鉸連接仿真的案例
Abaqus多體動力學仿真之鉸連接案例講解
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仿真應用 | 固定鉸接和可動鉸接對梁撓度的影響
南京安世亞太公司
梁構件是非常常用的構件形式，梁和基礎的連接方式有固定支座，固定鉸支座，可動鉸支座等。不同支座形式對梁撓度的影響是怎么樣的？以及它們在不同分析類型中的表現是什么樣的？這是梁構件校核過程中值得思考的問題。
1 鉸接支座
固定鉸支座：只有轉動自由度，不能移動。
可動鉸支座：除了有轉動自由度，還可以移動。
2 幾何線性分析
兩端固定鉸支座，幾何線性分析：
一端固定鉸支座，一端可動鉸支座，幾何線性分析：
以上兩個分析表明，可動鉸支座不影響撓度結果。即使梁的兩端都是可動鉸支座，撓度結果也是一樣的，如下：
以上三個分析表明，在幾何線性分析條件下（針對小撓度彈性問題），可動鉸支座和固定鉸支座對撓度求解沒有區別，這個結論可以用于工程實踐。
展開 ANSYS各類型單元連接專題講解（三）之梁與殼體鉸接
前面一篇文章主要講解了桿單元與各類單元連接的基本情況，在很多時候，我們使用梁單元的頻率要遠遠大于桿單元，因而如何處理好梁單元與各類單元的連接是做好仿真模擬的關鍵。
梁單元與桿單元不同之處在于節點除了有平動自由度之外，還附加有轉動自由度。針對2D梁單元，節點具有Ux、Uy以及Rotz三個自由度；針對3D梁單元，節點具有Ux、Uy、Uz以及Rotx、Roty、Rotz以及WaRp(僅Beam18x系列單元)。
板殼單元實際上具有五個自由度，分別為Ux、Uy、Uz以及Rotx、Roty，但很多時候引入了第六個面內轉動Rotz，但值得注意的是該自由度的含義與梁單元的Rotz含義并不相同。
2D實體單元節點自由度僅有Ux、Uy，3D實體單元節點自由度包含Ux、Uy、Uz。
從上面可見，不同單元類型其節點自由度的數目以及含義不一樣，因而在處理單元連接時，需根據實際情況分不同種類來確定其連接方法。但就梁單元而言，與各單元類型的連接可分為如下情況：
1）梁單元與殼、實體單元鉸接；
2）2D梁單元與2D實體單元剛接；
3）3D梁單元與殼單元剛接；
4）3D梁單元與3D實體單元剛接；
本篇介紹梁單元與殼、體單元的鉸接問題。
從上面介紹的三種單元節點自由度類型可見，梁單元與體單元節點的平動自由度物理意義相同，因此如果需實現梁單元與實體單元的鉸接，兩者共用節點即可；也可兩者無共用節點，但具有重合節點時，直接耦合節點的平動自由度。
然殼單元與梁單元的節點自由度除了Rotz有所不同外，其余5個自由度皆具有相同的物理意義，因而當梁單元與殼單元具有公共節點時，可認為是除了Rotz外的一種剛性連接，例如最常見的建筑結構梁板體系的模擬。
展開 ANSYS知識普及6——如何模擬球鉸連接（ANSYS專家編輯，非原創，歡迎轉摘）
這些單元可以簡單地分為“約束單元”或“連接單元”。 用戶可以在一些需要施加運動約束的場合中使用這些單元。這些約束可以簡單到鉸鏈上的具有相同的位移值，也可以復雜到包括模型的剛性部分，或者在柔性體之間以某一特定方式傳遞運動的運動約束。例如，結構中可能包含一些剛性部件或者通過轉動或滑塊約束連接在一起的運動部件。結構的剛性部分可以使用MPC184的剛性桿或剛性梁單元來模擬，運動部分可以使用MPC184的滑塊，球鉸，銷軸和萬向聯軸器單元模擬。因為這些單元使用拉格朗日乘子法實現，ANSYS能夠輸出約束反力和力矩。
約束單元
如果沒有其它說明，使用這些單元時，三維單元選項(KEYOPT(2) = 0)為默認值。
1.球鉸模型
球鉸
設置KEYOPT(1) = 5來定義二節點的球鉸。兩個節點必須重合。3維球鉸每個節點有三個自由度(x，y和z方向平移)。2維球鉸單元(KEYOPT(2) = 1)每個節點有二個自由度(x，y方向平移)。
球鉸單元的運動約束施加方式：組成單元的兩個節點平移位移保持一致；不約束轉動自由度（如果存在）
圖184.2: "MPC184球鉸約束幾何"顯示單元的幾何形狀和節點位置。單元由二個節點(I，J和K)定義。假設節點二個節點(I和J)具有相同的空間坐標。
圖184.2: MPC184球鉸約束幾何
