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Ansys Motion等速万向节刚柔耦合动力学仿真方案
时间:2024-02-27 19:02 点击次数:108

  分析,需外接有限元求解器来求解结构变 形,因此用户体验割裂感较强,且额外的有限元求解器也增加了实际成本。Ansys Mo

  on集成了多体求解器和基于有限元柔性体的结构求解器,将刚体和不同类型柔性体结合在同一系统中,求解中结合全局坐标系和相对坐标系概念,让刚柔耦合仿真达到以前难以实现的便捷程度。Ansys Motion 支持节点柔性体和模态柔性体,对求解大自由度、大变形、非线性材料(超弹性材料)、高速运动以及边界条件发生剧烈变化的非线性接触问题有独特优势,Motion 针对不同应用场景开发多个接触模型(刚体-刚体,刚体-柔性体,柔性体-柔性体),利用隐式积分算法和专用于刚柔混合系统定制的稀疏矩阵,在求解非线性问题时保证了仿真结果的稳定和精度,完善的解决了传统动力学分析仿真结果收敛困难的痛点。

  本文将介绍利用AnsysMotion进行等速万向节模型动力学仿真,重点介绍在motion中建立万向节模型的刚柔耦合动力学模型的步骤,在同一系统中同时使用节点柔性体和模态柔性体,从而提高求解效率。

  al界面下运行,另一个是Motion独立版本,用户可根据习惯选择熟悉版本,本文以Motion独立版为例进行介绍。2.1 导入几何模型

  ,可以将几何模型导入/替换Motion pre中的模型,可以自动打开Motion独立版界面。等速万向节由内/外滚道,保持架,轴,滚珠等组成

  几何模型修改,边缘可能会产生意想不到的噪音,可能会对球和内/外滚道之间的接触产生不良影响。

  本次分别建立全刚体模型和刚柔耦合模型进行动力学分析,全刚体和刚柔耦合模型,根据柔性体节点数量,其在求解时间上差别很大,用户可根据需要选择适合的类型。如下所示,case1为全刚体模型,case2将保持架设为节点柔性体,case3将保持架,内滚道节点柔性体,将输入轴设为模态柔性体,考虑其变形和应力情况。

  分别在滚珠与内/外滚道,保持架;保持架与内/外滚道之间定义通用接触General contact;先定义参与接触的面集faceset→定义通用接触General contact

  facet尺寸对接触计算有较大影响,需保持表面网格均匀光滑。但是,过细的表面网格会增加检测接触面的时间。

  采用自动网格法(六边形为主)对笼体进行网格划分,通过手动调整网格,可以提高笼体的网格质量。Tips: 确保网格线与CAD几何图形一致。(在进行啮合工作时,CAD几何图形可能会扭曲(调整大小),并可能导致接触不稳定。(引起意外的初始接触力)

  选择Surface Smoothing时,根据几何实际情况建议使用No Smoothing或Smoothing,尽量不使用automatic;“no smoothing”选项使求解器使用在界面边缘有不连续切平面的原始facet。如果相邻两个切面的切平面的不连续很小,则使用此选项是很好的。“smoothing”选项使求解器使用高阶多项式曲面,以避免相对角度较大的两个相邻切面的切平面不连续。“自动”选项计算两个相邻切面的相对角度,仅当两个相邻切面的相对角度较大时,才应用高阶多项式曲面。

  保持架,滚珠,外滚道与内滚道之间通过定义部件接触传递运动;如下图所示,在模型中添加移动副,圆柱副,等速万向节和标量力;

  求解器相关设置,求解时间:0.8s,输出步长:2400。SolverType: Super,当系统没有不连续接触的问题,或系统有节点有限元体并发生小变形时,其求解速度优于general求解器。

  UseFDM Jacobian:使用此选项可以通过FDM(有限微分法)计算出更精准的雅可比矩阵。如果仿真模型具有高频率和较大的接触刚度,使用此选项将增加步长,提高解决方案。

  本案例以等速传动轴为例,利用ansysmotion对等速万向节模型进行动力学建模,分别进行全刚体模型,刚柔耦合模型动力学分析,详述具体设置步骤和接触建模方法。Ansys Motion为新一代专业刚柔耦合多体动力学分析软件,可以在同一系统中同时建立刚体和柔性体模型,拥有独立motion求解器,针对不同应用场景,提供多种接触模型,对求解大自由度,高速运动,非线性接触问题优势明显。

  AnsysMotion同时支持节点和模态柔性体,并可以自由选择,节点柔心体适合大变形,非线性材料,整体和局部变形,适合所有类型柔性体,求解时间长;模态柔性体利用模态坐标适合求解小变形,线性问题,求解效率高。

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