Steifigkeitselement-Datei
| Formelzeichen | - |
|---|---|
| Einheit | - |
| Attribut-ID | external_stiffness_element |
| Numerische ID | 4934 |
| Datentyp | PMFile |
Die Steifigkeitselement-Datei zur Eingabe einer externen Steifigkeitsmatrix muss wie folgt aufgebaut sein:
Beispieldatei: stiffness_element.txt
NUM_COUPLING_POINTS = 4
PATH_TO_STIFFNESS_MATRIX = C:\yourpath\reduced_matrix_in_harwell_boeing_format.txt
SHAFT_ID = 5 5 7 7
U_POSITION_ON_SHAFT = 440.0 637.0 53.0 446.0
COORD_DEF = 1 2 3
Erklärung der Attribute:
- NUM_COUPLING_POINTS: Anzahl der Koppelpunkte (Lager und/oder Koppelungen)
- PATH_TO_STIFFNESS_MATRIX: Pfad zur Steifigkeitsmatrixdatei. Diese muss im Harwell-Boeing Format vorliegen. Es ist die Annahme getroffen, dass die Matrix voll befüllt ist. Es muss sich folglich um eine quadratische Matrix mit n² Einträgen handeln, wobei n=6*NUM_COUPLING_POINTS ist. Die Reduktion ist mit dem Einheitensystem [mm] für die Geometrie durchzuführen.
- SHAFT_ID: Ids der Wellen im Workbenchmodell, an der die Ankoppelungen stattfinden. Die Reihenfolge der Einträge in der Steifigkeitsmatrix muss der Reihung in dieser Zeile entsprechen.
- U_POSITION_ON_SHAFT: U-Koordinaten, an der die Ankoppelungen an die Wellen stattfinden (Reihenfolge der Einträge analog zur Reihung in Zeile SHAFT_ID)
- COORD_DEF: Das Koordinatensystem der Steifigkeitsmatrix wird mit Hilfe der Position von drei Koppelstellen bestimmt. Die drei Zahlen in der COORD_DEF Zeile verweisen auf Einträge in der Zeile SHAFT_ID/U_POSITION_ON_SHAFT.
- In diesem Beispiel werden die Koppelstellen 1, 2 und 3 in der Zeile SHAFT_ID verwendet.
Die erste Koppelstelle ist der Ursprung des Koordinatensystems für die reduzierte Steifigkeitsmatrix.
- In diesem Beispiel liegt der Ursprung auf Welle 5 an der u-Koordinate 440.0 mm.
Die ersten beiden referenzierten Koppelstellen geben die erste Koordinatenrichtung (u-Richtung) des Koordinatensystems für die Steifigkeitsmatrix an.
- In diesem Beispiel zeigt die u-Richtung entlang von Welle 5 von der Position (Welle 5, u-Koordinate 440.0 mm) nach Position (Welle 5, u-Koordinate 637.0 mm).
Die dritte Koppelstelle gibt die dritte Koordinatenrichtung (w-Richtung) des Koordinatensystems für die Steifigkeitsmatrix an.
- In diesem Beispiel zeigt die w-Richtung von der Position (Welle 5, u-Koordinate 440.0 mm) nach der Position (Welle 7, u-Koordinate 53.0mm).
Die Defaultbelegung für die Wahl der Koppelstellen ist 1 2 3.
Falls die Definition des Koordinatensystems auf der u- und v-Richtung basiert, dann bitte den Kenner USE_COORD_DEF_BASED_ON_UV am Ende der Datei in eine neue Zeile einfügen.
Für den Fall, dass alle Koppelstellen kollinear sind, muss die Koordinatendefinition wie folgt lauten:
COORD_DEF = 1 2 0
ANGLE = 75.0
Es ist ein Winkel (in Grad) in der Zeile ANGLE anzugeben, um den die dritte Koordinatenachse der Steifigkeitsmatrix gegenüber der dritten Koordinatenachse des globalen Getriebekoordinatensystems verdreht ist. Ein positiver Winkel ist definiert als Drehung um die negative erste Koordinatenrichtung. Ein Winkel von Null Grad bedeutet, dass die dritte Koordinatenrichtung der Steifigkeitsmatrix in Richtung der dritten Koordinatenrichtung im Getriebekoordinatensystem zeigt.
