Каковы возможности макросов или можно ли смоделировать масляный слой в контактной задаче

[Vince 0]

Вопрос к знатокам Ансис. Я так понимаю, что макрос это подпрограмма. Так вот, могу ли я с помощью макроса решить контактную задачу с учетом слоя масла? Я вижу это примерно так:

То есть решаем контактную задачу и значения зазора и контактного давления в узлах являются исходными данными для решения уравнений гидродинамики. В результате получаем распределение давления в этих же узлах, но с учетом слоя масла. Потом эти данные используем в виде дополнительной нагрузки (или еще как-нибудь) в решении той же самой контактной задачи и получаем скорректированную эпюру контактного давления. Далее повторяем этот цикл до достижения какого-нибудь критерия сходимости. Можно ли такой алгоритм реализовать в виде макроса?

Буду рад выслушать любые предложения, рекомендации и критику. Спасибо.

[Форумный боец 1]

а нельзя ли без гидродинамики обойтись? задача статическая?

[Vince 0]

Увы нельзя. Пытаюсь определить силу трения в паре сопряжения поршень-цилиндр, для этого необходимо знать толщину масляной пленки и распределение давления. Эпюра контактного давления при сухом контакте значительно отличается от гидродинамического. Есть идея решить уравнения Рейнольдса методом конечных разностей, воплотив это все в виде макроса. При этом давление в масляном слое влияет на деформации деталей сопряжения, поэтому желательно результаты использовать как дополнительные ГУ и снова решать контактную задачу.

Задача квазистатическая. У нас в универе правда появился супер-компутер :), можно в будущем и в динамике попробовать решить.

[Fedor 1 597]

Подобные задачи решались для подшипников скольжения. Правда без Ansys, это было давно, но с использованием мкэ для деформаций подшипников и метода сеток для маслянного слоя, то есть для малых чисел Рейнольдса. Что-то похожее на Ваш цикл было

[Vince 0]

Fedor, а какое количество итераций потребовалось при решениее задачи с подобным циклом для подшипника?

И можно ли реализовать этот цикл в виде макроса? Или проще воспользоваться другим языком? Хотя в этом случае все равно придется писать макрос для импорта ГУ обратно в Ансис.

Посоветуйте пож-ста, где найти учебник по языку программирования, на котором пишутся макросы

[Форумный боец 1]

где найти учебник по языку программирования, на котором пишутся макросы

говорят на фортран он очень похож :) да и в хелпе все расписано неплохо.

[ivan_mlpe 0]

Вопрос к знатокам Ансис. Я так понимаю, что макрос это подпрограмма. Так вот, могу ли я с помощью макроса решить контактную задачу с учетом слоя масла?

1. ансис и без макросов решает эти задачи.

2. копай в сторону Fluid - Solid Interaction - FSI, начинай отсюда <noindex>отсюда</noindex> и <noindex>отсюда</noindex>

3. вот ссылка на подобный расчет, в масляной пленке всё происходит в пограничном слое, это нужно учитывать

<noindex>http://cae.ustu.ru/download/20064.pdf</noindex>

4. для затравки лови описание наложения поля давления в табличном виде на модель для прочностного расчета <noindex>http://ansys.net/tips_sheldon/STI0702_Exte..._Simulation.zip</noindex>

5. язык программирования называется <noindex>APDL</noindex>, без знания команд ансиса он бесполезен.

То есть решаем контактную задачу и значения зазора и контактного давления в узлах являются исходными данными для решения уравнений гидродинамики. В результате получаем распределение давления в этих же узлах, но с учетом слоя масла.

есть подозрение, что это не контактная задача.

[Vince 0]

Иван, спасибо за инфу. Разбираюсь

[Fedor 1 597]

"подозрение, что это не контактная задача" - да нет, контактная, просто контакт с промежуточным слоем смазки. Ходовое дело в зубчатых передачах, например

Надо человеку определять как меняется поток при изменении геометрии стенок, а изменения зависят от потока.

Возмущения стенок обычно не очень большие, поэтому сходилось быстро, но точно не помню, приятель решал, я просто обсуждал эти вопросы с ним иногда

[Vova 419]

Мысли вслух.

Подшипники скольжения бывают разные. (гидродинамически и гидростатический подшипник) - это которые со смазкой.

У гидродинамического подшипника скольжения масляная пленка образуется при определенной скорости.

Там есть ещё диаграмма (называется кривая Штрибека(Stribeck)) , как рапределяется МЮ от скорости. Вначале МЮ высокий потом падает до минимума и далее подымается немного, примерно 40% от максимума. При скорости ноль имеем контакт двух поверхностей.

