基于ADAMS和ANSYS的動(dòng)力學(xué)仿真分析

1、文章編號(hào):1002-6886(200504-0062-02基于ADA M S 和ANS Y S 的動(dòng)力學(xué)仿真分析侯紅玲1,2,趙永強(qiáng)1,魏偉鋒1(1.陜西理工學(xué)院機(jī)電工程系,陜西漢中723003;2.西安交通大學(xué),陜西西安710049注:本文受陜西理工學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)與理論省級(jí)重點(diǎn)學(xué)科資助。作者簡(jiǎn)介:侯紅玲(1976,女,工作于陜西理工學(xué)院機(jī)電系,現(xiàn)為西安交通大學(xué)在讀碩士,研究方向?yàn)闄C(jī)械CAD /CAM /CAE 。收稿日期:2005-3-16摘要:針對(duì)ANSYS 軟件不適合機(jī)械動(dòng)力學(xué)分析,ADAMS 軟件不適合有限元分析的狀況,提出了將ANSYS 和ADAMS 兩種分析軟件結(jié)合起來對(duì)柔性體進(jìn)行仿

2、真分析,通過仿真實(shí)例驗(yàn)證了此方法的可行性。關(guān)鍵詞:動(dòng)力學(xué)仿真剛體柔性體ADAMS ANSYSK i n eti c S i m ul a ti n g and Ana lyz i n g Ba sed on ADA M S and ANS Y SH O U Hong 2li n g,ZHAO Y ong 2q i a ng,W E IW e i 2fengAbstract:ANSYS doesn t fit t o analyze mechanical dyna m ics and ADAM S doesn t fit t o finite element analyzing .The pap

3、er puts for ward combining ADAMS and ANSYS t o analyze and si m ulate flexible components,app r oving the method feasible thr ough si m ulating ex 2a mp le .Key words:kinetic si m ulati on;rigid body;flexible body;ADAM S;ANSYS1引言一般來說,靜力學(xué)分析能保證一個(gè)機(jī)構(gòu)可以承受一定的穩(wěn)定載荷,但當(dāng)機(jī)構(gòu)受到運(yùn)動(dòng)載荷時(shí),就需要對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。在機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析

4、方面,常見的分析軟件有:a 以剛性體為主要分析對(duì)象的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析軟件(如ADAMS ;b 以柔性體為主要分析對(duì)象的有限元分析軟件(如ANSYS 、Nastran 等。前者分析對(duì)象以剛性體模型為主、后者以柔性體模型為主。用于一般場(chǎng)合的工程機(jī)構(gòu),在進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模時(shí),時(shí)常把構(gòu)件作為剛體,做運(yùn)動(dòng)分析時(shí)不考慮其彈性變形。實(shí)際上,機(jī)構(gòu)在較大的載荷作用下或者作加、減速運(yùn)動(dòng)時(shí),機(jī)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生較大的彈性變形。因此要更真實(shí)地模擬機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能,必須將構(gòu)件作為彈性體進(jìn)行分析。在對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析時(shí),如果不考慮柔性體的影響,將會(huì)造成很大的誤差。整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)情況反過來決定了每個(gè)構(gòu)件的受力狀況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài),從而決定

5、了構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變分布。因此,要精確模擬整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng),取得動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果,可以將ANSYS 與ADAM S 兩個(gè)軟件結(jié)合使用。通常,ANSYS 不適合進(jìn)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析,而ADAMS 不適合進(jìn)行有限元分析,將二者結(jié)合,有利于取長補(bǔ)短。AD 2AMS 軟件是著名的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件,分析對(duì)象主要是剛體,但與ANSYS 軟件結(jié)合使用可以考慮分析零部件的彈性,同樣ADAMS 的分析結(jié)果可為ANSYS 分析提供相應(yīng)的邊界條件。2ADA M S /ANS Y S 的接口技術(shù)由于ADAMS 進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析時(shí),可生成ANSYS 軟件使用的載荷文件(即.l od 文件,此文件可向ANSYS 軟

6、件輸出動(dòng)力學(xué)仿真后的載荷譜和位移譜信息。ANSYS 直接調(diào)用此文件生成有限元分析中力的邊界條件,進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變以及疲勞壽命的評(píng)估分析和研究;這樣便可得到基于精確動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果的應(yīng)力、應(yīng)變分析結(jié)果,提高計(jì)算精度。另外,ANSYS 進(jìn)行模態(tài)分析時(shí),可生成ADAMS 使用的柔性體模態(tài)中性文件(即.mnf 文件。然后利用ADAMS 的Flex 模塊將此文件調(diào)入,以生成模型中的柔性體,利用模態(tài)疊加法計(jì)算其在動(dòng)力學(xué)仿真過程中的變形以及連接節(jié)點(diǎn)上的受力情況。這樣在機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型中就可以考慮零部件的彈性特征,提高系統(tǒng)仿真的精度。3ANS Y S /ADA M S 結(jié)合仿真步驟3.1ADAM S 輸出邊界

