基于ANSYSADAMS的刚柔耦合仿真

本文主要介绍使用SolidWorks、HyperMesh、ANSYS和ADAMS软件进行刚柔耦合动力学分析的主要步骤。

一、几何建模在SolidWorks中建立几何模型，将模型调整到合适的姿态，保存。

此模型的姿态不要改动，否则以后的MNF文件导入到ADAMS中装配起来麻烦。

二、ADAMS动力学仿真分析将模型导入到ADAMS中进行动力学仿真分析。

为了方便三维模型的建立，SolidWorks中是将每个零件单独进行建模然后在装配模块中进行装配。

这一特点导致三维模型导入到ADAMS软件后，每一个零件都是一个独立的part，由于工作装置三维模型比较复杂，因此part数目也就相应的比较多，这样就对仿真分析的进行产生不利影响。

下面总结一下从三维建模软件SolidWorks导入到ADAMS中进行机构动力学仿真的要点。

（1）首先在SolidWorks中得到装配体。

（2）分析该装配体中，至U底有几个构件。

（3）分别隐藏其他构件而只保留一个构件，并把该构件导出为*.x_t格式文件。

（4）在ADAMS中依次导入各个*.x_t文件，并注意是用part的形式导入的。

（5）对各个构件重命名，并给定颜色，设置其质量属性。

（6）对于产生相对运动的地方，建议先在此处创建一个marker,以方便后面的操作。

否则，三维模型进入ADAMS后，线条繁多，在创建运动副的时候很难找到对应的点。

部件的导入如下图1所示：图1文件输入File Type 选择Parasolid;File To Read找到相应的模型；将Model Name 切换到Part Name,然后在输入框中右击，一次单击part宀create然后在弹出的新窗口中设置相应的Part Name,然后单击OK宀0K。

将一个部件导入，重复以上步骤将部件依次导入。

这里输入的技巧是将部件名称按顺序排列，如zpt_1、zpt_2、zpt_3.,然后在图1中只需将zpt_1改为zpt_2、将PART_1改为PART_2即可。

ANSYS与ADAMS联合柔性仿真详细步骤基本思路：在ANSYS中进行模态中性文件(.mnf)文件的输出，然后把输出的.mnf文件输入到ADAMS中，进行零件更换。

最后在ADAMS中进行加载约束，仿真，查看结果。

建模仿真软件:ANSYS14.0 , ADAMS 2012具体步骤：1 ANSYS输出.mnf柔性文件1.1 ANSYS导入模型（.x_t）或者建立模型1.2 建立单元单元1：Solid(Brick 8 node 185)或者其他3D单元;单元2：Structural Mass(3D mass 21),此单元只用于连接点单元;设置材料属性：密度，弹性模量，泊松比3个参数，以N,mm,kg,s作单位,EX为2.1e5，PRXT 为0.3，DENS为7.85e-6。

