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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: 结构的有限元模型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。 SLIDINGBLOCK定义为刚体ROUNDROD定义为刚体RACEWAY定义为刚体ROUNDSLEEVE定义为刚体SQUARESLEEVE定义为刚体此处应该注意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。 LARGEDISK定义为刚体红色高亮处为Set集合中的节点 Set-2集合同样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。 smALLDISK定义为刚体Set-4集合DISKLINK定义为刚体同样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。 Set-3集合SQUAREROD定义为刚体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。 |
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