干货 | ANSYS Workbench刚-柔耦合仿真_Mechanical_Workbench_Deform_静力学_疲劳_ADS

干货 | ANSYS Workbench刚-柔耦合仿真

2月前浏览882

在实际工程问题中，刚形体与柔性体同时存在，其中柔性体很容易发生疲劳破坏，其变形也会影响机械系统精度。因此，如果完全将系统作为刚体进行分析，很多情况下并不合理，这就需要考虑结构的变形效果，分析柔性体的结构力学响应，即进行刚-柔耦合分析。

Fig. 1 ANSYS Workbench刚-柔耦合分析项目流程图

ANSYS Workbench的刚-柔耦合分析项目流程主要分为两步：首先进行刚体动力学分析，然后进行柔性体力学分析。其中，刚体动力学分析已在前期文章(ANSYS Workbench刚体动力学分析流程)详细介绍，本文主要介绍柔性体力学分析步骤，如下所述。

Step 1：导出载荷

刚体动力学分析后，需要导出运动载荷，用于柔性体力学仿真。右击模型树分析结果中的总位移Total Deformation，选择Export Motion Loads，将运动载荷保存到指定的文件夹中，文件格式为txt。

Fig. 2 导出载荷

Step 2：新建流程

右击项目流程中的Rigid Dynamics，选择Duplicate，获得一个新的Rigid Dynamics模块，右击该Rigid Dynamics模块，选择Replace With，选择静力学StaticStructural或动力学Transient Structural。

Step 3：修改属性

双击Model，进入Mechanical界面，展开模型树中的Geometry，拟制不进行力学分析的零件，并将需要进行力学分析的零件柔性化，设置其刚度属性Stiffness Behavior为柔性Flexible。

Fig. 3 属性修改界面

Step 4：网格划分

对柔性体零件进行网格划分。点击模型树中的Mesh，选择柔性体网格划分方法，设置网格单元尺寸。右击Mesh，选择Generate Mesh，生成模型网格。

Fig. 4 网格划分

Step 5：导入载荷

删除之前的所有载荷，右击Static Structural，选择Insert，插入Motion Loads，选择刚体动力学分析后导出的txt格式载荷文件。

Fig. 5 导入载荷

Step 6：分析设置

点击模型树中的Analysis Settings，在下方面板合理设置子步数，打开惯性释放Inertia Relief，关闭大变形Large Deflection。如果存在刚体位移，打开弱弹簧Weak Springs。

Fig. 6 分析设置界面

Step 7：求解后处理

右击模型树中的Solution，选择Insert，添加Equivalent Stress等。再次右击Solution，选择Solve，得到模型应力云图，查看柔性体应力分布情况。

ANSYS Workbench刚-柔耦合仿真非常方便，包括接触的设置、转动副的设置等都非常方便。如果计算不收敛时，主要通过调试网格质量、接触算法、载荷施加的方式等。此外，多体接触模型一定要进行干涉检查。

来源：纵横CAE

智能手机弯曲动力学：CAE仿真揭示未来设计趋势

本案例来自Altair官方案例。目录1.问题描述2.手机模型拆解3.材料类型4.接触设置5.载荷步设置6.输出设置7.结果展示1.问题描述图1为手机三点弯曲试验模型的载荷示意图，手机在固定圆柱的支撑下，顶端压头在0.05s内向下移动8mm,以分析手机的抗弯力学性能。图1 手机模型载荷示意图 2.手机模型拆解手机模型的装配图如图2所示，主要分为LCD屏、上盖板、载体总成、PCB、电池和下盖板。图2 手机模型转配图 3.材料类型手机模型各个模块主要涉及到的材料有软钢、玻璃、橡胶、聚合物塑料等。螺栓和载体板材料：非线性钢材图3 非线性钢材的应力-应变曲线上下盖板聚合物应力-应变曲线：图4 上下盖板聚合物材料曲线密封垫材料类型：橡胶OGEDEN模型。4.接触设置模型的接触为面对面接触，分为两类，一类是带有摩擦系数的接触，另一类为无摩擦接触。本案例为各个部件都单独建立了接触，如图所示，非常多，有36个接触设置，个人觉得必要性不是很强！图5 接触设置考虑无摩擦情况，以PCB接触为例，刚度大的部件做主面，刚度小的部件做从面。图6 PCB板面对面接触若考虑到有摩擦情况，可以参考LCD屏与载体的接触设置：图7 LCD屏与载体的接触 5.载荷步设置图8 分析步设置Analysis type:分析类型，显示分析类型SPC:固定约束TSTEPE:质量缩放TTERM:分析时间0.05sDLOAD:在0.05s内的向下移动的载荷 6.输出设置 OUTPUT模块设置位移和应力输出。7.结果展示图9 位移云图图10 LCD应力云图 LCD屏幕应力达到569MPa,而普通玻璃抗弯强度为200MPa,手机玻璃经过强化处理可达到400-500MPa,这表明手机屏幕将会发生破坏。来源：纵横CAE