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基于ANSYS WORKBENCH中的装配体中的刚体处理技术


基于 ANSYS WORKBENCH 中的装配体中的刚体处理技术 基于 ANSYS WORKBENCH 中的装配体中的刚体处理技术
对一个复杂的装配体进行分析时,并非所有构件都需要处理成为变形体。如果把它们用刚体进 行处理的话,则会大大降低计算量,本文介绍 ANSYS WORKBENCH 中刚体的处理办法。

考虑如图所示的简单结构。该结构由两根连杆

通过圆柱销连接而成,这两根连杆又通过圆柱销 与其它构件连接。

这里假设左边这根连杆刚度很大,从而可以考虑成为刚体。而右边这根连杆则是变形体,而三 个圆柱销也是变形体。

在设置属性时,对于左边这根连杆,在其细节视图中设置其刚度行为如下

而其它的四个零件则是变形体如下

基于 ANSYS WORKBENCH 中的装配体中的刚体处理技术

使用自动检测接触,则该刚性连杆与两个圆柱销的连接处被自动检测为绑定接触。这就是说, 刚性连杆是支持 contact 行为的。

对该结构进行粗糙的网格划分,得到的有限元模型如下

基于 ANSYS WORKBENCH 中的装配体中的刚体处理技术
可见,对于刚杆并没有划分单元。那么,在 ANSYS 内部,该连杆是用什么来表示的呢? 使用前面博文的方法,进入到 finite element modeler, 可以看到其单元

可以看到, 该连杆现在实际上是用一个 mass 单元 (左边中间有一个亮点, 它就是 MASS 单元) 以及两个接触面来表示的。该 mass 单元具备了刚性杆的质量属性和惯性属性,而这两个接触面则用 于与周围零件发生相互关系。

那么该质量单元的质量属性是什么呢?

重新回到 mechanical, 查看该刚性杆的细节视图,可以看到其属性

其体积,质量,质心的坐标,转动惯量都已经计算出来,这些都成为该 mass 单元的属性。

基于 ANSYS WORKBENCH 中的装配体中的刚体处理技术
下面施加位移边界条件,施加在下面两个圆柱销的端面(目的只是考察 ANSYS 的内部行为, 实际情况中很少是端面被固定。)

那么刚杆上能否施加力呢?

ANSYS WORKBENCH 的帮助中谈到,对于刚性杆,只可以施加远程位移,远程力和力矩,如 下图。而其它的力不能施加。

对该连杆表面施加远程力如下图

基于 ANSYS WORKBENCH 中的装配体中的刚体处理技术

果然可以施加。

静力分析后查看位移云图

可见,该刚杆的确没有任何位移,而其它四个零件则发生了变形。进一步查看应力云图

该刚杆也没有应力出现。因为实际上 ANSYS 内部并没有考虑这个具有几何形状的物体,内部 只是一个质量单元而已。

基于 ANSYS WORKBENCH 中的装配体中的刚体处理技术
查看该刚性杆与下面的圆柱销连接处的接触应力,如下图所示

可见,ANSYS 的确计算了接触。

总之, 对于一个复杂的装配体进行分析时, 合理设置刚性体对于提高计算效率举足轻重。 ANSYS WORKBENCH 提供的刚体设置很简单。该刚体可以使用接触,铰链,弹簧等连接行为,对它可以施 加远程力,力矩以及远程位移。在 ANSYS 内部,对于刚性杆是用一个 MASS 来代替的,而所有施 加在其表面的作用力则会通过力的平移定理转移到相关部位进行静力计算。


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