該單元不必輸入材料剛度特性，目前不支持單元生死。
MPC184球鉸單元輸入概要總結了單元輸入參數。 MPC184球鉸單元輸出數據提供單元輸出的常用描述。
MPC184單元的假設和限制
球鉸單元限制
· 節點I和J必須重合。
· 不能在組成球鉸單元的節點上施加位移邊界條件。
· 方程求解器(EQSLV)必須選稀疏矩陣求解器。
展開 
整車碰撞仿真中常用的鉸接(Ls- dyna)
在整車碰撞中，如機罩、車門、轉向節、轉向管柱等運動件往往需要用到Dyna中不同的鉸接，常見的鉸接主要有：
1）Revolute Joint（轉動鉸）
Constraied-Joint-Revolute：轉動鉸限制三個方向的平動自由度，兩個方向轉動自由度，即只能繞下圖所示點1(2)和點3(4)形成的軸線旋轉，主要用于機艙蓋鉸鏈、車門鉸鏈、后背門鉸鏈等位置的建模。
2）Spherical Joint（球鉸）
Constraied-Joint-Spherical：球鉸限制三個方向平動自由度，不限制轉動自由度，即可繞如圖所示1(2)點旋轉，但不能平移，主要用于轉向節與轉向橫拉桿、轉向節與下擺臂、半軸等位置。
3）Universal Joint（萬向鉸）
Constraied-Joint-Universal：萬向鉸限制三個方向平動自由度，一個方向轉動自由度，可繞（1、3）軸和（2、4）軸旋轉，主要用于傳動軸萬向節、轉向管柱萬向節等。
4）Cylindrical Joint（圓柱鉸）
Constraied-Joint-Cylinderical：限制兩個方向平動自由度，兩個方向轉動自由度，可沿如下圖所示點1(2)與點3(4)形成的軸線平動或旋轉，圓柱鉸主要用于轉向管柱、減震器等位置的建模。
5） Translational Joint（滑移鉸）
Constraied-Joint-Translational：滑移鉸限值兩個方向平動自由度和三個方向轉動自由度，僅可沿下圖所示點1(2)與點3(4)形成的軸線平動，不可轉動，主要用于轉向管柱、傳動軸建模。
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展開 鉸接式電動輪自卸車動力學建模與仿真分析
鉸接式自卸車是為適應復雜路況與惡劣氣候條件應運而生的一種非公路運輸設備。與剛性自卸車相比，鉸接式自卸車引入了附加的自由度，從而使車輛具有更好的機動性和更廣泛的適應性。
隨著礦產資源的不斷開采與工程機械行業的快速發展，鉸接式自卸車得到了越來越廣泛的應用。因此，建立整車虛擬樣機動力學模型，研究鉸接式自卸車的動力學性能，對于鉸接式自卸車的研究與制造具有重要的科研意義和工程應用價值。本文以某公司60t鉸接式電動輪自卸車為研究對象，建立了整車虛擬樣機協同仿真模型。
（1）本文研究的鉸接式電動輪自卸車采用全液壓轉向系統，取消了軸間差速器，采用電動輪驅動轉矩控制系統實施差速控制。為使整車虛擬樣機模型更符合實際情況，從而更好地進行車輛動力學仿真與分析，本文在對整車結構進行分析的基礎上，在SIMPACK環境下建立了多體動力學仿真模型，在AMESim環境下建立了全液壓轉向系統仿真模型，在Simulink環境下建立了一種基于車輪工作狀態和車輪路面附著特性識別的電動輪驅動轉矩控制模型，并定義了各軟件仿真模型輸入、輸出變量，以Simulink為主要仿真環境，通過軟件接口，將不同環境下的仿真模型集成到Simulink中，利用參數關聯建立了系統、完整的SIMPACK／AMESIM／Simulink協同仿真模型。
為驗證本文設計的“基于車輪工作狀態和車輪路面附著特性識別”的電子差速控制策略，本文利用SIMPACK/AMESIM/Simulink協同仿真模型對該策略進行了仿真驗證。結果表明，在該策略下，本文研究的電動輪鉸接式自卸車具有良好的差速性能。
展開 螺紋連接:仿真分析簡化
仿真分析簡化3
01 引例說明
如圖所示法蘭結構，螺栓M10，等級8.8，現在需要模擬其在受到軸向載荷F和扭轉載荷M作用下螺栓及法蘭的應力分布以用于強度校核，螺栓預緊力P
不考慮螺紋細節，螺母與螺栓之間在對應位置使用綁定接觸連接;螺栓頭部-被連接件，螺母端部-被連接件，被連接件之間均使用常規。
螺紋連接松動機理有限元仿真分析...
