ANSYS與ADAMS聯(lián)合仿真的關(guān)鍵

1、中性文件的制作在機(jī)械系統(tǒng)中，柔性體將會對整個系統(tǒng)的運動產(chǎn)生重要影響，在進(jìn)行運動學(xué)分析時如果不考慮柔性體的影響將會造成很大的誤差，同樣整個系統(tǒng)的運動情況也反過來決定了每個構(gòu)件的受力狀況和運動狀態(tài)，從而決定了構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變分布，因此如果要精確地模擬整個系統(tǒng)的運動，考慮柔性體部件對系統(tǒng)運動的影響或者想基于精確的動力學(xué)仿真結(jié)果，對運動系統(tǒng)中的柔性體進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析則需要用到ANSYS與ADAMS兩個軟件。ADAMS/Flex軟件允許在ADAMS模型中根據(jù)模態(tài)頻率數(shù)據(jù)創(chuàng)建柔性體部件，柔性體部件可能會對機(jī)械系統(tǒng)的運動產(chǎn)生重大的影響，在ADAMS模型中考慮柔性體部件的影響會極大地提高仿真精度,而ANSY

2、S程序則提供了一種方便的創(chuàng)建柔性體部件的方法。 ANSYS程序在生成柔性體部件的有限元模型之后，利用adams.mac宏命令可以很方便地輸出ADAMS軟件所需要的模態(tài)中性文件jobname.mnf， 此文件包含了ADAMS中柔性體的所有信息，在ADAMS軟件中直接讀入此文件即可看到柔性體部件的模型，指定好柔性體與其它部件的連結(jié)方式，并給系統(tǒng)施加必要的外載后即可進(jìn)行系統(tǒng)的動力學(xué)仿真。利用ansys軟件生成中性文件的大致步驟為： 進(jìn)入ANSYS程序，建立柔性體的模型，并選擇適當(dāng)?shù)膯卧愋蛠韯澐謫卧Ｔ谌嵝泽w的轉(zhuǎn)動中心（與剛性體的聯(lián)接處）必須有節(jié)點存在，此節(jié)點在ADAMS中將作為

3、外部節(jié)點使用，如果在聯(lián)接處柔性體為空洞，則需在此處創(chuàng)建一節(jié)點,并使用剛性區(qū)域處理此節(jié)點（外部節(jié)點）與其周圍的節(jié)點。選擇外部節(jié)點,運行ANSYS程序的宏命令A(yù)DAMS生成ADAMS程序所需要的模態(tài)中性文件(jobname.mnf)。下面將詳細(xì)介紹利用ansys軟件生成中性文件的過程。一、前期準(zhǔn)備工作1、建立零件的三維模型并通過proe2.0與ansys10.0之間的接口將模型導(dǎo)入到ansys中。2、明確該零件的材料屬性，確定單元類型和實常數(shù)。3、明確該零件在裝配圖中與其他零件的接觸關(guān)系，為此后確定外連接點的坐標(biāo)及剛性區(qū)域做好準(zhǔn)備。二、建立中性文件的詳細(xì)步驟1、進(jìn)行單元類型定義，實體可選solid

4、 45,質(zhì)量單元選擇mass21；GUI操作如下：preprocessor>element type>add/edit/delete>add> solid >Brick 8node 45（添加實體單元），其下面的Element type reference number自動顯示為“1”>apply>Structural Mass>3D mass 21（添加質(zhì)量單元）。注：若無特殊要求，通常我們?yōu)閷嶓w所添加的單元均為線性的八節(jié)點的六面體單元，若采用非線性的中間帶節(jié)點的四面體單元，其具有二次位移，適用于模擬不規(guī)則網(wǎng)格。六面體單元和帶中間節(jié)點的四面體單

5、元的計算精度都是很高的，他們的區(qū)別在于：一個六面體單元只有8個節(jié)點，計算規(guī)模小，但是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)很難劃分出好的六面體單元，帶中間節(jié)點的四面體單元恰好相反，不管結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，總能輕易地劃分出四面體，但是，由于每個單元有10個節(jié)點，總節(jié)點數(shù)比較多，計算量會增大很多，造成不必要的計算機(jī)資源的浪費。2、編輯mass21質(zhì)量單元，即給mass21質(zhì)量單元設(shè)置實常數(shù)；防止求解時質(zhì)量矩陣奇異GUI操作如下：preprocessor>real constants>add/edit/delete>add>選擇mass21單元>OK>在對話框中填寫屬性，一般要很小的數(shù)值，如1e-

6、5,1e-6等，如圖2-1所示；圖2-13、設(shè)置材料特性，要求有彈性模量，泊松比，密度這些參數(shù)，以42CrMo材料為例，彈性模量為2.12105Mpa，泊松比為0.28，密度為7.85103Kg/m3，雖然在ANSYS中沒有規(guī)定單位，但是需要用戶自己去定義自己的單位制，這就會涉及到單位統(tǒng)一的問題。另外單位的選取要考慮計算結(jié)果分析的方便性，在工程實際應(yīng)用中，多以N,mm,kg，s作單位，這樣做的好處是省掉了仿真結(jié)果單位換算的麻煩，這樣的單位足以反映實際工程的需要，因此本例中在向ansys輸入材料特性時一定要以彈性模量為2.12105Mpa，泊松比為0.28，密度為7.8510-6Kg/mm3為準(zhǔn)

