Table of Contents

La simulation de mouvement dans NX Siemens (aussi connue sous le nom de Simcenter 3D Motion ou NX Motion) est un puissant outil d'analyse de dynamique multicorps qui permet aux ingénieurs et aux concepteurs d'évaluer le comportement cinématique et dynamique des assemblages mécaniques avant le prototypage physique. Cette application fournit des outils pour simuler et évaluer le mouvement complexe de déplacement important des systèmes mécaniques, aidant les équipes à identifier les problèmes de conception, optimiser les performances et réduire les coûts de développement.

Ce guide complet vous accompagne dans le processus complet de simulation de mouvement en NX Siemens, de la préparation initiale du modèle à des techniques de calcul avancées et d'interprétation des résultats. Vous apprendrez les meilleures pratiques pour définir les corps de mouvement, créer des articulations, appliquer des forces et des pilotes, configurer les paramètres du solveur et extraire les données d'ingénierie de vos simulations.

Comprendre les principes fondamentaux de la simulation de mouvement NX

Avant de plonger dans la configuration technique, il est important de comprendre ce que la simulation de mouvement accomplit et comment elle diffère des autres types d'analyse. La simulation de mouvement analyse comment les assemblages mécaniques se déplacent au fil du temps, calculant les positions, vitesses, accélérations et forces tout au long du cycle de mouvement.

L'environnement de simulation de mouvement en NX utilise une approche dynamique multicorps, où les composants individuels ou les groupes de composants sont traités comme des corps rigides ou flexibles reliés par des articulations et influencés par les forces, les couples, les ressorts, les amortisseurs et les contacts.

Composantes clés de la simulation de mouvement

Chaque simulation de mouvement en NX se compose de plusieurs éléments fondamentaux qui travaillent ensemble pour définir le système mécanique:

  • Organismes de mouvement (Liens):[ Ces organes représentent les éléments mobiles de votre mécanisme. Chaque corps de mouvement peut être une seule partie ou un groupe de parties qui se déplacent ensemble comme une unité rigide.
  • Les articulations : Les articulations définissent les mouvements limités entre les corps de mouvement dans le mécanisme. Elles précisent comment les corps peuvent se déplacer les uns par rapport aux autres en supprimant les degrés de liberté.
  • Les pilotes: Les pilotes de mouvement spécifient comment les articulations se déplacent au fil du temps, fournissant le mouvement d'entrée qui conduit le mécanisme.
  • Forces et torques: Ces forces représentent les charges externes appliquées au mécanisme, y compris la gravité, les forces appliquées et les forces de réaction.
  • Printemps et amas:[ Ces éléments modélisent le comportement élastique et d'amortissement entre les corps.
  • Contacts: Les définitions de contact permettent aux corps d'interagir physiquement, empêchant la pénétration et générant des forces de réaction.

Accès à l'environnement de simulation de mouvement

Pour commencer à travailler avec la simulation de mouvement dans NX, vous devez d'abord accéder à l'application Motion. Dans le menu : Application → Simulation → mouvement, ou dans l'onglet Application : groupe de simulation → mouvement. Le chemin exact du menu peut varier légèrement selon que vous utilisez NX ou Simcenter 3D, mais la fonctionnalité reste cohérente entre les versions.

Une fois que vous entrez dans l'environnement Motion, vous remarquerez les modifications de l'interface pour fournir des outils et des commandes spécifiques au mouvement. L'interface ruban affiche des groupes liés au mouvement, y compris les commandes Mécanisme, Solution, Résultats et Animation. Le panneau Motion Navigator apparaît, qui sert d'outil organisationnel principal pour gérer tous les objets de mouvement dans votre simulation.

Préparer votre modèle de CAO pour la simulation de mouvement

La préparation adéquate du modèle est essentielle pour une simulation réussie du mouvement. La qualité de vos résultats de simulation dépend fortement de la façon dont vous avez bien préparé votre géométrie et structure de montage CAO. Cette phase de préparation implique plusieurs étapes importantes qui garantissent que votre modèle est prêt à l'analyse du mouvement.

Structure et organisation de l ' Assemblée

Commencez par ouvrir votre fichier d'assemblage principal en NX. Votre assemblage doit être correctement structuré avec tous les composants correctement positionnés et orientés. Vérifiez que toutes les pièces sont chargées et visibles dans la fenêtre graphique. Si vous travaillez avec un gros assemblage, envisagez de simplifier le modèle en supprimant les composants non essentiels qui ne participent pas au mouvement que vous analysez.

Vérifiez les contraintes d'assemblage pour s'assurer que les composants sont correctement positionnés. NX Motion n'utilise pas directement les contraintes d'assemblage pour la simulation (elle utilise plutôt des joints), avoir un assemblage bien serré permet de s'assurer que votre modèle est géométriquement correct avant de commencer à définir des objets de mouvement.

Détection des interférences et vérification de l'autorisation

Avant de procéder à la simulation, effectuez une vérification d'interférence sur votre assemblage. Utilisez les outils d'analyse de NX pour détecter toute géométrie ou condition d'interférences qui se chevauche. La simulation de mouvement suppose que votre configuration initiale est valide, de sorte que commencer par les composants interfèrent peut conduire à des erreurs de solveur ou des résultats irréalistes.

Vérifiez également que les éléments mobiles ont une autorisation adéquate pour leur portée de mouvement prévue. Considérez la trajectoire complète de chaque élément et assurez-vous qu'il y a suffisamment d'espace pour se déplacer sans collision (sauf si vous modélisez spécifiquement les conditions de contact).

Considérations sur les propriétés massiques

Pour une analyse dynamique, des propriétés de masse précises sont essentielles. NX peut calculer automatiquement les propriétés de masse à partir de votre géométrie solide, mais vous devez vous assurer que les matériaux sont correctement assignés à tous les composants.

Pour les simulations cinématiques, les propriétés de masse ne sont pas nécessaires, car l'analyse cinématique ne tient compte que de la géométrie du mouvement sans tenir compte des forces et de l'inertie. Cependant, si vous prévoyez d'effectuer une analyse dynamique plus tard, il est de bonne pratique de configurer les propriétés de masse dès le début.

Créer une nouvelle simulation de mouvement

Avec votre modèle préparé, vous êtes prêt à créer une nouvelle simulation de mouvement. Ce processus établit le fichier de simulation et définit les paramètres d'analyse fondamentaux qui régiront votre étude.

