ADAMS柔性體-剛?cè)狁詈夏K

一、         ADAMS柔性體理論

1、 ADAMS研究體系：

a）剛體多體系統(tǒng)（低速運動）

b）柔性多體系統(tǒng)（考慮彈性變形，大輕薄，高速）

c）剛?cè)狁詈隙囿w系統(tǒng)（根據(jù)各個構(gòu)件情況考慮，常用普遍仿真類型）

大部分仿真分析都采用的是剛性構(gòu)件，在受到力的作用不會產(chǎn)生變形，現(xiàn)實中把大部分構(gòu)件當(dāng)做剛性體處理是可以滿足要求的，因為各個零件之間的彈性變形對于機(jī)構(gòu)各部分的動態(tài)特性影響微乎其微。

但是需要考慮構(gòu)件變形，變形會影響精度結(jié)果，需要對構(gòu)件其應(yīng)力大小和分布以及載荷輸出研究的時候，以及薄壁構(gòu)件，高精密儀器部件等，則需要當(dāng)做柔性體對待，這樣計算結(jié)果會準(zhǔn)確一些。對于柔性體機(jī)構(gòu)，變形對動態(tài)影響起著決定性作用，剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)約束的添加必須考慮各個零部件之間的連接和受力關(guān)系，更可能還原實際工況，從而使模型更真實還原。

2、 柔性體

柔性體是由模態(tài)構(gòu)成的，要得到柔性體就需要計算構(gòu)件的模態(tài)。柔性體最重要的假設(shè)就是僅考慮了相對于連體坐標(biāo)系得曉得線性變形，而連體坐標(biāo)系同時也在做大的非線性運動。

對于柔性體變形，模態(tài)中性文件必然存在某一些模態(tài)不響應(yīng)，沒有參與變形或者變性太大，參與系數(shù)非常小，比如前六階或者不正常的階數(shù)，如果去掉貢獻(xiàn)較小的模態(tài)階數(shù)，便可以提高仿真的效率。

…………

3、 模態(tài)

談到柔性體，就必然脫不了模態(tài)的概念，構(gòu)件的模態(tài)是構(gòu)件自身的一個物理屬性，一個構(gòu)件一旦制造出來，他的模態(tài)就是自身的一種屬性，再將幾何模型離散成有限元模型以后，有限元模型的各個節(jié)點有一定的自由度，這樣所有的節(jié)點自由度的和就構(gòu)成了有限元模型的自由度，一個有限元模型有多少自由度，它就有多少階模態(tài)。由于構(gòu)件各個節(jié)點的實際位移是模態(tài)的按一定比例的線性疊加，這個比例就是一個系數(shù)，通常成為模態(tài)參與因子，參與因子越大，對應(yīng)的模態(tài)對于構(gòu)件變形的貢獻(xiàn)量越多，因此對構(gòu)件的振動分析，可以從構(gòu)件的模態(tài)參與因子大小來分析，如果構(gòu)建在振動時，某階模態(tài)的參與因子大，可以通過改進(jìn)設(shè)計，抑制改接模態(tài)對振動貢獻(xiàn)量，可以明顯降低構(gòu)件的振動。

利用有限元技術(shù)，通過計算構(gòu)件的自然頻率和對應(yīng)的模態(tài)，按照模態(tài)理論，將構(gòu)件產(chǎn)生的變形看作是由構(gòu)件模態(tài)通過線性計算得到的。在計算構(gòu)建模態(tài)時，按照有限元理論，首先要將構(gòu)件離散成一定數(shù)量的單元，單元數(shù)量越多，計算精度越高，單元之間通過共用一個節(jié)點來轉(zhuǎn)遞力的作用，在一個單元上的兩個點之間可以產(chǎn)生相對位移，再通過單元的材料屬性，進(jìn)一步計算出構(gòu)建的內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變。

…………柔性體模態(tài)與有限元模態(tài)區(qū)別不同？

…………約束模態(tài)？

…………正交模態(tài)？

 

ADAMS中建立柔性體的三種方法：離散柔性連接桿、ADAMS/ViewFlex模塊生成mnf文件、FEA有限元軟件輸出mnf文件

二、         離散柔性連接桿

1、定義：將一個構(gòu)件離散成幾段或者許多段小剛性構(gòu)件，每個小剛性構(gòu)件之間通過柔性梁連接，變形也只是柔性梁的變形，并不是那些剛性體的變形，剛性體上任意兩點的之間并不會產(chǎn)生位移，本質(zhì)上依舊是剛性構(gòu)件柔性連接不算真的柔性體，該方法只限于簡單構(gòu)件的使用。

