Ansys Workbench多物理场耦合仿真

瞬态动力学分析（Transient Structural）用于确定承受任意随时间变化载荷的结构动力学响应，可以确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷作用下位移、应变、应力及力随时间变化。Ansys Workbench 瞬态动力学分析流程，如下图所示。Fig. 1 Ansys Workbench瞬态动力学分析流程图行星轮系广泛应用于汽车、船舶、航空航天等领域。齿面啮合产生的应力、冲击往往造成齿轮失效，如轮齿折断、齿面磨损等，因而有必要对行星轮系进行强度校核。本文以行星轮系仿真为例，详细讲解Ansys Workbench瞬态动力学分析流程。Fig. 2 行星齿轮传动1 几何建模与导入在Solidworks环境中，构建行星轮系CAD模型，保存为x_t格式。打开 Workbench，拖入Geometry，设置Units为mm。右击Geometry，选择并进入DM界面，通过Import External Geometry File导入模型，右击Attacxh1，选择Generate生成模型。Fig. 3 几何建模与导入2材料与单元属性关闭DM界面，拖拉Transient Structural至Geometry上。双击Engineering Data，材料选用结构钢。双击Model，进入Mechanical界面，展开Geometry修改刚度属性Stiffness Behavior，将内齿圈、行星架设置为Rigid，将太阳轮、行星轮设置为Flexible。 Fig. 4 材料属性设置 3有限元网格划分右击模型树Mesh，插入1个Method，划分方法设置为多区MultiZone，图形区选中太阳轮和行星轮，点击下方列表中的Apply，设置Element Size为5mm。右击Mesh，选择Generate Mesh，生成网格模型，检查网格质量Quality，如下图所示。Fig. 5 行星轮系有限元网格划分4连接关系的构建1) 设置齿面接触。太阳轮与行星轮、行星轮与内齿轮均设置为无摩擦接触。接触面选择所有的主动轮啮合面，目标面选择所有的从动轮啮合面。其中，选择方法请参考：操作技巧 | Ansys Workbench快速选中点边面体。Fig. 6 齿面接触设置特别注意：为便于收敛，设置接触刚度系数为0.1。此外，由于模型初始间隙较大，故将Interface Treatment设置为 Adjust to Touch。 2) 创建运动副。在模型树Connections下，插入两个转动副(Revolute-Body to Ground)，一个转动副（Revolute-Body to Body）、一个固定副（Fixed-Ground to Body），然后选取相关表面，完成运动关系创建。Fig. 7 创建转动副5 载荷及驱动设置模型树右击Transient，插入两个关节载荷Joint Load，设置太阳轮角速度为0.2 rad/s，设置行星架反向转矩为100N·mm。此处注意单位。Fig. 8 设置关节角速度6 求解设置与计算点击Analysis Settings，设置求解时间为0.1s，设置初始子步为10，最小子步为10，最大子步为1000，开启大变形开关。如果不收敛，可以通过调试网格质量，调试接触算法，或者增加一个较短的时间步过渡加载。 Fig. 9 分析求解设置 7求解结果后处理求解完成后，进入结果后处理，单击Equivalent Stress可以获得整个分析过程中的应力云图及曲线。也可以通过添加接触工具，查看接触压力云图等。Fig. 10 应力云图Ansys Workbench行星轮系瞬态动力学计算量较大，可以仿真转动两三个齿即可，为提高计算的准确性，可以将这两三个齿进行网格局部加密，以便更加接近真实解。来源：纵横CAE