7、，統(tǒng)一單位這點很重要，否則仿真得出的結(jié)果將與實際的結(jié)果有很大的差距。一定要注意！GUI操作如下：preprocessor>Material Props>Material Models>雙擊Structural>雙擊Linear>雙擊Elastic>雙擊Esotropic，在對話框中填寫材料特性，如圖2-2所示>OK>雙擊Density，在對話框中填寫材料密度，如圖2-3所示>OK>Material>Exit，完成材料特定的輸入；圖2-2圖2-34、使用solid 45單元對三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；GUI操作如下：preproces

8、sor>Mesh Attributes>All Volumes,為實體模型分配屬性>Mesh Tool，彈出ANSYS的網(wǎng)格工具欄，如圖2-4所示，在這個工具欄，幾乎包含了所有劃分網(wǎng)格的功能。使用智能網(wǎng)格選項，選中Smart Sizing復(fù)選框，將網(wǎng)格精度級別設(shè)置為“6”，確認(rèn)網(wǎng)格劃分對象為體Volumes，網(wǎng)格類型為四面體Tet，自由劃分方式Free。單擊網(wǎng)格工具中的Mesh按鈕，彈出拾取對話框，單擊拾取對話框中的Pick All按鈕，完成網(wǎng)格劃分并關(guān)閉拾取對話框，得到劃分網(wǎng)格后的幾何模型。說明：（1）根據(jù)零件的復(fù)雜程度，劃分網(wǎng)格時網(wǎng)格精度一般定為38級，網(wǎng)格精度過高則造成

9、不必要地浪費計算機(jī)資源，而網(wǎng)格精度過低，仿真所得到的結(jié)果一般不會滿足精度；（2）如果所要分析的零件結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜，劃分網(wǎng)格時可以考慮除了智能劃分之外的其他劃分方法，但是如果零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，人為是很難劃分的，只能采用智能網(wǎng)格劃分方法。圖2-4 網(wǎng)格工具欄5、建立keypoints，此處注意，創(chuàng)建的keypoints的編號不能與模型單元的節(jié)點號重合，否則會引起原來的模型變形，因此在建立關(guān)鍵點之前應(yīng)該通過進(jìn)行List/keypoints/coordinates only操作查看一下目前模型中已存在的關(guān)鍵點的編號；建立keypoints的GUI操作如下：preprocessor>model

10、ing>create>keypoints>in active Cs在對話框中輸入所建關(guān)鍵點的編號及坐標(biāo),如圖2-5所示>OK；圖2-5說明：此處建立的關(guān)鍵點叫做外部節(jié)點，外部節(jié)點是ADAMS軟件中的名詞, 在ANSYS程序中即指柔性體與剛性體連結(jié)位置處的節(jié)點，用于在ADAMS所進(jìn)行的運動學(xué)分析中連結(jié)柔性體與剛性體。一般來講，一個關(guān)節(jié)位置只使用一個節(jié)點作為外部節(jié)點，如果柔性體的連結(jié)部位處為空心，則需在連結(jié)處創(chuàng)建一個節(jié)點作為外部節(jié)點，外部節(jié)點與其周圍的柔性體節(jié)點一般使用剛性區(qū)域來定義。 運行ADAMS宏之前只選擇將作為外部節(jié)點使用的節(jié)點，在運行宏命令A(yù)DAMS之前只選擇作為

11、外部節(jié)點的節(jié)點，因為ADAMS宏會將此時選擇的節(jié)點作為外部節(jié)點處理，因而此選擇步驟不可缺少。6、選擇mass21單元對5中建立的keypoints進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立起interface nodes，在導(dǎo)入adams后這些interface nodes會自動生成mark點，通過這些點和其他剛體或柔體建立連接；本步驟的GUI操作與實體網(wǎng)格的劃分基本相同，只是應(yīng)在開始時把為實體分配屬性改為為關(guān)鍵點分配屬性和把網(wǎng)格劃分對象由Volumes改為keypoints即可；網(wǎng)格劃分之后應(yīng)該查看下當(dāng)前有限元模型中的節(jié)點編號，處于后面的幾個節(jié)點則是由我們剛剛建立的keypoints生成的，記下剛剛生成的節(jié)點編號，

12、為此后建立剛性區(qū)域提供方便。7、建立剛性區(qū)域（在ADAMS中作為和外界連接的不變形區(qū)域，必不可少的）；GUI操作如下：preprocessor>coupling/ceqn>rigid region,選擇>先選擇interface  node，單擊Apply，再選interface  nodes附近的區(qū)域的nodes與其相連，由于連接點的數(shù)目必須大于或等于2，所以剛性區(qū)域至少兩個，所建立的剛性區(qū)域如圖2-6所示；圖2-6建立剛性區(qū)域的具體步驟（以一個空心圓柱為例，并假設(shè)其內(nèi)表面為與其他零件的接觸表面，并且全部接觸）：1、在有空洞的地方建立

