Simcenter 3D Solutions 如何设置Simcenter 3D Motion Transmission Builder中的FE Preprocessor参数以在计算精度和内存需求之间取得平衡

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。

1. 在考虑齿轮系统模态的前提下，"number of involved in the symmetry"数值要求必须为实际齿数，因此此参数不允许修改；
2. 减小齿轮FE模型的自由度，即减小网格量。这里主要首先考虑减小轮辐部分的网格量，然后考虑降低轮冠部分不影响计算精度区域的网格数；
3. 减小齿轮轮廓方向单元数fef值，这里面10；推荐可以减小为8；极端情况可以设置为1-5的数值，但会明显降低计算精度；

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。