剛體建模的案例
關于Abaqus中幾種剛體建模方式的討論
關于Abaqus中幾種剛體建模方式的差異，試了一下，一點拙見，敬請指導，模型比較簡單。
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關于Abaqus中若干剛體建模方式的討論.pdf
Adams橫向穩定桿
橫向穩定桿的剛度理論計算可參考《汽車設計》
Adams橫向穩定桿建模：Adams/car模板中提供了三種穩定桿的建模方式：
剛體建模
梁單元建模
柔性體（FE part）建模
注意：穩定桿建模方式中的柔性體（FE part）建模不同于模態疊加法，該方法可以用來模擬大變形，當然也可使用模態疊加法制作模態中性文件生成穩定桿，但模態疊加法對大變形不太友好，有興趣可以對比驗證一下。
Adams生成柔性體如下圖所示，對穩定桿兩端施加載荷或者位移，得到穩定桿剛度，通過與理論計算值對比，驗證模型的精度
展開 推薦多體動力學仿真計算方面的新書 《Adams入門詳解與實例》
《Adam入門詳解與實例》一書配有書中的實例與練習用所必需文件的光盤，每章中的知識點都配以實例與練習（均在光盤中），讀者可以重現其過程，主要涉及到以下內容：
剛體建模（直接創建與導入CAD模型）、編輯剛體、約束與冗余約束、剛性約束與柔性約束，驅動與載荷、接觸與摩擦力、仿真計算類型（裝配計算、運動學計算、動力學計算、靜平衡計算、線性化計算）、交互式仿真控制與腳本仿真控制、腳本仿真控制與傳感器的聯合使用以改變仿真過程中的參數、剛-柔混合建模（柔性體建模編輯、柔性體與剛性體的混合建模及虛構建的使用）、參數化設計、試驗設計與優化計算、系統元素與數據元素及其使用方法、振動分析及其參數化計算、控制系統（直接建立控制系統，與MATLAB的聯合仿真）及其參數化計算和液壓傳動及其參數化計算等等，詳細介紹了ADAMS/View、ADAMS/PostProcess、ADAMS/AutoFlex、ADAMS/Vibration、ADAMS/Control和ADAMS/Hydraulics模塊的使用方法。
《Adams入門詳解與實例》一書所介紹的內容不僅僅是入門內容，更多的是高級應用的內容,通過閱讀該書,可以使讀者對Adams有深刻的理解，全面掌握其使用的方法和細節，
能迅速幫助讀者完成多剛體和多柔體方面的仿真計算。
Adams入門詳解與實例.pdf
展開 如何快速建立大型多體動力學模型
自動創建剛性域
本節我們將了解大型剛體系統的建模以及使用自動模型設置功能來加快這類系統的模型設置。
如上所述，一般的多體系統是由相互連接的剛性或體柔性體裝配而成。在外部載荷作用下發生尺寸或形狀變化的物體被視為柔性體，變形可忽略不計（實際上為零）的剛性物體被視為剛體。
在真實世界中，沒有理想的剛體，但對于大多數實際的應用，我們通常將相對剛性的組件假設為剛體。當我們對這些組件的詳細應力分析不感興趣，而是對整個系統動態感興趣時，尤其如此。COMSOL Multiphysics 支持使用固體力學和多體動力學接口中提供的剛體域 材料模型功能對剛體進行建模。
假設我們想了解一個包含大量剛性組件的大型多體系統的動力學。為了快速進行初步分析，我們決定使用剛體域和質量和慣性矩對包含給定質量和慣性矩的所有剛體進行建模。但是，對于中等規模的系統，將這些節點分別添加到每個幾何組件是一項耗時的工作。此外，為復雜的幾何圖形分配選擇很容易出現手動錯誤。為了更輕松地進行這類建模，COMSOL Multiphysics 提供了一種更簡單的方法：使用創建剛性域按鈕，只需單擊一下按鈕就可以一次性可完成上面所有步驟。
