基于ansys的連桿的案例
基于Ansys Topology Optimization的連桿結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化簡(jiǎn)例
基于Ansys Topology Optimization的連桿結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化簡(jiǎn)例
本文僅作為Ansys Topology Optimization的一個(gè)簡(jiǎn)易案例應(yīng)用，切勿輕易用于工程實(shí)踐與論文撰寫(xiě)。
歡迎大家轉(zhuǎn)載、點(diǎn)贊、留言，這是我寫(xiě)文章的動(dòng)力。
本文為作者原創(chuàng)案例，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處和作者技術(shù)鄰筆名：CAE夢(mèng)想很偉大
業(yè)務(wù)咨詢鏈接：http://www.yqgqt.org.cn/b/280
拓?fù)鋬?yōu)化(topology optimization)，是指一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法。
拓?fù)鋬?yōu)化的研究領(lǐng)域主要分為連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化和離散結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化。不論哪個(gè)領(lǐng)域，都要依賴于有限元方法。連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化是把優(yōu)化空間的材料離散成有限個(gè)單元(殼單元或者體單元)，離散結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化是在設(shè)計(jì)空間內(nèi)建立一個(gè)由有限個(gè)梁?jiǎn)卧M成的基結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)算法確定設(shè)計(jì)空間內(nèi)單元的去留，保留下來(lái)的單元即構(gòu)成最終的拓?fù)浞桨福瑥亩鴮?shí)現(xiàn)拓?fù)鋬?yōu)化。
目前，連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化的研究已經(jīng)較為成熟，其中變密度法已經(jīng)被應(yīng)用到商用優(yōu)化軟件中，其中最著名的是美國(guó)Altair公司Hyperworks系列軟件中的Optistruct和德國(guó)Fe-design公司的Tosca等。前者能夠采用Hypermesh作為前處理器，在各大行業(yè)內(nèi)都得到較多的應(yīng)用;后者最開(kāi)始只集中于優(yōu)化設(shè)計(jì)，支持所有主流求解器，以及前后處理，操作十分簡(jiǎn)單可以利用已熟悉的CAE軟件來(lái)進(jìn)行前處理加載，而后利用TOSCA進(jìn)行優(yōu)化十分方便。近年來(lái)和Ansa聯(lián)盟，開(kāi)發(fā)了基于Ansa的前處理器，并開(kāi)發(fā)了TOSCA GUI界面，以及ansys workbench當(dāng)中ACT的插件，可以直接在workbench當(dāng)中進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化仿真。
展開(kāi) 基于ANSYS workbench平臺(tái)下nCode Design Life的連桿疲勞分析簡(jiǎn)例計(jì)算
基于ANSYS workbench平臺(tái)下nCode Design Life的連桿疲勞分析簡(jiǎn)例
本分析實(shí)例采用ANSYS Workbench平臺(tái)下nCode Design Life對(duì)一個(gè)承受交變應(yīng)力的簡(jiǎn)易連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞分析。
該分析為筆者原創(chuàng)教程，轉(zhuǎn)帖請(qǐng)注明出處和作者筆名：CAE夢(mèng)想很偉大。
作者水平有限，難免錯(cuò)誤，請(qǐng)見(jiàn)諒。另未能對(duì)每一個(gè)分析進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，且本例僅僅作為一個(gè)交流的疲勞案例，與工程實(shí)踐相差甚遠(yuǎn)，切勿直接用于工程分析和論文撰寫(xiě)。
技術(shù)咨詢鏈接：http://www.yqgqt.org.cn/b/280
基于ANSYS workbench平臺(tái)下nCode Design Life的連桿疲勞分析流程簡(jiǎn)述
幾何模型與網(wǎng)格劃分如圖所示
約束條件與接觸設(shè)置
針對(duì)連桿進(jìn)程與回程過(guò)程承載不同，分別賦予Bearing Load軸承載荷不同的數(shù)值與方向（在項(xiàng)目流程圖中建立兩次靜力學(xué)分析）
求解并后處理等效應(yīng)力分布
兩個(gè)結(jié)果聯(lián)合導(dǎo)入ANSYS workbench平臺(tái)下nCode Design Life，將兩個(gè)靜力學(xué)求解solution拖入nCode Design Life。
