ADAMS建立柔性體

2017-05-13 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

ADAMS是美國MDI公司開發(fā)的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件,其求解器采用多剛體動(dòng)力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法,建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程,對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析,輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。

對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力分析而言,結(jié)構(gòu)本身的彈性變形與系統(tǒng)的宏觀剛體運(yùn)動(dòng)同等重要。ADAMS中的所有物體均以剛體定義,忽略結(jié)構(gòu)柔度對(duì)系統(tǒng)的影響,一般的有限元分析軟件對(duì)包含大位移運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析又無能為力,因此在ADAMS中實(shí)現(xiàn)剛體和柔體相結(jié)合的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析是一個(gè)較可行的解決方法。1996年,ADAMS推出ADAMS/Flex模塊,實(shí)現(xiàn)了同時(shí)包含剛體和柔體的機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析。

ADAMS中,有3種建立柔性體的方法:

1.利用柔性梁連接,將一個(gè)構(gòu)件離散成許多段剛性構(gòu)件,離散后的剛性構(gòu)件之間采用柔性梁連接,只適用于簡單的構(gòu)件,其實(shí)質(zhì)還是剛性構(gòu)件柔性連接,不算是真正的柔性體;

離散柔性連接件:把一個(gè)剛性構(gòu)件離散為幾個(gè)小剛性構(gòu)件,小剛性構(gòu)件之間通過柔性梁連接,離散柔性連接件的變形是柔性梁連接的變形,并不是小剛性構(gòu)件的變形,小剛性構(gòu)件的任意兩點(diǎn)不能產(chǎn)生相對(duì)位移,所以離散柔性連接件本質(zhì)是剛性構(gòu)件的范疇內(nèi)。

每段離散件有自己的質(zhì)心坐標(biāo)系、名稱、顏色和質(zhì)量信息等屬性,每段離散件是一個(gè)獨(dú)立的剛性構(gòu)件,可以像編輯其他剛性構(gòu)件一樣來編輯每段離散件。

柔性連接件的優(yōu)點(diǎn):這種柔性體可以模擬物體的非線性變形,但只適用于簡單結(jié)構(gòu),可以直接幫助用戶計(jì)算橫截面的屬性,比直接使用柔性梁連接將兩個(gè)構(gòu)件連接起來方便

Build——Flexible bodies——Discrete Flexible Link

Name:Dis_flex,系統(tǒng)自動(dòng)按照Dis_flex_elem1、Dis_flex_elem2......的順序給每個(gè)離散連接件起一個(gè)名稱,Dis_flex_beam1、Dis_flex_beam2.......的順序給每個(gè)柔性梁連接起一個(gè)名字

Damping Ratio 設(shè)置柔性梁連接的粘性阻尼和剛度之間的比值

Attachment 確定起始端和中終止端與其他構(gòu)件之間的連接關(guān)系:free、剛性rigid、柔性flexible

2.利用其他有限元分析軟件將構(gòu)件離散成細(xì)小的網(wǎng)格,進(jìn)行模態(tài)計(jì)算,將計(jì)算的模態(tài)保存為模態(tài)中性文件MNF(Modal Neutral File),直接讀取到ADAMS中建立柔性體;

由于采用的是模態(tài)線性疊加來模擬物體變形,因此模態(tài)式柔性體僅適用于線性結(jié)構(gòu)的受力行為。

構(gòu)件的模態(tài)是構(gòu)件自身的一個(gè)物理屬性,一個(gè)構(gòu)件一旦制造出來,它的模態(tài)就是自身的一種屬性。在將幾何模型離散成有限元模型后,有限元模型的各個(gè)節(jié)點(diǎn)有一定的自由度,這樣所有節(jié)點(diǎn)自由度的和就構(gòu)成了有限元模型的自由度,一個(gè)有限元模型有多少個(gè)自由度,它就有多少階模態(tài)。由于構(gòu)件各個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際位移是模態(tài)的按照一定比例的線性疊加,這個(gè)比例就是一個(gè)系數(shù),通常成為模態(tài)參與因子,參與因子越大,對(duì)應(yīng)的模態(tài)對(duì)構(gòu)件變形的貢獻(xiàn)量就越多,因此對(duì)構(gòu)件振動(dòng)的分析,可以從構(gòu)件的模態(tài)參與因子的大小來分析,如果構(gòu)件在振動(dòng)時(shí),某階模態(tài)的參與因子大,就可以通過改進(jìn)設(shè)計(jì),抑制該階模態(tài)對(duì)振動(dòng)貢獻(xiàn)量,可以明顯降低構(gòu)件的振動(dòng)。