Тут на русском немного теории и про Штрибека тоже :

<noindex>http://www.samgtu.ru/structure/ntc/7.doc</noindex>

Потом есть гидростатический подшипник, где масляная пленка в паре образуется от давления в системе. Тут кривя Штрибека подымается от нуля или масляная пленка может быть и при нулевой скорости, если давление достаточно высокое, тогда кривя Штрибека начинается не с нуля.Толщина масляной пленки зависит от давления в системе, температуры, скорости, ...

В паре поршень-цилиндр мы имеем смазку от масла в картере, которое разбрызгивается по стенком цилиндра и(или) поддается под давлением.

Думаю, что пара поршень-цилиндр работает как гидростатический подшипник, поэтому использование указаного ivan_mlpe примера может не совсем корректно.

Или я ошибаюсь?

Ещё контакт в паре поршень-цилиндр идет через поршневые кольца, может для начала задачку в 2D с учётом ротации посчитать?

P.S. В работе КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПОДШИПНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ЦЕНТРОБЕЖНОГО ПОГРУЖНОГО НАСОСА

3. вот ссылка на подобный расчет, в масляной пленке всё происходит в пограничном слое, это нужно учитывать

<noindex>http://cae.ustu.ru/download/20064.pdf</noindex>

некоторые цифры наводят на размышление:

1. нагрузка на подшипник 15кН, при 6 колодок это примерно 2,67кН на одну.

2. максимальное давление на колодку было расчитано 2,75кПа это 2,75кН/кв.м, среднее на порядок ниже.

Тут или я что то напутал, или площадь колодки почти 1кв.м или в результатах CFD непонятки.

3. Ну и "Начальное распределение зазоров в масляном клине предполагается таким, чтобы зазор лежал в пределах 0.5-1.5 мм" зазор многоват будет. Такой зазор у бутерброда перевернутого на столе будет у подшипника скольжения под нагузкой 15кН вряд ли.

[Vince 0]

Vova, спасибо за пищу для размышлений.

В цилиндре двигателя масло разбрызгиванием подается на поверхность цилиндра при положении поршня в районе ВМТ, затем при движении поршня вниз масляный слой снимается маслосъемным кольцом. Боковая сила N полностью распределяется на сопряжение юбка поршня-цилиндр и компрессионные кольца здесь не участвуют. Кольца это уже другой обширный вопрос, в который не хочется влезать.

Юбка поршня имеет бочкообразную форму, образующую клин вместе с поверхностю цилиндра. Правда при положении поршня в районе ВМТ и НМТ его скорость 0 и около того, максимальная скорость достигается при 90 град поворота коленчатого вала и зависит от частоты вращения (в моем случае 10 м/с).

Решать эту задачу в осесимметричной постановке считаю не совсем корректным, т.к. в конструкции поршня имеются бобышки, приводящие к увеличению жесткости. При решении задачи без учета масляной пленки получаю примерно такую картину:

Как я теперь понимаю, решать эту задачу в квазистатике не совсем корректно, т.к. в результате получу разрушение масляной пленки и контакт поверхностей, которого возможно и не происходит в реальности.

Тогда можно ли принять в этом случае допущение, что в контактирующих узлах имеет место минимальная толщина пленки R1+R2 (шероховатость поверхностей). Далее скорректируем толщину пленки для всех узлов сопряжения и определяем режим трения для элементарной площадки. Можно ли так интерпретировать результаты анализа, или необходимо пытаться решать эту задачу в динамике? Спасибо

[ivan_mlpe 0]

P.S. В работе КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПОДШИПНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ЦЕНТРОБЕЖНОГО ПОГРУЖНОГО НАСОСА

некоторые цифры наводят на размышление:

1. нагрузка на подшипник 15кН, при 6 колодок это примерно 2,67кН на одну.

2. максимальное давление на колодку было расчитано 2,75кПа это 2,75кН/кв.м, среднее на порядок ниже.

Тут или я что то напутал, или площадь колодки почти 1кв.м или в результатах CFD непонятки.

3. Ну и "Начальное распределение зазоров в масляном клине предполагается таким, чтобы зазор лежал в пределах 0.5-1.5 мм" зазор многоват будет. Такой зазор у бутерброда перевернутого на столе будет у подшипника скольжения под нагузкой 15кН вряд ли.

ребят, я не в качестве отправной точки ссылку дал, а как работу, в которой описан ход решения. Есс-но я не проверял численные результаты.

