解析刚体在 LiToSim 中的实现与应用

   

在 CAE 仿真中，模具、轧辊等刚性部件如果也用网格划分离散，不仅建模耗时，还会拖累接触计算效率。有没有一种更聪明的方式？解析刚体（Analytical Rigid Body）技术就是答案——用数学解析方式描述刚体几何与运动，无需网格，计算精准高效。本文将带你一探 LiToSim 解析刚体的工程实践。       

     

     

   

 

     

解析刚体技术，是一种在CAE分析中将不发生变形的部件（如模具、轧辊、夹具等）进行理想化建模的方法。在CAE仿真中，模具、轧辊等部件通常被视为不发生变形的刚体。如果采用传统的离散网格来划分刚体，不仅建模耗时，还会显著增加不必要的接触计算资源消耗。解析刚体（Analytical Rigid Body）通过数学解析方式描述刚体几何形状和运动约束，无需网格离散，能显著提升计算效率，保证接触计算的精度与稳定性，成为了工业级仿真的“效率利器”。        

         

作为国产自主可控的通用CAE软件，LiToSim已全面支持REVOLUTION（旋转体）和CYLINDER（圆柱体）解析刚体的接触计算。在钣金成型、辊压工艺、汽车零部件分析等典型场景中，LiToSim可高效处理复杂接触问题，为工程师带来“建模更简、计算更快、结果更准”的仿真体验。

       

       

       

   

▲LiToSim 支持 CYLINDER（圆柱体）解析刚体的建立

▲ LiToSim 支持 REVOLUTION（旋转体）解析刚体的建立

   

       

       

案例一：钣金成型分析          

       

       

   

钣金成型是冲压工艺的核心环节，凸模、凹模等模具通常具有复杂的曲面几何特征。LiToSim 支持将这类模具定义为解析刚体，从而避免繁琐的网格划分。在接触计算中，解析刚体能够以高精度、低成本完成检测，有效避免了因网格过粗导致的摩擦力计算不准问题。 

本例模拟某钣金件冲压成型过程，重点关注板材成型后的贴模性与厚度分布，以评判是否存在破裂或起皱风险。从应力及应变云图可见，板材在凸模作用下成型充分，应力过渡连续，厚度减薄均匀，无局部过度减薄或失稳迹象，成型质量满足要求。 

▲ 冲压模型

▲ 钣金成型动画

▲ 应力应变云图

   

   

案例二：辊压成型分析      

   

   

辊压成型是冷弯型钢、电池极片、汽车导轨等长条型材的核心工艺——材料顺序通过多道次辊轮，逐步弯曲至目标截面。在产线中，辊轮刚度远大于带材，天然符合刚体特征。但若采用变形体建模，数十道次带来的网格规模将极其庞大。将辊轮设为解析刚体后，仅需定义半径、锥度等参数，无需网格即可支撑全流程仿真，接触力输出稳定，便于快速验证道次分配与辊型设计。 

帽型截面多道次辊压仿真结果表明：带材经逐道辊弯后精确贴合目标型面，成型截面应力分布对称，整体成型质量良好，充分验证了辊花设计与道次分配方案的可行性。 

▲ 解析刚体参数设置

▲ 辊压模型

▲ 辊压成型动画

▲ 帽型辊压件及仿真云图

   

   

案例三：汽车翼子板抗凹分析      

   

   

翼子板是外覆盖件中曲率复杂的薄壁件，其抗凹性能直接关乎整车的静态感知品质。工程中通常以标准压头对特定区域施加载荷，测试其抗凹陷能力。若压头采用实体网格建模，不仅增加计算量，尖端接触力的传递还易受到网格畸变的干扰。而采用解析刚体建模，尖端由精确曲面描述，接触判定精准，载荷路径清晰，且不参与刚度矩阵组装，非常便于多测点快速评估。 

本例以半球形压头垂直下压目标区域，获取抗凹刚度与凹陷深度。仿真结果显示位移可控，抗凹性能满足设计要求。 

▲ 翼子板模型

 

 

 

▲ 压头解析刚体的接触设置

▲ 翼子板抗凹试验云图动画

▲ 应力应变云图

   

从冲压模具到多道次辊轮，再到翼子板抗凹压头——解析刚体技术正以"无需网格、接触精准、计算高效"的独特优势，在汽车与制造领域发挥着越来越关键的作用。国产 CAE 软件 LiToSim 已在这一方向实现了完全自主可控的技术积累。       

励颐拓团队始终秉承独立自主路线，致力于打造国产自主可控的 CAE 仿真软件。未来将持续拓展 LiToSim 工业场景的应用边界，为国产 CAE 软件生态建设贡献更大力量。