為了驗證 仿真結果的準確性，將理論計算值和仿真得到的結果 做對比，如圖 6 所示。
通過模擬實際螺栓擰緊過程對螺栓施加預緊力， 通過物理規律推導螺栓預緊力與擰緊力矩之間的關 系，對比仿真結果和理論計算數據驗證了模型的正確性，同時通過仿真結果可以直觀看出螺紋牙的載荷分 布不均勻現象，如圖 7 所示。
3 螺紋連接松動瞬態動力學仿真分析
3.1 瞬態動力學分析前處理
對螺紋連接結構使用瞬態動力學進行松動仿真分 析，本文中螺紋連接結構橫向振動試驗仿真分為兩種 類型，第一種振動循環次數多，用于觀察螺栓預緊力 的減小與循環次數之間的關系；第二種振動次數少， 但分析子步較多，用于分析螺紋連接結構的松動原理。為了改善瞬態動力學模塊中非線性計算的收斂特 性，將被連接件設置為剛體。接觸設置除了靜力學中 的 4 處接觸外，新增一處接觸，螺栓外表面和被連接 件孔內表面之間的接觸。在振動分析中螺栓預緊力加 載也在瞬態動力學中進行，約束設置分為兩個部分， 第一部分約束設置和靜力學中仿真分析螺栓預緊過程 一致，第二部分釋放螺栓和螺母的約束，被連接件使 用遠程位移約束添加振動位移。分析分兩步，第一載 荷步用于加載預緊力，初始時步 0.6 s，最小時步 0.02 s， 最大時步 1 s；第二載荷步用于施加振動載荷，初始時 步 0.1 s，最小時步 0.01 s，最大時步 1 s。
3.2 仿真分析結果
螺紋連接結構有限元模型在瞬態動力學仿真分析 過程中的力收斂曲線如圖 8 所示。
展開 連接器產品仿真分析
連接器常用材料庫
簡易化操作
導航式界面，軟件細節設置簡化操作，有效規避錯誤，減少計算量
接觸面選取支持幾何面和網格面
支持剛體、彈性體的設置
智能化流程
模型設置檢查
自動化網格劃分
計算過程監控
后處理結果對稱顯示
元王?連接器分析軟件使用門檻低，不需要具備很多有限元知識，只需熟悉相關模塊就可以進行仿真模擬分析。深圳盛凌電子、東莞維峰五金、惠州市奧羅拉科技等超過30家連接器企業以及一些軍工客戶，都在用元王?連接器分析軟件，并在降本提效方面取得巨大成效。
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展開 工業4.0 | 仿真實現連接數字主線的四大途徑
在制造業的新時期要想成為贏家，就必須能夠連接正確的數字主線，加快產品上市進程，避免停工，迅速響應供應鏈突發狀況，解決可持續發展問題。
仿真是在雙向通信網絡中連接這些節點的關鍵。有助于充分運用工業4.0獲得四大優勢：加快產品上市進程、減少制造停工時間、及時充分發揮增材制造的優勢，并支持可持續發展舉措。
1
借助仿真加快產品上市進程
在產品設計與開發過程中，仿真可幫助工程人員在虛擬環境下以數字化方式測試不同環境、不同運行條件如何影響部件、子裝配體或完整系統，無需投入時間和資金構建、測試多種實體原型。仿真幾乎可以支持任何虛擬環境下的產品功能表現，有助于在設計流程之初發現和減少潛在故障，降低成本。
僅數字化原型開發這一項優勢就能顯著加速產品開發流程，如果制造商再結合使用設計優化軟件，便能夠進一步加快產品上市進程。該軟件運用先進算法自動運行各種仿真場景，針對給定參數集建議最佳設計方向，幫助制造商在競爭中超越對手。而且一旦通過云端與高性能計算結合使用（HPC），還可提升復雜仿真與優化的速度。
與傳統產品設計開發方法相比，集成化的仿真驅動設計流程可節省數月時間。
舍弗勒集團開發出一款高效靈活的工具，支持產品設計師和工程師對任何電機設計概念運用相同的優化工作流程，幾分鐘內即可取得結果。