[ivan_mlpe 0]

В цилиндре двигателя масло разбрызгиванием подается на поверхность цилиндра при положении поршня в районе ВМТ, затем при движении поршня вниз масляный слой снимается маслосъемным кольцом. Боковая сила N полностью распределяется на сопряжение юбка поршня-цилиндр и компрессионные кольца здесь не участвуют. Кольца это уже другой обширный вопрос, в который не хочется влезать.

Юбка поршня имеет бочкообразную форму, образующую клин вместе с поверхностю цилиндра. Правда при положении поршня в районе ВМТ и НМТ его скорость 0 и около того, максимальная скорость достигается при 90 град поворота коленчатого вала и зависит от частоты вращения (в моем случае 10 м/с).

предчувствия меня не обманули ;) это не контактная задача.

При решении задачи без учета масляной пленки получаю примерно такую картину:

без учета маслянной пленки эта задача не имеет смысла. У вас реакции будут не там, не те, не в том направлении и не с теми величинами. Зазоры тоже. Все равно что пытаться шарикоподшипник рассчитать без шариков.

Как я теперь понимаю, решать эту задачу в квазистатике не совсем корректно, т.к. в результате получу разрушение масляной пленки и контакт поверхностей, которого возможно и не происходит в реальности.

Тогда можно ли принять в этом случае допущение, что в контактирующих узлах имеет место минимальная толщина пленки R1+R2 (шероховатость поверхностей). Далее скорректируем толщину пленки для всех узлов сопряжения и определяем режим трения для элементарной площадки. Можно ли так интерпретировать результаты анализа, или необходимо пытаться решать эту задачу в динамике? Спасибо

пока рано рассуждать о квазистатике.

сформулируйте задачу полностью. Конкретно, что нужно рассчитать.

[Vince 0]

сформулируйте задачу полностью. Конкретно, что нужно рассчитать

Задача: получить эпюру распределения давления и определить толщину масляной пленки в сопряжении поршень-цилиндр при различных углах поворота КВ (через каждые 15 градусов например)

Использую следующие модели: цилиндр двигателя с воздушным охлаждением (чугун), головка цилиндра (ал), анкерные шпильки (сталь), поршень (ал), поршневой палец (сталь), плита - картер двигателя (чугун). В модели поршня профиль юбки выполнен согласно КД и величина поршневого зазора выдержана, т.к. в ходе анализа также определяются термические деформации. Показанные на рисунке кольца пока не исследую. Для решения можно в принципе использовать и половину модели, но в алюминиевой головке выпускной канал подогревается отработавшими газами Т=800 С, вызывая неравномерную деформацию как головки, так и цилиндра в районе верхнего опорного бурта. Это тоже должно влиять на форму контакта поршень-цилиндр (вопрос в какой степени).

Постоянные нагрузки:

- усилия затяжки анкерных шпилек

- термические нагрузки

Изменяемые нагрузки (зависят от угла пкв):

- давление в цилиндре

- боковая сила, приложенная к поршневому пальцу

Изменено 8 января 2009 пользователем Vince

[Vova 419]

Я бы попробовал так:

1. для расчёта толщины масляной пленки я бы предпочёл аналитические формулы из книги. Для начала можно взять простой расчет минимальной толщины с учётом шероховатости.

2. Коэффициенты трения опять же из каталога. Про зависимость коэффициента трения от температуры не забываем.

3. В процессе работы масляная пленка есть или нет, потому как мы не знаем когда есть/нет, то для сравнения можно сделать оба расчёта.

4. В Абакусе есть следущее описание контакта:

*SURFACE BEHAVIOR, PRESSURE-OVERCLOSURE=EXPONENTIAL

0.06, 100.0

это когда при контактном расстоянии 0,06мм мы имеем силу на контактные поверхности 100Н. При уменьшении контактного расстояния, сила увеличивается по экспоненте.

Подробнее читаем в хелпе. Думаю в АНСИСе что то подобное тоже есть. Так вот, я бы использовал подобную функцию для расчёта.

Значение 0,06 изменяем на мин. толщину плёнки, силу берем из учёта давления в системе.

5. Температуа высокая, поэтому не забываем про коэффициент расширения для поршня и цилиндра.

6. CFD я бы пока не использовал.

7. Для начала можно реализовать расчёт на простой модели, потом переходить на реальную.

Ивану:

Вас ни в чём не хочу обвинять, просто обратил внимание на "не соответствие" в результатах решения. Возможно, я что то не правильно понял,

и ребята из Питера всё делали правильно. Если у кого есть свои умные мысли по статье, поделитесь плиз. Для этого можно и отдельную тему создать.

