剛性體的案例
整車碰撞學習筆記-01
各種連接方式
整車碰撞中的螺栓連接使用CRB的方式建立兩個剛性層，這兩個剛性層分別還是在原來所在的系統（include文件）中，然后采用ConstrainedRigidBody來進行接觸連接。
剛性體與剛性體之間的連接也采用ConstrainedRigidBody進行接觸連接。（各種鉸鏈）
柔性體與柔性體之間的連接通過各種焊點進行連接。
剛性體與柔性體之間的連接常用的兩種方式：1、剛性體與柔性體上的節點（節點set集合）進行綁定的連接，在Tools/Create Cards中選擇CONSTRAINED_EXTRA_NODES_SET進行連接；2、就是將柔性體上的單元移到剛性體所在的層內。
創建剛性墻rigidwall則從接觸對應的是節點集合或者直接選擇all，直接在建立剛性墻是add從接觸集合，也無需進行約束固定；如果用mat20材料的板作為剛性墻則需要建立剛性墻與從接觸部件集合的接觸（surface to surface），結合需要是否對從接觸部分做Box（可做可不做），同時要對mat20材料的剛性墻進行約束固定。
后處理：
Ctrl＋F6可以截圖；
讓動畫動起來，點擊右上角命令，然后鼠標左鍵進行框選，框選完之后鼠標右鍵點擊確認，保存動圖即可。
接觸card edit中設置ignore＝1可以忽略模型前期的初始穿透。
展開 有限元分析中的接觸和摩擦模擬（二）
6.2 接觸探測技術
在構建接觸探測算法流程時，需要區分幾種不同的情況：剛性體與剛性體接觸、變形體與剛性體接觸、變形體與變形體接觸。
1. 變形體與剛性體接觸
在變形體與剛性體接觸的情況下，剛性體表面可用一個隱式函數表示
剛性體表面也可用于定義接觸法方向，因此可將其作為主接觸體或參考體。由利用隱函數f給出剛性體表面的解析描述后，判斷一個從結點xs=(xs,ys,zs)是在剛性體的內部還是外部僅需要考慮f(xs,ys,zs)的數值。如果f<0，xs在剛性體內部，如果f>0則在外部。剛性體表面法方向也很容易得到：
2. 變形體與變形體接觸
探測變形體與變形體的接觸，遠較探測變形體與剛性體的接觸困難。目前已有數種有效技術用于變形體之間的接觸探測。
Benson和Hallquis發展了一種可用于二維和三維問題的探測方法。該方法把一指定從結點xs的局部接觸探測分為三步：判斷離xs距離最近的主結點xkA、確定包含xs在主接觸面的投影?A(兩點代表橫杠，下同)的單元面和計算?A點的空間流動坐標。
展開 ADAMS柔性體-剛柔耦合模塊
…………柔性體模態與有限元模態區別不同？
…………約束模態？
…………正交模態？
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：將一個構件離散成幾段或者許多段小剛性構件，每個小剛性構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生位移，本質上依舊是剛性構件柔性連接不算真的柔性體，該方法只限于簡單構件的使用。
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心坐標系、名稱、顏色和質量信息等屬性，每段離散件都是獨立的，可以分別編輯。
4、優點：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中有簡單和詳細方法，根據個人操作和實際需要可采用以下三種不同方法：簡單方法創建、拉伸法創建、構建幾何外形創建。
另外可以導入有限元模型的網格文件創建柔性體。
1、 簡單方法創建（實例講解）
只需要選擇構件、材料和計算模態階數就可，
2、拉伸橫截面方法創建柔性體（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件的連接點即外節點，橫截面沿著拉伸路徑掃略就可以創建一個柔性體，同時生成模態中性文件。
展開 Samcef的連接和幾何修補
點、線、面、殼和體都可以粘合在一起。粘合接觸的元素將會出現新的幾何，例如粘合兩個搭接的面將會出現相交的面，粘合重疊的體將會出現相交的體。
融合（Fuse）：此功能是把一些體融合在一起，結果是一個混合體。
以上為samcef的建模功能的連接，此外，在裝配中也有幾種連接：Fixed，glue和mean其中gule用來連接兩個相互緊貼的物體，該連接關系既可以用在柔性體與柔性體之間，也可以用在剛性體與柔性體之間。Fixed 用在兩個剛性體的連接，即使兩個物體是柔性的，如果使用了fixed，它們都會變成剛性體。Mean 用在一個點與一個面或者一條線之間。定義完mean單元后，這個點的轉動位移以及平動位移與這個面上的節點位移的平均值相同。需要說明的是，除非要用到剛性體，否則，在柔性體分析時，盡量避免使用fixed單元。
2.
