剛體
關(guān)注創(chuàng)建者：段譽(yù) 創(chuàng)建時間：2019-10-29
剛體的視頻教程
使用剛體動力學(xué)對驅(qū)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)分析
使用剛體動力學(xué)對驅(qū)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)分析（免費(fèi)）【已結(jié)束】 直播時間：2022-07-19 19:30 本系列直播是ANSYS結(jié)構(gòu)工程師中級認(rèn)證考試的鋪面課程。 這一期我們分析使用剛體動力學(xué)對驅(qū)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)分析的案例。 通過本次涉及如下知識點(diǎn)： 1. 連接 Joints； 2. 連接荷載 Joint loads； 3. 彈簧 Springs； 4.
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ANSYS/LS-dyna土壤切割、調(diào)整剛體轉(zhuǎn)動質(zhì)點(diǎn)案例
3.講解如何改變剛體默認(rèn)旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)則，定義剛體任意的旋轉(zhuǎn)中心，使刀具平動、轉(zhuǎn)動同時進(jìn)行。 4.輸出刀具的荷載時間曲線等后處理。 5.土壤材料選用Mat_147，可更換不同材料參數(shù)完成其他材料的切割。
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剛體的實(shí)例教程
在前段時間用ABAQUS模擬沖擊中，看文獻(xiàn)中描述沖擊錘以及邊界支座多采用剛體模擬。上網(wǎng)搜索了一下，剛體模型一般用于接觸分析中，由于剛體運(yùn)動是由一個積分點(diǎn)控制，相比變形體，計算成本會低一些。而ABAQUS中提供了2種剛體類型：離散剛體和解析剛體，二者有一些共同點(diǎn)也有不同點(diǎn)，下面將對比介紹一下。
相同點(diǎn)
1. 離散剛體與解析剛體都是通過一個參考點(diǎn)來控制剛體的運(yùn)動，計算時只是在參考點(diǎn)上積分，而剛體的外形只是用于判斷接觸面。
2. 在Part或者Property模塊中，通過Tool---Reference Point來指定參考點(diǎn)；在Property模塊中，通過Special---Inertia來設(shè)置積分點(diǎn)上的質(zhì)量或者轉(zhuǎn)動慣量；在Load中，邊界條件、荷載以及速度均施加在這個參考點(diǎn)上。
3. 二者均不需要賦予材料屬性和截面屬性。
不同點(diǎn)
1. 建模方面
二者可創(chuàng)建的形狀有一定差異。離散剛體可創(chuàng)建的形狀與變形體一樣，能夠創(chuàng)建復(fù)雜一些的形狀。二維離散剛體可創(chuàng)建wire和point，三維離散剛體可創(chuàng)建solid、shell、wire和point。
但需要注意，離散剛體中只有shell和wire類型才能設(shè)置為剛體單元類型，如果是solid類型，在Instance模塊將無法創(chuàng)建Instance，出現(xiàn)如下提示：
所以在創(chuàng)建solid的離散剛體后，需要通過在Part模塊中Shape---Shell---From Solid，將solid轉(zhuǎn)為shell類型。
而解析剛體中，二維模型只能使用wire，三維模型只能用殼體的拉伸和旋轉(zhuǎn)。
2.
展開 剛體是指在運(yùn)動中和受到力的作用后，形狀和體積都不發(fā)生變化的物體，不管是否受力，內(nèi)部各點(diǎn)之間的相對位置保持不變，也就是說剛體不發(fā)生變形。現(xiàn)實(shí)世界中，絕對的剛體實(shí)際上是不存在的，只是一種理想模型，因為任何物體在受力作用后，都或多或少地發(fā)生變形，如果變形的程度相對于物體本身幾何尺寸來說極其微小，在研究物體運(yùn)動時變形就可以忽略不計。
剛體在空間的位置必須根據(jù)剛體中任一點(diǎn)的空間位置和剛體繞該點(diǎn)轉(zhuǎn)動時的位置來確定，所以剛體在空間有六個自由度：三個平動和三個轉(zhuǎn)動。平動時，剛體上任意一條直線始終平行于它們初始的位置。轉(zhuǎn)動時，剛體內(nèi)各質(zhì)元繞同一直線做圓周運(yùn)動。剛體任何復(fù)雜的運(yùn)動，都是這兩種基本運(yùn)動的疊加。
1
什么是剛體慣性參數(shù)
剛體慣性參數(shù)是指質(zhì)心位置（三個方向的坐標(biāo)）和轉(zhuǎn)動慣量（六個分量：三個轉(zhuǎn)動慣量和三個慣性積），以及可以將轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)換為主轉(zhuǎn)動慣量和慣量主軸方向。如某個結(jié)構(gòu)的剛體慣性參數(shù)如表1所示。
展開 上一期我們介紹了ABAQUS中離散剛體和解析剛體，其實(shí)除了通過在Part部分定義剛體部件的方式外，還可通過剛體約束來實(shí)現(xiàn)剛體的模擬，這個也有朋友在上一期的文章留言中提到，今天就來介紹一下剛體約束的定義方式。
剛體約束，顧名思義是在Interaction模塊中定義約束，基本思路是在組裝好的模型中通過一個參考點(diǎn)來約束控制一個區(qū)域的自由度。詳細(xì)操作如下：
1
進(jìn)入Interaction模塊，點(diǎn)擊Create Constraint，選擇Rigid body，點(diǎn)擊Continue。
2
進(jìn)入Edit Constraint界面，如下圖所示。
3
在Rigid type中點(diǎn)擊選擇需要定義約束的目標(biāo)類型。
Body類型為選擇剛體約束中被約束的幾何區(qū)域或單元；