Initialisation du fichier de simulation

Choisissez l'onglet Accueil → Groupe de solutions → Nouvelle simulation. Ceci ouvre la boîte de dialogue Nouvelle simulation où vous configurerez les paramètres de base de la simulation. Un modèle de référence qui utilise les unités de mesure appropriées est sélectionné automatiquement, mais vous devez vérifier que les unités correspondent au système d'unités de votre modèle.

Dans le groupe Nouveau nom de fichier, dans la boîte Nom, tapez un nom unique. Ce nom doit être différent du nom du fichier de la partie principale. Choisissez un nom descriptif qui identifie clairement le but de la simulation, comme "suspension analyse" ou "linkage motion study". Cela aide à maintenir l'organisation, surtout lorsque vous travaillez avec plusieurs scénarios de simulation.

Pour modifier le dossier du fichier Simulation, cliquez sur Parcourir à côté de la boîte Dossier, sélectionnez le dossier souhaité, puis cliquez sur OK. Par défaut, NX crée le fichier de simulation dans le même répertoire que votre partie principale, mais vous pouvez organiser les fichiers de simulation dans un sous-dossier séparé si vous le souhaitez.

Type d'analyse : Kinématique vs Dynamique

Après avoir cliqué sur OK dans la boîte de dialogue Nouvelle Simulation, la boîte de dialogue Environnement apparaît. C'est là que vous prenez l'une des décisions les plus importantes dans votre configuration de simulation : choisir entre l'analyse cinématique et dynamique.

Dans la boîte de dialogue Environnement, dans le groupe Type d'analyse, cliquez sur Kinematics ou Dynamics pour spécifier le type de simulation. Comprendre la différence entre ces types d'analyse est crucial pour obtenir des résultats significatifs :

Analyse cinématique:[ Ce type d'analyse étudie le mouvement pur sans tenir compte des forces, des masses ou de l'inertie. Le mouvement est entièrement déterminé par les contraintes articulaires et les moteurs de mouvement que vous définissez. L'analyse cinématique est plus rapide à résoudre et utile lorsque vous avez seulement besoin de comprendre comment les composants se déplacent les uns par rapport aux autres, vérifier les dégagements, ou vérifier la portée du mouvement.

Analyse dynamique: Ce type d'analyse tient compte des forces, des masses, de l'inertie et de tous les effets physiques qui influencent le mouvement. Le solveur calcule la façon dont le mécanisme réagit aux forces et aux couples appliqués, en tenant compte des propriétés de masse et d'inertie de tous les composants.

Option de simulation par composante

Si vous souhaitez créer des liens en utilisant uniquement des composants d'assemblage, sélectionnez la case à cocher Simulation basée sur les composants. Cela garantit une compatibilité complète avec l'application Assemblages, qui est requise pour certaines fonctionnalités Motion comme la création d'une séquence d'assemblage, la capture d'un arrangement d'assemblage ou l'explosion du mécanisme.

La simulation par composants est particulièrement utile lorsque vous travaillez avec des assemblages complexes où vous voulez maintenir une relation claire entre les corps de mouvement et les composants de montage.

Utilisation du Assistant de la Section de mouvement

Pour convertir automatiquement les contraintes d'assemblage (ou les conditions d'accouplement existantes) et les objets Concept Designer de Mecatronics en liens, joints et autres objets de mouvement, sélectionnez l'assistant de démarrage joint sur la nouvelle case de simulation. Cette fonctionnalité puissante peut économiser un temps de configuration important en créant automatiquement des objets de mouvement en fonction de vos contraintes d'assemblage existantes.

Si la boîte de dialogue de l'assistant de mouvement joint apparaît, examinez les informations affichées. Si vous ne voulez pas convertir une contrainte particulière en une jointure, sélectionnez la contrainte et cliquez sur Toggle Active Status. Lorsque vous avez terminé, cliquez sur OK. L'assistant interprète intelligemment les contraintes d'assemblage et crée des types de joint appropriés, bien que vous devriez toujours examiner et vérifier les joints créés automatiquement pour s'assurer qu'ils correspondent à votre intention de simulation.

Définition des organes de motion (liens)

Les corps de mouvement, également appelés liens, sont les éléments fondamentaux de votre simulation de mouvement. Chaque corps de mouvement représente un composant rigide ou un groupe de composants qui se déplacent ensemble en une seule unité.

Création d'organes de motion

Cliquez sur le bouton corps de mouvement dans l'onglet d'accueil. L'objectif est de définir les corps de mouvement dans le mécanisme. Lorsque vous activez la commande corps de mouvement, vous verrez la boîte de dialogue Corps de mouvement où vous pouvez sélectionner des composants et configurer les propriétés du corps.

Dans la fenêtre graphique, sélectionnez les corps comme un seul mécanisme. Vous pouvez sélectionner des parties individuelles ou plusieurs qui doivent se déplacer ensemble. Par exemple, si vous avez un arbre avec un engrenage pressé sur lui, les deux composants devraient généralement être sélectionnés comme un seul corps de mouvement puisqu'ils se déplacent comme une unité rigide.

Les noms des objets de mouvement (tels que les corps de mouvement) ne peuvent contenir d'espaces. Utilisez des conventions de noms de cas ou de points de soulignement, comme "upper arm" ou "crankshaft assembly".

Organes de mouvement fixes

Dans le groupe de paramètres, vérifiez le réglage du corps de mouvement sans joint si vous voulez le fixer. Les corps de mouvement fixe représentent le cadre de référence stationnaire pour votre mécanisme, souvent appelé « sol » dans la terminologie de la dynamique multicorps. La base du mécanisme est non-mouvante et ne devrait pas être définie comme un corps de mouvement, ou si défini, devrait être fixé.

En général, vous aurez un corps fixe qui représente la structure de montage ou la base de votre mécanisme. Tous les autres corps de mouvement se déplacent par rapport à cette référence fixe. Dans certains cas, vous n'aurez peut-être pas besoin de créer explicitement un corps de mouvement fixe – vous pouvez définir directement des articulations à « sol » qui représente le système de coordonnées globales.