修補
從外部導入的幾何體，在samcef中可能會出現線或面的不連續線性，這樣進行有限元分析時有可能會出錯。因此，導入后需要進行必要的幾何修補完善模型。
需要注意的是，一旦進入幾何修補模式，幾何的參數化和歷程記錄將會消失。
刪除：可以刪除浮動目標，因為導入的模型是面，線，邊和點的組合，可以刪除那些對結合形狀不必要的殘余目標。
刪除面和內部線，比如一個面是的通孔，如果想要刪去這孔，需要首先刪除孔的表面，然后刪除內部線將面封閉。
合并邊：讀入后的模型，一些線由大量連貫的線組成。一些短的線可以由modeler下的analysis中small edges功能以高亮形式顯示。Shaperepairing mode下的merge edges就可以將短線連為一條連續的線，從而保證CAD模型中線的連續性。
縫合：在一些CAD模型中，一些面或線可能是不連續的，他們之間存在小的間隙，而在物理上這些結構是連續的，縫合操作可以將這些面連接起來。
展開 
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；
create_drop_czp：創建跌落或側面碰撞工況，可以模擬部件以一個速度撞擊剛性體工況；
create_swelling：創建膨脹分析工況，主要用于模擬電池包電芯膨脹，也可以適用其他部件的膨脹分析；
?? 為什么選擇本工具箱？
ansys與其他軟件接口資料匯總！！
id=280&h=1&bpg=3&age=30
在ADAMS軟件中生成ANSYS所需要的載荷文件(.lod文件)
進入ADAMS程序，建立機械系統的剛性部件，讀入模態中性文件.mnf以建立柔性體的模型，指定柔性體與剛性體的連結方式，按實際情況定義載荷和邊界條件進行機械系統的運動學分析。在分析完成后輸出ANSYS軟件所需要的載荷文件(.lod文件)。此文件包含了對應于運動過程中不同時刻點柔性體的運動狀態和所承受的載荷等信息(例如力,力矩，加速度，角速度及角加速度)。 下載ADAMS生成的載荷文件示例（Word文檔,請點擊右鍵下載），其中節點13001、13000為柔性體的外部節點，即為柔性體與剛體的連結點。
在ANSYS程序中進行應力應變分析
進入ANSYS程序，恢復在步驟一中所建立的柔性體模型，選擇所有節點，從載荷文件（.lod文件）中找到相應時刻的載荷并輸入ANSYS，對柔性體進行應力應變分析。在分析完成后即可得到柔性體的應力應變分布和其它感興趣的結果數據。
ANSYS與ADAMS接口
分析示例
此模型為摩托車發動機活塞曲柄連桿機構。活塞上施加5KN的力。其中連桿作為柔性體考慮連桿，活塞和曲柄作為剛性體對待。
活塞連桿機構
步驟一：在ANSYS軟件中生成柔性體模態中性文件
在ANSYS程序中讀入柔性體的幾何模型并對柔性體進行網格劃分，在連桿兩端的軸心處各建立一個附加節點(外部節點),將外部節點與孔周圍 的節點當作剛性區處理，保存數據庫以備在步驟三中使用。選擇外部節點（關節處的節點），運行ANSYS的宏命令ADAMS.MAC生成模態中性文件 (flex.mnf),此模態中性文件包含了柔性體的質量、質心、轉動慣量、頻率和振型等信息。
展開 你不知道的CAE小常識（三十三）
LCID for true stress vs. true strain (see EDCURVE below)