7、條件(最大力或最大位移在ADAM S 中輸出有限元載荷(位移、載荷譜等的步驟如下:1建立樣機(jī)模型創(chuàng)建零件、添加約束、施加載荷并進(jìn)行仿真分析;2模型檢驗(yàn)確定需要輸出載荷的構(gòu)件及載荷作用點(diǎn),測(cè)量樣機(jī)的相應(yīng)特征、仿真分析、動(dòng)畫播放;3繪制曲線圖輸出相應(yīng)的載荷譜或位移譜(包括最大力和位移等。3.2剛性部件的應(yīng)力應(yīng)變分析1在三維軟件(UG 、Pr o /E 等下繪制樣機(jī)模型,調(diào)到ADAM S 軟件下,設(shè)置仿真分析的有關(guān)控制參數(shù)(如分析類型、時(shí)間、步長等,然后進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,最后輸出位移、力及其它力學(xué)性能曲線。得到機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件的邊界條件。2把模型調(diào)入到ANSYS 或直接在ANSYS 下建模,定義分析類型

8、,利用在ADAMS 中得到的邊界條件(一般是最大載荷對(duì)模型施加載荷,求解計(jì)算得到構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變或壽命的評(píng)估與分析。瀏覽分析結(jié)果,可以看到構(gòu)件的變形形狀以26現(xiàn)代機(jī)械2005年第4期及節(jié)點(diǎn)云圖等。3.3柔性構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變分析1在ANSYS軟件中建立柔性體構(gòu)件的有限元模型或從其它軟件下調(diào)入已有的模型,并利用adam s.mac宏文件,生成ADAM S軟件所需要的柔性體模態(tài)中性文件(.mnf。2啟動(dòng)ADAMS/V ie w,并輸入以上得到的柔性體模態(tài)中性文件,即建立柔性模型。在ADAM S軟件中建立好剛性體的模型或從其它CAD軟件下調(diào)入,施加約束(即指定好它們與柔性體之間的連結(jié)方式和必要的載荷,進(jìn)

9、行系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真。在分析完成后輸出ANSYS所需要的載荷文件(.l od文件,進(jìn)行了線性疊加,從而將柔性體的變形融入到機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析仿真中去。3重新返回到ANSYS程序中,將ADAMS 生成的載荷文件中對(duì)應(yīng)時(shí)刻的載荷施加到柔性體上,對(duì)柔性體進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變分析,從而得到構(gòu)件的真實(shí)變形。4ANS Y S和ADA M S結(jié)合實(shí)例在一個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)中:曲柄轉(zhuǎn)速為1500r pm,所用材料的彈性模量是210e9Pa,泊松比0.29,密度7850kg/m3。首先在ADAMS下對(duì)此機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,得到載荷譜信息(如圖1、圖2所示。在ADAMS菜單中選Pl ot tracking,得到邊界條件,即曲柄Y

10、向的最大力為FY max=899.9904N,曲柄X向最大力為FX max=2270.3334N。在ANSYS直接調(diào)用此邊界條件,對(duì)曲柄進(jìn)行應(yīng)力分析(如圖3和應(yīng)變分析(如圖4。如果把曲柄和連桿作為柔性體考慮,再進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。首先在ANSYS中進(jìn)行模態(tài)分析,接著在ADAMS下進(jìn)行考慮了柔性體變形的動(dòng)力學(xué)分析,得到載荷邊界條件,最后在AN2 SYS下進(jìn)行柔性體的應(yīng)力應(yīng)變分析。在UG下建立曲柄模型調(diào)入ANSYS中,通過幾何模型的離散化,材料屬性設(shè)置等來進(jìn)行有限元的分析。曲柄連桿機(jī)構(gòu)的模態(tài)分析結(jié)果如表1所示。將曲柄得到的模態(tài)分析結(jié)果讀入ADAM S中,施加約束和載荷,進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真,在分析完成后

11、輸出圖表或者數(shù)值,也可輸出其它軟件兼容的文件。這樣通過模態(tài)的線性疊加將曲柄的變形融入到整個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析仿真中去。表1模態(tài)階數(shù)頻率模態(tài)階數(shù)頻率5結(jié)束語本文將工程仿真中常用的兩個(gè)軟件ADAM S和ANSYS 結(jié)合應(yīng)用,對(duì)柔性體進(jìn)行動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。從而克服了兩者單獨(dú)使用時(shí)的缺陷,更加真實(shí)地反應(yīng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變情況。對(duì)于仿真分析具體的實(shí)體模型提出一種新思路,通過實(shí)例介紹了具體的仿真步驟,具有很強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性。參考文獻(xiàn)(上接第56頁TEXT_D I Rp r odevel op/dev_text/work_one_text/ST ART UPdllDE LAY_ST ART TRUEALLOW_ST OP TRUERE V I SI O N2002E ND到此,本文已完成對(duì)Pr o/Engineer二次開發(fā)中基本問題的討論,圖2是編譯的結(jié)果,希望能對(duì)大家開發(fā)Pr o/Engi