Bearing Load軸承載荷在WB的疲勞工具中不能進(jìn)行換向處理，因此在nCode中簡(jiǎn)化考慮該結(jié)構(gòu)承受兩個(gè)方向的載荷，為Zero-based loading載荷方式，擴(kuò)大比例系數(shù)為2。右鍵S-N分析，修改為常幅值分析，將min-factor設(shè)置為0，max-factor設(shè)置為2。
疲勞材料屬性與SN曲線：右鍵S-N分析，打開(kāi)材料菜單，將材料賦予所有的mat。
展開(kāi) 基于Ansys Twin Builder連桿結(jié)構(gòu)數(shù)字孿生體建模關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用
圖13連桿數(shù)字孿生體模型搭建及封裝
五、連桿數(shù)字孿生體模型部署
將輸出的連桿twin模型文件和應(yīng)變數(shù)據(jù)csv文件導(dǎo)入Ansys Deployer中，包含實(shí)際采集測(cè)試應(yīng)變的csv文件的輸出端與twin文件模型輸入端對(duì)應(yīng)連接，建立連桿數(shù)字孿生體模型，如下圖14所示。經(jīng)調(diào)試求解成功后，利用其Export Python App生成可執(zhí)行程序SDK文件夾，文件夾中包含的主要內(nèi)容，如下圖15所示。該文件夾通過(guò)命令行執(zhí)行，可完全脫離有限元仿真環(huán)境，并獲得連桿現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中應(yīng)力和變形結(jié)果的實(shí)時(shí)響應(yīng)，如圖16和圖17所示。其中圖17為連桿載荷歷程對(duì)應(yīng)的最小、最大和平均應(yīng)力的不同結(jié)果曲線。
圖14 建立連桿數(shù)字孿生體模型
圖15 可執(zhí)行SDK文件夾生成
圖16 運(yùn)行中的可執(zhí)行程序SDK文件夾
圖17 SDK文件夾運(yùn)行輸出的連桿應(yīng)力結(jié)果
六、總結(jié)
本文介紹了聯(lián)合利用Ansys Mechanical、True-Load、Ansys Twin Builder和Ansys Deployer軟件進(jìn)行連桿數(shù)字孿生體模型建立的操作過(guò)程及注意事項(xiàng)。
展開(kāi) 基于proe的活塞曲軸連桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)
通過(guò)闡述基于pro/e模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法,介紹了參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本原理和功能,分析了發(fā)動(dòng)機(jī)活塞曲軸連桿機(jī)構(gòu)中的參數(shù)化設(shè)計(jì)造型過(guò)程,并以實(shí)例詳細(xì)闡述了活塞、連桿、曲軸以及整體裝配的三維造型設(shè)計(jì)步驟及關(guān)鍵技術(shù)。
點(diǎn)評(píng):
基于proe的活塞曲軸連桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì).pdf
ANSYS Workbench連桿瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真 ￥19.89
</p><p>當(dāng)給定幅值衰減因子后，其余的四個(gè)參數(shù)隨之而定，分別是：</p><p>或者可寫(xiě)為：</p><p>5.2 連桿瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真</p><p>5.2.1 模型導(dǎo)入</p><p>完成連桿的三維模型后，在另存為類型中選擇step格式，這是通用的CAD數(shù)據(jù)交換格式，可以被大多數(shù)工程軟件所接受，并將模型導(dǎo)出step格式導(dǎo)入到ansys workbench中。</p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202505/060b0cad9648cf5ede29dd7f09ad5f10.png"></p><p>5.2.2 設(shè)置材料參數(shù)</p><p>在Workbench的項(xiàng)目圖表視圖中，找到需要編輯的幾何體，通常位于“幾何”（Geometry）分支下。</p><p>在幾何體上右鍵單擊，選擇“編輯”（Edit）。這將打開(kāi)一個(gè)材料列表，您可以在其中選擇或添加材料。</p><p>在材料列表中查找“鋁合金”，這通常是ANSYS Workbench自帶材料庫(kù)中的選項(xiàng)。</p><p>選擇該材料后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)填充相關(guān)的材料屬性，包括密度、彈性模量和泊松比等。</p><p>根據(jù)給定的數(shù)據(jù)，確認(rèn)所選鋁合金材料的密度為2770kg/m3，彈性模量為7.1E+10Pa，泊松比為0.33。</p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202505/d5d937a587402f25fced34cb1d97d08f.png"></p><p>5.2.3 連接副設(shè)置</p><p>在連桿左端設(shè)置四個(gè)接地旋轉(zhuǎn)副，旋轉(zhuǎn)副的定義即為保留Z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，限制其余自由度，如下圖所示。
展開(kāi) 210基于matlab的仿真機(jī)械四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)代碼 ￥12.2