我們可以在 2D 模型 和 3D 模型中使用創建剛體域按鈕，這將為每個不連續幾何體單獨添加剛性域節點。由于幾何信息在剛體域創建中至關重要，因此我們需要用這樣的方式構建模型幾何體，即所有屬于剛體的域都應該處于幾何聯合體中。請注意，當我們的模型包含不連續幾何體時，幾何序列的最終確定應該從默認的形成聯合體設置為形成裝配體。形成裝配體的一個典型應用是對任何具有較大相對運動的零件系統進行建模。
聯合的兩個塊幾何體被視為一個對象，因此僅創建一個剛體域節點。
當塊幾何體斷開時，會在每個對象上創建單獨的剛性域節點。
展開 
RecurDyn成功案例：礦井提升機的剛柔耦合仿真
▎仿真過程
① 創建包含傳遞動力的卷筒、驅動輪、摩擦輪、鋼絲繩和提升容器的動力學模型（MFBD模型）
② 設置各部分的密度為7800kg/m3（即鐵的密度），靜/動摩擦系數分別設置為0.1和0.05
③ 提升容器以剛體建模
④ 使用0噸、15噸和34噸載荷進行仿真
⑤ 結果與實驗對比分析
▎關鍵仿真技術
? 多體動力學軟件專用于多種部件組成的機構建模：卷筒、鋼絲繩、支架、驅動輪、摩擦輪等。
? MFBD技術能夠模擬剛體和柔性體組成的系統
? 接觸算法可考慮鋼絲繩與卷筒、摩擦輪之間接觸產生的摩擦
▎工具包
? RecurDyn/Professional
? RecurDyn//FFlex
▎工程問題
? 作業要求：重載、高運行速度、高提升高度
? 運行要求：提升容器的穩定性（振動特性）
? 安全性及經濟性要求：提升機的耐用性
? 繩的放線/收線速度會影響繩的應力和張力，進而影響繩的動態行為和穩定性
▎解決方案
? 基于MFBD求解器的提升容器可靠性評估
? 基于GUI對各種設計條件進行高效建模和仿真
? 通過對不同負載條件的仿真獲取更多結果
▎結論
? 復現實際運行中經常出現鋼絲繩的振動和不規則行為
? 仿真結果與實驗結果吻合
? 預測驅動電機所需的功率
? 從動態分析結果獲取卷筒耐久性評估所需的數據
展開 RecurDyn 成功案例：進行軸結構的線性振動分析
┃仿真過程
① 為了縮短仿真時間，使用最少的參數對龍門系統進行建模
② 采用基于線性模態的柔性體(模態柔體或RFlex體)將腳架和支架表示為模態振型的組合
③ 軸用梁結構，工具中心點用剛體建模
④ 使用 RecurDyn 的機床工具包與機架小齒輪相關的功率和運動可準確高效地仿真復雜結構關系
┃關鍵分析技術
MFBD分析技術，可考慮系統的變形，以評估系統的位置精度和振動
Güdel 產品不同配置的任意組合都能輕易進行建模
圖1 線性處理軸的數字雙模型
┃RecurDyn工具包
RecurDyn/Professional
RecurDyn/RFlex
RecurDyn/RFlexGen
RecurDyn/MachineTool
┃面臨的工程問題
需要采用新方法來應用和評估新想法，同時減少昂貴樣機的生產
為了更好地了解復雜運動和力引起的振動，同時達到所需的位置精度水平，必須對系統的各個要素進行建模
┃解決方案
利用RecurDyn的Rflex和 MachineTool,簡化整個系統執行過程建模和仿真，并取得與實驗數據相匹配的結果
可以很容易地對所有元素建模，從而預測系統的行為。
圖2 試驗數據和仿真數據對比
┃仿真結果
對以前不太了解的因素得到了充分的理解.
