柔體變形
關(guān)注創(chuàng)建者：程暉 創(chuàng)建時(shí)間：2017-04-01
柔體變形的視頻教程
【專題課程】ANSA KINETICS多體動(dòng)力學(xué)分析專題(完結(jié))
多體動(dòng)力學(xué)包括多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。本專題課程基于ANSA軟件在講解ANSA的多體系統(tǒng)（Multibody system）其中包含運(yùn)動(dòng)學(xué)-kinematics和動(dòng)力學(xué)-kinetics）。通過幾個(gè)工程項(xiàng)目案例實(shí)戰(zhàn)step by step一步步給大家展示ANSA多體的仿真及應(yīng)用，ANSA通過內(nèi)置求解器對(duì)多體動(dòng)力學(xué)模擬做出精確的模擬。
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柔體變形的實(shí)例教程
盡管多體仿真技術(shù)在過去已經(jīng)成功地應(yīng)用于模擬傳動(dòng)子系統(tǒng)，但這項(xiàng)應(yīng)用仍是最富挑戰(zhàn)性的。為了可靠地獲得傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，大部分零部件，包括動(dòng)力總成部件、旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部變速器和分動(dòng)器部件、適配器、以及前/后傳動(dòng)軸，都必須用柔性體來建模，這會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)大的計(jì)算量。此外，將仿真模型在整個(gè)汽車駕駛速度范圍內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，還將進(jìn)一步增加計(jì)算量。
開發(fā)多體仿真模型
通用的工程師JenniferBagle, Venu Gowducheruvu，和Chandra Shah親身體驗(yàn)了LMS DADS的強(qiáng)大功能，認(rèn)為其滿足了實(shí)際應(yīng)用中的計(jì)算需求。通用汽車的工程師使用LMS動(dòng)態(tài)多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件，將由UG繪制的CAD模型轉(zhuǎn)換至MSC.NASTRAN有限元分析模型，導(dǎo)入傳動(dòng)部件的整個(gè)模型，創(chuàng)建裝配模型。LMS DADS使用基于模態(tài)的部件綜合方法集成了有限元分析結(jié)果，可以用于柔性體仿真并跟蹤振動(dòng)頻率。質(zhì)量屬性會(huì)自動(dòng)更新來適應(yīng)重心中心位置和結(jié)構(gòu)變形引起的慣性改變。此外，運(yùn)動(dòng)副、約束和力都可以直接在LMS DADS軟件內(nèi)定義。
根據(jù)零部件供應(yīng)商提供的統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制(SQC)數(shù)據(jù)，通用汽車工程師能夠在95%置信度和6 sigma范圍內(nèi)計(jì)算出最大的不確定性。然后，他們通過增加額外重量來模擬最惡劣情況，評(píng)估系統(tǒng)性能。為了保持計(jì)算載荷的可控性，工程師使用一階不平衡力方程對(duì)主要部件進(jìn)行計(jì)算。由于內(nèi)存限制，工程師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)定義子系統(tǒng)阻尼量級(jí)，簡(jiǎn)化傳統(tǒng)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)量。在整個(gè)駕駛速度范圍內(nèi)對(duì)仿真模型進(jìn)行測(cè)量，通常是在0至7,000rpm范圍內(nèi)每秒增加80rpm。
LMS動(dòng)態(tài)多體仿真可以自動(dòng)求解動(dòng)力學(xué)非線性方程，并且能夠在仿真過程中的每一步報(bào)告載荷、位置、速度和加速度。結(jié)構(gòu)可以通過圖形和高逼真3D動(dòng)畫進(jìn)行顯示，這使得工程師能夠可視化傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的柔體變形。在項(xiàng)目的早期階段，通用汽車工程師發(fā)現(xiàn)他們能夠重現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果，達(dá)到較高的精確度。
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柔體變形的最新內(nèi)容
剛?cè)狁詈吓c多學(xué)科集成能力
· 獨(dú)創(chuàng)混合建模架構(gòu)，可同時(shí)模擬剛體（齒輪、連桿）的剛性運(yùn)動(dòng)與柔體（殼體、軸類）的彈性變形，捕捉微米級(jí)變形與大幅度運(yùn)動(dòng)的耦合效應(yīng)，適配精密機(jī)械、航空航天等高精度場(chǎng)景。
