ANSYS中轉(zhuǎn)動(dòng)模擬

摘要 ANSYS是一款非常強(qiáng)大的有限元分析軟件，我們常用來對(duì)一些機(jī)械部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，但是對(duì)于一些含轉(zhuǎn)動(dòng)絞的機(jī)構(gòu)，卻有一些不便之處，本文主要討論利用combin7單元來模擬轉(zhuǎn)動(dòng)效果。

關(guān)鍵字 ANSYS 轉(zhuǎn)動(dòng) combin7單元

ANSYS是目前比較流行的一款有限元分析軟件，我們利用不同的單元和材料屬性的配合可以處理我們工程實(shí)驗(yàn)中的大部分問題，在分析一些具有轉(zhuǎn)動(dòng)絞的機(jī)構(gòu)的時(shí)候，為了能夠跟實(shí)際更加接近，我們要模擬出轉(zhuǎn)動(dòng)效果，在本文中，主要應(yīng)用combin7單元來實(shí)現(xiàn)這一效果。

1、combin7單元簡(jiǎn)介

該單元的幾何形狀、節(jié)點(diǎn)位置和坐標(biāo)系示于圖1.1中。單元由空間5個(gè)節(jié)點(diǎn)來定義，分別為激活節(jié)點(diǎn)（I，J），定義初始旋轉(zhuǎn)軸節(jié)點(diǎn)K，以及控制節(jié)點(diǎn)L，M。 激活節(jié)點(diǎn)應(yīng)該重合，且用來模擬連接桿A和桿B的實(shí)際銷釘。 連接桿是一個(gè)獨(dú)立的單元或是多個(gè)單元的組合。如果節(jié)點(diǎn)K沒有定義，初始旋轉(zhuǎn)軸為整體坐標(biāo)中的Z軸方向。

在下面的實(shí)驗(yàn)中，我們會(huì)在需要建立旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置創(chuàng)建2個(gè)激活節(jié)點(diǎn)，并讓相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)分別與之耦合，然后在旋轉(zhuǎn)軸方向創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)軸節(jié)點(diǎn)，生成combin7單元，這樣來完成轉(zhuǎn)動(dòng)絞的模擬。

2、轉(zhuǎn)動(dòng)效果的實(shí)現(xiàn)

2.1、二維轉(zhuǎn)動(dòng)效果的實(shí)現(xiàn)

在二維的模擬中，我們利用了梁?jiǎn)卧獊砟M連桿，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

（1）建模，直接建立關(guān)鍵點(diǎn)，其坐標(biāo)分別為（0，0），（100，0），（110，0），（210，0）通過關(guān)鍵點(diǎn)形成直線，在建模過程中，我們?yōu)榱朔奖阌^看，我們把相連的兩條之間之間空不一段，因?yàn)楹竺嫖覀儠?huì)耦合節(jié)點(diǎn)之間的自由度，所以這個(gè)空缺不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（2）分網(wǎng)，我們把每一段直線分為10段，之后在（105，0，0）處建立兩個(gè)重合的節(jié)點(diǎn)，分別為節(jié)點(diǎn)L和M，在（105，0，10）處建立一個(gè)用于旋轉(zhuǎn)軸的節(jié)點(diǎn)K。

（3）我們耦合第一段直線分網(wǎng)后的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)L的所有自由度，耦合第二段直線的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)M的所有自由度，然后選取節(jié)點(diǎn)L、M和K建立一個(gè)combin7單元。

（4）建立好模型之后我們對(duì)兩端節(jié)點(diǎn)加好約束，對(duì)第一段直線的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)加一個(gè)Y方向的力，變形如下：

2.2 三維轉(zhuǎn)動(dòng)效果的實(shí)現(xiàn)

在ANSYS中建立好實(shí)體模型，采用實(shí)體單元，分網(wǎng)后，把與combin7激活節(jié)點(diǎn)所在平面的節(jié)點(diǎn)與激活點(diǎn)進(jìn)行耦合，一共做兩次，效果類似于門的轉(zhuǎn)銷。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

（1）直接在ANSYS的建模平臺(tái)建立下面的模型，與二維轉(zhuǎn)動(dòng)一樣，我們?yōu)榱烁庇^的表現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)效果，而且會(huì)在后面進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的耦合，建模時(shí)我們把兩部分分開。建模完成后分網(wǎng)，效果如下圖：

（2）我們?cè)谵D(zhuǎn)軸上下面中心設(shè)立combin7激活節(jié)點(diǎn)，然后把所對(duì)應(yīng)的外部輪廓上的節(jié)點(diǎn)與之耦合，效果如下圖：

（3）我們?cè)谧髠?cè)桿上施加一個(gè)向下的力，求解后的變形圖如下：

3、總結(jié)

從上面的實(shí)驗(yàn)可以看到，在ANSYS中，combin7單元能很好的模擬轉(zhuǎn)動(dòng)效果。在處理包含絞，轉(zhuǎn)軸等結(jié)構(gòu)的時(shí)候，都可以用此方法來實(shí)現(xiàn)，通過設(shè)定combin7單元的實(shí)常數(shù)可以使我們的分析更接近實(shí)際情況，更有說服力。