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3个步骤!轻松搞定ADAMS进行刚柔耦合仿真分析

1月前浏览6130

前言:ADAMS作为多体动力学软件,通常情况下仅用来分析刚体之间的运动情况,相比于传统有限元分析软件,极大减少了计算量,因为不用画网格……但是如果非要在仿真过程中像有限元软件一样观察部件的变形、应力、应变情况或者部件的变形影响到了仿真的准确性,那ADAMS是不是就无法适用?但是仿真领域是个圈,非让ADAMS画网格,也不是不行,聪明的ADAMS的开发者们引入了ADAMS/Flex模块,实现了部件的变形,该部件被称为柔性体(Flexible Body)。换言之,可以把部件变成网格,但是仅需要关注个别部件就行,这样既能保留ADAMS的计算优势,又能满足部件变形的需求。仿真模型中既有刚体又有柔性体,也叫刚柔耦合分析。

在整个仿真搭建过程中,共分为两大模块,三大步骤。两大模块分别是:1、ABAQUS/ANSYS软件创造柔性体。2、ADAMS进行刚柔耦合分析。三大步骤分别是:1、柔性体处理。2、刚柔耦合。3、特殊建模方法。本文主要通过ABAQUS软件创建柔性体,根据仿真思路全面介绍柔性体理论及建模小技巧。本文内容为笔者自己的理解与总结,如有不足处,还望各位指教。

ABAQUS模块

1、仿真这个怪圈

在仿真的世界中,既然我们需要得到部件的应力应变及变形姿态,那有限元仿真、画网格离散成单元节点,就是一项比较成熟的技术。那ADAMS就可以直接站在巨人的肩膀上进行拓展,所以我们需要借助ABAQUS或ANSYS有限元软件。

2、网格的华丽包装—柔性体

写在前面的总结:我们需要部件离散为网格节点并输出模态振型。

Adams/Flex使用模态法来定义柔性体,该柔性体保留了一系列的模态振型,在仿真过程中,通过线性叠加原理来展现每一个时间过程中的变形情况。换句话说,柔性体的模态被保留,而这些模态保留了很多变形姿态,在仿真过程中,这些变形状态就被展示出来,也就是所谓的发生了变形。柔性体是变形姿态的线性集。

模态法十分适用于弹性变形显著且变形位移相对较小的柔性体中,如果直接在Adams中进行有限元仿真,可以发现与其它有限元仿真软件的结果差别不大。

如果你觉得部件变形会影响你的仿真结果,或者你想要精确的得到部件的受力情况,使用柔性体仿真将是个不错的选择。

3、通向ADAMS的必经之路—MNF

柔性体和有限元之间的连接文件是MNF(modal neutral file)文件,也称为模态中性文件,包含几何信息、几何质量和惯性参数、模态振型、模态振型的广义质量和刚度。ABAQUS一通操作,目的就是为了输出MNF文件。

4、道理我都懂,是时候上手了

下面将介绍ABAQUS输出MNF文件的方法:

①模型的初始设置:Model-Edit Attributes-model_name-勾选Do not use parts and assembilies in input files

②创建自己的Part、Property、Assembly

③建立载荷步,Step-1:Frequency:Lanczons  value=10(创建频率分析)

Step-2:Substructure generation(创建子结构)—substructure identifier—Z=1(子结构标识符,数字可以任意,number<9999)

1.png2.png3.png

子结构法通常是将整体模型中的同类部件或区域进行打包封装,并可以重复使用。

④建立mesh和set,可以将整个mesh以及连接node创建一个set,方便后续选择,当然,如果你的模型比较简单,set也可以不用创建。

⑤创建参考点RP point,如果你的部件需要和别的部件建立连接,那你的RP point最好建立在连接的位置上,比如连接孔的中心。

⑥创建MPC constraint,将上一步的RP point(孔中心)和部件上相近的网格节点(孔周围区域)创建连接。

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⑦建立载荷load,step-1建立Displacement/Rotation,在RP point上约束六个自由度

step-2建立Retained nodals dofs,同样约束六个自由度,当子结构用于非线性分析时,保留节点自由度。

⑧接下来就可以直接输出INP文件啦,不用提交计算。

⑨最后就是最关键的一步:修改INP文件,并生成MNF文件

用记事本打开INP文件,拉到最后,找到substructure generate……在这行的下面另加一行“*FLEXIBLE BODY,TYPE=ADAMS”,然后就可以保存了。

12.png

之后打开abaqus command控制窗口,依次输入以下控制命令

cd/d D:\temp(INP文件存放路径)

abaqus job=adams_name(adams_name是你的INP名字)

abaqus adams job=adams_name substructure_sim=adams_name_z1

model_odb=adams_name units=mmks/mks/cgs/ips(定义单位,四选一)

最终可以在文件中看见输出的MNF文件

ADAMS模块

1、准备工作

打开ADAMS软件,打开Adams/Flex工具条,选择create flex body via MNF import,导入柔性体文件MNF。

验证你的柔性体是否正确

在进行仿真模型搭建之前,需要先验证你的柔性体部件是否正确,选中你的柔性体然后点击Info工具,则可以清晰的看见柔性体的相关参数,其中主要核对柔性体的质量、惯性矩、质心坐标、模态。