利用有限元技術(shù),通過計(jì)算構(gòu)件的自然頻率和對(duì)應(yīng)的模態(tài),按照模態(tài)理論,將構(gòu)件產(chǎn)生的變形看作是由構(gòu)件模態(tài)通過線性計(jì)算得到的。在計(jì)算構(gòu)件模態(tài)時(shí),按照有限元理論,首先要將構(gòu)件離散成一定數(shù)量的單元,單元數(shù)越多,計(jì)算精度越高,單元之間通過共用一個(gè)節(jié)點(diǎn)來傳遞力的作用,在一個(gè)單元上的兩個(gè)點(diǎn)之間可以產(chǎn)生相對(duì) 位移,再通過單元的材料屬性,進(jìn)一步計(jì)算出構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)變。

計(jì)算MNF的有限元軟件:Ansys、Nastran、I-Deas、Abaqus

Bulid——Flexible bodies——ADAMS/Flex

(location柔性體在參考坐標(biāo)系中的位置,orientation柔性體在參考坐標(biāo)系中的方向,relative to柔性體在參考坐標(biāo)系)

Superimpose:選種該項(xiàng),在圖形區(qū)同時(shí)顯示柔性體當(dāng)前的模態(tài)振型和柔性體,否則只顯示模態(tài)振型。

Cycles:確定振型動(dòng)畫播放的次數(shù)

Enable和disable:使當(dāng)前階模態(tài)激活或失效,失效模態(tài)的階數(shù)用一括號(hào)來表示。

Range:將某個(gè)范圍內(nèi)的模態(tài)激活或失效

Auto:柔性體變形的貢獻(xiàn)量(模態(tài)參與因子),讓系統(tǒng)決定將那些對(duì)變形能比率貢獻(xiàn)量少的模態(tài)自動(dòng)失效,單擊后,在energy tolerance輸入應(yīng)變能比率,那些對(duì)應(yīng)變能比率的貢獻(xiàn)量少于該數(shù)值的模態(tài),系統(tǒng)自動(dòng)將其失效。

Graphics:決定柔性體完全顯示還是輪廓顯示

Plot type:決定柔性體不同位置的相對(duì)位移、相對(duì)應(yīng)力和應(yīng)變的顯示樣式,有云紋圖、矢量、兩種都顯示,沒有任何顯示

Mode filter:由于柔性體的變形是通過模態(tài)疊加得到的,為加快柔性體的顯示速度,它就是用來在播放動(dòng)畫時(shí)過濾模態(tài)的,3種方法過濾模態(tài),maximum frequency超過某頻率的模態(tài)都被過濾掉,Min Displacement是柔性體上模態(tài)最大位移點(diǎn)的位移小于某值的模態(tài)都被過濾掉,Percentage是對(duì)柔性體任意點(diǎn)處的位移貢獻(xiàn)量少于某百分比數(shù)的所有模態(tài)被過濾掉,None是沒有過濾。

Deformation Scale Factor:由于柔性體的變形是通過模態(tài)疊加得到的,而模態(tài)則是各個(gè)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位移,因此可以把模態(tài)各個(gè)節(jié)點(diǎn)相對(duì)位移進(jìn)行縮放,只要拖動(dòng)變形比例系數(shù)滑動(dòng)條或輸入具體的縮放比例系數(shù),就可以把柔性體的變形放大或縮小。

3.利用ADAMS/AutoFlex模塊,直接在ADAMS/View中建立柔性體的MNF文件,然后用柔性體替換原來的剛性體。

有3種方法創(chuàng)建柔性體:

(1)拉伸法(Extrusion)

a)定義拉伸路徑:一定要從Z軸的負(fù)方向沿正方向拉伸,最好先定義好Point和Marker點(diǎn)(包括拉伸的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)、外連接標(biāo)識(shí)點(diǎn))

b)定義橫截面積: 中心對(duì)稱的圖形

c)定義單元屬性和材料屬性二維殼單元(Shell Quad)和三維實(shí)體單元(Solid Hexa六面體單元)。

d)定義外連點(diǎn)

(2)利用剛體構(gòu)件的幾何外形(Geometry)來創(chuàng)建柔性體;Solid Tetra四面體單元

(3)導(dǎo)入有限元模型的網(wǎng)格文件(Import Mesh)創(chuàng)建柔性體

1000mm,20×40mm,

Chirp :1000*CUBSPL(time,0,SPLINE_2, 0)

Burst :1000*CUBSPL(time,0,SPLINE_1, 0)