Hypermesh & Comsol & Adams刚柔耦合分析方法
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前言：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。
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。
一、Hypermesh多体动力学刚柔耦合方法
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。
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
①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。
②创建body=crank，type=PRBODY，props=crank，nodes ID=25231，nodes是为了和其余部件进行连接。
③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
①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。
②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
①创建运动副之前，需要新建一个component存放运动副，component的name=joints。
②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。
③joint 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。
④joint 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。
⑤joint 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。
⑥joint 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。
5、创建载荷
创建载荷load collector，name=SIM，Card Image=MBSIM，创建载荷load collector，name= Velocity，Card Image=INVELB，VX=-50，在x方向施加速度驱动。
5、创建载荷步
创建载荷步LoadSteps，Analysis type=Multi-body dynamics，MBSIM=SIM，INVEL=Velocity，
6、提交计算
7、可以在后处理结果中查看位移云图及应力云图，可以看到连接杆作为柔性体，可以观测到其应力变化情况。
优缺点总结
1、优点：一个软件就可以实现刚柔耦合分析，不用和其它软件进行联合；刚柔体创建方法简单；
2、缺点：运动副创建比较复杂；所有零部件均需要画网格；驱动施加不够便利；接触创建不够方便；参数设置需要精准，不然无法仿真；
二、Comsol多体动力学刚柔耦合方法
步骤总结：
1、刚性体设置为刚性域，柔性体需要创建连接件。
2、创建运动副。
3、创建驱动。
具体操作：
1、选择多体动力学模块，稳态研究。
2、将网格文件导入Comsol中，网格类型为bdf文件。
3、创建刚性体和柔性体
①点击物理场—域—刚性域，将crank、support、block分别创建刚性域并选择相应的区域。
②点击物理场—边界—连接件，将连接杆的两端安装孔边界设为连接件，即此处认为连接杆是柔性体，安装孔边界为柔性体和刚性体连接处。
4、创建运动副及驱动
①固定副：右键刚性域support，创建固定约束，为支座和大地间的固定连接。
②铰链关节：选择物理场—全局—铰链关节，分别创建support—cack，crack—block，crack—rod，三个铰链关节（旋转副），并选择全局坐标系的Z轴作为旋转轴。
③创建驱动：右键刚性域block，选择指定位移/旋转。指定旋转中心位移：U0x=12[mm]，其余选项均设为0，指定旋转：约束旋转，三个选项均勾选。
5、计算并查看结果
优缺点总结
1、优点：可直接与其它模块进行多物理场耦合；操作十分简单；建模过程十分便利。
2、缺点：所有零部件均需要画网格，网格质量影响计算收敛；运动副不够全面；驱动创建不够灵活。
三、Adams多体动力学刚柔耦合仿真方法
步骤总结：
1、从其它有限元软件中输出模态中性文件MNF，导入Adams中。本次实例选择从Hypermesh中导出模态中性文件。
2、按照Adams建模方法进行常规建模即可。
Adams刚柔耦合理论知识介绍可我的另一篇参考文章：《3个步骤！轻松搞定ADAMS进行刚柔耦合分析》
具体操作：
1、Hypermesh中制作模态中性文件。
①仅使用rod网格模型，采用OptiStruct模块，赋予连接杆rod材料，此处需要注意的是，密度为了和Adams中保持一致，需要增大1000倍。
②在连接杆两端孔的位置创建rbe2，用于在Adams中创建运动副。
③创建Load Collectors：name=CMS，card image=CMSMETH，NMODES=20。
④创建Load Collectors：name=ASET
⑤创建Analysis：Load types=constraints，选择constraints=ASET
⑥选择Analysis—constrains，将连接杆的孔节点都选中并约束6个自由度，load types=ASET。
⑦设置control cards，DTI_UNITS=KG，N，mm，s；Global_case_control>CMSMETH=CMS；Global_output_request>strain,stress；OUTPUT>ADAMSMNF=YES；TITLE=your_name
⑧计算：run options=analysis，即可输出MNF文件
2、Adams中建模
①导入创建好的连接杆MNF文件。
②创建运动副：分别创建固定副、旋转副、移动副，创建位置与上述其它方法相同。
③创建驱动：在移动副上创建滑块的平移驱动，并给定移动位移函数。
④计算并查看结果。
优缺点总结
1、优点：可以使用Adams的所有功能，包括运动副、驱动及其它Adams模块；如果你经常使用Adams软件，这将是很有效的一种方法。
2、缺点：一般需要通过其它有限元软件生成模态中性文件；
小结：本文选择三款软件进行刚柔耦合仿真介绍，无论你是使用纯刚体多体动力学软件Adams，还是有限元分析软件Hypermesh，或是多物理场分析软件Comsol，都可以在文章中找到相应的刚柔耦合分析技巧，当你使用时遇到问题，就来翻翻这篇文章，总会得到想要的答案。
