HyperMesh_Comsol_Adams刚柔耦合仿真分析方法及案例应用

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导读：纯刚体仿真软件如Adams，可以帮助我们快速搭建多体动力学仿真模型，输出各个零部件的运动状态，却不考虑物体结构本身变形所带来的影响；有限元仿真软件如Hypermesh、Abaqus等可以帮助我们观察各个零部件的结构变形特征，考量结构本身应力应变等影响，但是每一个零部件均需要绘制网格，且计算量较大。如果我们将不重要的零部件设为刚体，重点观察的零部件设为柔性体（有限元方法），既可以保留刚体运算的高效率，又可以观察重点部件的变形情况，那么这种方法称为刚柔耦合仿真方法。

一、写在文前

有很多软件本身就可以进行刚柔耦合分析，Adams软件可以引入有限元计算模块，将刚体变成柔性体进行仿真计算；Hypermesh软件存在多体动力学模块，可以手动将部件设为刚体；Comsol软件也存在相应的多体动力学模块，可以轻松实现刚柔耦合仿真。本篇文章将为大家分别介绍上述三种软件的刚柔耦合方法及优缺点分析，无论你现在使用哪款软件，都可以在本篇文章中找到使用技巧，轻松玩转刚柔耦合多体动力学仿真，你就是下一个“大神”。

本次实例选择如下图所示的曲柄滑块机构进行Hypermesh、Comsol、Adams刚柔耦合分析，其中，曲柄（Crank）是刚性体，连接杆（Connecting rod）是柔性体，滑块（Sliding block）和支座（Support）是刚性体。使用刚柔耦合分析可以得到连接杆的变形及应力应变情况。更多内容推荐查看《每日一练！从此拥有Adams机械齿轮传动建模秘密武器》。

二、Hypermesh多体动力学刚柔耦合方法

1、步骤总结

（1）定义刚性体：需要定义刚性件连接点nodes。

（2）定义柔性体：定义连接单元及模态特征。

（3）创建运动副：hypermesh创建运动副特别之处是需要在运动副所连接的两个part上分别找到两个节点node，这两个节点的位置需相同，否则运动副失效。运动副的创建是根据节点进行的，选择part上的节点进行约束，也就意味着选择了part进行约束。对于刚体来说，应该选择刚性连接件定义的nodes。

2、具体操作

（1）仿真涉及到的不同零部件均需要单独分别创建属性，即使材料相同，因为在后续模型定义的时候，需要根据材料进行区分及定义。

（2）定义刚体

在Analysis面板中，点击bodies，创建body=support，type=PRBODY，props=support，之后点击creat，创建第一个刚性体支座零件。

创建body=crank，type=PRBODY，props=crank，nodes ID=25231，nodes是为了和其余部件进行连接。

创建body=block，type=PRBODY，props=block，nodes ID=25232。现在完成所有刚性体的创建。

（3）定义柔性体

同样需要在Analysis面板中，点击bodies，创建body=rod，type=PFBODY（此时是指柔性体），props=rod，点击elems选择连接杆的两个rbe2，或者输入单元ID号18795和18796。

设置柔性体模态属性，在上步面板中的CMS Method中选择Craig-Bampton，输入number of modes=10。

（4）创建运动副

创建运动副之前，需要新建一个component存放运动副，component的name=joints。
点击面板中的mesh-creat-1D Element-Joint，创建运动副。joint type=fixed，node ID=25313作为第一个点，node ID=25543作为第二个点。创建支座和大地的固定副。

joint type=revolute，node ID=25472作为第一个点，node ID=15124作为第二个点。在坐标系的选择中输入x=0，y=0，z=1，定义z轴作为旋转轴。创建支座和曲柄的旋转副。

joint type=revolute，node ID=25229作为第一个点，node ID=25231作为第二个点。在坐标系的选择中输入x=0，y=0，z=1，定义z轴作为旋转轴。创建曲柄和连接杆的旋转副。
joint type=revolute，node ID=25230作为第一个点，node ID=25232作为第二个点。在坐标系的选择中输入x=0，y=0，z=1，定义z轴作为旋转轴。创建连接杆和滑块的旋转副。
joint type=translational，node ID=14519作为第一个点，node ID=25228作为第二个点。在坐标系的选择中输入x=1，y=0，z=0，定义x轴作为移动方向。创建滑块的移动方向。