1.3 创建连接点在两个圆柱孔的中心，创建2个keypoint（注意是圆柱体的中心，不是某个面的中心）。

1.4 划分单元对体用3D单元划分。

1.5 设置实常数这个参数设置，一定要到等到3D网格划分完后再设置。

对mass21进行设置，Real constant Set No. 要大于2，下面的值要非常小。

1.6 对连接点（即keypoints）进行单元划分先设置keypoints 属性，然后再划分。

1.7 建立刚性区域刚性区域都是节点，即连接节点和刚柔接触的面上所有节点。

在ANSYS里面，这一步，连接点为主节点，刚柔接触面上的所有节点为从节点。

1.7.1 建立主节点component选择1个主节点，即连接节点。

按照此方法，对另外一个连接点，建立一个componet。

在这个例子里，命名为m2.1.7.2 建立从节点componet首先选中2个圆柱面（对1个圆柱孔操作）。

然后选择这2个面上所有节点。

按照上述方法，对另外一个连接点和圆柱面上的节点，建立componet。

1.7.3组装主节点和从节点Component，形成1个Assembly按照这个方法，对另外一对主节点和从节点component进行组装。

基于ADAMS和ANSYS的刚柔耦合模型分析彭礼辉;李光;阳贵明;刘领化【摘要】The mechanical dynamics analysis software of ADAMS and the finite element analysis software of ANSYS are combined to co-simulate. The more actual results are obtained through importing the load spectrums achieved from dynamic simulation to the finite element software of ANSYS. On the other hand, it constructs a rigid-flexible coupling model considering the influence of flexible body in the actuat mechanical system, gets a more real simulation of the institution of the dynamic performance and improves the calculation accuracy. Results show that the influence on kinematic accuracy of the mechanism produced by flexible body can not be ignored.%结合机械动力学分析软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS进行联合仿真．利用动力学仿真得到的载荷谱读入到ANSYS中，得到更为准确的结果；另一方面，考虑到实际机械系统中柔性体的影响，构建了一个刚柔耦合模型，从而可以更加真实地模拟机构的动态性能，提高了计算精度，结果表明柔性体对机构运动精度的影响不容忽视．【期刊名称】《湖南工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(000)003【总页数】3页(P22-24)【关键词】机械动力学;有限元;裁荷谱【作者】彭礼辉;李光;阳贵明;刘领化【作者单位】湖南工业大学机械工程学院,株洲412008;湖南工业大学机械工程学院,株洲412008;湖南工业大学机械工程学院,株洲412008;湖南工业大学机械工程学院,株洲412008【正文语种】中文【中图分类】TH113.20 引言机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems),是美国MSC公司开发的虚拟样机分析软件.在ADAMS中可以建立机械系统的运动学、动力学模型,其模型主要为刚性体,也可以是柔性体,还可以是刚柔耦合模型[1][2].有限元分析(Finite Element Analysis)的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题,然后再求解.ANSYS软件是一款集结构、热、流体、电磁及多物理场耦合为一体的大型通用有限元分析软件[3].其基本分析过程分3步:前处理(Preprocessor);施加载荷与求解(Solution);后处理(Postprocessor).ADAMS是目前最具权威的机械系统动力学仿真分析软件,分析对象主要是多刚体.ANSYS是一种大型通用有限元分析软件,其主要功能是对柔性体进行有限元分析.大多数情况下,把样机当做刚性系统来处理都可以满足要求.但在一些需要考虑构件变形的特殊情况下,完全把模型当做刚性系统来处理还不能达到精度要求,还必须把模型的部分构件做成可以产生变形的柔性体来处理[4],因此,最好将两种软件结合使用.1 ADAMS软件与ANSYS软件的结合在动力学仿真软件ADAMS中进行仿真分析,可以得到所需要的载荷文件(即.lod文件),这就为ANSYS有限元软件进行分析提供了载荷谱、位移谱等信息.然后在ANSYS中利用得到的载荷谱信息作为边界条件,就可以完成应力、应变的分析[5][6].这样一来,在基于精确动力学仿真结果基础上得到的应力和应变结果更加准确,提高了计算精度.另一方面,利用ANSYS进行有限元分析时,可以得到ADAMS使用的模态中性文件(即.mnf文件),就生成了模型中的柔性体,建立一个刚柔耦合模型.这种考虑了弹性特征的动力学模型,仿真精度大大提高.两者之间的数据传递方式如图1所示.图1 ADAMS和ANSYS之间的数据传递2 ANSYS和ADAMS结合使用实例如图2所示的机构为用于夹紧登月舱和宇宙飞船的夹紧机构.该机构由5个构件组成:原动件手柄(handle)、从动件摇臂(pivot)、连杆(link)、锁钩100 N,通过摇臂和连杆的传动使得锁钩在大地平面上向右滑动(锁钩左端用一个线性弹簧的拉力来模拟夹紧力),进而将登月舱与宇宙飞船夹紧.图2 模型示意图2.1 刚性体模型的建立首先,在从 Pro/E中建立机构的三维实体模型,进行装配后,通过从Pro/E和ADAMS 的接口将模型导入ADAMS中,定义相应的约束和运动关系,生成刚性体模型[7],如图2(b)所示;然后设置好仿真时间和步长,利用ADAMS进行机构仿真分析,得到构件位移、速度曲线,仅以连杆位移、速度为例.如图3所示.限于篇幅,不一一列出.图3 连杆在x方向的速度和位移曲线图进行完仿真分析以后,能够得到该夹紧机构中各个构件上指定点在全局坐标系x、y、z方向上的加速度、作用力、速度、位移的分量曲线和合成曲线.2.2 柔性体模型的建立接下来把从动件摇臂作为柔性体考虑再进行动力学分析.首先对摇臂进行网格划分,然后进行模态分析、计算,把该结果保存为模态中性文件MNF(Modal Neutral File),最后读入到ADAMS中,代替刚性体摇臂,建立一个刚柔耦合模型,对相应部位施加驱动和约束,进行考虑了构件弹性特征的系统动力学仿真[8][9].具体参数设置:弹性模量1.17e11 Pa,泊松比0.3,密度为4500 kg/m3.对其进行自由网格划分(Free),得到该摇臂计算模型共有20049个节点,12455个单元.模态分析结果如表1所示.表1 摇臂模态分析结果模态阶数频率/Hz 1 9.7190 2 13.066 3 53.075 4 73.648 5 91.890 6 137.16其中,摇臂第1阶、第6阶振型如下图4所示.图4 摇臂振型图2.3 刚柔耦合模型测试建立好刚柔耦合模型后,设置好相关参数,在ADAMS下对此机构进行动力学分析,通过数据曲线来分析机构的运动性能[10].当柔性体摇臂替代刚性体摇臂后,测量结果显示柔性体摇臂、连杆和锁钩三者几乎同步运动(如图5所示),与刚性体摇臂不同的是,用柔性体替换后,速度趋势变成了先反向加速(同样设向右为正),加速至最大速度后再减速,再正向加速至最大值后又减速.图5 柔性体摇臂、连杆与锁钩速度曲线图接下来把刚性体和柔性体摇臂的运动进行对比.从图6(a)可以看出,在力 F=100 N 时,刚性体摇臂与柔性体摇臂的速度变化趋势相似,但是滞后性显著,相差较大;当力增加到F=200 N时,其速度曲线如图6(b)所示,其速度变化趋势更加相似,并且滞后性明显减小,相差不大;当力继续增加到F=300 N时,刚、柔性体摇臂的运动变化几乎一致,如图6(c)所示(但是,力F并不是越大越好,具体情况这里不再作介绍).图6 不同力时的刚性体与柔性体摇臂速度曲线比较图3 小结利用机械动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS联合仿真,完成了一个刚柔耦合模型的对比分析.在该夹紧机构中,柔性体对机构运动精度以及机构寿命产生了很的大影响.把摇臂构件用柔性体替代后,在ADAMS中利用虚拟样机技术进行动力学仿真证明了这一结论.很明显,这种影响是不能够忽视的.参考文献【相关文献】[1]郑建荣.ADAMS-虚拟样机技术入门与提高[M].北京:机械工业出版社,2002.[2]刘伟,高维成,于广滨.ANSYS12.0宝典[M].北京:电子工业出版社,2010.[3]张劲夫,许庆余,张陵.考虑连杆柔性和运动副粘性摩擦的曲柄滑块机构的动力学建模及计算[J].2001,22(3):274-276.[4]肖国伟,李光.柔性杆件系统虚拟样机设计及其动力学仿真分析[J].湖南工业大学学报,2009,23(4):62-64.[5]郭卫东.虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程[M].北京:北京航空航天出版社,2008.[6]刘国庆,杨庆东.ANSYS工程应用教程[M].北京:中国铁道出版社,2003.[7]丁寿滨,常宗瑜,武雅洁,等.ADAMS与常用CAD软件之间的接口[J].微计算机信息,2005,21(30):202-204.[8]林国英,李光,刘少义.弹性四连杆机构动力学响应的数值求解[J].湖南工业大学学报,2008,22(4):105-108.[9]ZHENG Xiao-ya,YOU Jun-feng,ZHANG Duo,et al.Application of ADAMS and ANSYS to Mechanism A-nalysis[J].Journal of Solid Rocket Technology,2010,33(2):201-204.[10]刘治波,禹宏云.Pro/E、ADAMS与 ANSYS在虚拟设计中的联合应用[J].机械工程与自动化,2008,18(2):48-53.。

