Jak najlepiej modelować moment obrotowy przyłożony do linii niepromieniowej?

Chcę użyć FEA (w szczególności Creo Simulate) do odtworzenia wyników testu wytrzymałości statycznej na części, którą moja firma będzie testować w naszym laboratorium. Ponieważ wyniki laboratoryjne będą tymi, których będziemy używać do określenia użyteczności i możliwości części, robię to głównie jako ćwiczenie, aby wzmocnić moje umiejętności MES i zobaczyć, jak blisko rzeczywistości mogę uzyskać wyniki analiza być.

Z kilku różnych powodów (dostęp do zapisu do plików modelu, badanie funkcjonalności śrub Creo, bardziej realistyczne zastosowanie obciążenia) Próbuję modelować część stanowiska testowego oprócz części zainteresowań. Sama część ma kołnierz ze wzorem śrub jako część jego konstrukcji, a my używamy tego wzoru śruby do zamocowania go do adaptera. Adapter zostanie przymocowany do wyjścia silnika, przy czym moment obrotowy zostanie przyłożony przez klucz umieszczony między adapterem a wyjściem silnika.

Poniżej mam zdjęcie wpustu w adapterze dla jasności. Część zainteresowania jest przymocowana z tyłu adaptera, klucz pasuje na całej długości rowka wpustowego, a adapter łączy się z wyjściem stanowiska testowego za pomocą czterech większych otworów na śruby (nie przenoszą one znaczącego momentu obrotowego, po prostu trzymają zespół razem).

Kołnierz z wpustem

Moim problemem jest określenie, w jaki sposób najlepiej modelować przyłożone obciążenie na ścianach wpustu. Moja intuicja mówi mi, że obciążenie będzie się zmieniać wzdłuż długości rowka wpustowego, ponieważ tak naprawdę stosujemy moment obrotowy, który rozkłada się na klucz.

Jeśli się uwzględni $T=r \times F$ , Spodziewałbym się, że istnieje odwrotna zależność między siłą, którą powinienem zastosować, a pozycją wzdłuż rowka wpustowego, na który ją przykładam. Czy fakt, że ta linia działania nie jest radialna, komplikuje rzeczy?
Ponadto mam zdefiniowane dwa układy współrzędnych, standardowy kartezjański i cylindryczny z osią Z przechodzącą przez środkowy otwór adaptera, jak można się spodziewać. Czy zastosowanie obciążenia w jednym układzie współrzędnych lub w drugim znacząco zmieni wynik i czy jeden jest lepszy? Czy równanie siły rozproszonej będzie łatwiejsze do zdefiniowania w jednym układzie współrzędnych?

mechanical-engineering finite-element-method

— Trevor Archibald
źródło

Żeby było jasne, chcesz zastosować siłę rozłożoną wzdłuż rowka wpustowego, która będzie naśladować siłę przyłożoną z pręta?

— hazzey

Tak. Spodziewam się dwóch obciążeń, jednego w prawym górnym rogu i jednego w lewym dolnym rogu, które będą się odzwierciedlać. Z powodu problemów z osobliwością jestem całkiem pewien, że obciążenia nie zostaną zdefiniowane w punkcie y = 0, ale myślę, że to zależy od równania.

— Trevor Archibald

Jak płaski śrubokręt na śrubie.

— maniak zapadkowy

Krótka notatka dla każdego, kto szuka odpowiedniej literatury, „akord” może być przydatnym alternatywnym terminem wyszukiwania dla „niepromieniowej”.

— Air

Trevor, gdybym był na twoim stanowisku, wolałbym nie modelować tego, ponieważ martwię się, że ewentualne błędy na tym etapie faktycznie zmniejszą, a nie poprawią, wierność modelu i będą trudne do zweryfikowania.

— regdoug

Zignorowałbym fakt, że wpust sprawia, że rzeczywiste siły są nieco niecentryczne, przynajmniej przy obliczaniu samych sił. Siły można umieścić w ich prawdziwych lokalizacjach po ich obliczeniu.

Zakładałbym również, że obciążenie jest w sposób ciągły rozłożone od środka do zewnętrznej krawędzi. Zakłada się, że klucz jest obrabiany z wystarczająco wąską tolerancją (lub wystarczająco odchyla się / deformuje), aby wyrównać rozkład. Zakłada to również, że dana wielkość obrotu wytwarza więcej siły na krańcach klucza niż na środku (gdzie wynosi zero).

Stąd kwestia znalezienia maksymalnej siły na jednostkę długości na końcu.

Uproszczone siły

$P = \frac{1}{2}\frac{T}{\frac{2}{3}R} \\ and \\ P = \frac{1}{2}R *w_\text{max}\\ gives:\\ w_\text{max} = \frac{T}{\frac{2}{3}R^2}$

Kiedy to przeszedłem, mam dokuczliwe wrażenie, że brakuje mi sensu twojego pytania, więc daj mi znać, jeśli coś mi umknęło.

Zauważ też, że jestem przyzwyczajony do pracy z modelami, w których dokładniejsze informacje o dokładnym rozmieszczeniu ładunku nie wpływają na ostateczne wyniki, więc mogę przyjmować założenia, które nie są właściwe dla twojego modelu.

— Hazzey
źródło

Z pewnością nie mam nic przeciwko ignorowaniu faktu, że obciążenia są niecentryczne, jeśli upraszcza to obliczenia. Rzeczą, która wciąż mnie denerwuje w związku z ciągłym rozkładem obciążenia, który zmienia się bezpośrednio z r, jest to, że moment obrotowy zmieniałby się bezpośrednio z r ^ 2, co wydaje mi się sprzeczne z intuicją, ale nie mam dobrego powodu, dlaczego.

— Trevor Archibald