繩索模擬的案例
Ansys繩索模擬
繩索模擬
對加速汽車創新不懈追求——VI-grade中國官方入駐技術鄰平臺
新的全尺?模擬器系列能夠使我們能夠完美地應用于賽車運動、ADAS 研究以及乘用車的操穩和平順性調校。
盡管這?全新的繩索驅動模擬器系列建立在極其先進的技術之上，但所有的VI-grade九自由度動態模擬器都具有相同的關鍵特性。也就是說，全新的繩索驅動模擬器系列具有完整軟件工具鏈，且作為交鑰匙解決?案； 其次，模擬器利?了VI-grade獨特的運動冗余架構，VI-grade將下級運動與上級運動隔離開來，因此可以完整地再現低頻和?頻運動，實現了大行程和高頻運動的平衡，真正復現汽車的真實駕駛動態； 最后，VI-grade提供了?個開放的實時仿真架構，使用戶能夠添加其偏好的第三?硬件和軟件解決?案，并讓它們完美運?。
了解更多信息，請登錄www.vi-grade.com 或關注VI-grade中國官方公眾號，與我們取得聯系！
展開 Ansys LS-DYNA在工程機械行業應用
橋式吊車繩索模擬案例分享
背景
-廣泛使用，負荷較大
-持續軸向動態載荷，彎矩及扭矩
-復雜的1D-3D接觸
-合適的1維單元材料本構：*MAT_MOMENT_CURVATURE_BEAM
建模
材料參數
邊界條件
結果分析I
結果分析II
附錄
LS-DYNA工程機械典型應用
車輛相關
ROPS
ROPS–法規–試驗
客車：Roll-Over Crashworthiness
商用車——ECE R29-03
-工信部官網于2019年7月8日發布消息，為適應我國商用車性能高速發展現狀，不斷提高商用車乘員保護技術要求，工業和信息化部裝備工業司組織行業機構、重點企業等單位開展了強制性國家標準GB26512-2011的修訂工作
-《商用車駕駛室乘員保護》基本框架：結合我國實際現狀，全面采用UN ECE R29（03系列）技術要求
客戶案例
高度非線性場景
材料本構
試驗&仿真
Element Erosion
仿真方法——FEM
-精度高
-建模和邊界條件容易加載
-大變形不易
-刪單元影響力和能量
仿真方法——FEM—DEM/SPH
仿真方法——SPG
SPG Features
? Galerkin framework: the same as the conventional FEM
‐Numerically accurate and robust in solid and structure analysis
‐Straightforward to reuse and couple with existing FEM models
? Capable to deal with large material
展開 ADAMS/Cable繩索仿真 ￥120
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定義滑輪屬性和數量后生成的滑輪模型
在繩索建立對話框里，分別選擇起始錨點、終止錨點以及滑輪的纏繞順序（默認為逆時針方向），并設置繩索的參數，生成繩索模型。
file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image010.jpgfile:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image012.jpg
繩索建模和參數設置對話框
ADAMSCable提供兩種繩索的生成方式：simplified類型不考慮繩索的質量和慣量，這種類型繩索沒有晃蕩姿態的模擬；discretized類型使用離散思想，將繩索離散成多個小單元，使用約束和力元進行關聯，根據定義的拓撲選項最小化系統自由度，并且需要根據滑輪直徑設置單元尺寸，這時是考慮質量的，因此可以方便地模擬出繩索晃蕩姿態，并且還可模擬出繩索和滑輪的接觸力效果。
（1）simplified類型 （2）discretized類型
兩種類型的繩索仿真模型
3 應用案例
