在实际工程问题中,刚形体与柔性体同时存在,其中柔性体很容易发生疲劳破坏,其变形也会影响机械系统精度。因此,如果完全将系统作为刚体进行分析,很多情况下并不合理,这就需要考虑结构的变形效果,分析柔性体的结构力学响应,即进行刚-柔耦合分析。Fig. 1 ANSYS Workbench刚-柔耦合分析项目流程图
ANSYS Workbench的刚-柔耦合分析项目流程主要分为两步:首先进行刚体动力学分析,然后进行柔性体力学分析。其中,刚体动力学分析已在前期文章(ANSYS Workbench刚体动力学分析流程)详细介绍,本文主要介绍柔性体力学分析步骤,如下所述。刚体动力学分析后,需要导出运动载荷,用于柔性体力学仿真。右击模型树分析结果中的总位移Total Deformation,选择Export Motion Loads,将运动载荷保存到指定的文件夹中,文件格式为txt。Fig. 2 导出载荷
Step 2:新建流程
右击项目流程中的Rigid Dynamics,选择Duplicate,获得一个新的Rigid Dynamics模块,右击该Rigid Dynamics模块,选择Replace With,选择静力学Static
Structural或动力学Transient Structural。双击Model,进入Mechanical界面,展开模型树中的Geometry,拟制不进行力学分析的零件,并将需要进行力学分析的零件柔性化,设置其刚度属性Stiffness Behavior为柔性Flexible。Fig. 3 属性修改界面
对柔性体零件进行网格划分。点击模型树中的Mesh,选择柔性体网格划分方法,设置网格单元尺寸。右击Mesh,选择Generate Mesh,生成模型网格。Step 5:导入载荷
删除之前的所有载荷,右击Static Structural,选择Insert,插入Motion Loads,选择刚体动力学分析后导出的txt格式载荷文件。Fig. 5 导入载荷
Step 6:分析设置
点击模型树中的Analysis Settings,在下方面板合理设置子步数,打开惯性释放Inertia Relief,关闭大变形Large Deflection。如果存在刚体位移,打开弱弹簧Weak Springs。
Step 7:求解后处理
右击模型树中的Solution,选择Insert,添加Equivalent Stress等。再次右击Solution,选择Solve,得到模型应力云图,查看柔性体应力分布情况。
ANSYS Workbench刚-柔耦合仿真非常方便,包括接触的设置、转动副的设置等都非常方便。如果计算不收敛时,主要通过调试网格质量、接触算法、载荷施加的方式等。此外,多体接触模型一定要进行干涉检查。