*DIM,TruStran,,5
*DIM,TruStres,,5
TruStran(1)=0,.08,.16,.4,.75
TruStres(1)=207e6,250e6,275e6,290e6,3000e6
EDCURVE,ADD,1,TruStran(1),TruStres(1)
7.2.8.1剛性體模型
用EDMP命令定義剛性體，例如，定義材料2為剛性體，執行：EDMP，RIGIS，2。用指定材料號定義的所有單元都認為是剛性體的一部分。材料號以及單元的單元類型和實常數類型號用來定義剛體的PART ID。這些 PART ID用于定義剛性體的載荷和約束（如第4章所述，Loading）。剛體內的單元不必用連接性網格連接。因此，為了在模型中表示多個獨立的剛性體。必須定義多個剛體類型。但是，兩個獨立剛體不能共同使用一個節點。
使用EDMP命令的同時，必須用MP命令定義剛體材料類型的楊氏模量（Ex），泊松比（NUXY）和密度（DENS）。必須指定實際的材料特性值，從而使程序能計算接觸表面的剛度。基于此原因，在顯動態分析中，剛性體不要用不切實際的楊氏模量或密度，剛體不能再變硬因為它已是完全剛硬的。
因為剛性體的質量中心的運動傳遞到節點上，所以不能用D命令在剛體上施加約束。剛體的一個節點上的約束和初始速度將轉換到物體的質心。但是，如果約束了多個節點，就很難確定使用哪種約束。
展開 你不知道的CAE小常識（三十三）
LCID for true stress vs. true strain (see EDCURVE below)
*DIM,TruStran,,5
*DIM,TruStres,,5
TruStran(1)=0,.08,.16,.4,.75
TruStres(1)=207e6,250e6,275e6,290e6,3000e6
EDCURVE,ADD,1,TruStran(1),TruStres(1)
7.2.8.1剛性體模型
用EDMP命令定義剛性體，例如，定義材料2為剛性體，執行：EDMP，RIGIS，2。用指定材料號定義的所有單元都認為是剛性體的一部分。材料號以及單元的單元類型和實常數類型號用來定義剛體的PART ID。這些 PART ID用于定義剛性體的載荷和約束（如第4章所述，Loading）。剛體內的單元不必用連接性網格連接。因此，為了在模型中表示多個獨立的剛性體。必須定義多個剛體類型。但是，兩個獨立剛體不能共同使用一個節點。
使用EDMP命令的同時，必須用MP命令定義剛體材料類型的楊氏模量（Ex），泊松比（NUXY）和密度（DENS）。必須指定實際的材料特性值，從而使程序能計算接觸表面的剛度。基于此原因，在顯動態分析中，剛性體不要用不切實際的楊氏模量或密度，剛體不能再變硬因為它已是完全剛硬的。
因為剛性體的質量中心的運動傳遞到節點上，所以不能用D命令在剛體上施加約束。剛體的一個節點上的約束和初始速度將轉換到物體的質心。但是，如果約束了多個節點，就很難確定使用哪種約束。
展開 Adams塔吊剛柔耦合分析
吊臂為主要承載件，在分析時需考慮其變形，因為單純的剛性體與實際是存在差異的，因此需要對吊臂進行柔性化處理，柔性體的做法以及注意事項本公眾號前面都有介紹。一般思路是先建立剛體模型，然后對剛體進行柔性替換。
如何模擬繩索?