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2、万事俱备,直接开整

接下来,掌握几个针对柔性体的特殊处理方法,你就可以按照正常的建模方法来进行建模了。

①万能的无质量连接(massless links

通常情况下,ADAMS的柔性体建模受到诸多限制。ADAMS的部分运动副及作用力无法直接应用到柔性体上,例如滑动副、平面副、弹簧、阻尼器、六自由度力、驱动力等,为了解决这个问题,往往需要建立中间件进行连接,为了确保仿真的准确性,将该中间件的质量设置为0,称为无质量连接。在实际应用过程中,我习惯于在需要添加运动副及作用力的地方建立一个小球,并将小球的质量设置为0,之后将该小球与柔性体部件之间建立固定副(固定副可以作用于柔性体上),这样对柔性体施加作用力及运动副,就可以直接施加在小球上。巧用无质量连接点会对建模带来很大的帮助。

小结:遇事不决就用无质量小球(万能)。

②特殊的Marker

可以在柔性体上创建Marker点,用于测量等,Marker点同样要求确定一个位置(Location)但不同的是,建立在柔性体上的Marker点必须链接(attached)一个柔性体上的网格节点。该Marker点和链接点不需要重合,两者之间互不干扰。但需要注意的是,如果你在Marker点上施加作用力,而你的链接点和Marker点之间距离较远,那两个点之间相当于有力矩产生。

如果你的Marker点和链接点重合,则可以直接建立Marker点。

如果你的Marker点和链接点有一定距离,但是Marker点必须建立在该位置,可以巧妙的应用无质量连接实现Marker点创建。

如果你想把Marker点和其它多个点连接在一起,为了避免作用力集中在单独节点上,你只需要在创建Marker点的链接点位置添加节点ID号就行。

小结:若加Marker点别忘记有链接点。

以上两点就是ADAMS柔性体建模的特别之处了,其它的地方按照正常的建模方法就可以了。

3、不为人知的小秘密

在ADAMS柔性体建模过程中,有很多的小技巧,善用这些小技巧,不光让你在仿真过程中更节约时间提高仿真效率,还让结果更加清晰美观(截图好看)。

①如果你的柔性体显示过于复杂,在计算过程中由于软件不断更新显示,会降低计算速度,这时,可以将你的柔性体进行线条化,仅保留粗略的外部轮廓,以减少计算量。在柔性体模型修改中,Graphics-outline,后面的小工具可以让你自定义线框的形状,以鼠标右键结束。这样就可以在后续计算中仅显示线框啦。不需要时直接删除就可以。

②还可以设置你的柔性体变形比例,方便观察到细小的变形状态或者让你的变形姿态缩小。如果设置变形比例为0,那么在计算过程中,你的柔性体将按照刚体的状态显示。直接在柔性体模型修改的最后一行Deformation Scale Factor中设置就可以。

③在后处理时,还可以显示柔性体的应力应变云图及矢量方向。同样在柔性体模型修改中,找到Plot Type,选择Contour(云图)、Vector(矢量)、Both(都显示)

④云图变形参考点,自定义云图显示参考点,根据你所选择的参考点为云图颜色的参考值,在柔性体模型编辑中,Datum Node 选择相应的柔性体节点,默认LBRF为刚体自身参考坐标点。

⑤另外柔性体还可以在后处理中输出Marker点位移及角度的变形、变形速度、变形加速度情况。

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文章理论小结ADAMS/Flex模块,使用MNF模态中性文件来实现部件柔性化,方便使用者观察部件的变形、受力等情况。常规操作是在其它有限元软件中生成MNF文件,之后导入到ADAMS中,另外需要注意针对柔性体特殊的仿真处理,就可以实现刚柔耦合分析了。

掌握了以上方法,相信柔性体对你来说,已经变得轻而易举啦,下面介绍一个简单的小例子来实现柔性体设置。

实操练手

1、 在ADAMS中导入生成的MNF文件

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可以看到,柔性体部件以网格的形式展现出来。

2、 在ADAMS中进行无质量小球创建

根据前面提到的,我们可以试着在建立作用力及运动副的位置建立无质量连接(无质量小球),以便更方便的建立运动副。

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创建小球,小球半径无要求,小球的质量设置为0,并将小球与柔性体部件建立固定副连接。如果对柔性体施加作用力或者运动副,就可以直接施加在小球上了。

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3、 在ADAMS中进行运动副及作用力的设置

有了上一步生成的无质量小球之后,就可以根据常规的ADAMS仿真方法来建模了。

建立我们想要实现的运动副、驱动力、接触等。如在丝杠的底部建立固定约束,丝杠的外管施加垂直向上的驱动力,丝杆的内管和外管直接建立接触。

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ADAMS计算中可以清楚的看到整个柔性体的变形云图,且丝杠底部也明显的发生了变形,不再是以往的刚性体。

实操小结在进行ADAMS柔性体仿真时,仅需要关注柔性体建立运动副及驱动力的特殊处理手段就可以,尤其在处理复杂模型时,显得尤为重要,其余部分按照常规ADAMS建模方法建模就可以。

AdamsAbaqus结构基础非线性汽车多体动力学理论仿真体系
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首次发布时间:2024-04-22
最近编辑:1月前
孙小刀
硕士 女攻城狮也有大志向
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