ANSYS多剛體動(dòng)力學(xué)分析

會(huì)計(jì)學(xué)1ANSYS多剛體動(dòng)力學(xué)分析Introduction剛體動(dòng)力分析:計(jì)算剛體組合機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng).可以用來考察機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性.部件之間采用運(yùn)動(dòng)副或者彈簧連接.第2頁/共31頁第1頁/共31頁RigidDynamics輸入和輸出是力、力矩、位移、速度和加速度.所有部件都是剛性體(nostress/strain).粘性阻尼效應(yīng)通過定義彈簧來實(shí)現(xiàn).第3頁/共31頁第2頁/共31頁RigidDynamicSetup模型都定義為三維實(shí)體。材料屬性只有密度有效.部件定義為剛性體.第4頁/共31頁第3頁/共31頁Joints剛性體的連接通過joint和彈簧來實(shí)現(xiàn)，不像揉形體通過接觸來實(shí)現(xiàn).連接方式可以是體對(duì)體（BTB）或者體對(duì)地（BTG）一個(gè)有效的模型系統(tǒng)必須包括一個(gè)接地連接。注意，彈簧不是joints不能組成接地(盡管定義為BTG).定義為“free”的部件必須通過一個(gè)BTG“general”joint定義。第5頁/共31頁第4頁/共31頁Joints每個(gè)joint都有一個(gè)參考坐標(biāo)系.每個(gè)joint所允許的運(yùn)動(dòng)都基于這個(gè)參考坐標(biāo)系。這個(gè)參考CS的原點(diǎn)和方向都可以修改.圖例指明了該joint哪個(gè)方向的自由度是自由的(colors)和哪個(gè)自由度是約束的(gray).Jointdetails中指出了哪個(gè)是參考面哪個(gè)是運(yùn)動(dòng)面.在BTGjoints中g(shù)round是參考面。第6頁/共31頁第5頁/共31頁JointsBTBjoints包括兩個(gè)體，一個(gè)是參考體一個(gè)是運(yùn)動(dòng)體。Ansys/workbench這種參考面/運(yùn)動(dòng)面的視圖技術(shù)使得選擇操作很方便。增加了參考面和運(yùn)動(dòng)面窗口每個(gè)窗口可以單獨(dú)控制和選擇。第7頁/共31頁第6頁/共31頁Joints要改變參考坐標(biāo)系方向,首先點(diǎn)擊jointdetails中的“coordinatesystem”.參考坐標(biāo)系即可別激活(seenextpage).第8頁/共31頁第7頁/共31頁Joints在被激活的CS中點(diǎn)擊需要的軸來改變它的方向?？梢赃x擇六個(gè)方向中的任何一個(gè)。Local-ZchosenasnewdirectionLocalXaxisselectedNewCSorientation第9頁/共31頁第8頁/共31頁JointConfigurationjoint“Configure”按鈕允許手動(dòng)檢查約束。彩色的坐標(biāo)方向可以采用鼠標(biāo)來移動(dòng).在手動(dòng)移動(dòng)joint過程中，采用“Set”按鈕可以將模型固定在新的位置.“Revert”可以將joint的設(shè)置恢復(fù)到原來的位置。采用(RMB)可以將連接體的reference/mobile體交換。第10頁/共31頁第9頁/共31頁VerifyingJointsWorksheet提供了機(jī)構(gòu)自由度檢查“JointDOFChecker”.如果總自由度數(shù)少于1可能意味著過約束。第11頁/共31頁第10頁/共31頁SpringsSprings是彈性單元，在拉伸或者壓縮后回回到原來的形狀.彈簧的初始狀態(tài)假定為它不受載的狀態(tài)。采用jointconfiguration(describedearlier)改變彈簧長度不會(huì)改變彈簧的初始狀態(tài)(nopreloading).Springs可以在體之間(BTB)或者體與地之間(BTG).Springs跟joint一樣也存在參考體和運(yùn)動(dòng)體.兩個(gè)體之間的相對(duì)位置決定了spring的作用方向。第12頁/共31頁第11頁/共31頁SpringsSprings可以從BTG或者BTB按鈕添加.在BTG中，參考CS用來確定地面的位置。第13頁/共31頁第12頁/共31頁Springs彈簧可以定義剛度和阻尼特性.注意,如果只想考慮阻尼，剛度可以定義為0。第14頁/共31頁第13頁/共31頁JointsandSprings如果任何一個(gè)體找不到一條“path”連接到地，那么這個(gè)剛體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)就不是有效的.SpringsareNOTjoints.一個(gè)完全自由的體需要一個(gè)BTGgeneraljoint來約束六個(gè)運(yùn)動(dòng)。如果系統(tǒng)中有多個(gè)子系統(tǒng)，那么每個(gè)子系統(tǒng)都要接地.第15頁/共31頁第14頁/共31頁RigidDynamicSolutionSetup在“NewAnalysis”中選擇“RigidDynamic”.“AnalysisSetting”中包含如下分析設(shè)置:NumberofstepsTimestepcontrolsOutputcontrolsSolvertolerances注意，當(dāng)載荷施加或者刪除或者載荷歷程突然中斷的時(shí)候可能需要施加額外的載荷步。