繩索部分可利用Adams提供的cable繩索模塊進行建模，本公眾號前面提及了繩索系統的建模方式。
塔吊建模思路：
第一步：導入幾何，建立約束，設置驅動
第二步：進行仿真
第三步：替換剛性體，重新建立約束，同時設置驅動
第四步：重新進行仿真
第五步：后處理查看應力、變形等，值得一提的是，在生成柔性體時必須包含應力和位移等信息，否則后處理無法查看。
最后結果如下所示：
歡迎大家關注我的公眾號：有限元探索。
展開 Nastran中的9種剛性單元
MPC提供了一種剛性建模和建立剛性約束的方法，在Nastran中共有9種剛性單元（R-element），分別如下：
RROD----1個自由度，在延伸方向是剛性的；
RBAR----剛性桿，不同于RROD的是在桿的端點有6個自由度；
RJOINT----剛性鉸，鉸的每個端點有6個自由度；
RTRPLT----剛性三角形平板，每個頂點具有6個自由度；
RBE2----用于一個剛性體連接到任意數目的網格節點上，其主自由度是某個節點的6個方向的運動；
RBE1----同樣是用于將剛性體連接到任意數目的節點上，其主自由度和從自由度可由用戶任意選取；
RBE3----用于定義某個節點的運動是其他節點運動的加權平均；
RSPLINE----其系數（即AMi）是由連接到參考節點上的梁單元的斜率確定的，這種R-element一般用于改變mesh的大小；
RSSCON----在shell和Solid單元之間加約束；
MPC----用戶選擇的節點自由度線性組合，系數由用戶輸入。
RJOINT:
RJOINT的語法如下：
RJOINT EID GA GB CB
其中，EID為element ID；
GA為主節點（所有6個自由度也是主自由度）；
GB為從節點（即其自由度由其他節點自由度確定）；
節點GA和GB之間的長度必須為0。如果CB=123456或者為空，則節點GB將隨著網格節點GA一起移動。如果CB上所有的自由度都被釋放，則RJOINT成為一個機械鉸（兩個物體在某點鉸接，兩個物體可以互相繞著局部坐標系的某一個軸，兩個或三個軸轉動）
展開 基于DeltaD打印機的剛柔耦合運動學分析
將上述柔性體導入Adams中,再次進行仿真可得,其動平臺的末端質心位移和剛性體末端質心位移曲線如圖10所示.
由圖10可知,在主動臂和從動臂進行柔性處理的情況下,其仿真結果和剛性體仿真結果基本重合,在誤差允許的范圍內,進一步驗證了設計的合理性.
4 結語
本文對Delta打印機的工作原理和結構進行了說明,并結合其工作原理,完后了三維模型的繪制.結合其結構特點,利用薩哈GDH坐標法,建立其運動學方程,同時借助Matlab和Adams軟件驗證其數學模型的合理性,利用Hypermesh對Delta打印機的主動臂和從動臂進行了柔性化處理,并將其導入到Adams中進行特定工況下DelGta打印機的剛柔耦合分析,結合仿真實驗,對理想剛性體和柔性體情況下的動平臺質心位移傳動誤差進行了分析,驗證了模型設計的合理性.
參考文獻:
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[2]張仕穎,夏國峰,郝向陽,等.FDM型金屬3D打印研究現狀與展望[J].特種鑄造及有色合金,2023,43(2):163G168.
[3]吳濤,倪榮華,王廣春.熔融沉積快速成形技術研究進展[J].科技視界,2013(34):94G94.
[4]張俊,池長城,湯騰飛,等.五自由度混聯3D打印機設計與運動學分析[J].中南大學學報(自然科學版),2020,51(10):2822G2833.
[5]曾達幸,張星,樊明洲,等.3GCUR解耦并聯3D打印機結構優化與動力學分析[J].中國機械工程,2017,28(12):1413G1420.
[6]李小汝,黃娟,李興慧.新型3GDOF冗余并聯機構運動學和工作空間分析[J].機械傳動,2019,43(7):130G135.