基于matlab的仿真機(jī)械四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)代碼，包括運(yùn)動(dòng)仿真和變量變化分析圖的生成，包括角速度、速度、加速度等曲線。程序已調(diào)通，可直接運(yùn)行。
269 基于matlab的四連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算 ￥8.9
基于matlab的四連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算。將抽油機(jī)簡(jiǎn)化為4連桿機(jī)構(gòu)，仿真出懸點(diǎn)的位移、速度、加速度、扭矩因數(shù)、游梁轉(zhuǎn)角等參數(shù)，并繪出圖形。程序已調(diào)通，可直接運(yùn)行。
基于ABAQUS曲軸連桿轉(zhuǎn)動(dòng)瞬態(tài)分析 ￥5
基于ABAQUS曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)瞬態(tài)分析
UG建模->導(dǎo)入ABAQUS
運(yùn)動(dòng)副創(chuàng)建：
轉(zhuǎn)動(dòng)副（曲軸與連桿、連桿與活塞）：
1.創(chuàng)建兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的RP參考點(diǎn)
2.RP點(diǎn)之間創(chuàng)建Wire特征作為轉(zhuǎn)動(dòng)副載體
3.創(chuàng)建轉(zhuǎn)動(dòng)副即Hinge
4.創(chuàng)建局部坐標(biāo)系
5.將轉(zhuǎn)動(dòng)副賦予Wire
6.將參考點(diǎn)與相應(yīng)結(jié)構(gòu)的控制區(qū)域進(jìn)行coupling耦合
移動(dòng)副（活塞相對(duì)氣缸移動(dòng)）：
與轉(zhuǎn)動(dòng)副類似，唯一不同之處創(chuàng)建移動(dòng)副即Translator
位移云圖
ANSYS workbench 四連桿運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對(duì)有限元分析感興趣的工程師
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)四連桿機(jī)構(gòu)的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)四連桿機(jī)構(gòu)接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)多體動(dòng)力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)四連桿機(jī)構(gòu)多體動(dòng)力學(xué)分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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基于adams view 單缸發(fā)動(dòng)機(jī)連桿疲勞危險(xiǎn)點(diǎn)分析（模態(tài)應(yīng)力恢復(fù)方法） ￥1
二、將連桿生成柔性體。
三、約束連接位置重新設(shè)置
四、分別設(shè)置約束位置的rb2連接。
五、連桿的MNF文件預(yù)覽（RBE2從節(jié)點(diǎn)數(shù)量可根據(jù)需要選擇）。
基于MeshFree的曲軸連桿機(jī)構(gòu)有限元仿真分析
基于MeshFree的曲軸連桿機(jī)構(gòu)有限元仿真分析
曲軸連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)中的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，針對(duì)連桿的計(jì)算分析在早期多采用經(jīng)驗(yàn)公式，關(guān)于有限元的理論和方法出現(xiàn)后，迅速在連桿分析上得到了廣泛應(yīng)用。最早的連桿有限元分析模型是將曲軸連桿模型簡(jiǎn)化為梁模型進(jìn)行仿真計(jì)算，現(xiàn)在的有限元分析軟件已經(jīng)完全可以進(jìn)行三維實(shí)體模型的仿真計(jì)算。在曲軸連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，希望曲軸連桿機(jī)構(gòu)有較高的可靠性和較長(zhǎng)的使用壽命，而且曲軸連桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)承受較大的沖擊載荷，使各運(yùn)動(dòng)件承受過(guò)大的載荷，并造成過(guò)大的振動(dòng)，同時(shí)也會(huì)加速磨損，降低性能。因此，本文針對(duì)曲軸連桿機(jī)構(gòu)通過(guò)MeshFree進(jìn)行相應(yīng)部件的受力分析，從而得知外載荷作用下的應(yīng)力分布趨勢(shì)及應(yīng)力集中點(diǎn)，為曲軸連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考。
1.建立有限元模型
首先采用三維建模軟件UG NX建立曲軸連桿機(jī)構(gòu)的三維模型，如圖1所示，模型中保留了主要零件結(jié)構(gòu)：曲軸、連桿、連桿蓋和活塞，曲軸兩端采用軸套約束，從而模擬實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)，將各零件裝配完成并通過(guò)中間格式Parasolid（.x_t）導(dǎo)出