2、使用方法（ADAMS軟件實例解說操作）

3、每段離散件都有自己的質(zhì)心坐標(biāo)系、名稱、顏色和質(zhì)量信息等屬性，每段離散件都是獨立的，可以分別編輯。

4、優(yōu)點：可以模仿物體的非線性變形，可以直接幫助使用者計算橫截面屬性，比直接使用柔性梁連接兩個構(gòu)件起來方便。

5、實例講解（汽車懸架橫拉桿離散柔性連接件替換原來剛性件）

 

 

 

三、         View/ Flex生成柔性體

ADAMS中柔性體使用的模態(tài)文件MNF（model neutral file），可以在Flex中生成，也可以借助有限元軟件生成，在ADAMS/View中有簡單和詳細(xì)方法，根據(jù)個人操作和實際需要可采用以下三種不同方法：簡單方法創(chuàng)建、拉伸法創(chuàng)建、構(gòu)建幾何外形創(chuàng)建。

另外可以導(dǎo)入有限元模型的網(wǎng)格文件創(chuàng)建柔性體。

1、 簡單方法創(chuàng)建（實例講解）

只需要選擇構(gòu)件、材料和計算模態(tài)階數(shù)就可，

 

2、拉伸橫截面方法創(chuàng)建柔性體（實例講解）

a）需要定義一個拉伸路徑，即拉伸中心線，最好從Z軸的負(fù)方向沿著正方向拉伸，在定義界面半徑、單元尺寸、材料屬性等，最后定義柔性體和其他構(gòu)件的連接點即外節(jié)點，橫截面沿著拉伸路徑掃略就可以創(chuàng)建一個柔性體，同時生成模態(tài)中性文件。

 

3、剛體構(gòu)件幾何外形創(chuàng)建柔性體（實例講解）

利用構(gòu)件自身的幾何外形生成柔性體是將幾何體的外形所占用的空間進(jìn)行有限元離散化，構(gòu)件可以是在ADAMS/View中建立的模型，也可以是其他三維軟件建立的導(dǎo)入的模型。首先要定義柔性件的附著點、需要在附著點附近的網(wǎng)格節(jié)點上選取適當(dāng)數(shù)量節(jié)點作為力的作用點，作用點的數(shù)量和位置根據(jù)模型精度需要來選取。最后選取的節(jié)點轉(zhuǎn)換成ADAMS的標(biāo)記ID后即可生成模態(tài)中性文件，該方法與拉伸法相比，拉伸法創(chuàng)建的柔性體是六面體單元，而幾何外形法生成的柔性體是四面體單元，一般來說六面體網(wǎng)格要比四面體網(wǎng)格好一些，因為四面體網(wǎng)格較六面體網(wǎng)格硬一些，但是拉伸法只能創(chuàng)建一些外形規(guī)則或者簡單的柔性體，但是幾何外形法沒有這個限制。

 

 4、導(dǎo)入有限元模型網(wǎng)格文件創(chuàng)建柔性體（實例講解）

    在ADAMS/Flex中Flexbodies有一個inport mesh選項，可以輸入nastran和其他有限元軟件生成的bdf、dat網(wǎng)格文件，在mesh properties中定義網(wǎng)格的材料屬性、殼單元厚度和計算的模態(tài)數(shù)目，在輸入關(guān)聯(lián)的marker點，就可以創(chuàng)建柔性體。

5、FE大變形柔性體構(gòu)件，2014后版本的新功能。

   FE（finite element）構(gòu)件相對于線性柔性體不同的兩個方面：可以準(zhǔn)確的體現(xiàn)出線性模型方法不能達(dá)到的大變形；建模不需要FEA文件，即mnf模態(tài)中性文件。具體使用參見2014版本里面的HELP。

  

注：目前ADAMS中柔性體只支持節(jié)點在5°范圍內(nèi)的小變形，并不是多大變形都能參與計算;也不支持非線性的變形，如果導(dǎo)入的mnf文件含有非線性單元，ADAMS會自動去掉那些成分；也不支持?jǐn)嗔押推扑閱栴}。