[Fedor 1 597]

"предчувствия меня не обманули ;) это не контактная задача" - книжку Механика контактного взаимодействия

Джонсона посмотрите начиная со стр. 372, там о смазке

[ivan_mlpe 0]

"предчувствия меня не обманули ;) это не контактная задача" - книжку Механика контактного взаимодействия

Джонсона посмотрите начиная со стр. 372, там о смазке

посмотрел,

за книжку спасибо.

автор вопроса просил помощи по контактной задаче в ANSYS, я имел в виду именно это "подмножество".

[ivan_mlpe 0]

4. В Абакусе есть следущее описание контакта:

*SURFACE BEHAVIOR, PRESSURE-OVERCLOSURE=EXPONENTIAL

0.06, 100.0

это когда при контактном расстоянии 0,06мм мы имеем силу на контактные поверхности 100Н. При уменьшении контактного расстояния, сила увеличивается по экспоненте.

Подробнее читаем в хелпе. Думаю в АНСИСе что то подобное тоже есть. Так вот, я бы использовал подобную функцию для расчёта.

Значение 0,06 изменяем на мин. толщину плёнки, силу берем из учёта давления в системе.

нэту. сейчас еще раз проверил.

Если такая фича есть в абакусе - решать задачу лучше там. адназначна. иначе затраты времени несоизмеримо возрастут.

товарисчь Vince,

у Вас есть возможность решать эту задачу НЕ в ANSYS`е ? (иногда фокус именно в том, чтобы с определенным программным продуктом добиться результата)

[ivan_mlpe 0]

Задача: получить эпюру распределения давления и определить толщину масляной пленки в сопряжении поршень-цилиндр при различных углах поворота КВ (через каждые 15 градусов например)

агаа. чешу в затылке.

Использую следующие модели: цилиндр двигателя с воздушным охлаждением (чугун), головка цилиндра (ал), анкерные шпильки (сталь), поршень (ал), поршневой палец (сталь), плита - картер двигателя (чугун). В модели поршня профиль юбки выполнен согласно КД и величина поршневого зазора выдержана, т.к. в ходе анализа также определяются термические деформации.

согласно КД - какой задан номинальный зазор? Какие допуска на сопрягаемые поверхности? (не обязательно их в форум постить, но обязательно учитывать)

Показанные на рисунке кольца пока не исследую.

зря, модель сильно не утяжелится, а ввести их в модель потом будет сложно. и защитить потом этот расчет без колец будет проблематично.

Для решения можно в принципе использовать и половину модели, но в алюминиевой головке выпускной канал подогревается отработавшими газами Т=800 С, вызывая неравномерную деформацию как головки, так и цилиндра в районе верхнего опорного бурта. Это тоже должно влиять на форму контакта поршень-цилиндр (вопрос в какой степени).

да уж. не поспоришь.

Максимально сложная часть - касается маслянной пленки в трехмерной постановке. Мне кажется, что это CFD

Поясню:

1. Работа контактной пары происходит при постоянном присутствии масляной пленки.

2. Толщина пленки соизмерима с зазором в системе.

3. В противовес обычной контактной задаче, радиальная сила будет уравновешиваться не локальными "очагами" давления в месте контакта, а достаточно развитыми областями повышенного давления, возникающими в месте контакта поршня и масляной пленки.

4. Масло в зазоре течет, в вашем случае - трехмерным потоком, под воздействием сил трения о цилиндр и поршень, давления под поршнем и давления над поршнем, а также давления радиальной силы.

5. Выступы на поршне окончательно запутывают дело, поскольку масло в клине будет дополнительно компенсировать радиальную нагрузку.

6. Я не спец по ДВС, но кажется, что при движении вниз поршень будет "собирать" масло, а при движении вверх - "размазывать" кольцами. п.п. 1-5 относятся прежде всего к случаю движения вниз. Это конечно половина задачи, но ведь ваш вопрос относится прежде всего к этой части?

в CFD я не спец.

если я ошибаюсь, народ меня поправит.

для обсуждения понадобится номинальная величина зазора и характерная толщина масляной пленки при рабочей температуре.

а ваш предыдущий расчет "сухого" контакта нам позволит оценить зону влияния масляной пленки.

Изменено 10 января 2009 пользователем ivan_mlpe

[a_schelyaev 366]

Подобные задачи решаются на связке ABAQUS-FlowVision и не являются чем-то сакральным.

Здесь можно найти описание решенной задачи задачи с маслосъемным колпачком - <noindex>http://www.tesis.com.ru/software/flowvision/fv_exp.php#multi</noindex>

Есть и примеры решения задачи с подшипниками.