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miya177con:基于ADAMS和ANSYS的动力学仿真分析_图文

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现代机械  2005年第 4期   

文章编号 : 1002 - 6886 (2005) 04 - 0062 - 02
基于 ADAM S和 ANSY S的动力学仿真分析
侯红玲 1, 2 ,赵永强 1 ,魏伟锋 1
( 1. 陕西理工学院 机电工程系 ,陕西  汉中  723003; 2. 西安交通大学 ,陕西  西安  710049)

摘要 :针对 ANSYS软件不适合机械动力学分析 , ADAM S软件不适合有限元分析的状况 ,提出了将 ANSYS和 ADAM S两种分 析软件结合起来对柔性体进行仿真分析 ,通过仿真实例验证了此方法的可行性 。 关键词 :动力学仿真  刚体  柔性体  ADAM S ANSYS

K inetic S im ula ting and Ana lyz ing Ba sed on ADAM S and ANSY S HO U Hong2ling, ZHAO Y ong2q iang, W E IW e i2feng

Abstract: AN SYS doesn’t fit to analyze mechanical dynam ics and ADAM S doesn’t fit to finite element analyzing. The paper puts forward combining ADAM S and AN SYS to analyze and simulate flexible components, app roving the method feasible through simulating ex2 amp le.
Key words: kinetic simulation; rigid body; flexible body; ADAM S; AN SYS

1  引言
一般来说 ,静力学分析能保证一个机构可以承受一定的 稳定载荷 ,但当机构受到运动载荷时 ,就需要对其进行动力学 分析 。在机械系统的运动学和动力学仿真分析方面 ,常见的 分析软件有 : a)以刚性体为主要分析对象的运动学仿真分析 软件 (如 ADAM S) ; b)以柔性体为主要分析对象的有限元分 析软件 (如 ANSYS、Nastran等 ) 。前者分析对象以刚性体模 型为主 、后者以柔性体模型为主 。用于一般场合的工程机构 , 在进行动力学建模时 ,时常把构件作为刚体 ,做运动分析时不 考虑其弹性变形 。实际上 ,机构在较大的载荷作用下或者作 加 、减速运动时 ,机构就会产生较大的弹性变形 。因此要更真 实地模拟机构的动态性能 ,必须将构件作为弹性体进行分析 。
在对机械系统进行运动学分析时 ,如果不考虑柔性体的 影响 ,将会造成很大的误差 。整个系统的运动情况反过来决 定了每个构件的受力状况和运动状态 ,从而决定了构件内部 的应力 、应变分布 。因此 ,要精确模拟整个系统的运动 ,取得 动力学仿真结果 ,可以将 ANSYS与 ADAM S两个软件结合使 用 。通常 , ANSYS不适合进行机构的动力学分析 ,而 ADAM S 不适合进行有限元分析 ,将二者结合 ,有利于取长补短 。AD2 AM S软件是著名的机械系统动力学仿真分析软件 ,分析对象 主要是刚体 ,但与 ANSYS软件结合使用可以考虑分析零部件 的弹性 ,同样 ADAM S的分析结果可为 ANSYS分析提供相应 的边界条件 。
2 ADAM S /ANSY S的接口技术
由于 ADAM S进行动力学分析时 ,可生成 ANSYS软件使 用的载荷文件 (即. lod文件 ) ,此文件可向 ANSYS软件输出动 力学仿真后的载荷谱和位移谱信息 。ANSYS直接调用此文

件生成有限元分析中力的边界条件 ,进行应力 、应变以及疲劳 寿命的评估分析和研究 ;这样便可得到基于精确动力学仿真 结果的应力 、应变分析结果 ,提高计算精度 。另外 , ANSYS进 行模态分析时 ,可生成 ADAM S使用的柔性体模态中性文件 (即. mnf文件 ) 。然后利用 ADAM S的 Flex模块将此文件调 入 ,以生成模型中的柔性体 ,利用模态叠加法计算其在动力学 仿真过程中的变形以及连接节点上的受力情况 。这样在机械 系统的动力学模型中就可以考虑零部件的弹性特征 ,提高系 统仿真的精度 。
3 ANSY S /ADAM S结合仿真步骤
3. 1 ADAM S输出边界条件 (最大力或最大位移 ) 在 ADAM S中输出有限元载荷 (位移 、载荷谱等 )的步骤
如下 : 1) 建立样机模型  创建零件 、添加约束 、施加载荷并进
行仿真分析 ; 2) 模型检验  确定需要输出载荷的构件及载荷作用点 ,
测量样机的相应特征 、仿真分析 、动画播放 ; 3) 绘制曲线图  输出相应的载荷谱或位移谱 (包括最大
力和位移等 ) 。 3. 2 刚性部件的应力应变分析
1) 在三维软件 (UG、Pro / E 等 ) 下绘制样机模型 , 调到 ADAM S软件下 ,设置仿真分析的有关控制参数 (如分析类型 、 时间 、步长等 ) ,然后进行动力学分析 ,最后输出位移 、力及其 它力学性能曲线 。得到机构中某些构件的边界条件 。
2) 把模型调入到 ANSYS或直接在 ANSYS下建模 , 定义 分析类型 ,利用在 ADAM S中得到的边界条件 (一般是最大载 荷 )对模型施加载荷 ,求解计算得到构件的应力 、应变或寿命 的评估与分析 。浏览分析结果 ,可以看到构件的变形形状以