Für ein externes Steifigkeitselement für einen Planetenträger muss zusätzlich eine Vorgabe für die im FEM-Modell integrierten Wellen (Stegwellen und/oder Planetenbolzen) erfolgen. Die Zeile SHAFT_REPLACED_BY_FEM muss vor der Koordinatendefinition eingefügt werden und enthält die Ids aller im FEM-Planetenträger integrierter Wellen:
SHAFT_REPLACED_BY_FEM = 4 6
In dieser Beispielzeile werden die Wellen mit den Ids 4 und 6 mit in das FEM-Modell integriert. Dies könnten beispielhaft die beiden Stegwellen eines zweiwangigen Planetenträgers sein, die in der reduzierten Steifigkeitsmatrix integriert sind. Gleiches gilt für in das FEM-Modell integrierte Planetenbolzen.
Die Herausforderung bei Planetenstufen besteht darin, die Ids der Individuellen Planetenwellen/Bolzen (je nach Ankoppelung) zu erhalten. Im 3D-Modell und in der Berechnung sind entsprechend Planetenanzahl viele Individuelle Planetenwellen und Individuelle Bolzen vorhanden. Die Ids dieser individuellen Komponenten sind für das Steifigkeitselement relevant und nicht die Ids der Planetenwellen/Bolzen im Modellbaum. Es empfiehlt sich folgendes Vorgehen:
Im Report für Planetenstufen findet sich folgende Skizze. Diese erlaubt auf die Einbaulage der Planetenwellen rückzuschließen:
Die in dieser Skizze eingetragenen Einbauwinkel (@0°, @120°, @240°) können in der Attributübersicht unter der Komponente Individueller Bolzen oder Individuelle Planetenwelle (je nach Ankoppelung) -> Geometrie -> Einbauwinkel des individuellen Planeten bei Vorkommen im Modell wiedergefunden werden:
Der Komponentenname enthält in eckigen Klammern die Id der entsprechenden Welle (hier im Bild: 121, 122, 123).
Für die Zuordnung bei mehreren Planetenstufen ist es hilfreich zu wissen, dass die Ids in neu eingefügten Planetenstufen aufsteigend vergeben werden, d.h. Id des Bolzen im Modellbaum 120 gefolgt von den Ids der Individuellen Bolzen 121, 122, 123. Die Anzahl der Individuellen Bolzen stimmt mit der Planetenanzahl überein. Die Ids der Individuellen Bolzen sind in der Zeile SHAFT_REPLCAED_BY_FEM zu ergänzen, falls diese Teil des FEM-Modells sind. Diese Ids der Individuellen Bolzen sind auch bei der Anbindung der Planetenlager in der Zeile SHAFT_ID zu verwenden.
Sind keine Wellen in das FEM-Modell des Planetenträgers integriert, so ist kein Eintrag rechts des Gleichheitszeichens in der Zeile SHAFT_REPLCAED_BY_FEM einzutragen.
Befinden sich Belastungen auf Wellen, die in das FEM-Modell des Planetenträgers integriert sind, wie z. B. ein Antriebsmoment auf der Stegwelle, so ist auch hierfür ein entsprechender Koppelpunkt in der reduzierten Steifigkeitsmatrix notwendig. Dieser ist in der Zeile NUM_COUPLING_POINTS, SHAFT_ID und U_POSITION_ON_SHAFT zu berücksichtigen.
Für eine Erläuterung hierzu siehe auch das Tutorial FEM-Planetenträger.
Für weitere Informationen zur Vorgabe einer externen Steifigkeitsmatrix siehe:
THEMIS - Abschlussbericht AK Wb 711 I AB 1250
Für Gehäuse können auch noch die Kenner aus dem Abschlussbericht verwendet werden (ANZ_KOPPELPUNKTE, DATEIPFAD_STEIFIGKEIT, IW, UK, KOORD_DEF und WINKEL), wobei unter IW die Ids der Wellen im Workbenchmodell einzutragen sind.