Propriétés de masse pour les organismes de mouvement

Pour les simulations dynamiques, NX calcule automatiquement les propriétés de masse (masse, centre de gravité, moments d'inertie) à partir de la géométrie solide des composants de chaque corps de mouvement. Vous pouvez voir ces propriétés calculées dans la boîte de dialogue Motion Body. Si nécessaire, vous pouvez passer outre les calculs automatiques et spécifier les propriétés de masse personnalisées, qui sont utiles lors de la modélisation de géométrie simplifiée ou lorsque vous avez mesuré les propriétés de masse à partir de composants physiques.

Vérifiez que les propriétés de masse calculées sont raisonnables. Des valeurs de masse irréalistes (trop grandes ou trop petites) peuvent causer des problèmes de convergence du résolveur ou produire des résultats inutiles. Si vous remarquez des valeurs de masse inattendues, vérifiez que les matériaux sont correctement assignés et que vos unités de modèle sont cohérentes.

Création et configuration des joints

Les articulations sont les connecteurs qui définissent comment les corps de mouvement peuvent se déplacer les uns par rapport aux autres. Le mouvement de l'articulation est toujours défini comme le mouvement du corps d'action (le premier lien dans la définition de l'articulation, aussi appelé i marqueur) par rapport au corps de base (le deuxième lien, ou j marqueur).

Types communs de joints dans NX Motion

NX Motion fournit une bibliothèque complète de types de joints pour modéliser différentes connexions mécaniques. Voici les joints les plus couramment utilisés:

Raccords de révision: Un joint de rotation relie deux liaisons. Il a 1 degré de liberté, un degré de liberté rotationnelle sur l'axe Z. C'est le type de joint le plus commun, utilisé pour les charnières, les raccords de broche et les arbres rotatifs.

Slider Joint: Un joint de curseur relie deux liens. Il a 1 degré de liberté, permettant un degré de liberté translationnel. Les joints de curseur ne permettent pas de mouvement rotationnel entre les deux liens. Utilisez des joints de curseur pour les pistons, les actionneurs linéaires et tout mécanisme avec un mouvement translationnel pur.

Joint cylindrique: Un joint cylindrique relie deux liaisons. Il a deux degrés de liberté: un revolute et un curseur. Cet joint permet à la fois la rotation et la traduction sur le même axe, comme un boulon dans un trou de dégagement ou un arbre télescopage.

Spheric Joint: Aussi connu sous le nom de rotule, cette connexion permet trois degrés de liberté rotationnelle tout en limitant tout mouvement translationnel. Les joints sphériques sont utilisés dans les suspensions automobiles, poignets robotiques et connexions universelles.

Composante universelle:[ Cette jointure permet deux degrés de liberté de rotation sur les axes perpendiculaires, couramment utilisés dans les arbres d'entraînement et les liaisons de direction.

Fixed Joint: Cet joint limite complètement tout mouvement relatif entre deux corps, les faisant bouger efficacement comme une seule unité. Il est utile pour verrouiller temporairement certaines connexions ou pour modéliser des connexions soudées ou boulonnées.

Processus de création conjointe étape par étape

La création d'une articulation dans NX Motion implique plusieurs étapes qui définissent à la fois l'emplacement géométrique et le comportement cinématique de la connexion.

Étape 1: Accédez au commandement interarmées

Dans le menu : Insérer → joint, ou onglet Accueil : Groupe de mécanismes → joint. La boîte de dialogue Joint s'ouvre, affichant les options pour le type et la configuration de joint.

Étape 2: Sélectionner le type de joint

Dans la liste des types, sélectionnez le type de joint approprié pour votre connexion. Pour cet exemple, sélectionnez Revolute. La boîte de dialogue met à jour pour afficher les options spécifiques au type de joint sélectionné.

Étape 3: Définir l'organisme d'action

Dans le groupe d'action, sélectionnez le corps de mouvement actif, sélectionnez le corps de mouvement dans la fenêtre graphique. Sélectionnez l'origine du corps de mouvement. Le point d'origine définit l'endroit où se trouve l'articulation. Pour un joint de mouvement, c'est le centre de rotation. Sélectionnez un point, un vertex ou utilisez des outils de construction de points pour spécifier l'emplacement exact.

Étape 4: Définir l'orientation articulaire

Dans la liste des types d'orientation, vous pouvez sélectionner vectoriel ou CSYS. Pour cet exemple, sélectionnez vectoriel. Dans la fenêtre graphique, sélectionnez le vecteur spécifié du corps de mouvement. Pour une jointe de rotation, sélectionnez un vecteur sur lequel l'articulation doit tourner; votre sélection définit la direction Z du système de coordonnées conjointes.

L'orientation est critique car elle détermine l'axe de rotation (pour les articulations révoltées) ou la direction de traduction (pour les articulations coulissantes). Le logiciel calcule automatiquement les deux autres directions du système de coordonnées de joint.

Étape 5: Définir le corps de base

In the base group, select the base of motion. This is the second body in the joint connection. For the Base link, you can select anywhere on the link; you do not need to define an orientation. If you want the joint to connect to ground (the fixed reference frame) instead of another motion body, leave the base selection empty.

Étape 6: Nommer le joint

Saisissez le nom de l'articulation dans la boîte de noms. Utilisez des noms descriptifs qui indiquent la fonction ou l'emplacement de l'articulation, comme «elbow hing» ou «piston slider».

Étape 7: Configurer les limites de joint (facultatif)

Pour définir les limites du mouvement de l'articulation (pour les articulations pivotantes ou coulissantes) : sélectionnez la case à cocher Limites. Entrez les valeurs pour les valeurs supérieures et inférieures. Elles représentent les valeurs limites maximales et minimales. Les limites de l'articulation empêchent le mécanisme de se déplacer au-delà des plages physiquement réalistes, comme limiter une charnière de porte à 0-120 degrés de rotation.

Étape 8: Terminer le joint

Cliquez sur Appliquer ou OK pour compléter la définition de l'articulation. Une représentation graphique de l'articulation apparaît dans la fenêtre graphique, et un noeud articulaire apparaît dans le navigateur de mouvement.

Fonctions avancées de joint

Fraction conjointe: Pour inclure les effets de friction dans les articulations révoltées, slider, cylindrique, universelle et sphérique: Cliquez sur l'onglet Friction. Vous pouvez spécifier les coefficients de friction pour modéliser la dissipation d'énergie et la résistance dans l'articulation, ce qui est important pour des simulations dynamiques réalistes.

