ANSYS多刚体动力学分析

会计学1ANSYS多刚体动力学分析Introduction刚体动力分析:计算刚体组合机构的动力学响应.可以用来考察机构运动特性.部件之间采用运动副或者弹簧连接.第2页/共31页第1页/共31页RigidDynamics输入和输出是力、力矩、位移、速度和加速度.所有部件都是刚性体(nostress/strain).粘性阻尼效应通过定义弹簧来实现.第3页/共31页第2页/共31页RigidDynamicSetup模型都定义为三维实体。材料属性只有密度有效.部件定义为刚性体.第4页/共31页第3页/共31页Joints刚性体的连接通过joint和弹簧来实现，不像揉形体通过接触来实现.连接方式可以是体对体（BTB）或者体对地（BTG）一个有效的模型系统必须包括一个接地连接。注意，弹簧不是joints不能组成接地(尽管定义为BTG).定义为“free”的部件必须通过一个BTG“general”joint定义。第5页/共31页第4页/共31页Joints每个joint都有一个参考坐标系.每个joint所允许的运动都基于这个参考坐标系。这个参考CS的原点和方向都可以修改.图例指明了该joint哪个方向的自由度是自由的(colors)和哪个自由度是约束的(gray).Jointdetails中指出了哪个是参考面哪个是运动面.在BTGjoints中ground是参考面。第6页/共31页第5页/共31页JointsBTBjoints包括两个体，一个是参考体一个是运动体。Ansys/workbench这种参考面/运动面的视图技术使得选择操作很方便。增加了参考面和运动面窗口每个窗口可以单独控制和选择。第7页/共31页第6页/共31页Joints要改变参考坐标系方向,首先点击jointdetails中的“coordinatesystem”.参考坐标系即可别激活(seenextpage).第8页/共31页第7页/共31页Joints在被激活的CS中点击需要的轴来改变它的方向。可以选择六个方向中的任何一个。Local-ZchosenasnewdirectionLocalXaxisselectedNewCSorientation第9页/共31页第8页/共31页JointConfigurationjoint“Configure”按钮允许手动检查约束。彩色的坐标方向可以采用鼠标来移动.在手动移动joint过程中，采用“Set”按钮可以将模型固定在新的位置.“Revert”可以将joint的设置恢复到原来的位置。采用(RMB)可以将连接体的reference/mobile体交换。第10页/共31页第9页/共31页VerifyingJointsWorksheet提供了机构自由度检查“JointDOFChecker”.如果总自由度数少于1可能意味着过约束。第11页/共31页第10页/共31页SpringsSprings是弹性单元，在拉伸或者压缩后回回到原来的形状.弹簧的初始状态假定为它不受载的状态。采用jointconfiguration(describedearlier)改变弹簧长度不会改变弹簧的初始状态(nopreloading).Springs可以在体之间(BTB)或者体与地之间(BTG).Springs跟joint一样也存在参考体和运动体.两个体之间的相对位置决定了spring的作用方向。第12页/共31页第11页/共31页SpringsSprings可以从BTG或者BTB按钮添加.在BTG中，参考CS用来确定地面的位置。第13页/共31页第12页/共31页Springs弹簧可以定义刚度和阻尼特性.注意,如果只想考虑阻尼，刚度可以定义为0。第14页/共31页第13页/共31页JointsandSprings如果任何一个体找不到一条“path”连接到地，那么这个刚体运动系统就不是有效的.SpringsareNOTjoints.一个完全自由的体需要一个BTGgeneraljoint来约束六个运动。如果系统中有多个子系统，那么每个子系统都要接地.第15页/共31页第14页/共31页RigidDynamicSolutionSetup在“NewAnalysis”中选择“RigidDynamic”.“AnalysisSetting”中包含如下分析设置:NumberofstepsTimestepcontrolsOutputcontrolsSolvertolerances注意，当载荷施加或者删除或者载荷历程突然中断的时候可能需要施加额外的载荷步。第16页/共31页第15页/共31页RigidDynamicSolutionSetup刚体动力分析采用显式时间积分而柔体分析采用了隐式积分.显式积分没有平衡迭代，但是需要更小的时间步长。需要的时间步长可以通过系统的最高频率来衡量。由于时间步长的确定比较困难，因此推荐将自动时间步长:Initialtimestep:如果初始时间步长太大，系统会提示加速度过高.如果初始时间步长太小，自动时间步长会自动修正。Minimumtimestep:如果求解需要的步长小于该值，求解终止。Maximumtimestep：设置的在自动时间步长中最大的不能超过的步长，一般用来保证所关心的结果不会被求解时候跳过。第17页/共31页第16页/共31页RigidDynamicSolutionSetup只有加速度或者重力等惯性载荷被考虑，不能施加类似于柔体分析中的那样的其他载荷和约束。Jointconditions用于施加其他的常量或者随时间变化的表或者函数载荷。在jointcondition的detial中可以对每个joint施加jointcondition条件。第18页/共31页第17页/共31页JointConditionsJointconditions可以定义为常数，表或者函数的形势。Tabulardata可以在Simulation或者EngineeringData中编辑。输入的载荷数据被保存为EDapplication.第19页/共31页第18页/共31页JointConditions函数jointconditions可以在jointcondition的details中输入。选择“InsertNewLoadHistory”.选择合适的载荷类型，以函数的形势输入。第20页/共31页第19页/共31页JointConditions在定义jointcondition时候可以包含各种数学函数和算术运算，其中时间作为独立变量。函数可以以曲线的形势显示出来。可以通过输入或者选择的方式输入函数。第21页/共31页第20页/共31页JointConditions表格形式的jointconditions采用三次样条曲线插值.Insomecasesitmaybenecessarytoaddadditionalstepstoresolvedifferencesbetweentheactualinputandtheinterpolatedcurve.LoadTimeTabularPointsInterpolatedCurvePotentialadditionalsteps第22页/共31页第21页/共31页JointConditions–AdditionalConsiderations改变jointcondition的位置或者角度会在内部引起力或者加速度.改变速度会引起加速度.改变jointcondition会引起力、加速度，速度或者位移的不连续。TranslationVelocity第23页/共31页第22页/共31页JointConditions–AdditionalConsiderations不连续的力或者加速度是允许的，刚体求解器处理这些没有问题.位移或者转角的不连续是不合理的物理现象，求解时候会出现问题.建议转角设置为2π或者更小，大的转角设置为角速度和时间的关系。不建议在一个joint上连接多个构件.第24页/共31页第23页/共31页RigidDynamicPostprocessing刚体运动分析的结果是位移，速度，加速度以及其他probe结果.Aswithotheranalysistypesresultsmaybescopedtoentireassembliesortoindividualparts,surfaces,edgesorpoints.第25页/共31页第24页/共31页RigidDynamicPostprocessingRigiddynamic分析结果可以使数据，曲线或者动画的方式.第26页/共31页第25页/共31页RigidDynamicPostprocessing可以显示其他条件定义的局部结果.在Details中控制.第27页/共31页第26页/共31页RigidDynamicPostprocessingProbes允许显示geometry,jointsandsprings的其他结果。一旦定义了probe结果，在details中有相关的配置选项。第28页/共31页第27页/共31页RigidDynamicPostprocessingProbes结果可以以图表的形式简明地表现出来。SpringProbe结果:第29页/共31页第28页/共31页RigidDynamicPostprocessing将Probes应用一些特殊的连接副中可以获得详细的结果信息。JointProbe:第30页/共31页第29页/共31页RigidDynamicP