ANSYS WORKBENCH中的裝配體中剛體處理

2016-10-20 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

對(duì)一個(gè)復(fù)雜的裝配體進(jìn)行分析時(shí),并非所有構(gòu)件都需要處理成為變形體。如果把它們用剛體進(jìn)行處理的話,則會(huì)大大降低計(jì)算量,本文介紹ANSYS WORKBENCH中剛體的處理辦法。

考慮如圖所示的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由兩根連桿通過(guò)圓柱銷(xiāo)連接而成,這兩根連桿又通過(guò)圓柱銷(xiāo)與其它構(gòu)件連接。

這里假設(shè)左邊這根連桿剛度很大,從而可以考慮成為剛體。而右邊這根連桿則是變形體,而三個(gè)圓柱銷(xiāo)也是變形體。

在設(shè)置屬性時(shí),對(duì)于左邊這根連桿,在其細(xì)節(jié)視圖中設(shè)置其剛度行為如下

而其它的四個(gè)零件則是變形體如下

使用自動(dòng)檢測(cè)接觸,則該剛性連桿與兩個(gè)圓柱銷(xiāo)的連接處被自動(dòng)檢測(cè)為綁定接觸。這就是說(shuō),剛性連桿是支持contact行為的。

對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行粗糙的網(wǎng)格劃分,得到的有限元模型如下

可見(jiàn),對(duì)于剛桿并沒(méi)有劃分單元。那么,在ANSYS內(nèi)部,該連桿是用什么來(lái)表示的呢?

使用前面博文的方法,進(jìn)入到finite element modeler,可以看到其單元

可以看到,該連桿現(xiàn)在實(shí)際上是用一個(gè)mass單元(左邊中間有一個(gè)亮點(diǎn),它就是MASS單元)以及兩個(gè)接觸面來(lái)表示的。該mass單元具備了剛性桿的質(zhì)量屬性和慣性屬性,而這兩個(gè)接觸面則用于與周?chē)慵l(fā)生相互關(guān)系。

那么該質(zhì)量單元的質(zhì)量屬性是什么呢?

重新回到mechanical,查看該剛性桿的細(xì)節(jié)視圖,可以看到其屬性

其體積,質(zhì)量,質(zhì)心的坐標(biāo),轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都已經(jīng)計(jì)算出來(lái),這些都成為該mass單元的屬性。

下面施加位移邊界條件,施加在下面兩個(gè)圓柱銷(xiāo)的端面(目的只是考察ANSYS的內(nèi)部行為,實(shí)際情況中很少是端面被固定。)

那么剛桿上能否施加力呢?

ANSYS WORKBENCH的幫助中談到,對(duì)于剛性桿,只可以施加遠(yuǎn)程位移,遠(yuǎn)程力和力矩,如下圖。而其它的力不能施加。

對(duì)該連桿表面施加遠(yuǎn)程力如下圖

果然可以施加。

靜力分析后查看位移云圖

可見(jiàn),該剛桿的確沒(méi)有任何位移,而其它四個(gè)零件則發(fā)生了變形。進(jìn)一步查看應(yīng)力云圖

該剛桿也沒(méi)有應(yīng)力出現(xiàn)。因?yàn)閷?shí)際上ANSYS內(nèi)部并沒(méi)有考慮這個(gè)具有幾何形狀的物體,內(nèi)部只是一個(gè)質(zhì)量單元而已。

查看該剛性桿與下面的圓柱銷(xiāo)連接處的接觸應(yīng)力,如下圖所示

可見(jiàn),ANSYS的確計(jì)算了接觸。

總之,對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的裝配體進(jìn)行分析時(shí),合理設(shè)置剛性體對(duì)于提高計(jì)算效率舉足輕重。ANSYS WORKBENCH提供的剛體設(shè)置很簡(jiǎn)單。該剛體可以使用接觸,鉸鏈,彈簧等連接行為,對(duì)它可以施加遠(yuǎn)程力,力矩以及遠(yuǎn)程位移。在ANSYS內(nèi)部,對(duì)于剛性桿是用一個(gè)MASS來(lái)代替的,而所有施加在其表面的作用力則會(huì)通過(guò)力的平移定理轉(zhuǎn)移到相關(guān)部位進(jìn)行靜力計(jì)算。

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