（1）通過Cable模塊建立Guide類型的繩索滑輪機構，不僅能模擬出繩索與滑輪之間的接觸力，還能仿真其中一個滑輪的動態扭動，模擬更加真實的工作過程。
繩索滑輪機構
（2）使用AdamsCable模擬吊裝設備的工作過程，可以方便地模擬出繩索在工作過程中的晃蕩現象。
展開 
多體仿真中的實體繩索建模
這種方式是最傳統的繩索建模方式，包含了繩索多體建模的基本思想。
（2）使用繩索專業模塊
隨著多體仿真軟件的發展，近些年有些軟件推出了繩索專業模塊，使用專業模塊能大大提高建模效率。有兩種建模方式：
一種是簡化的繩索建模，通過力的形式模擬繩索，由于這種方法沒有建立繩索幾何體，不考慮繩索本身的質量，其主要用于模擬繩索傳動作用（例如滑輪運動），其優點是仿真速度快；
第二種方法是離散化繩索建模，繩索模型中包含一些離散幾何體（例如小球體），可以考慮繩索質量，以及本身晃動對系統的影響，但是其也無法建立完全真實幾何體的繩索模型。
建立真實實體繩索模型方法
可以使用Simpack軟件的Simbeam功能建立具有真實幾何體的繩索模型。Simbeam是Simpack軟件中用于建立離散梁柔性體的專用模塊。通過Simbeam可以完全參數化建立梁單元柔性體，不需要其它第三方有限元軟件，支持Euler-Bernoulli和Timoshenko兩種類型，支持非線性離散梁（大變形）。其建模步驟為：
定義材料
定義截面形狀，支持圓形、矩形、橢圓形等
設置節點建立梁單元
建立仿真模型
使用Simbeam還能建立變截面的柔性梁，通過在不同的節點位置設置不同的截面以及方向，可以建立復雜的柔性梁模型。
建立的柔性梁實體顯示如下圖所示。
Simbeam可以應用在汽車板簧、穩定桿，風機葉片、塔筒和主軸、機車輪對軸、發動機凸輪軸等，也能應用在其它柔性部件上，如繩索、大變形金屬薄片。
展開 lsdyna繩索仿真 ￥50
CABLE單元可以用來模擬拉索和電纜等中等至極細的以軸力為主的結構，廣泛地應用于海洋平臺、建筑和機械行業。
與其他線體單元相比，CABLE 能實現良好的網格收斂性和較粗單元下良好的計算精度。
lsdyna中，常用beam類型有1、2、3、6四種
1.ELFORM=1， Hughes-Liu integrated beam，積分梁：
用來模擬考慮應力結果的良，如汽車底鹽中的長螺栓。
2.ELFORM=2， Belytschko-Schwer resultant beam，合力梁
只計算節點處的力和力矩，設有應力計算。
3.ELFORM=3， Truss， 桿.
只能承受軸向載荷（拉或壓），不能承受彎曲載荷。
經常用來模擬二力桿結構。
4.ELFORM=6， Discrete beam，離散梁/Cable。
節點有6個自由度，可以模擬繩索。
仿真中，繩索材料使用71號材料 MAT_CABLE_DISCRETE_BEAM
使用beam算法的ELFORM=1時，效果如下：
使用beam算法的ELFORM=6時，效果如下：
展開 Adams塔吊剛柔耦合分析
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。
二次開發|Python腳本文件生成懸鏈線
圖1 鐵鏈的形狀
圖2 含有水珠的蜘蛛網
圖3 立式建筑
在Abaqus中怎么模擬懸鏈線呢？需要用到truss單元！懸鏈線不能抵抗剪切和彎曲變形，只受到軸力的作用，在Abaqus中與truss單元的受力特征一致，因此可用truss單元模擬。
1.問題描述
使用Abaqus分析懸鏈線曲線特征。
2.操作步驟
使用truss單元模擬繩索變形前，需要對其施加一定的預應力來保證分析可以進行下去。繩索沒有塑性變形，施加預應力后再撤銷預應力對結果不會有影響。為了更好地控制懸鏈線形狀以及力學參數，使用參數化建模的方式。腳本文件(.py文件)是通過在CAE界面操作獲得.rpy文件，然后修改其后綴得到。最后將需要修改的參數，統一放在放在腳本文件開端，方便修改。腳本文件包含了在CAE界面操作的所有建模流程，具體見下圖所示代碼。
圖4 腳本文件
3.結果展示
