剛體的案例
ABAQUS中離散剛體與解析剛體對比
在前段時間用ABAQUS模擬沖擊中，看文獻中描述沖擊錘以及邊界支座多采用剛體模擬。上網搜索了一下，剛體模型一般用于接觸分析中，由于剛體運動是由一個積分點控制，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，二者有一些共同點也有不同點，下面將對比介紹一下。
相同點
1. 離散剛體與解析剛體都是通過一個參考點來控制剛體的運動，計算時只是在參考點上積分，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；在Property模塊中，通過Special---Inertia來設置積分點上的質量或者轉動慣量；在Load中，邊界條件、荷載以及速度均施加在這個參考點上。
3. 二者均不需要賦予材料屬性和截面屬性。
不同點
1. 建模方面
二者可創建的形狀有一定差異。離散剛體可創建的形狀與變形體一樣，能夠創建復雜一些的形狀。二維離散剛體可創建wire和point，三維離散剛體可創建solid、shell、wire和point。
但需要注意，離散剛體中只有shell和wire類型才能設置為剛體單元類型，如果是solid類型，在Instance模塊將無法創建Instance，出現如下提示：
所以在創建solid的離散剛體后，需要通過在Part模塊中Shape---Shell---From Solid，將solid轉為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。
2.
展開 ABAQUS中剛體約束介紹
上一期我們介紹了ABAQUS中離散剛體和解析剛體，其實除了通過在Part部分定義剛體部件的方式外，還可通過剛體約束來實現剛體的模擬，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來約束控制一個區域的自由度。詳細操作如下：
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進入Interaction模塊，點擊Create Constraint，選擇Rigid body，點擊Continue。
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進入Edit Constraint界面，如下圖所示。
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在Rigid type中點擊選擇需要定義約束的目標類型。
Body類型為選擇剛體約束中被約束的幾何區域或單元；
Pin為鉸接約束，在被選擇的剛體區域中，節點只具有平動自由度，旋轉不受約束；
Tie類型中，剛體區域的節點的平動和轉動自由度均被約束住；
Analytical Surface則是配合解析剛體來定義相關的解析面。
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選擇被約束區域的類型后，點擊右側的箭頭，選擇剛體約束中被約束的區域，可以是一個Part，也可是已經提前定義好的set或surface區域。
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在Reference Point中點擊箭頭，選擇剛體約束中的控制點，該點需提前通過Create Reference Point功能定義好控制參考點。
展開 什么是剛體慣性參數？
剛體是指在運動中和受到力的作用后，形狀和體積都不發生變化的物體，不管是否受力，內部各點之間的相對位置保持不變，也就是說剛體不發生變形。現實世界中，絕對的剛體實際上是不存在的，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，在研究物體運動時變形就可以忽略不計。
剛體在空間的位置必須根據剛體中任一點的空間位置和剛體繞該點轉動時的位置來確定，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。轉動時，剛體內各質元繞同一直線做圓周運動。剛體任何復雜的運動，都是這兩種基本運動的疊加。
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什么是剛體慣性參數
剛體慣性參數是指質心位置（三個方向的坐標）和轉動慣量（六個分量：三個轉動慣量和三個慣性積），以及可以將轉動慣量轉換為主轉動慣量和慣量主軸方向。如某個結構的剛體慣性參數如表1所示。
展開 快速處理模型中的剛體位移
二維模型中, 如果某個實體上沒有任何邊界條件，則在3個自由度（U1,U2,UR3）上可以出現剛體位移，所以每個實體需要至少3個接地彈簧，且不能在同一個節點上，安全的做法是，在兩個不同節點上分別定義自由度1,2上的接地彈簧，即每個實體4個接地彈簧. 注意實體單元沒有旋轉自由度，所以自由度4,5,6上的接地彈簧不起作用。