Pin為鉸接約束，在被選擇的剛體區(qū)域中，節(jié)點(diǎn)只具有平動自由度，旋轉(zhuǎn)不受約束；
Tie類型中，剛體區(qū)域的節(jié)點(diǎn)的平動和轉(zhuǎn)動自由度均被約束住；
Analytical Surface則是配合解析剛體來定義相關(guān)的解析面。
4
選擇被約束區(qū)域的類型后，點(diǎn)擊右側(cè)的箭頭，選擇剛體約束中被約束的區(qū)域，可以是一個Part，也可是已經(jīng)提前定義好的set或surface區(qū)域。
5
在Reference Point中點(diǎn)擊箭頭，選擇剛體約束中的控制點(diǎn)，該點(diǎn)需提前通過Create Reference Point功能定義好控制參考點(diǎn)。
展開 二維模型中, 如果某個實(shí)體上沒有任何邊界條件，則在3個自由度（U1,U2,UR3）上可以出現(xiàn)剛體位移，所以每個實(shí)體需要至少3個接地彈簧，且不能在同一個節(jié)點(diǎn)上，安全的做法是，在兩個不同節(jié)點(diǎn)上分別定義自由度1,2上的接地彈簧，即每個實(shí)體4個接地彈簧. 注意實(shí)體單元沒有旋轉(zhuǎn)自由度，所以自由度4,5,6上的接地彈簧不起作用。
三維模型中, 如果某個實(shí)體上沒有任何邊界條件，則在6個自由度上可以出現(xiàn)剛體位移，所以每個實(shí)體需要至少6個接地彈簧，且不能在同一個節(jié)點(diǎn)上，安全的做法是，在三個不同節(jié)點(diǎn)上分別定義自由度1,2,3上的接地彈簧，即每個實(shí)體9個接地彈簧。
另外一種消除剛體位移的方法是，不是用接地彈簧，而是在step
1中在可能出現(xiàn)剛體位移的實(shí)體的某個區(qū)域上定義臨時的固支邊界條件，step 1結(jié)束后，接觸和摩擦關(guān)系已經(jīng)完全建立起來，就可以在后面的step中再去掉這些固支邊界條件。
注意上述方法的適用范圍是：
不確定的剛體位移最終是靠模型中的接觸關(guān)系來消除，彈簧或臨時的固支邊界條件只是暫時起作用。可能的話，盡量還是要讓每個部件在每個自由度上都有足夠的邊界條件（例如利用對稱性），否則可能出現(xiàn)收斂問題。
來源：有限元在線的博客，版權(quán)歸作者所有。
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剛體的最新內(nèi)容
剛?cè)狁詈吓c多學(xué)科集成能力
· 獨(dú)創(chuàng)混合建模架構(gòu)，可同時模擬剛體（齒輪、連桿）的剛性運(yùn)動與柔體（殼體、軸類）的彈性變形，捕捉微米級變形與大幅度運(yùn)動的耦合效應(yīng)，適配精密機(jī)械、航空航天等高精度場景。
因此，總變形梯度被分解為彈性/剛體轉(zhuǎn)動部分、熱變形部分和塑性變形部分。
在本構(gòu)層面，作者保留了 FCC 晶體的 12 個 {111}<110> 滑移系，并采用冪律型滑移率方程描述率相關(guān)塑性流動。
一鍵生成的剛體承載支座包含 125×75mm 的矩形窗口，有限元模型中通過約束支座參考點(diǎn)實(shí)現(xiàn)固定。層合板四邊的約束條件設(shè)置為非完全固支：約束面內(nèi)位移 U1、U2 以及三個轉(zhuǎn)動自由度 UR1、UR2、UR3，但釋放法向位移 U3，從而還原靶板在沖擊載荷下的實(shí)際彎曲變形形態(tài)。
基于LS-DYNA軟件，巖石采用近場動力學(xué)方法建模，滾刀為剛體，參考文獻(xiàn)如下
復(fù)現(xiàn)模擬
采用LS-DYNA軟件，模型為二維，滾刀為剛體，巖石使用RHT本構(gòu)
基于LS-DYNA軟件，刀盤為剛體，旋轉(zhuǎn)破巖，巖石采用DEM方法構(gòu)建，可實(shí)現(xiàn)刀盤磨損預(yù)測
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<p>基于LS-DYNA軟件，刀盤為剛體，旋轉(zhuǎn)破巖，巖石采用SPH、SPG方法構(gòu)建</p><figure style="text-align: center;"><figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202605/attachment/342f29764a6147cc8f8b59dbbd623855
STAR模塊作為Ansys與Zemax的核心接口，可準(zhǔn)確追蹤FEA數(shù)據(jù)集，將包含剛體位移的面型數(shù)據(jù)分配至對應(yīng)光學(xué)表面，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形與光學(xué)性能的直接關(guān)聯(lián)。通過Zemax模擬溫度載荷下的鏡頭離焦量，輸出調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）曲線（如圖3所示），直觀評價成像質(zhì)量。
<p><span style="color: rgb(25, 25, 25);">基于LS-DYNA軟件，刀盤為剛體，巖石為c30混凝土（CSCM本構(gòu)），刀盤滾動為強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)</span></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center"><figure class="figure-image" contenteditable
<p>基于LS-DYNA軟件，刀盤為剛體，巖石為采用JH2本構(gòu)，刀盤滾動依靠強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)</p><p><br></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https:
