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机床设计之家

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【转载】(转)基于ANSYS WORKBENCH的装配体分析(的初步想法)   

2016-05-21 06:29:55|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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近半年以来,我一直忙于ADAMS书籍的撰写工作,其中也做了一些ADAMS相关的研究。而与此同时,博客上很多朋友的提问却集中在ANSYS上面,有些问题我一看就可以解决的,会当时回复。而有些问题觉得还需要考虑一下的,就让研究生来帮助我解决。

在解决这些问题的过程中,我越来越感觉到,大量的问题,集中在基于ANSYS WORKBENCH的装配体分析上。实际上,我也一直在持续关注这方面的研究进展,而且也准备着在这个方向能尽自己的微薄之力。尽管现在还没有时间去做这件事情,但是我仍旧愿意就这个方向谈谈我的一些初步想法。

我们知道,在我国,真正使用有限元软件做仿真,其历史并不长久,也就是近二十多年的事情。最初我们使用ALGOR,接着使用NASTRAN,而ANSYS则是近些年在高校用得相对较多。记得十几年前我读博士时,搜索ANSYS相关的书籍,那个时候种类很少,而且都是经典界面下的。到2008年左右,当我再看ANSYS相关的书籍时,就已经出现了类似现在WORKBENCH的书籍,但是这些书籍很少真正去写WORKBENCH,而只是虚晃一枪,其主要精力仍旧集中在ANSYS经典界面的操作上。

到今天,在机械工程领域,越来越多的场合需要使用有限元软件来计算强度,刚度问题,而且我们发现,所出现的问题,绝大部分属于装配体的分析。但是如果我们在市面上寻找WOKRBNCH做装配体分析的书籍,我们恐怕会大失所望。专门谈装配体分析的书籍相当少。这两年,关于WOKRBNCH的书倒是有了一些,但是大多倾向于把传统经典界面的一套直接移植过来,就是用WOKRBNCH来分析经典界面中做了一些例题,而对于我们实践中急需的装配体分析的专门技术,却很少涉及。实际上,别说书籍,就连学术文献,如果我们到数据库中去搜索装配体分析方面的学术文献的话,我们也会无功而返。

于是出现了这样的现实,一方面,在工程实践中大量的装配体需要仿真,从而大量的CAE工程师急需理论指导;而另一方面,在学术界对于装配体分析方面的研究,文章和书籍却很少,这不能不让人感到困惑。

在这里,笔者打算抛砖引玉,先抛出一些装配体研究的基本问题,以后,请感兴趣的朋友加以研究。在ADAMS的书写完以后,笔者也会把精力转移到此方向上来。

装配体的仿真所面临的问题包括:

(1)模型的简化。这一步包含的问题最多。实际的装配体少的有十几个零件,多的有上百个零件。这些零件有的很大,如车门板;有的体积很小,如圆柱销;有的很细长,如密封条;有的很薄且形状极不规则,如车身;有的上面钻满了孔,如连接板;有的上面有很多小突起,如玩具的外壳。在对一个装配体进行分析时,所有的零件都应该包含进来吗?或者我们只分析某几个零件?对于每个零件,我们可以简化吗?如果可以简化,该如何简化?可以删除一些小倒角吗?如果删除了,是否会出现应力集中?是否可以删除小孔,如果删除,是否会刚好使得应力最大的地方被忽略?我们可以用中面来表达板件吗?如果可以,那么,各个中面之间如何连接?在一个杆件板件混合的装配体中,我们可以对杆件进行抽象吗?或者只是用实体模型?如果我们做了简化,那么这种简化对于结果造成了多大的影响,我们可以得到一个大致的误差范围吗?所有这些问题,都需要我们仔细考虑。

(2)零件之间的联接。装配体的一个主要特征,就是零件多,而在零件之间发生了关系。我们知道,如果零件之间不能发生相对运动,则直接可以使用绑定的方式来设置接触。如果零件之间可以发生相对运动,则至少可以有两种选择,或者我们用运动副来建模,或者,使用接触来建模。如果使用了运动副,那么这种建模方式对于零件的强度分析会造成多大的影响?在运动副的附近,我们所计算的应力其精确度大概有多少?什么时候需要使用接触呢?又应该使用哪一种接触形式呢?

(3)材料属性的考虑。在一个复杂的装配体中所有的零件,其材料属性多种多样。我们在初次分析的时候,可以只考虑其线弹性属性。但是对于高温,重载,高速情况下,材料的属性不再局限于线弹性属性。此时我们恐怕需要了解其中的每一种材料,它是超弹性的吗?是哪一种超弹性的?它发生了塑性变形吗?该使用哪一种塑性模型?它是粘性的吗?它是脆性的吗?它的属性随着温度而改变吗?它发生了蠕变吗?是否存在应力钢化问题?如此众多的零件,对于每一个零件,我们都需要考察其各种各样的力学属性,这真是一个丰富多彩的问题。

(4)有限元网格的划分。我们知道,通过WORKBENCH,我们只需要按一个按钮,就可以得到一个粗糙的网格模型。但是如果从HYPERMESH的角度来看,ANSYS自动划分的网格,很多都是不合理的,质量较差而不能使用。那么对于装配体中的每个零件,我们该如何划分网格?对于每一个零件,我们是否要对之进行切割形成规则的几何体后,然后尽量使用六面体网格?如果我们这样做的话,那么单单划分网格这一项,就要消耗我们大量的时间。而且,当这种网格划分完以后,我们还需要反复加密网格,反复计算,直到结果的收敛。就如同减速器这样的一个装配体,稍微粗略的划分网格,都是10万多个节点,如果我们网格划分得细密一些,很容易上百万个节点。这么大量的节点,一般的笔记本和台式机计算起来都很困难。这给我们的仿真工作带来了极大的困扰。

这些问题都是前处理中出现的。如何解决这些问题,恐怕要我们广大的CAE工程师和CAE研究人员共同努力,从各个侧面进行研究,得到一些个别的成果,然后在某些时候,再集成起来,得到具有普遍指导意义的方法和结论。

 

转自新浪“宋博士的博客

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