展開 
一套新手自學整車碰撞仿真分析的奧秘
由于鉸鏈要實現其自身的轉動關系，所以在運動過程中鉸鏈自身不能變形，即要求鉸鏈所有節點為剛性體節點。所以在剛性體上建立鉸鏈可以利用剛性體自身的節點，在可變形體上建立鉸鏈則一般需要使用rigidbody，或其他剛性體網格來連接節點和可變形體網格節點。在可變形體上建立鉸鏈通常也可將部分可變形網格轉化為剛性體網格，然后在轉化后的網格上建立鉸鏈。
2、前后懸架及輪胎模型
前后懸架系統及輪胎涉及到許多運動部件，這就要求我們碰撞仿真工程師不僅要理解各個運動部件的運動關系，還要將運動關系用合理的方法反映到整車碰撞模型上。也可以這樣說，前后懸架及輪胎建模也算是整車碰撞建模過程中最難的部分。
前懸架裝置包括前副車架總成、前懸架橫向穩定桿裝置、支柱總成、下擺臂總成、前副車架加強板以及前車輪等。某前后懸架的CAE模型見下圖6和圖7所示。
圖6 前懸架系統及前輪CAE模型
圖7 后懸架及后輪胎CAE模型
3、加速度
加速度是重要的輸出內容，在前處理中需預先定義加速度計的位置和輸出。加速度計一般布置在不發生變形，有一定平面的地方。汽車碰撞試驗中會布置很多的加速度傳感器，分析模型中可以根據試驗時布置傳感器的地方建立加速度傳感器。見下圖8所示。
圖8 B柱加速度計設置位置
4、截面布置
截面力是考察汽車碰撞過程中力傳遞方向和大小的有效方法，輸出截面力的截面一般設置在車身主要的吸能部件，如正碰中的吸能盒、前縱梁、A柱和門檻梁等；側碰中的門檻梁、B柱、頂橫梁、座椅安裝橫梁等部位，可根據需要輸出各部位的截面力。見下圖9所示。
圖9 某車身截面設置位置
四、整車碰撞工況簡介
1、基于C-NCAP 2018正面100%重疊剛性壁障碰撞
試驗車輛100%重疊正面沖擊固定剛性壁障。
展開 基于流體壓力的橡膠圈密封有限元仿真分析方法--ANSYS Workbench有限元分析方法--橡膠密封方法
二、壓縮與加載
在模擬的初始階段，右側的剛性體會上移到指定位置，對橡膠圈進行壓縮。這一步是為了模擬實際安裝過程中橡膠圈的變形情況，確保其能夠適應密封槽的形狀。
結果如圖所示
接下來，我們在橡膠圈的凹槽部分加載流體壓力。這些壓力會擠壓橡膠與固體、剛性體之間的接觸面，試圖在縫隙位置撐開接觸面。此時，我們關注的是接觸面的壓力分布情況，以此來判斷橡膠圈是否能夠提供完好的密封。
流體壓力加載采用命令的方式如下所示
三、材料設置與接觸條件
橡膠材料的選擇至關重要，它直接影響到密封件的密封性能和耐用性。在模擬中，我們根據實際情況選擇了合適的橡膠材料，并設定了相應的物理參數。
與此同時，橡膠與固體、剛性體之間的接觸也被設定為摩擦接觸，摩擦系數設為0.1。為了更準確地模擬實際情況，我們還設置了每步更新剛度的選項，以確保模擬結果的準確性。
四、提高收斂性
在進行有限元分析時，有時會遇到不收斂的問題。這可能是由于模型設置、網格劃分或求解器參數等原因導致的。為了解決這個問題，提高收斂從下面來幾方面考慮
1.可以為模型嘗試添加keyopt,matid,6,1等參數來提高收斂性。
2.網格在接觸位置加密，其余位置不用加密，網格如圖所示
這些參數在ANSYS Workbench中都有詳細的說明和設置方法，可以根據實際情況進行調整。
五、結果展示
經過模擬計算，我們得到了橡膠圈的位移結果圖。
從圖中可以清晰地看到橡膠圈在受到壓縮和流體壓力作用下的變形情況。這些結果為我們提供了寶貴的參考信息，有助于我們更好地理解和優化橡膠圈密封的設計。
展開 ANSYS與ABAQUS比較之實例6---單向壓縮過程模擬2
