Flex Body Contact in ADAMS

摘要

描述了采用C++求解器計算柔性體接觸的方法。Fortran 求解器不支持柔性接觸。3D柔性接觸在MD R3這個版本中首次引進。這個版本僅支持使用solid單元的柔性體接觸。MD R4版本將會支持使用shell單元的2D及3D柔性接觸。

1 介紹

柔性體的接觸公式是以柔性體是模態(tài)文件為基礎的。基于此，通過模態(tài)疊加可以計算出仿真過程中的節(jié)點位置。探測接觸區(qū)域的方法與剛性接觸一樣。MNF文件中的三角單元被用作是幾何面。IMPACT方法用來計算接觸力，然后映射到柔性體的模態(tài)空間，模態(tài)應力恢復技術可以用來顯示柔性體表面的應力結(jié)果。

2 接觸運動學

在所有的接觸中（剛性或者柔性，2D或者3D），都需要測量幾何之間的嵌入深度，將這個輸入給IMPACT函數(shù)，然后輸出力。柔性接觸不支持POISSON方法。

在柔柔接觸中，幾何是由表面節(jié)點定義的。柔性體表面嵌合為三角形，這樣能夠使用Adams中的Rapid Geometry Engine。三角形單元的頂點就是FE 網(wǎng)格的節(jié)點。當柔性體發(fā)生接觸，將會有交叉的體積（可能會有多個，每個單獨的體積被稱為incident）。有力作用的節(jié)點就是交叉體積表面的節(jié)點。交叉體積之外的節(jié)點是沒有力作用的。剛?cè)峤佑|更簡單，因為剛體上不需要節(jié)點。

交叉體積的每個節(jié)點都進行嵌入深度的計算，并不是認為所有節(jié)點的深度都是相同的。在一個特定的交叉幾何中，作用在節(jié)點上的接觸法向力的方向都是相同的。這樣假設是因為大多數(shù)情況確實是相同的，對于不是相同的情況，也沒有去計算每個節(jié)點的法向方向。由于接觸面上節(jié)點的速度比較容易計算，每個節(jié)點可能有獨自的接觸摩擦力。

柔性體接觸（剛體接觸也是）不允許自接觸。Adams中的柔性體是基于線性疊加假設，通常不會有那么大的變形。Linear Limit Check可以用來檢查是否超過變形假設。

當存在自接觸時，需考慮模型簡化或者其他技術。比如，螺旋彈簧的模擬可以將其分為多個片段。

3 接觸力

在Adams中的所有力的元素中，都將分為部件I和部件J。在剛?cè)峤佑|中，柔性體是部件I，在柔柔接觸中，哪個部件都可以是部件I。

部件I上每個節(jié)點作用力都有個法向分量及摩擦分量。法向分量的方向都是一樣的，大小可能不同。摩擦力分量可能有不同的方向及大小。

部件I上在這個incident上的力就是這個區(qū)域所有節(jié)點的力的和。這個力（相反方向）將會按照接觸深度分布在部件J上。這樣保證了力的大小相等及方向相反。也允許部件I及部件J上的作用節(jié)點數(shù)量不同。

對于柔性體，力是通過MFORCE作用的。對于柔柔接觸，部件I與部件J都會產(chǎn)生MFORCE；對于剛?cè)峤佑|，部件I創(chuàng)建了MFORCE，部件J是GFORCE。

支持ACTIVATE及DEACTIVATE。

4 應用

柔性體接觸是為了用戶更好的研究系統(tǒng)運動。柔性體的幾何自動從MNF文件中獲取，接觸探測通過“bounding box”技術，從而不用用戶考慮哪里可能會發(fā)生接觸，這樣使得建模非常簡單。

應用案例包括滾動及滑動接觸（齒輪、支柱、臂架等）。汽車里面可以考慮制動系統(tǒng)（全柔的制動盤、墊、爪）及板簧的建模。

用戶可以進行“what-if”研究。用戶可以通過將柔性體轉(zhuǎn)換為剛體進行接觸切換，并不需要重新指定。

5 后處理及應力恢復

XRF文件可以用老存放Node Incidents，用戶可以控制是否保存Contact Incidents或者Node Incidents。可以進行接觸力或者節(jié)點作用力的查看。

盡管柔性體接觸使用了模態(tài)方法，并不適合詳細的應力分析，但是用戶可以在Adams進行應力恢復。需要注意的是模態(tài)應力恢復需要對應的模態(tài)，因此用戶需要保證足夠的模態(tài)，來保證準確的結(jié)果。

可以使用FEMDATA語句。FEMDATA可以從Adams中生成作用工況，從而在有限元軟件中進行應力恢復。Contact Incidents（或者Node Incidents）會被寫入FEMDATA。