展開 新書《Nastran快速入門與實例》+《ADAMS入門詳解與實例》
包括剛體建模（直接創建與導入CAD模型）、編輯剛體、約束與冗余約束、剛性約束與柔性約束，驅動與載荷、接觸與摩擦力、仿真計算類型（裝配計算、運動學計算、動力學計算、靜平衡計算、線性化計算）、交互式仿真控制與腳本仿真控制、腳本仿真控制與傳感器的聯合使用以改變仿真過程中的參數、剛-柔混合建模（柔性體建模編輯、柔性體與剛性體的混合建模及虛構建的使用）、參數化設計、試驗設計與優化計算、系統元素與數據元素及其使用方法、振動分析及其參數化計算、控制系統（直接建立控制系統，與MATLAB的聯合仿真）及其參數化計算和液壓傳動及其參數化計算等。
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采用聲學有限元、無限元、聲學邊界元（直接邊界元和間接邊界元）、流固耦合以及聲學傳遞向量來計算聲音，以及由聲音引起的結構振動。
你可以進行首先用adams計算出載荷，然后根據載荷用Nastran計算結構的振動響應，將振動響應導入到sysnoise中，用有限元或者邊界元的方法，計算聲音輻射，或者用Nastran計算結構的模態，將模態和載荷導入到sysnoise中，進行流-固耦合計算輻射聲音。
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② 設置各部分的密度為7800kg/m3（即鐵的密度），靜/動摩擦系數分別設置為0.1和0.05
③ 提升容器以剛體建模
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▎仿真過程
① 創建包含傳遞動力的卷筒、驅動輪、摩擦輪、鋼絲繩和提升容器的動力學模型（MFBD模型）
② 設置各部分的密度為7800kg/m3（即鐵的密度），靜/動摩擦系數分別設置為0.1和0.05
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RecurDyn成功案例：優化扭矩扳手的設計和標尺精度
▎仿真過程
① 采用柔性體梁單元對扭矩扳手的長彈簧進行建模，其他零件用剛體建模
② 定義接觸，包括柔性彈簧和銷的接觸
③ 應用各種尺寸和特性的彈簧進行仿真
④ 通過仿真，確定扭矩的大小，從而提高標尺的精度
▎關鍵仿真技術
? MFBD 支持包括剛體和柔性體在內的仿真
? 考慮剛體和柔體之間的接觸
? 便于修改彈簧截面直徑和物理特性進行參數化建模
? 可以準確復現扭矩扳手非線性行為的多體動力學求解器
▎工具包
? RecurDyn/Professional
? RecurDyn//FFlex
▎工程問題
? 改變彈簧的長度和橫截面的半徑來增加扭矩扳手的工作扭矩范圍
? 需要考慮非線性以進行準確的扭矩預測
? 在合理的時間和成本下改進設計需求
▎解決方案
? 使用考慮剛柔耦合的MFBD技術計算扭矩扳手的精確工作扭矩，仿真剛體和柔性體的接觸行為
? 使用梁單元簡化彈簧及使用參數化建模減少建模和仿真時間
? 基于GUI 對各種設計條件進行高效建模和仿真
▎結論
? 使用 RecurDyn 精確復現現有設計
? 基于RecurDyn 對扭矩扳手非線性行為的分析將扭矩標尺刻度更改為非均勻
? 減少對各種設計進行定量評估的時間和成本
? 仿真結果為改進新的扭矩扳手設計提供了指導
▎其他應用場景
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▎仿真過程
① 采用柔性體梁單元對扭矩扳手的長彈簧進行建模，其他零件用剛體建模
② 定義接觸，包括柔性彈簧和銷的接觸
③ 應用各種尺寸和特性的彈簧進行仿真
④ 通過仿真，確定扭矩的大小，從而提高標尺的精度
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? 考慮剛體和柔體之間的接觸
? 便于修改彈簧截面直徑和物理特性進行參數化建模
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▎工具包
? RecurDyn/Professional
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▎工程問題
? 改變彈簧的長度和橫截面的半徑來增加扭矩扳手的工作扭矩范圍
? 需要考慮非線性以進行準確的扭矩預測
? 在合理的時間和成本下改進設計需求
▎解決方案
? 使用考慮剛柔耦合的MFBD技術計算扭矩扳手的精確工作扭矩，仿真剛體和柔性體的接觸行為