對式樣使用變形體，對壓頭使用解析剛體；創建時使得壓頭和式樣距離5mm。
材料模型：彈塑性材料，按照給定的數據分別輸入彈性數據和塑性數據表格。
交互作用：壓頭和試件之間使用無摩擦接觸。
邊界條件：試件底邊沒有豎直位移；壓頭分兩次下移，第一次是-5.001mm,第二次達到-25mm
【求解步驟】
1. 單元類型
單元選擇182單元，并設置為軸對稱約束。
2.材料模型
設置材料的彈性屬性，如下圖所示：
再設置材料的塑性模型，如下圖所示：
3.創建幾何模型
創建一個矩形面和一條線，顯示的線體模型如下圖所示：
4.劃分網格
劃分矩形面單元，單元尺寸設置為1.5mm，使用自由網格劃分方式，如下圖所示：
5.創建接觸
壓頭為剛性體，使用剛柔接觸，其中剛性體選擇上面的線，剛性體的控制點可以選擇在幾何體的質量中心；柔性體選擇矩形的兩側面的線和上面的線，其余保持默認，創建完成之后，注意接觸面的法線方向。
6.邊界條件
約束固定底邊；壓頭的控制點在第一個載荷步施加一個UY方向的的位移，值為-5.001mm，并且寫出為第一個載荷步1，如下圖所示：
壓頭控制點在第二個載荷步施加一個UY方向的位移，值為-25mm，并且寫出為第二個載荷2，如下圖所示：
7.求解設置
打開大變形開關，其余保持默認設置；求解方式為基于載荷步求解，如下圖所示：
8.查看后處理
查看等效應變，最大值為0.505889。
查看等效應力，最大值為927.148MPa。
該塑性應變在（0.45，0.55）之間，而對應的應力應該在（921,932）之間。
使用線性插值，可以知道
當塑性應變是0.506時，應力應該是927Mpa
而上述的應力正好是這么多。
這說明參數設置時正確的。
展開 ANSYS與ABAQUS比較之實例4---圓壓頭與平板的接觸分析2
遠程點關聯的幾何體選擇半圓面，位置坐標如下圖所示。
（7）設置接觸，接觸類型為無摩擦接觸，保持默認的接觸算法等設置。
（8）劃分網格，設置面網格尺寸為0.0015m，與上篇博文里的網格尺寸一致
（9）施加約束，對長方形下面的線進行固定約束。
（10）施加載荷，施加圓形剛性體豎直向下的集中載荷6KN，這時我們發現，載荷對象無法選擇剛性體，這就需要借助創建的創建遠程點，載荷類型選擇遠程力，設置如下圖。
（11）求解設置，打開大變形，其余保持默認設置。
（12）進行求解.
（13）求解完成后查看后處理，查看變形和應力，這時我們發現，雖然可以求解完成，但是半圓形剛性體的位移為2038.6m，產生了剛性位移，也就是說，半圓和長方形并沒有接觸上。接著將需要修改接觸設置，先修改接觸表面類型，設置為Adjust to touch，也就是允許調整模型的間隙到剛剛接觸，然后再次進行計算。
（14）查看變形，變形最大值為0.17534mm
（15）查看應力，應力最大值為902.81MPa
4.Abaqus與ANSYS的結果分析及討論
（1）從收斂上看，二者都能快速收斂；
（2）從結果上看，由上篇在ABAQUS中計算得出的應力為606.5MPa，而在ANSYS中得出的應力為902.81MPa，ANSYS計算的米塞斯應力是ABAQUS計算的米塞斯應力的1.5倍，這相對誤差是比較大的，至于哪個軟件計算的值更接近真實應力，此時無法比較，因為材料已經屈服，除非設置材料的塑性行為，且與實驗做比較才知道誰更接近真實值，有興趣的朋友可以對比下。
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