三維模型中, 如果某個實體上沒有任何邊界條件，則在6個自由度上可以出現剛體位移，所以每個實體需要至少6個接地彈簧，且不能在同一個節點上，安全的做法是，在三個不同節點上分別定義自由度1,2,3上的接地彈簧，即每個實體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中在可能出現剛體位移的實體的某個區域上定義臨時的固支邊界條件，step 1結束后，接觸和摩擦關系已經完全建立起來，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），否則可能出現收斂問題。
來源：有限元在線的博客，版權歸作者所有。
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離散剛體與解析剛體
解析剛體與離散剛體.pdf
abauqs-剛體釋義 ￥3
剛體分類。
剛體計算優勢。
剛體設定。
剛體約束
剛體轉動問題總結
以下兩個文件是用ansys命令流寫的，因為關于轉動的k文件在“關于剛體轉動的問題”這個主題里面已經討論的很清除了，相信有很多人都是用ansys做前處理和后處理的，所以即使看懂了k文件，也未必就知道用ansys的前處理怎么來實現。關于剛體轉動，主要要注意以下幾點：
1. 如果是繞自己的質心轉動，那很簡單，不用設轉動慣量和轉動軸，因為ls-dyna默認就是繞著質心轉動的。
2.如果是繞任意軸轉動，那么就必須設新的質心center、慣性張量和轉動軸。這主要是用edlcs和edipart兩個命令來實現，前一個設轉動軸，后一個設center和慣性張量，關于慣性張量可以用solidworks來計算（wswu在那個主題曾提到這個方法），當然慣性張量也可以自己估算,如果質量體相對坐標軸比較遠就可以把質量體當作集中質量，比如計算IXY=m*x*y(x和y是把質量中心投影到xy平面后的那個點距x和y的距離）。有人曾提到慣性張量可以隨便給，當然隨便給可能能算出結果來，但是那個結果可能并不是你所想要的結果，所以，如果是針對課題，這些東西不妨花點時間，弄出一個確定的值。
其實也沒有什么太多要注意的，以上兩點都做好了，你肯定就ok了。
我這兩個文件借助了iamaxelong提出的用剛體帶動彈性體的方法，因為iamaxelong老大那個ansys命令流貼在網頁上被弄了一些亂碼在里面，復制過來之后要做大量的修改，而且分析所需要的時間太長，所以我這里整了一個特別簡單的例子，我的電腦分析只需要1分鐘，可以幫助你快速看到分析的結果，相信即使比我還菜的人也能很快了解剛體轉動的問題啦。
rota.rar
rigidrot.rar
展開 HyperMesh中進行Abaqus剛體屬性設置
在做仿真任務時，經常會遇到定義剛體的情況，本文針對在hypermesh、Abaqus求解器下的剛體設置進行說明，
首先創建模型，進行網格劃分，修改單元類型，四邊形網格單元類型修改為R3D4,三角形單元類型修改為R3D3;
更新單元類型后創建剛體屬性，屬性類型選擇RIGID_BODY
設置剛體參考點為模型上任意一點
選擇剛體的單元集合為零件comps
設置好如下所示：
復合材料失效脫粘分析鏈接：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c14492
后處理教程鏈接：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c14395
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展開 總結的多剛體系統運動學與動力學(含雙足步行機器人 ）
多剛體系統運動學與動力學.part5.rar
多剛體系統運動學與動力學.part1.rar
多剛體系統運動學與動力學.part2.rar
多剛體系統運動學與動力學.part3.rar
多剛體系統運動學與動力學.part4.rar
基于ANSYS WORKBENCH中的裝配體中的剛體處理技術
ANSYS WORKBENCH提供的剛體設置很簡單。該剛體可以使用接觸，鉸鏈，彈簧等連接行為，對它可以施加遠程力，力矩以及遠程位移。在ANSYS內部，對于剛性桿是用一個MASS來代替的，而所有施加在其表面的作用力則會通過力的平移定理轉移到相關部位進行靜力計算。
LS-DYNA中的接觸問題（七）（氣囊接觸，邊到邊接觸，剛體接觸，總結）
剛體接觸
可以忽略變形同時所受應力不重要的部件可以通過*MAT_RIGID or *CONSTRAINED_NODAL_RIGID_BODY建為剛體。*MAT_RIGID中的彈性常數用于接觸剛度的確定，所以要設置為合理的值，一般使用鋼的參數。盡管LS-DYNA中有一些專門用于剛體的接觸（包含RIGID字樣的接觸），但是很少被用到。任何一個基于罰函數的接觸類型可以用于變形體接觸，同時也可以同于剛體接觸；實際上它們比RIGID接觸類型要更好。剛體和變形體要定義在同一個基于罰函數的接觸之中，基于約束的接觸不能用于剛體接觸。