 注 :本文受陕西理工学院机械设计与理论省级重点学科资助 。  作者简介 :侯红玲 (1976—) ,女 ,工作于陕西理工学院机电系 ,现为西安交通大学在读硕士 ,研究方向为机械 CAD /CAM /CAE。  收稿日期 : 2005 - 3 - 16

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   计算机应用

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及节点云图等 。 3. 3 柔性构件的应力应变分析
1)在 ANSYS软件中建立柔性体构件的有限元模型或从 其它软件下调入已有的模型 ,并利用 adam s. mac宏文件 ,生成 ADAM S软件所需要的柔性体模态中性文件 (. mnf) 。
2) 启动 ADAM S/V iew,并输入以上得到的柔性体模态中 性文件 ,即建立柔性模型 。在 ADAM S软件中建立好刚性体 的模型或从其它 CAD 软件下调入 ,施加约束 (即指定好它们 与柔性体之间的连结方式 )和必要的载荷 ,进行系统动力学 仿真 。在分析完成后输出 ANSYS所需要的载荷文件 (. lod文 件 ) ,进行了线性叠加 ,从而将柔性体的变形融入到机构的动 力学分析仿真中去 。
3) 重新返回到 ANSYS程序中 , 将 ADAM S生成的载荷 文件中对应时刻的载荷施加到柔性体上 ,对柔性体进行应力 、 应变分析 ,从而得到构件的真实变形 。

分析完成后输出图表或者数值 ,也可输出其它软件兼容的文 件 。这样通过模态的线性叠加将曲柄的变形融入到整个机构 的动力学分析仿真中去 。

4 ANSY S和 ADAM S结合实例
在一个曲柄连杆机构中 :曲柄转速为 1 500 rpm ,所用材 料的弹性模量是 210e9 Pa,泊松比 0. 29,密度 7 850 kg/m3。
首先在 ADAM S下对此机构进行动力学分析 ,得到载荷 谱信息 (如图 1、图 2所示 ) 。

表1
模态阶数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

频率 1. 352 9 2. 208 7 7. 128 4 8. 475 1 11. 906 12. 586 20. 014 21. 380 26. 559 30. 263

模态阶数 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

频率 34. 101 34. 962 36. 325 37. 563 43. 758 47. 062 48. 018 48. 175 50. 139 56. 247

在 ADAM S菜单中选 Plot tracking,得到边界条件 ,即曲柄 Y向的最大力为 FYmax = 899. 990 4 N ,曲柄 X 向最大力为 FX max = 2 270. 333 4 N。
在 ANSYS直接调用此边界条件 ,对曲柄进行应力分析 (如图 3)和应变分析 (如图 4) 。
如果把曲柄和连杆作为柔性体考虑 ,再进行动力学分析 。 首先在 ANSYS中进行模态分析 ,接着在 ADAM S下进行考虑 了柔性体变形的动力学分析 ,得到载荷边界条件 ,最后在 AN2 SYS下进行柔性体的应力应变分析 。
在 UG下建立曲柄模型调入 ANSYS中 ,通过几何模型的 离散化 ,材料属性设置等来进行有限元的分析 。曲柄连杆机 构的模态分析结果如表 1所示 。将曲柄得到的模态分析结果 读入 ADAM S中 ,施加约束和载荷 ,进行系统动力学仿真 ,在

5 结束语
本文将工程仿真中常用的两个软件 ADAM S和 ANSYS 结合应用 ,对柔性体进行动力学和运动学分析 。从而克服了 两者单独使用时的缺陷 ,更加真实地反应机构运动时的应力 应变情况 。对于仿真分析具体的实体模型提出一种新思路 , 通过实例介绍了具体的仿真步骤 ,具有很强的实用性和可操 作性 。
参考文献 1张亚欧等. ANSYS7. 0有限元分析实用教程 [M ]. 清华大学出版社. 2004. 7 2王国强等. 虚拟样机及其在 ADAMS上的实践 [M ]. 西北工业大学 出版社. 2003. 3 3朱名铨等. 虚拟制造系统与实现. 西北工业大学出版社 [M ]. 2001. 10

(上接第 56页 )
TEXT_D IR  p rodevelop / dev_text/work_one_text/ STAR TU P d ll
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ALLOW _STOP TRUE REV ISION  2002
END 到此 ,本文已完成对 Pro / Engineer二次开发中基本问题 的讨论 ,图 2是编译的结果 ,希望能对大家开发 Pro / Engineer 有所帮助 。

参考文献
1 Vojin Jovanovi. Pro / TOOLKIT: Setting Up Your Environment in VC ++. NET. Ap ril 30, 2003
2王恒 ,宁汝新 ,张旭 ,王贴. 利用 MFC二次开发 Pro / E. 计算机辅助设 计与图形学学报 , 2004年 6月 ,第 16卷第 6期
3 VC ++ 6. 0的 MSDN 4 Microsoft著. 希望图书创作室译. Microsoft V isual C ++6. 0运行库参考手册 5 ProToolkit的帮助文档

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