展開 工業4.0 | 仿真實現連接數字主線的四大途徑
在制造業的新時期要想成為贏家，就必須能夠連接正確的數字主線，加快產品上市進程，避免停工，迅速響應供應鏈突發狀況，解決可持續發展問題。
仿真是在雙向通信網絡中連接這些節點的關鍵。有助于充分運用工業4.0獲得四大優勢：加快產品上市進程、減少制造停工時間、及時充分發揮增材制造的優勢，并支持可持續發展舉措。
1、借助仿真加快產品上市進程
在產品設計與開發過程中，仿真可幫助工程人員在虛擬環境下以數字化方式測試不同環境、不同運行條件如何影響部件、子裝配體或完整系統，無需投入時間和資金構建、測試多種實體原型。仿真幾乎可以支持任何虛擬環境下的產品功能表現，有助于在設計流程之初發現和減少潛在故障，降低成本。
僅數字化原型開發這一項優勢就能顯著加速產品開發流程，如果制造商再結合使用設計優化軟件，便能夠進一步加快產品上市進程。該軟件運用先進算法自動運行各種仿真場景，針對給定參數集建議最佳設計方向，幫助制造商在競爭中超越對手。而且一旦通過云端與高性能計算結合使用（HPC），還可提升復雜仿真與優化的速度。
與傳統產品設計開發方法相比，集成化的仿真驅動設計流程可節省數月時間。
舍弗勒集團開發出一款高效靈活的工具，支持產品設計師和工程師對任何電機設計概念運用相同的優化工作流程，幾分鐘內即可取得結果。在舍弗勒集團從事電機仿真與方法研究工作的Pierre Millithaler表示：“再也不必花50個小時使用有限元分析仿真100個樣本，這種基于元模型的優化只要幾分鐘就能仿真10,000個樣本。”
展開 
工業4.0 | 仿真實現連接數字主線的四大途徑
在制造業的新時期要想成為贏家，就必須能夠連接正確的數字主線，加快產品上市進程，避免停工，迅速響應供應鏈突發狀況，解決可持續發展問題。
仿真是在雙向通信網絡中連接這些節點的關鍵。有助于充分運用工業4.0獲得四大優勢：加快產品上市進程、減少制造停工時間、及時充分發揮增材制造的優勢，并支持可持續發展舉措。
1
借助仿真加快產品上市進程
在產品設計與開發過程中，仿真可幫助工程人員在虛擬環境下以數字化方式測試不同環境、不同運行條件如何影響部件、子裝配體或完整系統，無需投入時間和資金構建、測試多種實體原型。仿真幾乎可以支持任何虛擬環境下的產品功能表現，有助于在設計流程之初發現和減少潛在故障，降低成本。
僅數字化原型開發這一項優勢就能顯著加速產品開發流程，如果制造商再結合使用設計優化軟件，便能夠進一步加快產品上市進程。該軟件運用先進算法自動運行各種仿真場景，針對給定參數集建議最佳設計方向，幫助制造商在競爭中超越對手。而且一旦通過云端與高性能計算結合使用（HPC），還可提升復雜仿真與優化的速度。
與傳統產品設計開發方法相比，集成化的仿真驅動設計流程可節省數月時間。
舍弗勒集團開發出一款高效靈活的工具，支持產品設計師和工程師對任何電機設計概念運用相同的優化工作流程，幾分鐘內即可取得結果。在舍弗勒集團從事電機仿真與方法研究工作的Pierre Millithaler表示：“再也不必花50個小時使用有限元分析仿真100個樣本，這種基于元模型的優化只要幾分鐘就能仿真10,000個樣本。”
展開 工業4.0 | 仿真實現連接數字主線的四大途徑
在制造業的新時期要想成為贏家，就必須能夠連接正確的數字主線，加快產品上市進程，避免停工，迅速響應供應鏈突發狀況，解決可持續發展問題。
仿真是在雙向通信網絡中連接這些節點的關鍵。有助于充分運用工業4.0獲得四大優勢：加快產品上市進程、減少制造停工時間、及時充分發揮增材制造的優勢，并支持可持續發展舉措。
1