圖1 曲軸連桿機(jī)構(gòu)的三維模型
在MeshFree中建立新項(xiàng)目，并選擇分析類型為非線性靜力分析，導(dǎo)入已有的Parasolid（.x_t）模型，并勾選搜索接觸面。
2.建立接觸
導(dǎo)入Parasolid（.x_t）格式模型后，MeshFree自動(dòng)創(chuàng)建接觸對(duì)：曲軸與軸套、曲軸與連桿、曲軸與連桿蓋、連桿與連桿蓋、連桿與活塞銷(xiāo)、活塞與活塞銷(xiāo)，將各接觸對(duì)接觸類型改為滑動(dòng)接觸，連桿與連桿蓋仍為焊接接觸，如圖2所示。
展開(kāi) 
ANSYS workbench連桿諧響應(yīng)分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)連桿模型的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)諧響應(yīng)分析相關(guān)的分析步的建立
3、學(xué)習(xí)諧響應(yīng)分析相關(guān)的約束條件的建立
4、學(xué)習(xí)諧響應(yīng)分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 連桿諧響應(yīng)分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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ANSYS workbench 連桿瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對(duì)有限元分析感興趣的工程師
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)連桿的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)連桿接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)連桿瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 連桿瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
ANSYS workbench連桿疲勞分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)連桿的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)靜結(jié)構(gòu)分析步的建立
3、學(xué)習(xí)連桿疲勞分析的載荷施加
4、學(xué)習(xí)疲勞分析的設(shè)置
5、學(xué)習(xí)平均應(yīng)力修正的設(shè)置
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 連桿疲勞分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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基于optistruct曲柄連桿機(jī)構(gòu)多體動(dòng)力學(xué)仿真及桿件形狀優(yōu)化 ￥50
本案例重點(diǎn)介紹如何在optistruct中模擬機(jī)械設(shè)計(jì)中的經(jīng)典機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，以經(jīng)典的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)為例。桿與桿連接地方設(shè)置轉(zhuǎn)鉸，創(chuàng)建相應(yīng)的接觸，給曲柄也就是左側(cè)連桿作為驅(qū)動(dòng)件，其角速度為50rad/s，分析機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所有桿件上的受力動(dòng)態(tài)分布情況。
多體動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)結(jié)果動(dòng)畫(huà)（提取運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各桿件中最大應(yīng)力變化）
初始模型
提取輸出節(jié)點(diǎn)力：
通過(guò)optistruct對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行形狀優(yōu)化，通過(guò)hypermorph建立了相應(yīng)的形狀變量，以各桿件在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的應(yīng)力小于許可應(yīng)力，并以質(zhì)量最輕作為目標(biāo)函數(shù)。
形狀優(yōu)化結(jié)果動(dòng)畫(huà)
以最后一個(gè)迭代步的結(jié)果作為最終的優(yōu)化結(jié)果。查看形狀優(yōu)化的結(jié)果后綴名為_(kāi)des.h3d，多體動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果后綴名為.h3d。
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