Bagaimana cara terbaik memodelkan torsi yang diterapkan pada saluran non-radial?

Saya mencari untuk menggunakan FEA (khususnya, Creo Simulate) untuk membuat kembali hasil uji kekuatan statis pada bagian yang akan diuji oleh perusahaan saya di lab kami. Karena hasil lab adalah yang akan kami gunakan untuk menentukan utilitas dan kemampuan bagian, saya melakukan ini sebagian besar sebagai latihan, untuk memperkuat keterampilan FEA saya dan untuk melihat seberapa dekat dengan kenyataan saya bisa mendapatkan hasil dari analisis menjadi.

Untuk beberapa alasan berbeda (tulis akses ke file model, investigasi fungsi baut Creo, aplikasi beban yang lebih realistis) Saya mencoba untuk memodelkan bagian dari tempat uji selain bagian yang menarik. Bagian itu sendiri memiliki flensa dengan pola baut sebagai bagian dari desainnya, dan kami menggunakan pola baut itu untuk memasangnya pada adaptor. Adaptor akan menempel pada output motor, dengan torsi yang diterapkan melalui kunci yang berada di antara adaptor dan output motor.

Di bawah ini saya memiliki gambar alur pasak di adaptor untuk kejelasan. Bagian yang menarik melekat pada sisi belakang adaptor ini, kunci pas sepanjang panjang alur pasak, dan adaptor terhubung ke output dudukan uji menggunakan empat lubang baut yang lebih besar (ini tidak mengirimkan torsi signifikan, mereka hanya menyatukan perakitan.)

Flange dengan alur pasak

Masalah saya adalah menentukan cara terbaik untuk memodelkan beban yang diterapkan di dinding alur pasak. Intuisi saya memberi tahu saya bahwa beban akan bervariasi sepanjang panjang alur kunci, karena apa yang benar-benar kami terapkan adalah torsi yang didistribusikan ke seluruh kunci.

Mengingat bahwa , saya berharap akan ada hubungan terbalik antara gaya yang harus saya terapkan dan posisi di sepanjang alur pasak tempat saya menerapkannya. Apakah fakta bahwa tindakan ini bukan hal yang rumit? $T=r \times F$
Selain itu, saya memiliki dua sistem koordinat yang ditetapkan, Cartesian standar, dan satu silinder dengan z-axis melalui lubang tengah adaptor seperti yang Anda harapkan. Apakah menerapkan beban dalam satu sistem koordinat atau yang lain secara signifikan mengubah hasil, dan apakah yang lebih disukai? Apakah persamaan gaya terdistribusi lebih mudah untuk didefinisikan dalam satu sistem koordinat?

mechanical-engineering finite-element-method

— Trevor Archibald
sumber

Jadi untuk menjadi jelas, Anda ingin menerapkan gaya terdistribusi di sepanjang alur pasak yang akan meniru gaya yang diterapkan dari bar?

— hazzey

Iya. Saya mengharapkan dua beban, satu di kanan atas dan satu di kiri bawah, yang saling mirror. Dan karena masalah singularitas, saya cukup yakin beban tidak akan didefinisikan pada titik y = 0, tapi saya kira itu tergantung pada persamaannya.

— Trevor Archibald

Seperti obeng pipih pada sekrup.

— ratchet freak

Catatan cepat untuk siapa saja yang mencari literatur yang relevan, "chord" dapat menjadi istilah pencarian alternatif yang berguna untuk "non-radial."

— Air

Trevor, jika saya berada di posisi Anda, saya akan memilih untuk tidak memodelkan ini karena saya akan khawatir bahwa kemungkinan kesalahan dalam langkah ini akan benar-benar berkurang, daripada meningkatkan, kesetiaan model dan akan sulit untuk divalidasi.

— Regdoug

Saya akan mengabaikan fakta bahwa jalan utama membuat kekuatan sebenarnya sedikit di luar pusat setidaknya ketika menghitung kekuatan sendiri. Gaya dapat ditempatkan di lokasi sebenarnya setelah dihitung.

Saya juga berasumsi bahwa beban didistribusikan secara kontinu dari pusat ke tepi luar. Ini mengasumsikan bahwa kunci dikerjakan dengan toleransi yang cukup ketat (atau membelokkan / merusak cukup) untuk menyamakan distribusi. Ini juga mengasumsikan bahwa jumlah rotasi tertentu menghasilkan lebih banyak gaya pada ekstrem kunci daripada di tengah (di mana itu nol).

Dari sana, itu adalah masalah menemukan kekuatan maksimum per satuan panjang di akhir.

Pasukan Sederhana

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

Ketika saya telah melalui ini, saya memiliki perasaan mengomel bahwa saya kehilangan inti pertanyaan Anda, jadi beri tahu saya jika saya melewatkannya.

Perhatikan juga bahwa saya terbiasa bekerja dengan model yang detail penempatan penempatannya yang tepat tidak memengaruhi hasil akhir, jadi saya mungkin membuat asumsi yang tidak tepat untuk model Anda.

— hazzey
sumber

Saya tentu saja baik-baik saja dengan mengabaikan fakta bahwa muatannya berada di luar pusat, jika menyederhanakan perhitungan. Hal yang masih mengganggu saya tentang distribusi beban kontinu yang bervariasi secara langsung dengan r adalah bahwa torsi kemudian akan bervariasi secara langsung dengan r ^ 2, yang tampaknya berlawanan dengan intuisi bagi saya, tetapi saya tidak memiliki alasan yang bagus mengapa.

— Trevor Archibald