搜索Ansys裝配體有限元分析中的連接技術
2017-08-25 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
不少剛接觸裝配體分析的同志都會遇到很多疑問,比如:實體-板殼-梁單元怎么進行連接?怎么模擬鉸接?怎么簡化螺栓?等等問題。下面我就一個簡單的例子說明下ansys進行有限元分析時常用的一些連接技術,前處理操作在hypermesh14.0中完成,參考書目:《ansys13.0與hypermesh11.0聯合仿真有限元分析》,由于主要是說明裝配體中連接關系處理的一些技巧,因此不進行模型的具體分析。
1.問題
上圖是在專職網上下載的一個液壓千斤頂手柄部分的三維模型,這里就作為本例的一個參考模型進行前處理?，F在我想分析該裝配體在杠桿端部受到一定大小力后整體的應力情況(不包括機架)。
2.問題分析
觀察該模型,可以看到模型中有很多連接關系:銷釘,螺栓,軸承以及普通的接觸,如果要對這些部分進行實體分析的話,就算量將會相當大,而且由于接觸很多,將會很難收斂,因此需要對模型進行一定的簡化。下面我主要進行了如下簡化:
①省去機架,也就是圖中顯示為綠色透明狀部分,將其作為固定基礎
②將銷釘以及螺栓部分使用rbe2進行簡化。
③將銷軸部分采用rbe3進行簡化
④將杠桿銷軸內孔采用帶控制節點的接觸進行控制
⑤為方便網格劃分,將杠桿的銷軸端與桿端分割開,采用MPC算法裝配起來
需要說明的是,上面不同地方使用不同的方法簡化并不是絕對的,只是為了說明這些方法因此分散開來設置,具體的區別還在后面具體操作的時候進行說明。
3.簡化模型
可以看到,對應于上述簡化,已經將基座作為大地剛性處理,各部分銷軸和螺栓都已經去掉。簡化的基座約束將使用等效的邊界條件進行替換(注意去掉一些外觀圓角和倒角以及不必要的小細節)。
4.網格劃分
將上述模型另存為x_t格式的模型文件,導入hypermesh中進行后續處理。這里網格劃分就不進行細說,直接給出劃分好之后的網格,僅僅對杠桿部分網格的連接設置進行說明。
4.1 MPC裝配
當要得到質量比較好的模型,但是由于結構本身限制因此很難劃分高質量網格時,可以考慮將模型分割開,并利用mpc裝配技術裝配起來,裝配體來后默認設置裝配的兩個部分完全綁定在一起。需要說明的是該技術不僅可以用來處理單個零件的網格不連續問題,還可以處理實體-殼體-梁的連接問題,下面就以杠桿部分為例進行說明。
該杠桿本身是一個零件,但是為了方便網格劃分,因此將其分為兩部分進行處理,可以看到交界面網格不連續。為了重新將兩塊焊接起來,因此使用MPC算法進行裝配,具體是在unitity-contact manager中進行,如下:
創建圓桿與銷孔部分的接觸,更改算法為MPC算法,始終綁定接觸,如下:
這樣就將兩部分綁定在一起,可以互相傳遞力和力矩。
4.2 rbe2
模型中,將下部分的銷釘以及螺栓均使用reb2進行簡化。具體使用1D面板中的rigids進行設置,需要設置一個主節點和若干從節點。方法就是ansys中的剛性區法cerig,設置后效果如下,可以使得從節點自由度完全跟隨主節點,也即將該部分剛性化,用一個主節點控制一整個區域,最后并在各個控制節點上附加質量單元作為輔助。
4.3 rbe3
Rbe3也即ansys中的柔性連接,和rbe2不同的是,rbe3的從節點能夠與主節點自動創建約束方程,從而實現一種區域的柔性化。具體使用1D面板中的rbe3進行設置,與rbe2類似,也需要設置一個主節點和若干從節點。這里由于需要模擬鉸接,因此不對rotx自由度(繞軸轉動)進行約束設置完成后效果如下:
4.4 帶控制節點的高級接觸
該方法的實現也是基于mpc算法,但是與rbe2與rbe3最大的不同就是,rbe2與rbe3本質上還是建立約束方程,因此是基于當前的節點和坐標建立,不適用于大變形分析,一但變形過大就會出問題。而帶控制節點的接觸的控制節點是依賴于接觸算法實現的,因此能用于大變形分析,故該方法結合MPC連接單元在瞬態動力學中應用廣泛。具體實現在unitity-contact manager中的pilot node該選項欄中進行,操作后結果如下(具體可參見參考書目):
4.5 各控制節點之間的連接
上述連接創建完成之后,需要對銷軸部分的控制節點進行連接,連接可以采用mpc184的剛性單元,也可以使用梁單元beam188進行連接,如下(黑色部分為MPC184剛性梁單元):
4.6 其余設置
其余設置主要是各個接觸部件之間的接觸對設置,該部分不進行說明,全部完成以后施加約束與載荷得到以下用于分析的有限元模型如下:
雖然該模型不大,但是對于一般的筆記本電腦來說由于接觸對比較多,因此計算量比較大,這里就不進行后續操作。
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