剛體應該有一個合適的網格密度，以便于捕捉部件的幾何形狀，太過粗糙的網格會導致計算的不穩定。另一個建議是剛體接觸面上的節點間距不能比參與接觸的任何變形體更粗糙，因為這樣才會實現接觸力的合理分布。由于不計算剛體的應力和應變，因此剛體的精細網格并不會對計算產生影響。簡而言之，在剛體單元的劃分上不要太過吝嗇。
*CONTACT_ENTITY是另一種完全不同的辦法，可以定義與變形體節點相互接觸的解析剛體面。
總結
本文所有接觸類型大致可以分為四組：
Group A: Types 3, 5, 10 (SHLTHK = 0)
Group B: Types 3, 5, 10 (SHLTHK = 1)
Group C: Types 5, 13, 14, 15, 16, a3, a5, a10, 26
Group D: Types 19, 20, 21
（全文完）
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轉，基于ANSYS WORKBENCH中的裝配體中的剛體處理技術
ANSYS WORKBENCH提供的剛體設置很簡單。該剛體可以使用接觸，鉸鏈，彈簧等連接行為，對它可以施加遠程力，力矩以及遠程位移。在ANSYS內部，對于剛性桿是用一個MASS來代替的，而所有施加在其表面的作用力則會通過力的平移定理轉移到相關部位進行靜力計算。
理論書籍-多剛體動力學
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試驗設置與剛體模態對感興趣的高階彈性模態的影響
需要注意的非常重要的一點就是該結構剛體模態頻率遠遠低于第一階彈性模態頻率（從測量數據當中很難看到，但剛體模態的頻率接近于1Hz。），這意味著結構的第一階彈性模態頻率高于剛體模態頻率的10倍，但要注意的是第一階彈性模態很顯然被支撐條件影響了。
人們總說只要系統的彈性模態頻率大于剛體模態頻率的10倍就可以認為他們之間不會互相有影響，但事實是這取決于你的評判標準。在這個例子中，如果你認為5%的差異是可以接受的，那我們當然可以認為在這樣的條件下剛體模態不會對彈性模態造成影響，而本例中彈性模態與剛體模態的頻率比接近了40:1。但是你還需要確認一下別人是否認同的你的試驗結果，這取決于結果到底有多精確；對于不同的試驗對象、不同的行業、不同的試驗條件都會有相應的變化。
在這個的復合材料板的例子中，我們做了許多次測試，并且對結果進行了仔細的對比；不僅僅對于頻率，也對結構的振型進行了對比，從數據中觀察出了一些變化。對此，你需要檢查一下頻率和模態振型。
我們需要仔細判別這些數據，來確認結構的模態頻率與振型在不同的試驗條件下產生的變化；可能模態振型是我們所感興趣的參數，其差異并不明顯，或者模態頻率是對設計至關重要的參數，這取決于具體的應用情況。
因此我們應該怎么做呢？好吧，如果我們有一個有限元模型，那我們可以很簡單地分析出來邊界條件對模態振型與頻率的影響。我們可以通過相關性分析工具輕易地判別出振型與頻率在不同邊界條件下的變化，這可以在運行實際測試之前完成，以確定是否有影響；如果有任何影響，那么就可以觀察到。用這種方法可以對模態特性上的預期變化進行一定的評估，通過分析來確定模態特征上的這些變化可能怎樣影響最終的系統響應。
展開 CAE黑話：自由度(DOF)/多點約束(MPC)/剛體位移
?? CAE黑話科普：DOF、MPC與剛體位移 (工程師實戰篇)
CAE新人常聽到的這三個詞，是理解有限元分析（FEA）約束的核心。
1??
自由度
(
Degree of Freedom
,
DOF
) 節點能運動的獨立方向。3D結構中，一個節點通常有6個自由度：3個平動 (UX, UY, UZ) 和 3個轉動 (ROTX, ROTY, ROTZ)。約束 (Boundary Condition) 的本質就是限制某些節點的DOF。DOF過少導致欠約束，計算報“奇異”；DOF過多導致過約束，結果失真。
2??
剛體
位移 (
Rigid Body
Motion, RBM) 模型在不受應變的情況下發生的整體位移。如果在全模型上未施加足夠的位移約束，導致某個方向的剛體位移未被“鎖住”，求解器就會報錯。比如：一根沒有固定點的梁，無論給多大的載荷，它都會發生無窮大的剛體位移，導致計算不收斂。
3?? 多點約束 (Multi-Point Constraint,
MPC
) 一種通過數學方程定義節點之間運動關系的約束。它不同于直接給節點設為0的簡單約束。
剛性連接 (Rigid Body/RBE2): 一個從節點的所有DOF都完全跟隨一個主節點。
柔性連接 (Interpolation/RBE3): 將力或力矩分配到多個從節點上，不引入剛度，僅傳遞運動。
常用場景: 螺栓連接、軸承支承、實體-殼網格過渡、多體裝配。
??技術鄰-大奎原創，禁止搬運
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