Ansys裝配體有限元分析中的連接技術

2017-08-25 by:CAE仿真在線來源:互聯網

不少剛接觸裝配體分析的同志都會遇到很多疑問,比如:實體-板殼-梁單元怎么進行連接?怎么模擬鉸接?怎么簡化螺栓?等等問題。下面我就一個簡單的例子說明下ansys進行有限元分析時常用的一些連接技術,前處理操作在hypermesh14.0中完成,參考書目:《ansys13.0與hypermesh11.0聯合仿真有限元分析》,由于主要是說明裝配體中連接關系處理的一些技巧,因此不進行模型的具體分析。

1.問題

上圖是在專職網上下載的一個液壓千斤頂手柄部分的三維模型,這里就作為本例的一個參考模型進行前處理。現在我想分析該裝配體在杠桿端部受到一定大小力后整體的應力情況(不包括機架)。

2.問題分析

觀察該模型,可以看到模型中有很多連接關系:銷釘,螺栓,軸承以及普通的接觸,如果要對這些部分進行實體分析的話,就算量將會相當大,而且由于接觸很多,將會很難收斂,因此需要對模型進行一定的簡化。下面我主要進行了如下簡化:

①省去機架,也就是圖中顯示為綠色透明狀部分,將其作為固定基礎

②將銷釘以及螺栓部分使用rbe2進行簡化。

③將銷軸部分采用rbe3進行簡化

④將杠桿銷軸內孔采用帶控制節點的接觸進行控制

⑤為方便網格劃分,將杠桿的銷軸端與桿端分割開,采用MPC算法裝配起來

需要說明的是,上面不同地方使用不同的方法簡化并不是絕對的,只是為了說明這些方法因此分散開來設置,具體的區別還在后面具體操作的時候進行說明。

3.簡化模型

可以看到,對應于上述簡化,已經將基座作為大地剛性處理,各部分銷軸和螺栓都已經去掉。簡化的基座約束將使用等效的邊界條件進行替換(注意去掉一些外觀圓角和倒角以及不必要的小細節)。

4.網格劃分

將上述模型另存為x_t格式的模型文件,導入hypermesh中進行后續處理。這里網格劃分就不進行細說,直接給出劃分好之后的網格,僅僅對杠桿部分網格的連接設置進行說明。

4.1 MPC裝配

當要得到質量比較好的模型,但是由于結構本身限制因此很難劃分高質量網格時,可以考慮將模型分割開,并利用mpc裝配技術裝配起來,裝配體來后默認設置裝配的兩個部分完全綁定在一起。需要說明的是該技術不僅可以用來處理單個零件的網格不連續問題,還可以處理實體-殼體-梁的連接問題,下面就以杠桿部分為例進行說明。

該杠桿本身是一個零件,但是為了方便網格劃分,因此將其分為兩部分進行處理,可以看到交界面網格不連續。為了重新將兩塊焊接起來,因此使用MPC算法進行裝配,具體是在unitity-contact manager中進行,如下:

創建圓桿與銷孔部分的接觸,更改算法為MPC算法,始終綁定接觸,如下:

這樣就將兩部分綁定在一起,可以互相傳遞力和力矩。

4.2 rbe2

模型中,將下部分的銷釘以及螺栓均使用reb2進行簡化。具體使用1D面板中的rigids進行設置,需要設置一個主節點和若干從節點。方法就是ansys中的剛性區法cerig,設置后效果如下,可以使得從節點自由度完全跟隨主節點,也即將該部分剛性化,用一個主節點控制一整個區域,最后并在各個控制節點上附加質量單元作為輔助。

4.3 rbe3

Rbe3也即ansys中的柔性連接,和rbe2不同的是,rbe3的從節點能夠與主節點自動創建約束方程,從而實現一種區域的柔性化。具體使用1D面板中的rbe3進行設置,與rbe2類似,也需要設置一個主節點和若干從節點。這里由于需要模擬鉸接,因此不對rotx自由度(繞軸轉動)進行約束設置完成后效果如下:

4.4 帶控制節點的高級接觸

該方法的實現也是基于mpc算法,但是與rbe2與rbe3最大的不同就是,rbe2與rbe3本質上還是建立約束方程,因此是基于當前的節點和坐標建立,不適用于大變形分析,一但變形過大就會出問題。而帶控制節點的接觸的控制節點是依賴于接觸算法實現的,因此能用于大變形分析,故該方法結合MPC連接單元在瞬態動力學中應用廣泛。具體實現在unitity-contact manager中的pilot node該選項欄中進行,操作后結果如下(具體可參見參考書目):