3D Contacts: Pour les interactions complexes entre les corps, surtout lorsque les limites de l'articulation ne sont pas suffisantes, vous pouvez utiliser les définitions de contact 3D. Les limites s'appliquent uniquement au conducteur d'articulation, et pour tout le reste, les contacts 3D sont la voie à suivre.

Coupleurs spéciaux

NX Motion fournit des commandes d'attelage qui créent des relations entre plusieurs articulations, vous permettant de modéliser des connexions mécaniques complexes:

Gear Coupler: Dans Siemens nx motion simulation, pour créer l'animation de vitesse, nous utiliserons la commande de coupleur de vitesse. Il utilise pour définir le mouvement de rotation relatif entre deux articulations. Cela vous permet de modéliser les trains de vitesse sans créer la géométrie détaillée de la dent de vitesse.

Rack et Pinion: Un Rack et Pinion définit le mouvement relatif entre une jointure coulissante et une jointure révoltée. Ceci est utile pour convertir le mouvement rotationnel en mouvement linéaire ou vice versa.

Cable Motion: Le mouvement du câble définit le mouvement relatif entre deux articulations de curseur. Si un curseur se déplace, le curseur connecté se déplace également. Ce modèle de câbles et de poulies où le mouvement est transmis par des câbles flexibles.

Joint Coupler: 2-3 articulations de commande utiliser pour définir le mouvement relatif entre deux ou trois articulations révoltées, slider et cylindriques. Cela vous permet de créer des relations cinématiques personnalisées entre les articulations avec des rapports spécifiés.

Ajout de moteurs de mouvement

Les pilotes de mouvement précisent comment les articulations se déplacent au fil du temps, fournissant l'entrée qui conduit votre mécanisme. Sans les pilotes, une simulation cinématique n'a pas de mouvement, et une simulation dynamique ne répondrait qu'aux forces appliquées et aux conditions initiales.

Accès à la table d'entraînement

Cliquez sur la table de commande dans la boîte de dialogue conjointe. Dans la liste de rotation, vous pouvez sélectionner aucun, polynôme, harmonique, fonction, contrôle. La table de commande est accessible à partir de la boîte de dialogue Joint, vous permettant d'ajouter l'entrée de mouvement à n'importe quelle joint avec des degrés de liberté.

Types de pilotes et applications

Constant Driver:[ Dans les mouvements NX sont entrées avec des articulations et spécifient le deuxième lien par rapport au premier lien. Le mouvement "Constant Driver" suit: x(TIME) = Déplacement + Velocity x TIME + 1⁄2 Accélération x TIME2. Ce type de pilote est utile pour des profils de mouvement à vitesse ou accélération constante simples.

Harmonic Driver: A harmonic driver generates sinusoidal motion. This is ideal for modeling oscillating mechanisms, vibration analysis, or any cyclic motion that follows a sine or cosine function. You specify amplitude, frequency, and phase angle to define the harmonic motion.

Polynomial Driver:[ Ce pilote vous permet de définir le mouvement en utilisant des expressions polynômes, offrant une flexibilité pour des profils de mouvement complexes qui peuvent être exprimés mathématiquement.

Function Driver: Le pilote de mouvement général permet des expressions arbitraires pour contrôler le déplacement. Vous pouvez utiliser des fonctions mathématiques et des expressions pour créer des profils de mouvement personnalisés. C'est le type de pilote le plus flexible, vous permettant de modéliser pratiquement n'importe quel mouvement dépendant du temps.

Control Driver: Ce type de pilote avancé est utilisé pour la co-simulation avec les systèmes de commande, en particulier lors de l'intégration avec MATLAB Simulink. Un ingénieur ou concepteur mécanique modèle l'usine mécanique en NX Motion tandis qu'un ingénieur de commande construit un modèle du contrôleur en Simulink. Les signaux de commande fournissent la force, le couple ou la vitesse des entrées, et les sorties NX Motion sont retournées au contrôleur.

Conseils pratiques pour la configuration du pilote

Pour configurer les pilotes, considérez le réalisme physique de votre profil de mouvement. Évitez les changements instantanés de vitesse (fonctions en étape) car ils représentent une accélération infinie, ce qui peut causer des difficultés de résolveur et ne pas représenter de systèmes physiques réels.

Pour les mécanismes avec plusieurs conducteurs, assurez-vous que les conducteurs sont compatibles et ne créent pas de conditions de mouvement contradictoires. Systèmes sur-constrainés où les conducteurs peuvent se disputer peuvent causer des défaillances de résolveur ou des forces de réaction irréalistes.

Testez d'abord vos pilotes avec des profils de mouvement simples avant d'implémenter des fonctions complexes. Commencez par un mouvement à vitesse constante pour vérifier que le mécanisme se déplace correctement, puis ajoutez de la complexité au besoin.

Forces, torques et autres charges

Pour les simulations dynamiques, vous devez définir les forces et les couples qui agissent sur votre mécanisme. Ces charges, combinées aux propriétés de masse de vos corps de mouvement, déterminent comment le mécanisme se déplace et les forces de réaction aux articulations.

Types de force et de couple

Forces de vecteur:[ Ce sont des forces appliquées dans une direction spécifique avec une magnitude définie. Vous pouvez appliquer des forces vectorielles aux points sur les corps de mouvement, en spécifiant la direction de la force à l'aide de vecteurs ou d'axes de système de coordonnées.

Forces scalaires:[ Ces forces agissent selon une ligne ou une direction spécifique définie par géométrie. Les forces scalaires sont plus simples à définir lorsque la direction de la force est alignée sur des caractéristiques géométriques.

Torques: Les torques représentent les charges rotationnelles appliquées autour d'un axe. Elles sont essentielles pour modéliser les moteurs, les couples de résistance ou toute condition de charge rotationnelle.

Gravité: Vous appliquerez des articulations, la gravité, le contact physique entre les parties, les ressorts et beaucoup plus en mouvement. La gravité est un type de force spécial qui applique un champ gravitationnel uniforme à tous les corps de mouvement en fonction de leur masse. Vous spécifiez la magnitude et la direction de la gravité, généralement -9,81 m/s2 dans la direction Z négative pour la gravité de la Terre.