第16頁/共31頁第15頁/共31頁RigidDynamicSolutionSetup剛體動(dòng)力分析采用顯式時(shí)間積分而柔體分析采用了隱式積分.顯式積分沒有平衡迭代，但是需要更小的時(shí)間步長。需要的時(shí)間步長可以通過系統(tǒng)的最高頻率來衡量。由于時(shí)間步長的確定比較困難，因此推薦將自動(dòng)時(shí)間步長:Initialtimestep:如果初始時(shí)間步長太大，系統(tǒng)會(huì)提示加速度過高.如果初始時(shí)間步長太小，自動(dòng)時(shí)間步長會(huì)自動(dòng)修正。Minimumtimestep:如果求解需要的步長小于該值，求解終止。Maximumtimestep：設(shè)置的在自動(dòng)時(shí)間步長中最大的不能超過的步長，一般用來保證所關(guān)心的結(jié)果不會(huì)被求解時(shí)候跳過。第17頁/共31頁第16頁/共31頁RigidDynamicSolutionSetup只有加速度或者重力等慣性載荷被考慮，不能施加類似于柔體分析中的那樣的其他載荷和約束。Jointconditions用于施加其他的常量或者隨時(shí)間變化的表或者函數(shù)載荷。在jointcondition的detial中可以對(duì)每個(gè)joint施加jointcondition條件。第18頁/共31頁第17頁/共31頁JointConditionsJointconditions可以定義為常數(shù)，表或者函數(shù)的形勢(shì)。Tabulardata可以在Simulation或者EngineeringData中編輯。輸入的載荷數(shù)據(jù)被保存為EDapplication.第19頁/共31頁第18頁/共31頁JointConditions函數(shù)jointconditions可以在jointcondition的details中輸入。選擇“InsertNewLoadHistory”.選擇合適的載荷類型，以函數(shù)的形勢(shì)輸入。第20頁/共31頁第19頁/共31頁JointConditions在定義jointcondition時(shí)候可以包含各種數(shù)學(xué)函數(shù)和算術(shù)運(yùn)算，其中時(shí)間作為獨(dú)立變量。函數(shù)可以以曲線的形勢(shì)顯示出來。可以通過輸入或者選擇的方式輸入函數(shù)。第21頁/共31頁第20頁/共31頁JointConditions表格形式的jointconditions采用三次樣條曲線插值.Insomecasesitmaybenecessarytoaddadditionalstepstoresolvedifferencesbetweentheactualinputandtheinterpolatedcurve.LoadTimeTabularPointsInterpolatedCurvePotentialadditionalsteps第22頁/共31頁第21頁/共31頁JointConditions–AdditionalConsiderations改變jointcondition的位置或者角度會(huì)在內(nèi)部引起力或者加速度.改變速度會(huì)引起加速度.改變jointcondition會(huì)引起力、加速度，速度或者位移的不連續(xù)。TranslationVelocity第23頁/共31頁第22頁/共31頁JointConditions–AdditionalConsiderations不連續(xù)的力或者加速度是允許的，剛體求解器處理這些沒有問題.位移或者轉(zhuǎn)角的不連續(xù)是不合理的物理現(xiàn)象，求解時(shí)候會(huì)出現(xiàn)問題.建議轉(zhuǎn)角設(shè)置為2π或者更小，大的轉(zhuǎn)角設(shè)置為角速度和時(shí)間的關(guān)系。不建議在一個(gè)joint上連接多個(gè)構(gòu)件.第24頁/共31頁第23頁/共31頁RigidDynamicPostprocessing剛體運(yùn)動(dòng)分析的結(jié)果是位移，速度，加速度以及其他probe結(jié)果.Aswithotheranalysistypesresultsmaybescopedtoentireassembliesortoindividualparts,surfaces,edgesorpoints.第25頁/共31頁第24頁/共31頁RigidDynamicPostprocessingRigiddynamic分析結(jié)果可以使數(shù)據(jù)，曲線或者動(dòng)畫的方式.第26頁/共31頁第25頁/共31頁RigidDynamicPostprocessing可以顯示其他條件定義的局部結(jié)果.在Details中控制.第27頁/共31頁第26頁/共31頁RigidDynamicPostprocessingProbes允許顯示geometry,jointsandsprings的其他結(jié)果。一旦定義了probe結(jié)果，在details中有相關(guān)的配置選項(xiàng)。第28頁/共31頁第27頁/共31頁RigidDynamicPostprocessingProbes結(jié)果可以以圖表的形式簡明地表現(xiàn)出來。SpringProbe結(jié)果:第29頁/共31頁第28頁/共31頁RigidDynamicPostprocessing將Probes應(yīng)用一些特殊的連接副中可以獲得詳細(xì)的結(jié)果信息。JointProbe:第30頁/共31頁第29頁/共31頁RigidDynamicP