 

四、         有限元軟件輸出mnf文件

利用有限元軟件將構(gòu)件離散成細(xì)小的網(wǎng)格進(jìn)行模態(tài)計算，并將模態(tài)計算結(jié)果保存成MNF文件，多數(shù)有限元軟件都與ADAMS有連接接口，利用ANSYS與ADAMS雙向數(shù)據(jù)接口可以方便的處理柔性部件對機(jī)械系統(tǒng)的影響，并得到基于精確動力學(xué)仿真結(jié)果的應(yīng)力應(yīng)變分析結(jié)果。

 

1、 ADAMS與ANSYS幾何模型互導(dǎo)（軟件實際操作演示）

這里介紹幾何模型的導(dǎo)入導(dǎo)出，例如復(fù)雜模型要導(dǎo)出單個零件到有限元模型中去做柔性體，file-export-選擇要導(dǎo)出的構(gòu)件-xmt/txt格式，軟件中parasoild格式被稱為萬能格式，個人覺得也很好用，另外ANSYS中的模型怎么導(dǎo)出幾何模型等問題。

2、 ANSYS輸出mnf文件（剛性區(qū)域法mass、蜘蛛網(wǎng)法beam、梁單元法）

從CAE軟件輸出mnf文件有很多都可以，目前大部分都支持，如ABAQUS/hypermesh/ANSYS等，本案例主要用ANSYS作為對象生成mnf文件。

現(xiàn)在ANSYS-ADAMS接口節(jié)點的選擇有三種方式： 

a). 剛性區(qū)域法 （推薦學(xué)習(xí)資料：

http://wenku.baidu.com/view/7b55f1de6f1aff00bed51e49.html?re=view）

在要建立接口節(jié)點的地方建立關(guān)鍵點（keypoint），并賦屬性MASS21屬性，mesh關(guān)鍵點，然后建立剛性區(qū)域；

 b). 蜘蛛網(wǎng)法 （推薦使用此方法，實例講解）

            在要建立接口節(jié)點的地方建立節(jié)點（直接建立節(jié)點就行，沒有必要用MASS21），用該節(jié)點與對應(yīng)的節(jié)點創(chuàng)建梁單元（beam188），之所以稱為蜘蛛網(wǎng)法，是因為一個主節(jié)點發(fā)散到周圍的很多節(jié)點建立梁單元，看起來就像蜘蛛網(wǎng)一樣;

 c). 梁單元法 （不建議使用）

            在要建立接口節(jié)點的地方建立節(jié)點，然后用該節(jié)點與某一個節(jié)點創(chuàng)建一個梁單元。  

三種方法中，第二種是是ANSYS優(yōu)選的，第三種是不推薦的。從圖中看出第三種方法傳遞力的特性是比較差的，但是比第二種方法簡單，不過要使用第二種方法的話，建議使用宏命令或者命令流。第一種方法比較容易出錯，剛性區(qū)域要反反復(fù)復(fù)地的建立刪除，目前大部分網(wǎng)上資料都是用剛性區(qū)域法，不過還是建議用蜘蛛網(wǎng)法。 

 

3、 ANSYS Help蜘蛛網(wǎng)法命令流解說演示（實例講解）

針對ANSYS Help里面的蜘蛛網(wǎng)法輸出mnf文件的案例，做分布操作演示，以及命令流的使用解釋。

4、 ANSYS輸出mnf文件Y一般錯誤原因解釋以及解決辦法。

a). Unable to open file genCMS.mode.  Unit 46 is already in use.  Please     send your data to your ANSYS Technical Support Provider.   

這個讓ANSYS軟件犯傻的問題，具體是怎么回事，怎樣解決我也不知道。但是在我確信我的模型沒有問題后，它還是這樣報錯，實在是沒有辦法了。有那找技術(shù)支持的時間，還不夠重啟軟件一次ANSYS？重啟之后果然沒有這種錯誤了；不知這是解決方法，還是巧合。  

b). Negative pivot encountered. This is  likely caused by insufficient displacement constraints or improper master dof selection to avoid rigid body motion of the superelement region currently selected 

以及：superelement file subelem.sub is not available. 