Sources et amas

Les ressorts et les amortisseurs modélisent les effets de dissipation d'énergie et d'élasticité dans votre mécanisme. Les connecteurs de ressort appliquent des forces proportionnelles au déplacement, tandis que les amortisseurs appliquent des forces proportionnelles à la vitesse.

Vous pouvez définir des ressorts linéaires (force proportionnelle au déplacement) ou non linéaires (en utilisant des courbes force-déplacement). De même, les amortisseurs peuvent être linéaires ou non linéaires.

Définitions

Les éléments de contact permettent aux corps de mouvement d'interagir physiquement, empêchant la pénétration et générant des forces de réaction lorsque les surfaces se touchent. L'astuce est de modifier la profondeur de pénétration et la force de réaction juste pour que vos Liens ne passent pas l'un l'autre ni ne soient repoussés contre nature.

NX Motion prend en charge les définitions de contact 2D et 3D. Les contacts 2D fonctionnent entre les courbes ou les bords, tandis que les contacts 3D fonctionnent entre les surfaces.

Configuration des paramètres de la solution

Une fois que vous avez défini tous les objets, articulations, pilotes et forces du mouvement, vous êtes prêt à configurer les paramètres de la solution et à exécuter la simulation. Les paramètres de la solution contrôlent comment le solveur calcule le mouvement et quels sont les résultats générés.

Accès aux paramètres de la solution

Dans la liste de dialogue de solution, sélectionnez l'option Analyse dynamique. Les options d'analyse sont actives, dans les options de solution, sélectionnez l'heure de début et de fin de la solution. La boîte de dialogue Solution fournit des contrôles complets pour configurer votre exécution de simulation.

Paramètres horaires

Le solveur produit des données de mouvement pour les animations et le graphiage à intervalles appelés étapes. Vous définissez la longueur de la simulation avec un certain nombre d'étapes et une durée en secondes. Ces paramètres contrôlent la résolution temporelle et la durée de votre simulation.

Le temps de début est généralement zéro, mais vous pouvez spécifier un autre temps de début si nécessaire. Le temps de fin devrait être assez long pour capturer le cycle de mouvement complet ou l'événement que vous analysez. Pour les mécanismes cycliques, simuler au moins un cycle complet, de préférence plusieurs cycles pour vérifier le comportement en état d'équilibre.

Le nombre d'étapes détermine le nombre de points de données calculés et stockés. Les valeurs que vous avez définies précisent que l'animation fonctionne pour 50 images d'animation sur une seconde. Plus d'étapes fournissent des animations plus fluides et des résultats plus détaillés mais augmentent le temps de calcul. Un bon point de départ est 50-100 étapes par seconde de temps de simulation.

Options de solvant

NX Motion fournit plusieurs options de solveur qui contrôlent les méthodes numériques utilisées pour calculer le mouvement. Les paramètres par défaut fonctionnent bien pour la plupart des simulations, mais la compréhension de ces options vous aide à résoudre les cas difficiles:

  • Méthode d'intégration:[ Contrôle la façon dont le solveur passe dans le temps. Les options incluent les méthodes en étapes fixes et variables.
  • Tolérance d'erreur:[ Spécifie l'erreur acceptable dans la solution. Les tolérances plus serrées augmentent la précision mais nécessitent plus de temps de calcul.
  • Itérations maximales: Définit la limite pour les méthodes de solution itérative. Augmentez cela si le solveur signale des défaillances de convergence.
  • Conditions initiales:[ Vous pouvez spécifier les vitesses et les accélérations initiales si votre mécanisme commence à partir d'un état mobile.

Options de sortie

Configurez les résultats que le solveur doit calculer et stocker. Les options comprennent:

  • Données de position, de vitesse et d'accélération pour tous les organes de mouvement
  • Forces de réaction et couple aux articulations
  • Sorties des éléments de force (spiraux, amortisseurs, contacts)
  • Calculs d'énergie (cinétique, potentiel, dissipé)
  • Expressions de sortie personnalisées

Choisir uniquement les sorties dont vous avez besoin réduit la taille du fichier et le temps de post-traitement, en particulier pour les grandes simulations.

Exécution des progrès de la simulation et de la surveillance

Avec tous les paramètres configurés, vous êtes prêt à exécuter la simulation. Cliquez sur le bouton Résoudre dans la boîte de dialogue ou le ruban Solution. Le solveur commence à calculer le mouvement, et une boîte de dialogue de progression apparaît montrant l'état de la solution.

Surveillez les messages de résolveur pour tout avertissement ou erreur. Les problèmes courants comprennent :

  • Contraintes rédondantes : Il y a des contraintes redondantes dans ce modèle, que le solveur ignore pendant la résolution. C'est un problème seulement si vous voulez capturer les forces de réaction pour les articulations que le solveur rejette. Des contraintes rédondantes se produisent lorsque vous avez sur-défini le mécanisme avec plus de contraintes que nécessaire.
  • Défaillances de convergence:[ Le résolveur ne peut trouver de solution à un moment donné.Cela indique souvent des contraintes contradictoires, des moteurs de mouvement irréalistes ou une rigidité numérique dans le système.
  • Pénétration excessive:[ Les éléments de contact montrent des profondeurs de pénétration irréalistes, ce qui indique que la rigidité de contact doit être ajustée.

Pour la plupart des simulations, la solution se termine avec succès en quelques secondes à quelques minutes, selon la complexité du modèle et la durée de la simulation.

Comprendre les types de calcul en détail

NX Motion prend en charge plusieurs types de calcul distincts, adaptés à différents objectifs d'analyse. La compréhension du moment où utiliser chaque type est essentielle pour une simulation de mouvement efficace et efficiente.

Analyse cinématique

L'analyse cinématique étudie la géométrie du mouvement sans tenir compte des forces ou des masses. Dans une analyse KINEMATIQUE, le mouvement est contrôlé par les mouvements d'entrée. Le mécanisme se déplace exactement comme spécifié par les moteurs de mouvement, quelles que soient les forces nécessaires pour produire ce mouvement.

Quand utiliser l'analyse cinématique:

  • Vérifier qu'un mécanisme se déplace comme prévu
  • Vérification des interférences et des dégagements dans toute la gamme des mouvements
  • Calcul des vitesses et accélérations des composants
  • Création d'animations de mouvement pour les revues de conception
  • Vérification initiale de la conception avant d'effectuer une analyse dynamique plus détaillée

Avantages: L'analyse cinématique est rapide, ne nécessite pas de propriétés de masse, et produit toujours une solution si le mécanisme est correctement limité. Il est idéal pour les premières étapes de conception lorsque vous êtes encore affiner les caractéristiques de base du mouvement.

