Adams柔性体与有限元分析结果对比-刚度、应力
Adams柔性体分析
引言
在进行Adams刚柔耦合时，会需要通过有限元软件制作柔性体文件。使用柔性体文件时，有时主要用到柔性体文件的刚度特性，有时会进行动力学分析，观察柔性体在运动过程中的应力变化，那么柔性体的刚度和应力与有限元分析结果相比精度怎么样呢？本文将分别通过adams动力学分析并对比有限元分析，校核柔性体仿真的精度和有效性。
实体单元柔性体分析
首先通过Optistruct建立实体单元的柔性体，如图1，该结构长150mm，高30mm，厚20mm。该结构材料为结构钢，弹性模量为210000Mpa，泊松比为0.3，然后在输出柔性体时，提取30阶模态(adams柔性体采用模态叠加法)，并且输出节点应力，具体如下：
图1.柔性体建立
2.1弯曲分析
刚度校核
在分析前，采用abaqus建立同样的模型，然后以abaqus为基准进行校核。在应用abaqus分析时，采用C3D8单元(与Optistruct转化成柔性体时，单元类型一致)，然后左侧固定，右侧施加向下10mm的位移约束。
图2.有限元模型建立
仿真后提取右侧位移约束的作用反力及位移，结果如下：
图3.作用反力与位移结果
从图3可以看出作用反力最大为75387N，作用位移为10mm，所以这种边界约束下，结构的弯曲刚度为7538.7N/mm。
然后同样的边界条件，在Adams中仿真，约束及驱动如下:
图4.adams实体单元弯曲仿真
然后同样提取驱动的作用力和驱动位移：
图5.adams刚度仿真计算
通过图5可以看出adams仿真的刚度为7546N/mm，与有限元的刚度计算结果：7538.7N/mm相比，相差0.1%。因此adams柔性体刚度方面基本与有限元结果一致，证明了柔性体刚度的准确性。
应力校核
然后再来看应力结果，两者同时提取在位移为2mm(10mm时，应力大约为3000多Mpa，超出大部分合金钢的屈服强度)时的应力结果，首先来看abaqus结果，具体如下：
图6.abaqus弯曲应力计算结果
同样也提取adams在2mm下的应力结果，具体如图7：
图7.adams弯曲应力计算结果
从图6和图7可以看到，有限元计算最大应力为778Mpa，adams计算最大应力为819Mpa，两者相差5%，虽然有差距，但在该精度下，个人认为Adams已经可以通过柔性体动力学分析，定性的分析结构特性。
2.2拉伸分析
再来看拉伸的分析，通过abaqus和adams分别向右拉伸1mm，然后提取拉伸刚度及拉伸应力。
刚度校核
首先来看两者的刚度结果，abaqus的刚度结果如下：
图8.abaqus拉伸刚度计算结果
然后再来看adams的拉伸刚度，具体如下：
图9.adams拉伸计算结果
从上两图可以看到abaqus的拉伸刚度为842988N/mm，adams的拉伸刚度为849470N/mm，两者相差0.7%。
应力校核
然后再来看应力计算结果：
图10.abaqus与adams拉伸应力结果对比
上图可以看出有限元分析结果为1634Mpa，adams分析结果为1640Mpa，两者基本一致。
壳单元柔性体分析
在动力学及静力学分析时，常常用的壳单元，本节同样校核下壳单元柔性体的刚度、应力计算精度。具体壳单元结构如下，长150mm，宽30mm，厚2mm。然后左右两侧各有一个外连点，最后以此基础生成柔性体。
图11.壳单元结构
3.1弯曲分析
首先采用两者软件分别侧向弯曲10mm:
图12.弯曲边界设置
然后分别提取刚度、应力计算结果：
刚度计算结果：
图13.abaqus壳单元弯曲刚度计算结果(位移量10mm)
图14.adams壳单元弯曲刚度计算结果
从上图可以看出两者的弯曲刚度都为3.46N/mm，刚度计算结果一致。
应力计算结果：
图15.两者壳单元弯曲应力计算结果
从图15可以看到，两种计算方式，应力结果都为266.7Mpa，应力计算结果一致。
3.2拉伸分析
然后用abaqus和adams同时拉伸0.2mm，应力结果如下所示：
图16.两者壳单元拉伸应力计算结果
通过图16可以看到，两者的拉伸应力都为320Mpa，计算结果一致。仿真中拉伸刚度也是一致的，这里不再详细展示。
小节
通过以上分析可以看出，adams中的柔性体可以较准确的分析小变形下的结构刚度及应力，或者可以说柔性体可以在第一轮动力学分析中，有效的描述结构在运动过程中的受力及变形情况，然后指导设计，而细节或精细的有限元分析可以依靠专业的有限元软件计算。
