CAE軟件操作小百科（51）

陳潔

1 如何使用Adams創(chuàng)建柔性體？

Adams是結(jié)合柔性體和剛體模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析的軟件。使用Adams分析柔性體動(dòng)力學(xué)，并建立柔性體有3種方法：一是離散柔性連接桿;二是利用Adams/AutoFlex模塊直接在Adams/View中生成模態(tài)中性文件（model neutral file， MNF），該方法只能生成簡單柔性體，如桿和圓柱等;三是使用其他有限元軟件（如ANSYS、Nastran、HyperMesh等）劃分網(wǎng)格、計(jì)算模態(tài)、生成MNF，再導(dǎo)入Adams建立柔性體。第一種方法屬于離散式柔性體方法，將構(gòu)件離散成梁單元模擬實(shí)際變形，其實(shí)質(zhì)仍是剛性連接，因此只適用于簡單構(gòu)件。后2種方法屬于模態(tài)式柔性體方法，通過劃分網(wǎng)格和有限元方法計(jì)算構(gòu)件的自然頻率和對應(yīng)模態(tài)，對模態(tài)進(jìn)行線性疊加模擬柔性體變形，因此只適用于線性變形。

通過有限元軟件生成MNF并導(dǎo)入Adams創(chuàng)建柔性體的方法使用較為廣泛，有3種軟件可以生成MNF柔性體文件，分別是Patran/Nastran、ANSYS和HyperMesh。

2 如何使用Patran/Nastran生成MNF柔性體？

利用Patran建立模型并劃分網(wǎng)格，定義材料屬性，材料參數(shù)的單位與Adams選擇的計(jì)算單位一致。建立RBE2的MPC點(diǎn)，在Patran中定義外部節(jié)點(diǎn)，將MPC點(diǎn)加入DOF List，并選擇全部自由度，參數(shù)設(shè)置窗口見圖1。在Patran中定義Nastran分析參數(shù)。定義Adams的模態(tài)中性輸出，見圖2;選擇GpStress和GpStrain，輸出含有應(yīng)力信息的MNF，其中Num.Shapes of Adams是Nastran分析的模態(tài)階數(shù)，不小于EIGRL要求的模態(tài)+6+load case的總量。

指定輸出的模態(tài)數(shù)，Number of Desired Roots為Nastran的EIGRL指令;設(shè)定Nastran計(jì)算輸出結(jié)果，選擇Gird Point Stresses，見圖3;點(diǎn)擊Apply后生成bdf文件。在Nastran中提交Patran生成的bdf文件進(jìn)行計(jì)算，可生成MNF、out、xdb等文件。MNF文件為Adams的柔性體格式;out文件為OP2格式，用于Fatigue分析;xdb為XDB格式，只包含EIGRL要求的模態(tài)。Adams可以直接導(dǎo)入MNF生成柔性體。

3 如何使用ANSYS生成MNF柔性體？

通過ANSYS與Adams接口可實(shí)現(xiàn)利用ANSYS生成柔性體構(gòu)件的目標(biāo)，運(yùn)行adams.mac宏命令可生成MNF，其中ANSYS與Adams接口有3種連接方法。

3.1 剛性區(qū)域法

首先，利用ANSYS建立柔性體模型并建立單元，一般包含構(gòu)件3D單元和MASS21單元等2種單元。MASS21單元只用于連接點(diǎn)單元。然后，創(chuàng)建連接點(diǎn)（keypoints）并賦予MASS21屬性即可。最后，建立剛性區(qū)域，即連接點(diǎn)和接觸面上的所有節(jié)點(diǎn)。在ANSYS中，連接點(diǎn)為主節(jié)點(diǎn)，接觸面上的節(jié)點(diǎn)為從節(jié)點(diǎn)，可分別建立Component，組裝成一個(gè)Assembly。

進(jìn)行MNF輸出設(shè)置。首先，設(shè)置分析類型，抽取模態(tài)數(shù)和選取主節(jié)點(diǎn);然后，保存并創(chuàng)建Adams的導(dǎo)出文件，即可輸出MNF;最后，在Adams中直接導(dǎo)入MNF創(chuàng)建柔性體，進(jìn)行后續(xù)仿真。

剛性區(qū)域法使用約束方程連接結(jié)構(gòu)和接口，力分布在接觸面上。MASS21單元使接口有6個(gè)自由度，因此可以傳遞力矩，但設(shè)置過程比較繁瑣。

3.2 蜘蛛網(wǎng)法

在建立的接口處直接創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)，無須創(chuàng)建MASS21單元，用直接創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)和對應(yīng)的接觸節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建梁單元（BEAM188）。蜘蛛網(wǎng)法使用三維蜘蛛網(wǎng)型梁連接結(jié)構(gòu)和接口，力分布在接觸面上，梁單元提供6個(gè)自由度，因此也可以傳遞力矩。

3.3 梁單元法

在建立的接口處創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)，然后將該節(jié)點(diǎn)與某個(gè)節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建梁單元。梁單元法使用梁連接結(jié)構(gòu)和接口，力施加在節(jié)點(diǎn)上，并且沒有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，因此不能傳遞力矩，不推薦使用。

利用以上方法創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)后，運(yùn)行ANSYS的Adams宏命令即可生成MNF。輸出MNF命令包括Adams和nModes輸出模態(tài)數(shù)目、KStress應(yīng)力應(yīng)變輸出開關(guān)等。MNF中包含柔性體質(zhì)量、質(zhì)心、頻率、振型、對載荷的參與因子等信息。

4 如何使用HyperMesh生成MNF柔性體？

第一種方法是先生成h3d文件，再將其轉(zhuǎn)化為MNF。HyperMesh只保留網(wǎng)格材料屬性，單位與Adams中一致。首先，使用MotionView中的flex prep選擇所需文件并設(shè)置參數(shù)，使用OS輸出柔性體文件，指定界面點(diǎn)，勾選柔性體中需要顯示的應(yīng)力、應(yīng)變結(jié)果以及單位設(shè)置，并生成h3d文件;然后，使用flex prep，選擇translation of flexbody files和轉(zhuǎn)化方法選項(xiàng)，選擇h3d文件并保存，將h3d文件轉(zhuǎn)換為MNF。

第二種方法是使用HyperMesh直接生成柔性體MNF。第一步，建立網(wǎng)格、材料和單元屬性卡片。第二步，創(chuàng)建名為ASET的Load collectors定義模態(tài)，設(shè)置CMSMETH卡片和定義模態(tài)綜合法，其中CB和GG方法為MBD模態(tài)計(jì)算方法，CBN、GUYAN方法為多體模態(tài)計(jì)算方法。第三步，創(chuàng)建約束，設(shè)置ASET卡片和load type，將constraint設(shè)為ASET，用constraint進(jìn)行自由度約束。第四步，創(chuàng)建載荷步，設(shè)置控制卡片，在Control Cards面板中設(shè)置應(yīng)力應(yīng)變位移等結(jié)果輸出，在DTI UNITS處設(shè)置柔性體單位，OUTPUT選擇ADAMSMNF輸出MNF。第五步，建立一個(gè)Loadsteps，選擇generic類型，提交求解得到MotionView的MNF文件。

（摘自同濟(jì)大學(xué)鄭百林教授《CAE操作技能與實(shí)踐》課堂講義）