Limitations: L'analyse cinématique ne peut prédire les forces, ne peut pas tenir compte des effets d'inertie et ne montre pas comment le mécanisme réagit aux charges externes. Elle suppose que les moteurs de mouvement peuvent produire toutes les forces nécessaires pour réaliser le mouvement spécifié.

Analyse dynamique

L'analyse dynamique évalue la réponse de l'ensemble sous des charges dynamiques, en tenant compte de la masse, de l'inertie et de toutes les forces appliquées. Le mouvement est déterminé par la résolution des équations de mouvement de Newton pour l'ensemble du système, en considérant comment les forces provoquent des accélérations basées sur les propriétés de masse de chaque corps.

Quand utiliser l'analyse dynamique:

  • Calcul des forces de réaction aux articulations et aux supports
  • Détermination des prescriptions relatives au couple moteur ou à la force du vérin
  • Évaluation des charges structurales pour l'analyse de contraintes ultérieure
  • Analyse des vibrations et des caractéristiques de réponse dynamique
  • Étude des effets de l'inertie sur le comportement du mécanisme
  • Optimisation des performances du mécanisme dans des conditions de fonctionnement réalistes

Requirements:[ L'analyse dynamique nécessite des propriétés de masse précises pour tous les corps de mouvement. Vous devez également définir soigneusement toutes les forces, y compris la gravité, les charges appliquées et les forces de résistance.

Avantages: L'analyse dynamique fournit des informations complètes sur le comportement du mécanisme, y compris toutes les forces et accélérations. Elle révèle comment le mécanisme réagit réellement aux charges, qui peuvent différer significativement des prédictions cinématiques, en particulier pour les mécanismes ou systèmes à grande vitesse avec une inertie significative.

Considerations: Les simulations dynamiques prennent plus de temps à résoudre que les simulations cinématiques et nécessitent une configuration plus soignée. La stabilité numérique peut être difficile pour les systèmes rigides (ceux qui ont des échelles de temps très différentes, comme la combinaison du ralenti avec des vibrations à haute fréquence).

Analyse statique

L'analyse statique calcule la configuration d'équilibre d'un mécanisme sous des charges appliquées sans tenir compte du mouvement ou de l'inertie. Ce type d'analyse trouve la position où toutes les forces et couples se balancent.

Demandes:

  • Détermination de la position de repos d'un mécanisme sous gravité ou sous d'autres charges constantes
  • Calcul des forces de réaction statique
  • Trouver des configurations d'équilibre pour les mécanismes avec ressorts
  • Vérifier qu'un mécanisme peut supporter des charges spécifiées sans mouvement

Analyse quasi-statique

L'analyse quasi-statique est une approche hybride qui inclut les effets d'inertie mais suppose que le mouvement est suffisamment lent pour que les effets dynamiques soient minimes.

Analyse des conditions initiales

Ce type d'analyse résout la configuration initiale du mécanisme, assurant que toutes les contraintes sont satisfaites et que le système est en état de démarrage valide. Il est particulièrement utile pour les mécanismes complexes où trouver manuellement une configuration initiale valide est difficile.

Analyse des résultats et des processus

Après la simulation complète avec succès, vous pouvez analyser les résultats pour extraire des informations d'ingénierie significatives. Vous apprendrez à extraire toutes sortes de données d'ingénierie et de résultats de vos simulations. NX Motion fournit des outils de post-traitement complets pour visualiser et quantifier le comportement du mécanisme.

Animation Lecture

La façon la plus immédiate de revoir les résultats est de lire l'animation. Après avoir résolu, utilisez les commandes d'animation pour lire le mouvement. Régler le délai d'animation à environ 30 ralentit l'animation afin que vous puissiez mieux observer le mouvement. Vous pouvez contrôler la vitesse de lecture, pause à des moments précis et passer par le cadre de mouvement par cadre.

L'animation vous permet de vérifier visuellement que le mécanisme se déplace comme prévu, d'identifier tout comportement inattendu et de vérifier les interférences ou les problèmes d'autorisation. Vous pouvez également créer des animations de haute qualité pour les présentations et les examens de conception.

Résultats de la graphisation et de la mise en correspondance

NX Motion comprend de puissantes capacités de graphisation pour tracer n'importe quelle quantité calculée par rapport au temps ou à d'autres variables.

  • Emplacements de déplacement :[ Montrez comment les positions ou les emplacements du corps se modifient au fil du temps
  • Vélocity Plots:[ Affichage des profils de vitesse pour les articulations ou les points sur les corps
  • Projecteurs d'accélération:[ Caractéristiques d'accélération de détection, importantes pour identifier les charges de choc ou les vibrations
  • Plots de force:[ Afficher les forces de réaction aux articulations ou les grandeurs de force appliquées
  • Torque Emplacements: Prescriptions relatives au couple d'affichage pour les joints entraînés
  • Projecteurs d'énergie:[ Énergie cinétique de la piste, énergie potentielle et dissipation d'énergie

Vous pouvez créer plusieurs parcelles, superposer différentes quantités pour la comparaison, et exporter des données de placettes pour une analyse plus approfondie dans un tableur ou un logiciel mathématique.

Extraction de données numériques

Au-delà de la visualisation graphique, vous pouvez extraire des valeurs numériques spécifiques des résultats. Les outils de requête vous permettent de trouver des valeurs maximales et minimales, de mesurer les quantités à des moments précis et d'exporter des tableaux de données. Ces données quantitatives sont essentielles pour :

  • Détermination des charges maximales pour l'analyse structurelle
  • Exigences en matière de puissance de calcul (force × vitesse ou couple × vitesse angulaire)
  • Vérification du respect des spécifications de conception
  • Comparaison quantitative des différentes solutions de conception
  • Production de rapports et de documents

Trace de trajectoire et contrôle de l'interférence

Les outils de trajectoires de trace montrent la trajectoire suivie de points sur des corps en mouvement tout au long du mouvement. Ceci est utile pour comprendre l'espace de travail d'un mécanisme, vérifier que les composants suivent les chemins prévus, et vérifier les dégagements.

