Comment modéliser au mieux un couple appliqué sur une ligne non radiale?

Je cherche à utiliser FEA (en particulier Creo Simulate) pour recréer les résultats d'un test de résistance statique sur une pièce que mon entreprise testera dans notre laboratoire. Parce que les résultats de laboratoire sont ceux que nous utiliserons pour déterminer l'utilité et la capacité de la pièce, je le fais principalement comme un exercice, pour renforcer mes compétences FEA et pour voir à quel point je peux obtenir les résultats de la réalité analyse à être.

Pour différentes raisons (accès en écriture aux fichiers de modèle, enquête sur la fonctionnalité de boulon de Creo, application plus réaliste de la charge), j'essaie de modéliser une partie du banc d'essai en plus de la partie d'intérêt. La pièce elle-même a une bride avec un motif de boulon dans le cadre de sa conception, et nous utilisons ce motif de boulon pour la fixer à un adaptateur. L'adaptateur se fixera à la sortie du moteur, le couple étant appliqué via une clé qui se trouve entre l'adaptateur et la sortie du moteur.

Ci-dessous, j'ai une photo de la rainure de clavette de l'adaptateur pour plus de clarté. La partie d'intérêt est attachée à l'arrière de cet adaptateur, la clé s'adapte sur toute la longueur de la rainure de clavette et l'adaptateur se connecte à la sortie du banc d'essai à l'aide des quatre trous de boulons plus grands (ceux-ci ne transmettent pas de couple significatif, ils gardent simplement l'assemblage ensemble.)

Bride avec rainure de clavette

Mon problème est de déterminer la meilleure façon de modéliser la charge appliquée sur les murs de la rainure de clavette. Mon intuition me dit que la charge variera le long de la rainure de clavette, car ce que nous appliquons réellement est un couple qui est réparti sur toute la clavette.

Étant donné que $T=r \times F$ , Je m'attendrais à ce qu'il y ait une relation inverse entre la force que je devrais appliquer et la position le long de la rainure de clavette à laquelle je l'applique. Le fait que cette ligne d'action ne soit pas radiale complique-t-il les choses?
De plus, j'ai deux systèmes de coordonnées définis, le cartésien standard et un cylindrique avec l'axe z passant par le trou central de l'adaptateur comme vous pouvez vous y attendre. L'application de la charge dans un système de coordonnées ou dans l'autre modifiera-t-elle considérablement le résultat, et est-ce préférable? L'équation de la force répartie sera-t-elle plus facile à définir dans un seul système de coordonnées?

mechanical-engineering finite-element-method

— Trevor Archibald
source

Donc, pour être clair, vous cherchez à appliquer une force distribuée le long de la rainure de clavette qui imitera la force appliquée à partir de la barre?

— hazzey

Oui. J'attends deux charges, une en haut à droite et une en bas à gauche, qui se reflètent. Et en raison de problèmes de singularité, je suis assez certain que les charges ne seront pas définies au point y = 0, mais je suppose que cela dépend de l'équation.

— Trevor Archibald

Comme un tournevis à tête plate sur une vis.

— ratchet freak

Note rapide pour quiconque cherche de la documentation pertinente, «accord» peut être un terme de recherche alternatif utile pour «non radial».

— Air

Trevor, si j'étais à votre place, je choisirais de ne pas modéliser cela parce que je craindrais que les erreurs possibles à cette étape ne réduisent, plutôt qu'elles améliorent, la fidélité du modèle et soient difficiles à valider.

— regdoug

J'ignorerais le fait que la rainure de clavette rend les forces réelles légèrement décentrées au moins lors du calcul des forces elles-mêmes. Les forces peuvent être placées à leur emplacement réel une fois qu'elles sont calculées.

Je suppose également que la charge est répartie en continu du centre vers le bord extérieur. Cela suppose que la clé est usinée avec une tolérance suffisamment serrée (ou dévie / déforme suffisamment) pour égaliser la distribution. Cela suppose également qu'une rotation donnée produit plus de force aux extrémités de la clé qu'au centre (où elle est nulle).

À partir de là, il s'agit de trouver la force maximale par unité de longueur à la fin.

Forces simplifiées

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

Au fur et à mesure que j'ai traversé tout cela, j'ai l'impression persistante que je manque le point de votre question, alors faites-moi savoir si je l'ai raté.

Notez également que j'ai l'habitude de travailler avec des modèles où les détails les plus fins du placement de charge exact n'affectent pas les résultats finaux, donc je peux faire des hypothèses qui ne sont pas correctes pour votre modèle.

— hazzey
source

Je suis certainement d'accord pour ignorer le fait que les charges sont décentrées, si cela simplifie les calculs. La chose qui me contrarie encore au sujet d'une distribution de charge continue qui varie directement avec r est que le couple varierait alors directement avec r ^ 2, ce qui me semble contre-intuitif, mais je n'ai pas de bonne raison pourquoi.

— Trevor Archibald