案例 | Ansys Motion等速万向节刚柔耦合动力学仿真方案
1
前言
2
利用Ansys Motion建立等速万向节动力学模型
目前，AnsysMotion有两个版本可使用，一个是在workbench平台Mechanical界面下运行，另一个是Motion独立版本，用户可根据习惯选择熟悉版本，本文以Motion独立版为例进行介绍。
2.2 仿真场景
本次分别建立全刚体模型和刚柔耦合模型进行动力学分析，全刚体和刚柔耦合模型，根据柔性体节点数量，其在求解时间上差别很大，用户可根据需要选择适合的类型。如下所示，case1为全刚体模型，case2将保持架设为节点柔性体，case3将保持架，内滚道节点柔性体，将输入轴设为模态柔性体，考虑其变形和应力情况。
Case1. 全刚体接触模型
分别在滚珠与内/外滚道，保持架；保持架与内/外滚道之间定义通用接触General contact；
先定义参与接触的面集faceset→定义通用接触General contact
facet尺寸对接触计算有较大影响，需保持表面网格均匀光滑。但是，过细的表面网格会增加检测接触面的时间。 NURBS:的非均匀有理B样条曲线曲面（Non-Uniform RationalB-Splines）
Case2. 刚柔耦合接触模型（保持架）
采用自动网格法(六边形为主)对笼体进行网格划分，通过手动调整网格，可以提高笼体的网格质量。
Tips: 确保网格线与CAD几何图形一致。(在进行啮合工作时，CAD几何图形可能会扭曲(调整大小)，并可能导致接触不稳定。(引起意外的初始接触力)
节点柔性体和模态柔性体比较
Case3. 刚柔耦合接触模型（保持架+内滚道+轴）
设置FE节点柔性体Patchset参数 设置刚体接触面faceset参数
选择Surface Smoothing时，根据几何实际情况建议使用No Smoothing或Smoothing，尽量不使用automatic； “no smoothing”选项使求解器使用在界面边缘有不连续切平面的原始facet。如果相邻两个切面的切平面的不连续很小，则使用此选项是很好的。“smoothing”选项使求解器使用高阶多项式曲面，以避免相对角度较大的两个相邻切面的切平面不连续。“自动”选项计算两个相邻切面的相对角度，仅当两个相邻切面的相对角度较大时，才应用高阶多项式曲面。
接触参数设置
2.4 Constraint and Joint
保持架，滚珠，外滚道与内滚道之间通过定义部件接触传递运动； 如下图所示，在模型中添加移动副，圆柱副，等速万向节和标量力；
求解器相关设置，求解时间：0.8s，输出步长：2400。 SolverType: Super，当系统没有不连续接触的问题，或系统有节点有限元体并发生小变形时，其求解速度优于general求解器。 UseFDM Jacobian：使用此选项可以通过FDM（有限微分法）计算出更精准的雅可比矩阵。如果仿真模型具有高频率和较大的接触刚度，使用此选项将增加步长，提高解决方案。
2.6 仿真结果
Motionpost是非常强大的专用后处理
Case 1：全刚体模型
4#滚珠与内/外滚道之间接触力
保持架与内/外滚道之间接触力
3
总结
Ansys Motion为新一代专业刚柔耦合多体动力学分析软件，可以在同一系统中同时建立刚体和柔性体模型，拥有独立motion求解器，针对不同应用场景，提供多种接触模型，对求解大自由度，高速运动，非线性接触问题优势明显。
Ansys Motion同时支持节点和模态柔性体，并可以自由选择，节点柔心体适合大变形，非线性材料，整体和局部变形，适合所有类型柔性体，求解时间长；模态柔性体利用模态坐标适合求解小变形，线性问题，求解效率高。
关于CYBERNET