13、一個關(guān)鍵點。2、對實體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，后對剛建的的關(guān)鍵點用mass21單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。通常list/node最后面的是該關(guān)鍵點劃分后的node點，只有一個，模型如圖2-7所示。圖2-73、完成后，選擇select/everything-entities后彈出對話框，進(jìn)行如圖2-8所示的操作，單擊ok，出現(xiàn)選取面的對話框，選擇我們所需要的曲面，如果知道該面的編號則可以直接輸入編號選取，否則直接點取即可。圖2-8，得到圖2-9：圖2-9單擊ok，之后點擊plot/areas，即顯示我們已經(jīng)選擇到的面，得到圖2-10：圖2-104、 select/ entities后彈出，按照如圖2-11操作，即選

14、擇依附于第三步中選擇到的面上的節(jié)點，點ok。圖2-11之后點擊plot/nodes，即顯示我們已經(jīng)選擇到的節(jié)點，得到圖2-12：圖2-125、選擇第一步建立的關(guān)鍵點網(wǎng)格劃分后的節(jié)點，即interface  nodes，操作如圖2-13所示。圖2-13點擊Ok，之后點擊plot/nodes，即顯示目前我們已經(jīng)選擇到的節(jié)點，包括interface  nodes和其周圍的節(jié)點。6、preprocessor>coupling/ceqn>rigid region,出現(xiàn)選取對話框，此時先用single選擇interface  node

15、s，點apply，在用box選擇周圍面上的節(jié)點，圈選中如果包括interface  nodes，必須通過unpick/single操作把改點去掉，點ok，最后便形成剛性面，如圖2-14所示。圖2-14注意：上例中假設(shè)該接觸面全部接觸，若假設(shè)接觸面不完全接觸或接觸不連續(xù)，則當(dāng)選擇interface  nodes周圍的節(jié)點時必須在第四步與第五步之間插入如圖2-15所示的必要操作。圖2-15說明： “Xcoordinates，Ycoordinates，Zcoordinates”的選擇是根據(jù)具體情況而定，是指所選擇的面是在哪個坐標(biāo)軸上不連續(xù)，“Min，Max”一

16、項需要填入實際接觸的起始坐標(biāo)。8、生成中性文件GUI操作如下：執(zhí)行solution>ADAMS connection>Export to ADAMS命令，要選擇的節(jié)點為7中建立剛性區(qū)域的節(jié)點（僅僅是interface  nodes），點擊ok按鈕后，彈出輸出MNF文件對話框，填寫該對話框時可參照下文的說明，即可生成*.mnf文件。說明：（1）System of Model Units：在下拉列表中選擇相應(yīng)的單位，如果沒有用戶需要的單位，可以選擇USER defined項，然后在用戶自定義單位對話框中輸出不同單位間轉(zhuǎn)化時的系數(shù)，也可以在Ansys的命令輸入行中輸入

17、如下的命令“/UNITS,USER,L,M,T,F”,其中L、M、T和F分別為長度、質(zhì)量、時間和力的單位轉(zhuǎn)化系數(shù)，通常選擇USER defined項，之后出來個Define User Unit對話框，在Length Factor欄中輸入1000，其他不變。說明：為了與ADAMS中的單位統(tǒng)一，在向ansys輸入材料特性時，應(yīng)當(dāng)將個參數(shù)設(shè)置為（以42CrMo材料為例）：彈性模量為2.12105Mpa（注：1Mpa=1N/mm2）、泊松比為0.28、密度為7.8510-6Kg/mm3。這種設(shè)置默認(rèn)的單位是mm、N、kg、s，但是值得注意的是彈性模量的單位是1MPa=1N/mm2,我們在轉(zhuǎn)換的時候只考

18、慮了將m轉(zhuǎn)化為了mm,而忽略了N這個單位，他其實與m也有關(guān)系，所以在生成中性文件時還應(yīng)該在長度單位欄中填寫1000作為轉(zhuǎn)化系數(shù)。（2）Eigenmodes：確定取的結(jié)束，抽取的模態(tài)數(shù)越多，柔性體的變形就越接近現(xiàn)實，但是實際上，對于運動起主導(dǎo)作用的只是前面的幾階模態(tài)，所以計算時根據(jù)需要計算前幾階的，通常取6或10階模態(tài)即可。（3）Element Results：確定單元上是否包含應(yīng)力和應(yīng)變值，選擇include stress and strain，即包括應(yīng)力和應(yīng)變值，以便于更好的分析結(jié)果。（4）Shell Element Result Output Control：確定殼單元輸入結(jié)果的位置，可以選擇為頂部，中不和底部。（5）Filename：設(shè)置將要生成MNF文件的路徑和文件名。（6）Export to ADAMS：設(shè)置了以上參數(shù)后，單擊按鈕Solve and cre