CAE软件操作小百科（26）

王琪

1如何在CATIA V5中绘制斜齿圆柱齿轮和直齿圆柱齿轮？

斜齿轮因具有特殊的几何特征和啮合方式，可提高传动的稳定性，在高速大功率传动中得到广泛应用.在CATIA V5中绘制斜齿轮的步骤如下.

1）在公式f（x）中输入齿轮的各项参数及其相互关系，包括齿数、模数、压力角、齿顶圆半径、分度圆半径、齿根圆半径、基圆半径、螺旋角和齿厚等.

2）画出齿轮齿根圆柱.

3）通过法则曲线fog建立一组参数函数，利用函数得到齿轮渐开线，经后续的倒角和修剪后获得一个齿的齿廊.

4）在曲面设计模块下，将齿廊复制平移到圆柱的另一端面，并将新的齿廊旋转到所需角度.

5）使用多截面曲面做出齿面并封闭形成实体，最终形成环形阵列，完成齿轮绘制.

与斜齿圆柱齿轮相比，直齿圆柱齿轮就是对斜齿圆柱齿轮两端面进行旋转而成.如果旋转角度为0，那么这个斜齿圆柱齿轮就是一个直齿圆柱齿轮，因此，直齿圆柱齿轮就是螺旋角为0的特殊斜齿圆柱齿轮，在上述步骤4中，不旋转新的齿廊即可得到直齿圆柱齿轮.

2在CAD模型导入到Abaqus后，用几何修补工具对短边、尖角和几何缺陷进行修补时应注意哪些问题？

在Part功能模块中单击菜单Tools→Geometry repair，可以使用几何修补工具.在使用中应注意以下技巧.

1）使用诊断工具可以发现几何部件存在的问题，如无效（invalid）或不精确（imprecise）的部分、自由边、短边、小面和尖角等.

2）不要一次修补太多部件，应逐步进行修补.

3）使用显示组（display group）可以隐藏（或显示）部件的某个面（face）或者部分实体（cell）.

4）如果直接删除三维实体的面，三维实体就会变为壳部件.如果需要删除面，应使用修补工具中的Replace faces，Repair small edges和Repair small faces等工具进行操作.

5）小倒角附近的区域会生成很细的网格，增加计算时间.如果这些倒角不位于关心区域且对计算结果影响较小，可以将其删除.

6）单击菜单Part→Manager，可以在对话框中看到各几何部件是否有效.该功能还可以检查几何修补后部件是否有效.

3如何在Abaqus中通过接触消除刚体位移？

1）在定义接触时，设置误差限度稍大于模型中接触的主面与从面的距离，保证这2个面之间能建立起接触关系.

2）接触面之间设置一定的过盈量，保证主从面在分析开始时紧密接触.

3）可以在第一个分析步中只施加很小的载荷，保证解除关系平稳建立，在下一分析步中再施加真实载荷.

4如何在Abaqus中查看节点编号和单元编号？

查看节点编号和单元编号一般有如下方法.

1）在Part功能模块中选择View→Part display options，或者在Assembly模块中选择View→Assembly display options，选择Show node labels或者Show element labels.

2）在Visualization功能模块中单击工具栏中的Common options按钮，选择Labels，然后选择Show node labels或者Show element labels.

3）在任意模块中点击窗口顶部的Query information按钮，选择Node或Element可以查询单个节点或者单元的编号.

5在Abaqus中提交计算后，有警告说一个点自由度1和自由度2值都很大，但是检查发现这个点无问题，边界条件也无问题，是什么原因？

这种情况说明在分析开始时没有完全建立接触和摩擦关系，通常可以采用以下办法解决.

1）取此实体上的任意一点与地面之间定义一个很软的弹簧，以消除刚体位移.操作方法：在Interaction模块选择菜单Special→Springs dashpots→Create，选择Connect points to ground，选择节点，将Degree of freedom设为出现刚体位移的自由度，将Spring stiffness设为一个较小的值（太小不足以消除刚体位移，太大则会影响变形）.Spring 所在的节点在弹簧方向的位移乘以Spring stiffness就是弹簧分担的载荷，其应该远小于该方向上的外载荷.如果模型位移很小，通常将Spring stiffness设为1.

2）在运行第1步时，在可能出现刚体位移的实体的某个区域上定义临时固支边界条件；在第1步结束后，接触和摩擦关系已经完全建立，可在后面的步骤中去掉这些固支边界条件.

6如何在Marc中对模型进行接触定义后检验查看模型的刚体方向？

在进行接触定义时，注意变形体和刚体的方向设置，方向定义错误会导致模型无法提交运算或得不到正确结果.二维和三维模型中工件对应的单元方向，可以通过以下3种方式判断.

1）利用Identify backfaces显示.如果工件对应的单元方向在二维模型中与Top/front对应、在三维模型中与Bottom/back/outside对应，表明单元方向正确.

2）通过显示单元线框模式判断单元方向是否正确.

3）在主菜单Geometry & Mesh→Check中，二维模型采用Upside down，三维模型采用Inside out判断单元方向.

7Marc中的虚拟裂纹闭合技术（Virtual Crack Closure Technique，VCCT）在解决裂纹扩展问题时有何优点？怎样在Marc中设置？

VCCT是一种计算能量释放的方法，其在裂纹闭合积分方法的基础上发展而来，不仅可用于判断裂纹扩展的时刻，而且可用于裂纹扩展的分析.虚拟裂纹闭合技术的基本假设是虚拟裂尖与实际裂尖后面的张开位移近似相同.在有限元工具中，基于能量释放率G的计算与裂纹临界参数Gc的比较，当G→Gc时，裂纹开始扩展.

VCCT在Marc中的实现通过测定应变能释放率在裂纹前缘的分布程序完成.该过程在二维模型的一个节点或者三维模型的一系列节点中完成，只需定义裂纹尖端（Crack tip）或者裂纹前沿（Crack front）节点即可.

（摘自同济大学郑百林教授《CAE操作技能与实践》课堂讲义）

（待续）