這種錯誤一般都是模型的連接有問題，特別是裝配體，中間可能有自由的零部件，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不能正常的傳遞力。另外就是模型中可能存在獨立的節(jié)點（不在任何單元上的）；  

c). the number of modes expected (66)does not match the number found(61).Most likely, the model  has errors or there were more modes requested than exist. Please review the Prior modal  solution for warnings 

這個問題應(yīng)該先明白ANSYS中Number of Modes to exatract 中的值X 、選取的接口節(jié)點個數(shù)Y與ADAMS中看到的柔性性的模態(tài)數(shù)量Z的關(guān)系: Z=6×Y+X； 

我的一個模型剛開始的時候我設(shè)置的X=6，選取了接口節(jié)點Y=8，然后就總是出現(xiàn)上面的報錯，后面我減少了接口節(jié)點的個數(shù)，只選了三個，就沒有報錯了。這個方面我認(rèn)為是能少選就少選，選得越多計算時間越長，越到高階的模態(tài)對計算的結(jié)果影響也越少，到ADAMS中還得關(guān)閉一些高階模態(tài)，所以能少則少！

5、 有限元軟件輸出的mnf文件是否正確

生成mnf文件后的模態(tài)振型和頻率與原始模態(tài)振型和頻率的對比

 

五、         mnf文件的使用

1、 ADAMS Flex對mnf文件的詳細(xì)查看（實例解說）

無論是ADAMS中生成的mnf，還是有限元生成的mnf文件，都可以利用ADAMS/Flex模塊進(jìn)行查看，包括Flex工具箱的說明和優(yōu)化器，有關(guān)輸出的版本信息、文件頭、單位、精度、輸出節(jié)點、頻率等

2、 柔性體mnf文件的替換和使用（實例解說）

如何導(dǎo)入mnf文件，如何將柔性體替換成剛性體，如何將柔性體替換成柔性體，以及柔性體柔性體替換

3、 柔性體mnf文件的編輯（實際軟件操作解說）

對于柔性體的編輯與剛體的編輯差別很大，對于ADAMS中柔性體計算最重要的部分，需要用到哪些模態(tài)階數(shù)參與計算，對還整個柔性或者剛?cè)狁詈嫌泻艽蟮挠绊懀ㄈ嵝泽w的阻尼和有效性、名稱位置、初始狀況及速度、模態(tài)初始狀況等等。

4、 ADAMS虛構(gòu)件（啞體）的使用（實例操作演示）

在將柔性體導(dǎo)入ADAMS中后，需要將柔性體和其他剛性體或者柔性體之間建立運動副約束關(guān)系以及施加載荷等。如果直接使用柔性體與剛性體建立關(guān)系，由于理論條件限制和其他因素考慮，例如時間無限長以至于計算不出來，運動仿真不運行等。這時候需要構(gòu)件一個虛構(gòu)件，也有叫啞物體。意思就是建立一個和導(dǎo)入的柔性體一樣或者類似的剛體構(gòu)件，將剛體構(gòu)件的的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量信息置0，然后將柔性體與剛性體固定在一起，其應(yīng)該在柔性體上的運動副、約束和載荷都定義在虛構(gòu)件上。

 

六、         剛?cè)狁詈戏治?/a>后節(jié)點應(yīng)力應(yīng)變信息查看

1、     ADAMS中危險節(jié)點以及節(jié)點應(yīng)力應(yīng)變報告信息（實例演示）

在ADAMS進(jìn)行剛?cè)狁詈戏治鲆院螅趺床榭慈嵝泽w中危險節(jié)點，以及某一些節(jié)點的的應(yīng)力應(yīng)變信息，這就要用到Durability和后處理模塊，首先條件是不管是在adams還是CAE軟件在生成mnf文件的時候，必須選擇輸出應(yīng)力應(yīng)變的選項，這樣后面才有結(jié)果。以報告report的形式顯示。

2、柔性體載荷導(dǎo)出，在CAE有限元軟件計算獲得受力狀況及云圖顯示（實例演示）

   ADAMS只能顯示應(yīng)力應(yīng)變的數(shù)值信息，生成報告，需要查看受力情況和云圖顯示，則需要將柔性體載荷文件導(dǎo)出，ADAMS支持模型中的剛性體和柔性體的動態(tài)載荷信息輸出道FEA程序中，再在CAE軟件中計算，來查看受力狀況和云圖顯示。同樣本案例以ANSYS軟件進(jìn)行操作演示。

本案例配備視頻地址：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c10230