借助仿真加快產品上市進程
在產品設計與開發過程中，仿真可幫助工程人員在虛擬環境下以數字化方式測試不同環境、不同運行條件如何影響部件、子裝配體或完整系統，無需投入時間和資金構建、測試多種實體原型。仿真幾乎可以支持任何虛擬環境下的產品功能表現，有助于在設計流程之初發現和減少潛在故障，降低成本。
僅數字化原型開發這一項優勢就能顯著加速產品開發流程，如果制造商再結合使用設計優化軟件，便能夠進一步加快產品上市進程。該軟件運用先進算法自動運行各種仿真場景，針對給定參數集建議最佳設計方向，幫助制造商在競爭中超越對手。而且一旦通過云端與高性能計算結合使用（HPC），還可提升復雜仿真與優化的速度。
與傳統產品設計開發方法相比，集成化的仿真驅動設計流程可節省數月時間。
舍弗勒集團開發出一款高效靈活的工具，支持產品設計師和工程師對任何電機設計概念運用相同的優化工作流程，幾分鐘內即可取得結果。
展開 電子連接器溫升仿真
此案例是早年間做的一個電子連接器的溫升仿真。
假定電子連接器是由不同材料組成的一個整體。具體傳熱流程見下流程圖。最后得出的金屬外殼的溫度上升度即電子連接器的溫升。
30PIN電子連接器溫升案例：
有三種載荷情況：
載荷1：4-pin上施加3A的電流，其它26-pin施加0.5A的電流
載荷2：4-pin上施加2.5A的電流，其它26-pin施加0.5A的電流
載荷3：4-pin上施加2A的電流，其它26-pin施加0.5A的電流
算出的結果如下：
與試驗結果對比表如下：
誤差分析：
載荷1=(27.103-26.683)/27.103=1.55%
載荷2=(24.959-24.233)/24.233=3%
載荷3=(23.973-19.179)/23.973=20%
總結：低電流的電子連接器溫升仿真很容易實現，但是需要注意的是因為低電流的電子連接器發熱較低，其在測試過程中的自然對流系數會比大電流連接器要小一些。
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在制造業的新時期要想成為贏家，就必須能夠連接正確的數字主線，加快產品上市進程，避免停工，迅速響應供應鏈突發狀況，解決可持續發展問題。
仿真是在雙向通信網絡中連接這些節點的關鍵。有助于充分運用工業4.0獲得四大優勢：加快產品上市進程、減少制造停工時間、及時充分發揮增材制造的優勢，并支持可持續發展舉措。
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借助仿真加快產品上市進程
在產品設計與開發過程中，仿真可幫助工程人員在虛擬環境下以數字化方式測試不同環境、不同運行條件如何影響部件、子裝配體或完整系統，無需投入時間和資金構建、測試多種實體原型。仿真幾乎可以支持任何虛擬環境下的產品功能表現，有助于在設計流程之初發現和減少潛在故障，降低成本。
僅數字化原型開發這一項優勢就能顯著加速產品開發流程，如果制造商再結合使用設計優化軟件，便能夠進一步加快產品上市進程。該軟件運用先進算法自動運行各種仿真場景，針對給定參數集建議最佳設計方向，幫助制造商在競爭中超越對手。而且一旦通過云端與高性能計算結合使用（HPC），還可提升復雜仿真與優化的速度。
與傳統產品設計開發方法相比，集成化的仿真驅動設計流程可節省數月時間。
舍弗勒集團開發出一款高效靈活的工具，支持產品設計師和工程師對任何電機設計概念運用相同的優化工作流程，幾分鐘內即可取得結果。
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