮
  • 螺旋齿轮
  • 刺齿轮
  • 蠕虫齿轮
• 架子
  • 螺旋架
  • 刺架

也可以使用诸如齿轮对，架子和小齿轮， 和蠕虫和轮子。在一个齿轮建模的博客系列，我们概述了Comsol®软件中的这些功能，并提供了一些有趣的示例模型。

齿轮建模的第一步是几何创建。始终可以使用适当的齿轮功能导入您自己的齿轮几何形状并建模多体动力学界面。Comsol多物理学中可用的一种更强大的替代方法是使用零件库中的内置零件生成参数化的齿轮几何形状。有了广泛的输入参数来自定义齿轮齿和齿轮空白轮廓的形状，您可以以2D或3D创建自己的齿轮几何形状。与导入的几何形状相比，从零件产生的几何形状仅通过更改其输入参数而在建模过程的任何阶段进行修改。

左：由零件库中包含的齿轮零件创建的参数化斜角齿轮几何形状。右：使用不同的输入参数来自定义齿轮和齿轮空白。

创建齿轮几何形状后，下一步是添加相应的齿轮功能。在Comsol®版本5.5之前，您必须手动添加适当的齿轮功能，在几何形状上分配域选择，然后输入与齿轮几何参数匹配的所有相关输入参数。与创建齿轮按钮（从5.5版本开始），这些步骤是完全自动化的，这又使您的齿轮型号设置非常快。通过按创建齿轮按钮，可以自动添加一组齿轮节点，并使用适当的域选择和输入参数添加，这些选择和输入参数分组在物理接口中的节点组下。

为了说明自动化齿轮节点的一代，让我们看看斜角齿轮模型上的力量和时刻在Comsol多物理应用程序库中可用。该模型几何形状由从部分库中创建的两个斜角齿轮几何形状组成。当。。。的时候创建齿轮按钮自动模型设置按下部分，齿轮节点组是在物理节点下创建的。如下图所示，它包含两个斜齿轮与几何形状中每个斜角齿轮相对应的节点。

在斜角齿轮模型上的力和力矩中，这两个斜齿轮节点是自动添加的创建齿轮按钮。这俩斜齿轮节点也会自动在节点组中分组，以进行紧凑的模型构建器视图。

对于每个在设置窗口中自动创建的齿轮节点，齿轮模型所需的输入参数（例如牙齿的数量，牙齿的数量，音高直径，压角，锥形角，齿轮轴和旋转中心）自动填充从相应的齿轮几何输入参数中获取值。这无需手动输入每个参数，从而加快齿轮系统模型设置。

选择会自动分配给与几何形状中每个齿轮部件相对应的域。此外，建模所需的齿轮参数值是从几何部分（在图中列出的）中获取的，并自动输入。

像斜齿轮节点在此示例中，您可以自动添加任何其他类型的齿轮节点，前提是您具有从部分库中创建的匹配几何形状。看一下螺旋齿轮模型的动力学要使用自动生成螺旋齿轮创建齿轮按钮。

下一步

尝试使用创建刚性域和创建齿轮按钮设置多体模型，并查看建模工作流程中的便捷性。此外，探索多机动力学模块中可用的其他新功能和改进，如comsol Multiphysics版本5.5：