Wie modelliere ich am besten ein Drehmoment, das über eine nicht radiale Linie ausgeübt wird?

Ich möchte FEA (speziell Creo Simulate) verwenden, um die Ergebnisse eines statischen Festigkeitstests für ein Teil, das mein Unternehmen in unserem Labor testen wird, neu zu erstellen. Da die Laborergebnisse diejenigen sind, die wir verwenden werden, um den Nutzen und die Leistungsfähigkeit des Teils zu bestimmen, mache ich dies hauptsächlich als Übung, um meine FEA-Fähigkeiten zu stärken und um zu sehen, wie realitätsnah ich die Ergebnisse des Teils erhalten kann Analyse zu sein.

Aus verschiedenen Gründen (Schreibzugriff auf Modelldateien, Untersuchung der Schraubenfunktionalität von Creo, realistischere Lastanwendung) versuche ich, zusätzlich zu dem interessierenden Teil einen Teil des Prüfstands zu modellieren. Das Teil selbst hat einen Flansch mit einem Schraubenmuster als Teil seiner Konstruktion, und wir verwenden dieses Schraubenmuster, um es an einem Adapter zu befestigen. Der Adapter wird am Ausgang des Motors befestigt, wobei das Drehmoment über einen Schlüssel aufgebracht wird, der sich zwischen dem Adapter und dem Motorausgang befindet.

Unten habe ich der Übersichtlichkeit halber ein Bild der Keilnut im Adapter. Der interessierende Teil ist an der Rückseite dieses Adapters angebracht, der Schlüssel passt über die gesamte Länge der Keilnut und der Adapter wird über die vier größeren Schraubenlöcher mit dem Ausgang des Prüfstands verbunden (diese übertragen kein signifikantes Drehmoment). sie halten einfach die Versammlung zusammen.)

Flansch mit Keilnut

Mein Problem besteht darin, herauszufinden, wie die auf die Wände der Keilnut aufgebrachte Last am besten modelliert werden kann. Meine Intuition sagt mir, dass die Last entlang der Länge der Keilnut variieren wird, da wir wirklich ein Drehmoment anwenden, das über die Keilnut verteilt wird.

Angesichts der Tatsache, dass , würde ich erwarten, dass es eine umgekehrte Beziehung zwischen der Kraft, die ich anwenden sollte, und der Position entlang der Keilnut gibt, an der ich sie auftrage. Erschwert die Tatsache, dass diese Aktionslinie nicht radial ist, die Dinge? $T=r \times F$
Außerdem habe ich zwei Koordinatensysteme definiert, das kartesische Standardsystem und ein zylindrisches, bei dem die Z-Achse erwartungsgemäß durch das Mittelloch des Adapters verläuft. Wird das Anwenden der Last in dem einen oder anderen Koordinatensystem das Ergebnis erheblich verändern, und ist eines vorzuziehen? Wird es einfacher sein, die verteilte Kraftgleichung in einem Koordinatensystem zu definieren?

mechanical-engineering finite-element-method

— Trevor Archibald
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Um ganz klar zu sein, möchten Sie eine verteilte Kraft entlang der Keilnut ausüben, die die von der Stange ausgeübte Kraft nachahmt?

— Hazzey

Ja. Ich erwarte zwei Ladungen, eine oben rechts und eine unten links, die sich gegenseitig spiegeln. Und aufgrund von Singularitätsproblemen bin ich mir ziemlich sicher, dass die Lasten am Punkt y = 0 nicht definiert werden, aber ich denke, das hängt von der Gleichung ab.

— Trevor Archibald

Wie ein Schlitzschraubendreher an einer Schraube.

— Ratschenfreak

Kurzer Hinweis für alle, die nach relevanter Literatur suchen: "Akkord" kann ein nützlicher alternativer Suchbegriff für "nicht radial" sein.

— Air

Trevor, wenn ich in Ihrer Position wäre, würde ich mich dafür entscheiden, dies nicht zu modellieren, da ich befürchten würde, dass mögliche Fehler in diesem Schritt die Modellgenauigkeit eher verringern als verbessern und schwer zu validieren wären.

— Regdoug

Ich würde die Tatsache ignorieren, dass die Keilnut die tatsächlichen Kräfte zumindest bei der Berechnung der Kräfte selbst leicht außermittig macht. Die Kräfte können an ihren wahren Orten platziert werden, sobald sie berechnet wurden.

Ich würde auch annehmen, dass die Last kontinuierlich von der Mitte zur Außenkante verteilt wird. Dies setzt voraus, dass der Schlüssel mit einer ausreichend engen Toleranz bearbeitet wird (oder sich ausreichend auslenkt / verformt), um die Verteilung auszugleichen. Dies setzt auch voraus, dass eine bestimmte Drehung an den Extremen des Schlüssels mehr Kraft erzeugt als in der Mitte (wo sie Null ist).

Von dort geht es darum, die maximale Kraft pro Längeneinheit am Ende zu finden.

Vereinfachte Kräfte

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

Während ich das durchgemacht habe, habe ich das quälende Gefühl, dass mir der Punkt Ihrer Frage fehlt. Lassen Sie mich wissen, wenn ich ihn verpasst habe.

Beachten Sie auch, dass ich es gewohnt bin, mit Modellen zu arbeiten, bei denen die genaueren Details der genauen Lastverteilung keinen Einfluss auf die Endergebnisse haben. Daher kann ich Annahmen treffen, die für Ihr Modell nicht korrekt sind.

— Hazzey
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Ich bin sicher damit einverstanden, die Tatsache zu ignorieren, dass die Lasten außermittig sind, wenn dies die Berechnungen vereinfacht. Was mich an einer kontinuierlichen Lastverteilung, die sich direkt mit r ändert, immer noch ärgert, ist, dass sich das Drehmoment dann direkt mit r ^ 2 ändert, was mir kontraintuitiv erscheint, aber ich habe keinen guten Grund dafür.

— Trevor Archibald