CAE軟件操作小百科（26）

王琪

1如何在CATIA V5中繪制斜齒圓柱齒輪和直齒圓柱齒輪？

斜齒輪因具有特殊的幾何特征和嚙合方式，可提高傳動的穩定性，在高速大功率傳動中得到廣泛應用.在CATIA V5中繪制斜齒輪的步驟如下.

1）在公式f（x）中輸入齒輪的各項參數及其相互關系，包括齒數、模數、壓力角、齒頂圓半徑、分度圓半徑、齒根圓半徑、基圓半徑、螺旋角和齒厚等.

2）畫出齒輪齒根圓柱.

3）通過法則曲線fog建立一組參數函數，利用函數得到齒輪漸開線，經后續的倒角和修剪后獲得一個齒的齒廊.

4）在曲面設計模塊下，將齒廊復制平移到圓柱的另一端面，并將新的齒廊旋轉到所需角度.

5）使用多截面曲面做出齒面并封閉形成實體，最終形成環形陣列，完成齒輪繪制.

與斜齒圓柱齒輪相比，直齒圓柱齒輪就是對斜齒圓柱齒輪兩端面進行旋轉而成.如果旋轉角度為0，那么這個斜齒圓柱齒輪就是一個直齒圓柱齒輪，因此，直齒圓柱齒輪就是螺旋角為0的特殊斜齒圓柱齒輪，在上述步驟4中，不旋轉新的齒廊即可得到直齒圓柱齒輪.

2在CAD模型導入到Abaqus后，用幾何修補工具對短邊、尖角和幾何缺陷進行修補時應注意哪些問題？

在Part功能模塊中單擊菜單Tools→Geometry repair，可以使用幾何修補工具.在使用中應注意以下技巧.

1）使用診斷工具可以發現幾何部件存在的問題，如無效（invalid）或不精確（imprecise）的部分、自由邊、短邊、小面和尖角等.

2）不要一次修補太多部件，應逐步進行修補.

3）使用顯示組（display group）可以隱藏（或顯示）部件的某個面（face）或者部分實體（cell）.

4）如果直接刪除三維實體的面，三維實體就會變為殼部件.如果需要刪除面，應使用修補工具中的Replace faces，Repair small edges和Repair small faces等工具進行操作.

5）小倒角附近的區域會生成很細的網格，增加計算時間.如果這些倒角不位于關心區域且對計算結果影響較小，可以將其刪除.

6）單擊菜單Part→Manager，可以在對話框中看到各幾何部件是否有效.該功能還可以檢查幾何修補后部件是否有效.

3如何在Abaqus中通過接觸消除剛體位移？

1）在定義接觸時，設置誤差限度稍大于模型中接觸的主面與從面的距離，保證這2個面之間能建立起接觸關系.

2）接觸面之間設置一定的過盈量，保證主從面在分析開始時緊密接觸.

3）可以在第一個分析步中只施加很小的載荷，保證解除關系平穩建立，在下一分析步中再施加真實載荷.

4如何在Abaqus中查看節點編號和單元編號？

查看節點編號和單元編號一般有如下方法.

1）在Part功能模塊中選擇View→Part display options，或者在Assembly模塊中選擇View→Assembly display options，選擇Show node labels或者Show element labels.

2）在Visualization功能模塊中單擊工具欄中的Common options按鈕，選擇Labels，然后選擇Show node labels或者Show element labels.

3）在任意模塊中點擊窗口頂部的Query information按鈕，選擇Node或Element可以查詢單個節點或者單元的編號.

5在Abaqus中提交計算后，有警告說一個點自由度1和自由度2值都很大，但是檢查發現這個點無問題，邊界條件也無問題，是什么原因？

這種情況說明在分析開始時沒有完全建立接觸和摩擦關系，通常可以采用以下辦法解決.

1）取此實體上的任意一點與地面之間定義一個很軟的彈簧，以消除剛體位移.操作方法：在Interaction模塊選擇菜單Special→Springs dashpots→Create，選擇Connect points to ground，選擇節點，將Degree of freedom設為出現剛體位移的自由度，將Spring stiffness設為一個較小的值（太小不足以消除剛體位移，太大則會影響變形）.Spring 所在的節點在彈簧方向的位移乘以Spring stiffness就是彈簧分擔的載荷，其應該遠小于該方向上的外載荷.如果模型位移很小，通常將Spring stiffness設為1.

2）在運行第1步時，在可能出現剛體位移的實體的某個區域上定義臨時固支邊界條件；在第1步結束后，接觸和摩擦關系已經完全建立，可在后面的步驟中去掉這些固支邊界條件.

6如何在Marc中對模型進行接觸定義后檢驗查看模型的剛體方向？

在進行接觸定義時，注意變形體和剛體的方向設置，方向定義錯誤會導致模型無法提交運算或得不到正確結果.二維和三維模型中工件對應的單元方向，可以通過以下3種方式判斷.

1）利用Identify backfaces顯示.如果工件對應的單元方向在二維模型中與Top/front對應、在三維模型中與Bottom/back/outside對應，表明單元方向正確.

2）通過顯示單元線框模式判斷單元方向是否正確.

3）在主菜單Geometry & Mesh→Check中，二維模型采用Upside down，三維模型采用Inside out判斷單元方向.

7Marc中的虛擬裂紋閉合技術（Virtual Crack Closure Technique，VCCT）在解決裂紋擴展問題時有何優點？怎樣在Marc中設置？

VCCT是一種計算能量釋放的方法，其在裂紋閉合積分方法的基礎上發展而來，不僅可用于判斷裂紋擴展的時刻，而且可用于裂紋擴展的分析.虛擬裂紋閉合技術的基本假設是虛擬裂尖與實際裂尖后面的張開位移近似相同.在有限元工具中，基于能量釋放率G的計算與裂紋臨界參數Gc的比較，當G→Gc時，裂紋開始擴展.

VCCT在Marc中的實現通過測定應變能釋放率在裂紋前緣的分布程序完成.該過程在二維模型的一個節點或者三維模型的一系列節點中完成，只需定義裂紋尖端（Crack tip）或者裂紋前沿（Crack front）節點即可.

（摘自同濟大學鄭百林教授《CAE操作技能與實踐》課堂講義）

（待續）