最近有不少工程師朋友和我們分享CAE的經驗和知識,把在平時工作中關于CAE仿真的感悟、心得和技巧通和大家分享，下面是一篇來自石油機械研究院李新年的文章，文中對ANSYS中MBD多體技術的實際應用有著非常好的見解，是一篇非常值得我們借鑒的好文。

 

高速往復活塞式壓縮機其活塞運動速度高，曲軸轉速達1000rpm，結構復雜，活塞桿的最大載荷可達十幾噸。如大功率、大排量天然氣壓縮機為六列活塞對稱布置，雖然活塞成對組成，受力平衡對稱，但活塞對曲軸的作用點不同，且每列活塞桿的作用力的大小不同，各自呈周期性變化。就對曲軸來說，其受力就比較復雜，在一個轉動周期內，各列活塞的作用力大小方向，跟隨時刻發生變化。用單純的靜態幾何結構進行應力校核計算比較復雜。故需要用剛柔耦合仿真來分析，對運動件進行至少一個周期的時程剛柔耦合求解，來觀察運動件受力變化情況及最大應力、應變區域，更為準確地仿真壓縮機運動件的受載情況，進而驗證其設計性能。

 

剛體動力學軟件Recurdyn與Ansys軟件的技術融合，能在Ansys MBD模塊中進行剛體分析，并提取每個時刻步的載荷進行強度分析，也可轉到Recurdyn View中來提取各件的運動曲線和其它動力學特性曲線。

 

在Ansys軟件中對多剛體的動力心關系設置完后，進行求解，導出sdk格式，轉入到Recurdyn軟件中進行剛柔混合時程分析，求出一個周期內零件的等效應力變化情況，同時找出零件等效應力最大的時刻值。

 

在對稱布置的二級六列活塞壓縮機中，針對二級二列連桿進行仿真分析，在Recurdyn軟件中，通過觀查一個周期內連桿的最大應力值變化情況，可以找到期間的最大值122.81MPa對應的時刻為0.0845秒，如下圖

 

圖1 二級二列連桿在運動過程中的應力變化

 

還回到ansys軟件中，在MBD模塊選取二級二列那個連桿實體，再選取(Time Instant for Load Transfer)瞬時時刻點（time=0.0845 sec）來提取載荷。

 

Ansys系統會自動建立LT Time Instant=0.0845 sec時刻的靜力結構分析模塊流程，進入Model界面中，點擊LoadTransfer選擇 Set FE Boundary Cond來加載上面提取的實體和載荷信息，導入到分析步中。再對連桿進行有限元網格劃分，靜態結構求解結果，如下圖

 

圖2 二級二列連桿在0.0845秒時等效應力云圖

 

最大應力值為124.42MPa，這一結果與Recurdyn所計算的結果相差不大，位置也大致相同。

 

綜述，利用Ansys和Recurdyn軟件進行運動結構件的動力學和有限元聯合仿真分析，能更好地驗證結構零件設計的有效性。

 

通過Recurdyn軟件的剛柔耦合分析可以得到運動零件在整個運動周期的應力變化與運動情況，可以動態觀察零件在運動過程中的應力變化，同時可以對所關注的部位進行特別關注，可對應力突變的部位和時刻進一步用有限元的方法進行校核。