RecurDyn中的多柔體動(dòng)力學(xué)(Multi Flexible Body Dynamics, MFBD)是一種分析包括剛體和柔體在內(nèi)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為的技術(shù)。它是分析剛體運(yùn)動(dòng)的多體動(dòng)力學(xué)和分析柔性體運(yùn)動(dòng)、應(yīng)力和變形的有限元方法(FEM)的結(jié)合。
多體系統(tǒng)仿真
核心算法: 常微分方程（ODE）組的數(shù)值求解。
原因：將機(jī)械系統(tǒng)（如汽車的懸架、機(jī)器人的手臂）抽象為一系列由運(yùn)動(dòng)副連接的剛體或柔體，建立描述其運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程組，然后用數(shù)值積分方法（如龍格-庫(kù)塔法、Newmark法）求解系統(tǒng)隨時(shí)間變化的位移、速度和加速度。
計(jì)算特點(diǎn):
順序性較強(qiáng): 數(shù)值積分過程是按時(shí)間步順序進(jìn)行的，單次仿真的并行化難度高于FEM/CFD。
一、應(yīng)用核心價(jià)值：讓復(fù)雜系統(tǒng)“看得見、算得準(zhǔn)”
腎上腺素自動(dòng)注射器的RecurDyn仿真，直觀展現(xiàn)了CAE工具在復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)建模與分析中的作用：
?聚焦釋放機(jī)構(gòu)實(shí)際工作狀態(tài)，清晰還原其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，幫助工程師掌握關(guān)鍵部件的動(dòng)力學(xué)特性與相互作用機(jī)理；
?依托RecurDyn多柔體動(dòng)力學(xué)(MFBD)環(huán)境，可對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行高精度仿真與優(yōu)化，減少研發(fā)試錯(cuò)成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。
另外，如果進(jìn)一步將直接柔性化功能與腳本結(jié)合的話，還能實(shí)現(xiàn)仿真進(jìn)行中實(shí)時(shí)切換剛體和柔體狀態(tài)。當(dāng)然，在應(yīng)用中注意其運(yùn)行機(jī)制，確保程序正常運(yùn)行。
旋轉(zhuǎn)流變儀的主要夾具類型
在一定的時(shí)間或溫度程序下，沿一定方向、或按一定振蕩頻率，在可控的剪切速率/應(yīng)力/應(yīng)變振幅下，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)剪切測(cè)量，獲取黏度、模量/柔量、損耗角等參數(shù)，及其隨剪切速率/剪切應(yīng)力/頻率/振幅/時(shí)間/溫度的變化。
RecurDyn的多柔體動(dòng)力學(xué)（MFBD）技術(shù)以其卓越的精度聞名業(yè)界，尤其在處理復(fù)雜柔性體接觸、大變形和非線性動(dòng)力學(xué)問題時(shí)表現(xiàn)無可替代。然而，基于有限元的FFlex體仿真需密集的網(wǎng)格計(jì)算，面對(duì)高精度模型（如精密齒輪箱橡膠襯套、仿生機(jī)器人柔性關(guān)節(jié)）時(shí)，龐大的網(wǎng)格數(shù)量往往導(dǎo)致仿真速度驟降，成為工程師的痛點(diǎn)。
常用于解決復(fù)雜的固體力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)問題，如海洋工程結(jié)構(gòu)分析、水下沖擊分析、柔體多體動(dòng)力學(xué)分析等。
Altair：在航空航天和汽車等行業(yè)應(yīng)用較多，常用于靜態(tài)分析、多體動(dòng)力學(xué)分析、復(fù)雜幾何建模。在航空航天領(lǐng)域，可用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)組件的設(shè)計(jì)；在汽車行業(yè)，可用于汽車結(jié)構(gòu)分析、碰撞模擬等。
通過該仿真，可以分析組織變形對(duì)反向散射信號(hào)的影響，分析和比較在接收到的信號(hào)。
仿真流程
第一步，機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的智能手環(huán)動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)模擬(本文不涉及)
本例中只分析智能帶移動(dòng)對(duì)光信號(hào)的影響。詳細(xì)的模擬內(nèi)部運(yùn)動(dòng)過程將不包括在這個(gè)例子中。Ansys Motion是基于柔性多體動(dòng)力學(xué)的先進(jìn)工程解決方案。它可以在單個(gè)求解器內(nèi)快速準(zhǔn)確地分析剛體和柔體。本例模擬了一個(gè)人類手臂朝東方擺動(dòng)的場(chǎng)景。
4、技術(shù)合理性:消能減振、抗震結(jié)構(gòu)則通過設(shè)置消能桿件和減震裝置，在出現(xiàn)變形時(shí)，大量迅速地消耗能量，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的安全。結(jié)構(gòu)越高、越柔，消能減振、抗震效果越顯著。
