Motion中变速箱建模工具Transmission Builder提供的FE Preprocessor求解器可以预先计算齿轮啮合时的轮齿变形刚度,同时可以集成齿轮Gear Flexible Dynamic动态模态到动力学模型,这对轻量化设计齿轮仿真精度尤为重要。但其中参数设置对计算精度和内存占用影响至关重要,本文介绍了如何在内存不充足的情况通过调整计算参数以在精度和内存需求上取得平衡。
FE Preprocessor工具用计算齿轮啮合时的轮齿变形刚度和齿轮本身系统模态,其中变形刚度用于Gear contact中解析算法刚度的补偿,而齿轮模态结果用于替换原齿轮的刚体属性,在Motion动力学仿真中考虑工作条件的齿轮动态特性。这两种效应在轻量化设计齿轮的动力学仿真尤为重要,是准确预测动态载荷的关键。
FE Preprocessor参数包含齿轮网格建模参数和计算参数,其决定了齿轮变形刚度计算的精度和内存需求。一般来说,考虑齿轮动态模态效应后,计算齿轮变形刚度对内存的需求会显著增加。下图是FE Preprocessor界面参数,本文介绍了如何通过这些参数大概估算内存占用量,以及在内存有限时如何调整以获得较好的精度,同时降低内存需求。
第一图中红色框出参数为影响内存需求的主要参数,当然也对计算结果有重要影响,参数的意义在第二图中有说明。假设生成的齿轮FE模型包含180k节点,则内存估算公式如下。
Estimated memory = #model DOFs*number_of_static_modes_per_flank*number_of_flanks*number_of_teeth*bytes_per_double;
其中,number_of_static_modes_per_flank = 3 * #nodes_on_profile(fef) * #nodes_on_flank in face width direction(few=6)。
则在齿轮网格节点数为180k的假设下:
1. #model DOFs = 180k x 3;
2. number_of_static_modes_per_flank = 3 x 10 x 6;
3. number_of_teeth = 89;
4. bytes_per_double = 8;
Estimated memory = ((180k*3) * 3 * 10 * 6 * 2 * 89 * 8) ~ 46 GB。
从即大概需要46内存,如果要减小内存需求建议的调整依据如下。
以上即为了降低内存需求的一些建议,但在以上建议之前最最优先的解决方案当然是选择一个以上内存需求的电脑进行刚度计算。
另外,最后一个提醒是与刚度计算有关的参数设置,Maximum number of teeth in contact(ngamma)要求根据实际的重叠率来计算,公式如下。
Ngamma = 2*(CEIL(total_contact_ratio))+1。
此参数是保证刚度计算后,在Motion动力学计算时能收敛的前提,因此不能减小此数值。
如果完成刚度计算后,在Motion动力学求解时CPU时间太长,可以考虑减小齿轮分片数slice或者积分容差integration tolerance来提高速度,而不是修改以上刚度计算有关的参数,当然这也会损失一定动力学计算精度。