基于ANSYS/Workbench的曲柄摇杆机构刚柔耦合研究发布时间：2022-08-08T08:14:01.550Z 来源：《科技新时代》2022年8期作者：谢兵飞[导读] 在现代化、机械化社会的发展背景下，机械设备正朝着轻质化、精密化的方向发展，现阶段，为了保证曲柄摇杆机构的质量能够满足机械设备的应用要求，应用ANSYS/Workbench有限元分析软件，对曲柄摇杆机构的刚柔耦合特性进行分析，明确其工作机理与优化方式，可以令曲柄摇杆机构更好地满足现代化机械设备的发展需要。

广东唯仁医疗科技有限公司 528051摘要：在对曲柄摇杆机构刚柔耦合性进行分析的过程中，本文先应用SolidWorks这一三维建模软件对曲柄摇杆机构进行了三维建模，然后将模型导入ANSYS/Workbench这一有限元分析软件中，对这一机构在实际工作过程中的变化情况进行了分析，然后建立了相应的有限元分析模型，从而得到了曲柄摇杆机构在某一时刻的变形与应力分布情况，以期能够给曲柄摇杆机构的后续优化带来启发。

关键词：ANSYS/Workbench；曲柄摇杆机构；刚柔耦合引言：在现代化、机械化社会的发展背景下，机械设备正朝着轻质化、精密化的方向发展，现阶段，为了保证曲柄摇杆机构的质量能够满足机械设备的应用要求，应用ANSYS/Workbench有限元分析软件，对曲柄摇杆机构的刚柔耦合特性进行分析，明确其工作机理与优化方式，可以令曲柄摇杆机构更好地满足现代化机械设备的发展需要。

一、基于ANSYS/Workbench的曲柄摇杆机构刚柔耦合研究意义曲柄摇杆机构作为用途极为广泛的一种平面连杆机构，主要由曲柄、摇杆相互铰链形成，在实际应用过程中能够实现连续回转与往复摆动两种动作间的相互转化，其中，曲柄为主动件，可以等速转动，摇杆为动作件，可以进行变速往返摆动，被广泛应用到了雷达天线俯仰机构、颚式破碎机构、牛头刨床进给机构等设备当中，并发挥了极为重要的作用，由于曲柄摇杆机构的运动精度会对机械设备性能产生直接影响，现阶段，为了保证曲柄摇杆机构的工作质量能够切实满足机械设备的实际需要，避免曲柄摇杆的刚柔耦合性质存在一定的问题，以ANSYS/Workbench为基础，对曲柄摇杆机构的刚柔耦合性质进行研究，并采用合适的方式，对其进行优化，已经成为切实提升曲柄摇杆机构质量，提升机械设备的运动精度降低，避免机械设备在使用过程中发生剧烈震动，影响设备工作质量，降低机械设备的使用寿命等问题，推动当前机械设备高质量发展的重要举措[1]。