Abaqus多体运动模拟（Rigid Body约束）

Adams是一个比较著名的多体运动（MDB）分析软件，运动副的设置比较简单，但是用有限元软件做多体运动仿真比较困难，主要是操作繁琐，但不是不能做。

上一篇文章介绍了4.1.1节Coupling约束方式（每个Part为柔性体）的案例，本文介绍4.1.2节Crank mechanism利用Rigid Body约束方式的案例。Rigid Body的约束方式就是把每个柔性体Part都变为刚体。

Part，Assembly，Property，Mesh模块的建模省略，帮助文档都提供了。有限元模型如下图所示：

Step模块：

静力学分析，分析时间为1s，静力学的分析时间没有意义（什么原因，我也不知道），增量步数量，初始增量步长，最小增量步长，最大增量步长的设置如下图所示。

Interaction模块：

整个分析中没有用到接触，主要是利用运动副和约束关系。运动副（也叫连接器）的详细介绍可以参考石亦平博士的《ABAQUS有限元分析实例详解》。用Coupling的方式建立RP点时，一个Part可以建立多个RP点。而用Rigid Body方式建立RP点（相当于把柔性体变为刚体）时，每个Part只能建立一个RP点，在建立Wire特征线的时候就会出现RP点不够用的现象，所以需要在Rigid Body的约束方式上下功夫。下面将分别介绍每个零件Rigid Body的约束设置。

此处应该注意LARGEDISK定义为刚体时，Tie连接了一个Set集合，Set集是两个节点，是LARGEDISK上的节点，用于与其它Part连接建立Wire特征线时需要的节点。

红色高亮处为Set集合中的节点

同样smALLDISK定义刚体时耦合一个节点（这个节点是smALLDISK上面的节点），用于与其它Part的连接。

同样DISKLINK定义刚体时耦合两个节点（这个节点是DISKLINK上面的节点），用于与其它Part的连接。

连接器截面属性的设置：共建立了如下图所示的6种运动副。第一个是CV joint，类似于一种联轴器，由输入轴带动，需要定义旋转轴。第二个为圆柱副，有两个自由度，绕X轴的平动与转动。第三个为转动副，绕X轴的转动。第四个为固定副，约束3个平动自由度。第五个为移动副，沿X轴的平动。第六个为U joint（可以与CV joint对比分析），也是一种联轴器，与CV joint的不同之处在于旋转方向不同，一个与输入轴转动同向，一个异向。

建立连接器之前，应先建立特征线（如下图所示），连接上述建立的RP点或者Set集中的节点，两个点建立一条线。

Wire1建立ROUNDROD与SLIDINGBLOCK之间的转动副Hinge，需要建立局部坐标系，Hinge只有绕X轴的转动自由度，所以局部坐标系的X轴必须与Hinge的转动方向一致，在Orientation1中选择局部坐标系。

Wire2建立SLIDINGBLOCK与RACEWAY的移动副TRANSLATOR，简单讲就是滑块在滑槽中的平动。建立平动副时，要建立局部坐标系，因为移动副只有X方向的平动自由度，所以建立局部坐标系时，坐标系的X轴必须与滑块的运动方向保持一致，在Orientation1中选择局部坐标系。

Wire3建立ROUNDROD与ROUNDSLEEVE之间的圆柱副Cylindrical，局部坐标系X轴的方向与滑块移动方向保持一致，在Orientation1中选择局部坐标系。

Wire4建立ROUNDSLEEVE与SQUARESLEEVE之间的转动副Hinge，需要建立局部坐标系，Hinge只有绕X轴的转动自由度，所以局部坐标系的X轴必须与Hinge的转动方向一致，在Orientation1中选择局部坐标系。

Wire5建立ROD与SQUARESLEEVE之间的移动副TRANSLATION，建立平动副时，要建立局部坐标系，因为移动副只有X方向的平动自由度，所以建立局部坐标系时，坐标系的X轴必须与滑块的运动方向保持一致，在Orientation1中选择局部坐标系。

Wire6建立LARGEDISK与DISLINK之间的U joint，在建立U joint时必须定义两个坐标系（下图中红色与紫色的坐标系），因为两个Part的旋转轴不一致，所以需要分别定义，同样转动方向与局部坐标系的X轴保持一致。

Wire7建立DISLINK与smALLLINK之间的U joint，在建立U joint时必须定义两个坐标系（下图中红色与紫色的坐标系），因为两个Part的旋转轴不一致，所以需要分别定义，同样转动方向与局部坐标系的X轴保持一致。

Wire8建立ROUNDROD与LARGEDISK之间的JOIN运动副，使两个RP点固定，共同运动。Wire本应该是条线，但是连接的两个RP点建立在一起了，所以Wire看不到，但是在建立Wire时默认会建立一个Set集合，添加载荷时如果在图形交互界面无法选择这个线，选择Set集即可（Wire建立后可以在Model Database中Assembly下的Feature里面找到，双击后图像交互界面会变红，而且Wire建立后无法编辑修改，建立错了只能删了重建），Join的坐标系选择默认的全局坐标系即可（Orientation1中的局部坐标系不用改动）。

综上所述，上述分析共建立了8个参考点。

Load模块：

约束ROD与RACEWAY分别建立的RP点的六个自由度。

smALLDISK施加转动自由度，绕Z轴转动2圈。

约束LARGEDISK刚体的RP点除6方向（Z轴的转动）的自由度，如果不添加这个约束，LARGEDISK零件的转动方向就不是Z轴的方向了。

后处理Visualization模块：

这个案例用的是Rigid body的耦合方式，所以零件是刚性的用连接器（运动副）的形式建立零件之间的关系，不用建立接触关系，只要连接器以及相关的设置正确，可以顺利分析，减少很多的计算时间。