圖5 懸鏈線應力云圖
圖6 懸鏈線位移云圖
4.結論
Python腳本文件對Abaqus進行參數化建模，可大大方便對模型參數的修改流程。后續本公眾號將會更多的關注Python在Abaqus中的二次開發。
源碼請回復“懸鏈線”自動獲取。
展開 ANSYS有限元網格介紹
用戶在選擇單元時，首先要明確自己所分析的研究對象，其次根據研究對象，選取適當的單元類型進行模擬，選取時要特別注意該單元的特性以確定其所適用的范圍，比如LINK10是一個軸向僅受拉或僅受壓的桿單元，特別適用與模擬繩索這樣僅能承受拉力的對象，同為桿單元的LINK180則在承受軸向拉力的同時也可以承受軸向的壓力，則該單元適用于模擬桁架和彈簧等結構。
與此同時，結構單元還分為線性單元與二次單元，線性單元的節點只在端點處（如SOLID185實體單元），采用線性單元求解，精度差但求解速度快；二次單元除了端點外還具有中間節點（如SOLID186實體單元），采用二次單元求解，相對于線性單元求解精度要高，但求解速度要慢，用戶要根據實際的情況進行選取。
3.單元形狀與網格劃分
單元的形狀主要有四邊形、三角形、六面體和角錐體四種，單元的形狀往往與網格的劃分方式密切相關。
對所指定的面或體進行網格劃分時，主要分為兩種方式，自由劃分和映射網格劃分，APDL中控制劃分方式的命令為MSHKEY。ANSYS系統中網格的劃分方式默認為自由劃分， 自由劃分中若不通過MSHAPE命令控制單元的形狀，則將優先劃分四邊形和六面體網格，三角形和角錐體次之，若要指定劃分為三角形和角錐體網格，則必須通過MSHAPE命令來控制。采用映射方式劃分的網格形狀較為規整，但要求所劃分對象的幾何形狀必須為規則形狀。
在對于體網格的劃分中，我們還經常會用到掃掠的方式，掃掠的方式主要分為兩種，兩種方式都要事先對源面進行網格劃分，第一種是基于源面對于已經建立的幾何體采用VSWEEP命令進行掃掠，第二種是將源面進行拉伸或沿路徑掃掠生成體網格。若源面的網格為四邊形則體網格為六面體，若源面網格為三角形則體網格為三棱柱。
展開 ANSYS Workbench起重機疲勞分析 ￥29.9
這通常通過綁定、纏繞或以其他方式將繩索上端與另一個結構組件連接起來實現。這種固定支承提供了一個穩定的基礎，允許我們評估在施加載荷時繩索的反應。</p><p>考慮到自重的影響是進行任何結構分析的基本步驟。即使是相對較輕的繩索，在長距離或大尺度的應用中，其自身重量也可能導致顯著的垂度和應力分布。</p><p>為了方便施加載荷并進行進一步的分析，我們在繩索下表面設置了一個遠程點。這個點作為一個抽象的控制節點，允許我們在不直接在繩索的幾何點上施加力的情況下，準確地施加和控制載荷。這有助于避免由于直接在繩索上施加力而產生的數值奇異性或不穩定性。</p><p>剛度方式選擇耦合表示在分析中，繩索的不同部分將以相互依賴的方式共同響應外部加載。在耦合分析中，一個區域的位移或旋轉會影響相鄰區域，從而模擬出繩索在真實情況下的整體力學行為，這對于理解繩索在受力后的伸長、彎曲和扭曲等行為特別重要。</p><p>最后，在遠程點上施加了一個大小為8000N的力載荷。這個力的量級可以代表繩索在正常使用過程中可能遇到的工作負荷。通過施加這個力，我們可以評估繩索在受到張力時的彈性反應以及可能發生的任何永久性變形。</p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202505/7cdde6a8bdb44160f5c0920a2a28984d.png"></p><p>5.4.4 網格劃分</p><p>在項目圖表視圖中找到“模型”（Model）分支下的“網格”（Mesh）分支，右鍵單擊選擇“編輯”（Edit）。</p><p>選擇整個連桿模型或指定的部分進行網格設置。</p><p>調整網格大小至10mm，這可以在“網格控制”（Sizing）選項中設置，確保全局單元尺寸為10mm。
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