Les objets de mouvement comprennent des liens et des articulations, des moteurs de mouvement, des forces appliquées, des couples, des amortisseurs, des ressorts, des douilles et des contacts, des articulations et des animations, une gamme d'analyses de mouvement et de contrôle des interférences.

Résultats d'exportation pour une analyse plus approfondie

Les résultats de simulation de mouvement peuvent être exportés pour être utilisés dans d'autres outils d'analyse.

  • Les forces de réaction exportant vers NX Nastran pour les FEA structurales
  • Exporter les données de mouvement vers les outils de simulation du système
  • Exporter des animations comme fichiers vidéo pour les présentations
  • Exportation de tableaux de données vers Excel ou MATLAB pour une analyse personnalisée

Meilleures pratiques pour une simulation précise du mouvement

En suivant les pratiques exemplaires établies, vous assurez que vos simulations de mouvement produisent des résultats précis et fiables et vous aident à éviter les pièges communs.

Stratégies de simplification du modèle

Les assemblages complexes avec des centaines de composants peuvent être accablants pour la simulation de mouvement. Simplifiez votre modèle par:

  • Suppression des composants non essentiels qui n'affectent pas le mouvement
  • Combiner plusieurs parties qui se déplacent ensemble dans des corps de mouvement unique
  • Utilisation de la géométrie simplifiée pour les composants où la forme détaillée n'a pas d'importance
  • Enlever de petites caractéristiques comme les filets, les chanfreins et les trous qui n'affectent pas significativement les propriétés de mouvement ou de masse

Le but est de créer le modèle le plus simple qui capture encore les caractéristiques essentielles du mouvement et fournit les résultats dont vous avez besoin.

Vérification et validation

Vérifiez toujours vos résultats de simulation par rapport à des solutions de comportement ou d'analyse connues, lorsque c'est possible :

  • Commencez par des cas de test simples où vous connaissez le comportement attendu
  • Comparer les résultats de simulation avec les calculs à la main pour des mécanismes simples
  • Vérifier que l'énergie est conservée dans les systèmes sans amortissement ou friction
  • Vérifiez que les forces de réaction ont un sens physique (directions et magnitudes)
  • Valider en fonction des données expérimentales ou des mesures obtenues à partir de prototypes physiques lorsque disponibles

Approche itérative de raffinage

N'essayez pas de créer une simulation parfaite lors de la première tentative. Utilisez une approche itérative:

  1. Commencez par un modèle cinématique simplifié pour vérifier le mouvement de base
  2. Ajouter progressivement la complexité (dynamique, forces, contacts)
  3. Affiner les paramètres en fonction des résultats initiaux
  4. Accroître la fidélité au besoin pour répondre à des questions précises

Cette approche vous aide à identifier et à résoudre les problèmes dès le début lorsque le modèle est plus simple, plutôt que de déboguer un modèle complexe où les problèmes sont plus difficiles à isoler.

Documentation et organisation

Maintenez une documentation claire de votre configuration de simulation :

  • Utiliser des noms descriptifs pour tous les objets de mouvement
  • Documenter les hypothèses et les simplifications
  • Enregistrer les valeurs des paramètres et leurs sources
  • Enregistrer différents scénarios de simulation avec des conventions de nommage claires
  • Créer des rapports sommaires des principaux résultats

Une bonne documentation facilite le retour à une simulation plus tard, le partage du travail avec les collègues et la cohérence entre les différentes itérations de conception.

Dépannage de problèmes communs

Même les utilisateurs expérimentés rencontrent des problèmes avec les simulations de mouvement. Voici des solutions aux problèmes communs:

Les échecs de convergence du solvant

Si le résolveur ne parvient pas à converger :

  • Contrôle des contraintes ou des conducteurs contradictoires
  • Vérifier que les conditions initiales sont valides
  • Réduire la taille de l'étape temporelle
  • Augmenter les itérations maximales
  • Relax tolérances d'erreur légèrement
  • Vérifier les valeurs de paramètres irréalistes (très grands ou très petits nombres)

Motion ou forces irréalistes

Si les résultats ne correspondent pas aux attentes :

  • Vérifier que les orientations des articulations sont correctes
  • Vérifier que les conducteurs de mouvement sont appliqués aux articulations prévues
  • Confirmer que les propriétés de masse sont raisonnables
  • Réexaminer les directions et les grandeurs de la force et du couple
  • Vérification de la cohérence des unités dans tout le modèle

Questions de performance

Si les simulations se déroulent trop lentement:

  • Simplifier le modèle en supprimant les composants inutiles
  • Réduire le nombre d'étapes de sortie
  • Utiliser l'analyse cinématique au lieu de dynamique lorsque les forces ne sont pas nécessaires
  • Simplifier les définitions de contact ou utiliser moins de paires de contacts
  • Envisager d'utiliser des corps rigides au lieu de corps souples, le cas échéant

Techniques avancées de simulation de mouvement

Une fois que vous êtes à l'aise avec la simulation de base du mouvement, vous pouvez explorer des techniques avancées qui élargissent les capacités et les applications de vos analyses.

Dynamique du corps flexible

Vous pourrez créer des mécanismes de mouvement en utilisant des corps rigides & corps flexibles en mouvement NX. La dynamique du corps flexible explique la déformation des composants pendant le mouvement, ce qui est important lorsque la flexibilité structurelle affecte de façon significative le comportement des mécanismes.

Les corps flexibles sont créés par une analyse modale en NX Nastran, puis par l'importation des résultats modaux dans la simulation de mouvement. Le corps flexible peut se déformer en fonction de ses formes de mode tout en participant au mouvement multicorps.

Co-Simulation avec les systèmes de contrôle

NX Motion Control permet la cosimulation de modèles de contrôleur basés sur Simulink qui ont des modèles dynamiques multicorps en NX. Grâce à cette capacité, les ingénieurs et les concepteurs mécaniques peuvent collaborer plus efficacement avec leurs homologues développant des modèles de contrôleur pour trouver et résoudre des problèmes d'intégration et optimiser les performances du produit.

Cette capacité avancée vous permet de modéliser des systèmes de commande en boucle fermée où le contrôleur répond au comportement du mécanisme en temps réel, fournissant une simulation réaliste des systèmes mécatroniques comme les robots, les machines automatisées et la dynamique du véhicule avec contrôle actif.