? 使用梁單元簡化彈簧及使用參數化建模減少建模和仿真時間
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▎結論
? 使用 RecurDyn 精確復現現有設計
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RecurDyn成功案例：利用虛擬模型對諧波齒輪傳動性能進行預測
▎仿真過程
① Circular Spline和Wave Generator以剛體建模
② 考慮柔性輪的形狀變形，用柔性體建模
③ 準確預測柔性輪的局部變形及應力，利用FFlex建模
④ 在柔性輪和Circular Spline之間使用Geo Contact
⑤ 改善解析速度，柔性輪和Wave Generator之間使用Geo-Cylinder
⑥ 使用考慮預應力的變形mesh作為Flex Spline的初始狀態
⑦ 縮短分析時間，只對實際接觸發生的位置定義接觸，而不是整個體
▎關鍵仿真技術
? 能夠準確再現高速旋轉的柔性輪變形的MFBD技術
? 快速準確的接觸算法
- 支持剛體和柔軟體之間的接觸
- 有效處理大量齒輪齒間的接觸
? 適合汽缸或球形形狀的專用接觸要素
? 齒輪齒間接觸的接觸力分布及壓力可視化功能
▎工具包
? RecurDyn/Professional
? RecurDyn/FFlex
▎工程問題
? 設計變更帶來的性能評價的變化
? 在給定的公差范圍內預測尺寸差異對振動和傳動誤差的影響
? 預測負載和速度變化對柔性輪行為的影響
? 柔性輪的扭曲對性能的影響評價
? Wave generator的反作用力預測
▎解決方案
? 利用MFBD技術減少建模和仿真時間
? 利用非線性柔性體和接觸算法再現柔性輪的行為
? 柔性輪的變形及接觸應力計算
? 模擬實驗預測修改設計/動作條件及隨公差后的性能變化
▎結論
? 評價修改后的齒形的性能，并將其反映在設計中
? 通過虛擬模型
展開 ABAQUS中離散剛體與解析剛體對比
網格方面
離散剛體需要劃分網格，注意此時能劃分網格的離散剛體必須是shell或者wire類型，如果是solid是無法劃分網格的，出現如下提示：
這時需要將solid轉為shell，通過在Part模塊中Shape---Shell---From Solid，將solid轉為shell類型。
而解析剛體不需要劃分網格。
3. 計算速度
一般在不考慮溫度的情況下，解析剛度的計算速度會比離散剛體快。
4. 結果提取
離散剛體可以提取出剛體接觸面的切向和法向的力和應力，以及參考點上的約束反力等計算量。
而解析剛體由于沒有劃分網格，只能得到參考點上的計算結果，接觸面的接觸力和接觸壓力只能從與解析剛體接觸的變形體區域獲得。
小結
對于形狀復雜的剛體還是需要采用離散剛體建模，一般在文獻中看到的多采用這種。如果形狀簡單，可采用解析剛體。當采用解析剛體時，最好提前定義可提取接觸力的set或者surface，這樣方便后處理提取接觸力等計算結果。
采用這兩種剛體類型時，要在Property模塊中指定剛體的參考點和質量，如果需要還要添加轉動慣量。另外要注意邊界條件是施加在剛體的參考點上，而不是剛體本身。
來源：本文來自ABAQUS公眾號，版權歸作者所有。
展開 『原創』對《ADAMS入門詳解與實例》中，PID控制實例的附加說明
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《Adams入門詳解與實例》由國防工業出版社出版，共分為12章，內容由淺入深，通過本書的講解和實例，相信讀者可以很快掌握這些模塊，并成為高級用戶。在使用該書的過程中如果遇到問題，請通過電子郵件forengineer@126.com或forengineer@sohu.com與作者交流。
展開 ABAQUS案例 | O型橡膠密封環受壓
本案例是O型密封圈受流體壓力作用
問題描述
受流體壓力作用；結構形態分布如下圖所示，密封圈以橡膠建模，其余以解析剛體建模。
材料信息
Rubber；Mooney-Rivlin；c10：3.6MPa；C01：3.87MPa；D：0.001；
工作目錄
選擇
File > Set Work Directory
設定工作目錄
幾何模組
自行建模并分割橡膠圈如下，注意建參考點“RP”
屬性模組
只給橡膠賦予材料
裝配模組
分析步模組
分析程序會選擇使用
Static, General
。共包含三個分析步，
第一個分析步：求解干涉；第二個分析步：外殼上移；第三個分析步：施加壓力。
開啟幾何非線性。增量類型設置為Fixed，增量大小為0.01。
展開 