Ansys裝配體有限元分析中的連接技術(shù)

2017-08-25 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

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(jìn)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(jìn)行有限元分析時常用的一些連接技術(shù),前處理操作在hypermesh14.0中完成,參考書目:《ansys13.0與hypermesh11.0聯(lián)合仿真有限元分析》,由于主要是說明裝配體中連接關(guān)系處理的一些技巧,因此不進(jìn)行模型的具體分析。

1.問題

上圖是在專職網(wǎng)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(jìn)行前處理?，F(xiàn)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(yīng)力情況(不包括機(jī)架)。

2.問題分析

觀察該模型,可以看到模型中有很多連接關(guān)系:銷釘,螺栓,軸承以及普通的接觸,如果要對這些部分進(jìn)行實體分析的話,就算量將會相當(dāng)大,而且由于接觸很多,將會很難收斂,因此需要對模型進(jìn)行一定的簡化。下面我主要進(jìn)行了如下簡化:

①省去機(jī)架,也就是圖中顯示為綠色透明狀部分,將其作為固定基礎(chǔ)

②將銷釘以及螺栓部分使用rbe2進(jìn)行簡化。

③將銷軸部分采用rbe3進(jìn)行簡化

④將杠桿銷軸內(nèi)孔采用帶控制節(jié)點的接觸進(jìn)行控制

⑤為方便網(wǎng)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(shè)置,具體的區(qū)別還在后面具體操作的時候進(jìn)行說明。

3.簡化模型

可以看到,對應(yīng)于上述簡化,已經(jīng)將基座作為大地剛性處理,各部分銷軸和螺栓都已經(jīng)去掉。簡化的基座約束將使用等效的邊界條件進(jìn)行替換(注意去掉一些外觀圓角和倒角以及不必要的小細(xì)節(jié))。

4.網(wǎng)格劃分

將上述模型另存為x_t格式的模型文件,導(dǎo)入hypermesh中進(jìn)行后續(xù)處理。這里網(wǎng)格劃分就不進(jìn)行細(xì)說,直接給出劃分好之后的網(wǎng)格,僅僅對杠桿部分網(wǎng)格的連接設(shè)置進(jìn)行說明。

4.1 MPC裝配

當(dāng)要得到質(zhì)量比較好的模型,但是由于結(jié)構(gòu)本身限制因此很難劃分高質(zhì)量網(wǎng)格時,可以考慮將模型分割開,并利用mpc裝配技術(shù)裝配起來,裝配體來后默認(rèn)設(shè)置裝配的兩個部分完全綁定在一起。需要說明的是該技術(shù)不僅可以用來處理單個零件的網(wǎng)格不連續(xù)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(jìn)行說明。

該杠桿本身是一個零件,但是為了方便網(wǎng)格劃分,因此將其分為兩部分進(jìn)行處理,可以看到交界面網(wǎng)格不連續(xù)。為了重新將兩塊焊接起來,因此使用MPC算法進(jìn)行裝配,具體是在unitity-contact manager中進(jìn)行,如下:

創(chuàng)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(jìn)行簡化。具體使用1D面板中的rigids進(jìn)行設(shè)置,需要設(shè)置一個主節(jié)點和若干從節(jié)點。方法就是ansys中的剛性區(qū)法cerig,設(shè)置后效果如下,可以使得從節(jié)點自由度完全跟隨主節(jié)點,也即將該部分剛性化,用一個主節(jié)點控制一整個區(qū)域,最后并在各個控制節(jié)點上附加質(zhì)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(jié)點能夠與主節(jié)點自動創(chuàng)建約束方程,從而實現(xiàn)一種區(qū)域的柔性化。具體使用1D面板中的rbe3進(jìn)行設(shè)置,與rbe2類似,也需要設(shè)置一個主節(jié)點和若干從節(jié)點。這里由于需要模擬鉸接,因此不對rotx自由度(繞軸轉(zhuǎn)動)進(jìn)行約束設(shè)置完成后效果如下:

4.4 帶控制節(jié)點的高級接觸

該方法的實現(xiàn)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(zhì)上還是建立約束方程,因此是基于當(dāng)前的節(jié)點和坐標(biāo)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(jié)點的接觸的控制節(jié)點是依賴于接觸算法實現(xiàn)的,因此能用于大變形分析,故該方法結(jié)合MPC連接單元在瞬態(tài)動力學(xué)中應(yīng)用廣泛。具體實現(xiàn)在unitity-contact manager中的pilot node該選項欄中進(jìn)行,操作后結(jié)果如下(具體可參見參考書目):