Études d'optimisation

La simulation de mouvement peut être intégrée avec des outils d'optimisation pour trouver automatiquement des paramètres de conception qui répondent aux objectifs de performance. Vous pouvez optimiser les dimensions, les taux de ressort, les distributions de masse, ou d'autres paramètres pour minimiser les forces, maximiser la vitesse, réduire les vibrations, ou atteindre d'autres buts.

Études paramétriques

Créez des modèles paramétriques où les dimensions ou les paramètres clés sont des variables, puis exécutez plusieurs simulations avec différentes valeurs de paramètres pour comprendre comment les changements de conception affectent les performances.

Intégration avec d'autres applications NX

La simulation de mouvement n'existe pas isolément, elle s'intègre parfaitement aux autres capacités NX pour soutenir des flux de travail complets de développement de produits.

Intégration de l'analyse structurelle

Exporter les forces de réaction et les accélérations de la simulation de mouvement à NX Nastran pour une analyse structurelle détaillée.

  • Appliquer des charges dynamiques réalistes aux modèles FEA
  • Évaluer la contrainte et la déformation dans les conditions de fonctionnement
  • Effectuer une analyse de fatigue basée sur la charge cyclique du mouvement
  • Optimiser la conception structurelle en fonction des charges réelles de fonctionnement

Optimisation de la conception

Utilisez les résultats de simulation de mouvement pour optimiser la conception, ajuster la géométrie et les paramètres pour atteindre les objectifs de performance tout en respectant les contraintes.

Planification de la fabrication et de l'assemblage

La simulation de mouvement aide à valider les séquences d'assemblage, à vérifier que les composants peuvent être installés sans interférence et à planifier les processus de fabrication des mécanismes.

Exemples d'applications dans le monde réel

Comprendre comment la simulation de mouvement s'applique aux problèmes réels d'ingénierie aide à contextualiser les techniques et démontre la valeur de cette approche d'analyse.

Analyse de la suspension automobile

Les ingénieurs modélisent les liaisons de suspension, les ressorts et les amortisseurs pour évaluer le déplacement des roues, les changements de cambre, la migration du centre de roulis et les forces de suspension dans diverses conditions routières. Cette analyse permet d'optimiser le confort de conduite, les caractéristiques de manutention et l'usure des pneus.

Machines et appareils industriels

Les ingénieurs peuvent vérifier que les mécanismes fonctionnent correctement, calculer les exigences des actionneurs, identifier les problèmes d'interférence potentiels et optimiser les temps de cycle avant de construire des prototypes coûteux.

Robotique et Automation

La conception et la programmation des robots reposent fortement sur la simulation de mouvement. Les ingénieurs analysent l'espace de travail, la portée, la capacité de charge utile et les performances dynamiques.

Produits de consommation

Les produits avec des pièces mobiles – des charnières pour ordinateur portable aux mécanismes de pliage dans les meubles – bénéficient de la simulation de mouvement. Les ingénieurs peuvent vérifier le bon fonctionnement, calculer les forces nécessaires pour l'interaction utilisateur et assurer une durabilité adéquate pendant le cycle de vie du produit.

Ressources d'apprentissage et développement continu

Maîtriser la simulation de mouvement est un processus continu. Profitez des ressources d'apprentissage disponibles pour améliorer continuellement vos compétences :

Formation officielle Siemens

Les concepteurs et ingénieurs qui doivent créer et articuler des études de mouvement à l'aide de modèles NX peuvent suivre des cours portant sur les compétences de base et d'introduction, les simulations cinématiques/dynamiques, les objets de mouvement (liens et articulations) et les moteurs de mouvement, les forces appliquées, les couples, les amortisseurs, les ressorts, les douilles et les contacts, l'articulation et l'animation, la gamme d'analyses de mouvement et de contrôle des interférences.

Siemens propose des cours de formation complets à travers l'Académie Siemens Xcelerator, offrant des parcours d'apprentissage structurés du niveau débutant au niveau avancé. Ces cours comprennent des exercices pratiques avec des exemples du monde réel et fournir des certificats à la fin.

Tutoriels et communautés en ligne

De nombreuses ressources en ligne fournissent des tutoriels, des conseils et des conseils de dépannage. Blogs d'ingénierie, canaux YouTube et forums d'utilisateurs offrent des conseils pratiques et des solutions à des problèmes communs.

Projets pratiques

La meilleure façon de développer la compétence est par la pratique. Commencez par des mécanismes simples comme les liens à quatre barres ou les mécanismes de glissière-cran où vous pouvez vérifier les résultats analytiquement. Progressez graduellement vers des systèmes plus complexes à mesure que votre confiance grandit. Grâce à la simulation de mécanisme, vous serez en mesure de vous assurer que vos conceptions fonctionneront de la manière dont vous voulez qu'ils fonctionnent avant de construire des assemblages de prototypes coûteux.

Conclusion

La simulation de mouvement dans NX Siemens est un outil puissant qui permet aux ingénieurs d'analyser, d'optimiser et de valider les conceptions mécaniques avant le prototypage physique. En suivant l'approche systématique décrite dans ce guide – de la préparation de modèles à la création de joints, à l'application de force, à la configuration du solveur et à l'analyse des résultats – vous pouvez effectuer des simulations de mouvement précises qui fournissent des informations techniques précieuses.

Pour réussir avec la simulation de mouvement, il faut comprendre les outils logiciels et les principes mécaniques sous-jacents. Commencez par des modèles simples pour renforcer la confiance, suivre les meilleures pratiques pour la configuration et la vérification des modèles, et développer progressivement vos capacités pour aborder des analyses plus complexes. Que vous effectuiez des études cinématiques pour vérifier la géométrie du mouvement ou des analyses dynamiques pour calculer les forces et optimiser les performances, NX Motion fournit les capacités complètes nécessaires à la conception et à l'analyse de mécanismes modernes.

En acquérant de l'expérience, vous découvrirez que la simulation de mouvement devient une partie inestimable de votre processus de conception, vous permettant de prendre des décisions éclairées, de réduire le temps de développement, de minimiser les itérations de conception coûteuses et, en fin de compte, de créer des systèmes mécaniques plus performants.

Pour plus d'informations sur les capacités NX et les outils de simulation connexes, visitez la page officielle de Siemens Simcenter 3D Motion et explorez le portail de documentation Siemens pour des références techniques détaillées et des tutoriels.