基于RecurDyn MFBD技术的双金属温度计“热-变形-运动”耦合仿真

导读：众所周知，RecurDyn的刚柔耦合仿真技术在业界的领先地位毋庸置疑，多年来刚柔耦合功能始终是RecurDyn持续研发的重点，无论是从易用性，还是从速度、精度方面，RecurDyn一直在不断地追求突破自我、不断提升。

其中RecurDyn的“热-变形-运动”耦合技术目前在多体动力学领域独占鳌头，也许您想知道这一实用的功能是不是用起来很麻烦呢？那么我们就通过一个双金属温度计仿真的操作过程来一看究竟吧。此外，我也强烈推荐读者朋友们报名7月21日19时（周四）2022仿真知识周《仿真秀RecurDyn工程技术沙龙》，以下是正文。

一、RecurDyn刚柔耦合仿真技术

基于RecurDyn MFBD技术的双金属温度计“热-变形-运动”耦合仿真

响应速度快、 体积小、线性度好、性能较稳定的双金属温度计是利用热胀冷缩变形而产生指针运动的测量工具，该类型的温度计把两种线膨胀系数不同的金属组合在一起，一端固定，另一端随温度的变化而发生扭转。当温度变化时，两种金属热膨胀不同，螺旋扭转端带动指针偏转以指示温度。双金属温度计的测温过程涉及到热作用下机构运动与结构变形的耦合。

1、分析目的 

• 验证温度计指示刻度的准确性（指示温度随时间的变化）。
• 分析双金属螺旋段的动态应力、动态位移及温度分布。

2、前置条件 

• RecurDyn基础模型Bimetal_Mesh.rdyn，包含刚柔Body及相互的运动副关系。

• 双螺旋段金属材料的热膨胀系数及热导率参数。

3、RecurDyn基础模型简介

指针运动与刻度指示的表达式：指针缺省指向在20°C，刻度盘上的刻度从0°C到200°C 实际上跨越了270°的角度。指针Pointer与刻度盘Head_OutShaft间（通过转动副）沿Z方向的转动角等于偏航角Yaw，Yaw角度增加的方向与刻度盘上温度增大方向刚好相反，通过如下表达式来测量指针转动的角度：

20 (-(Yaw(Pointer.Marker1,Head_OutShaft.Marker3)*RTOD*200/270)

4、热-运动耦合仿真流程 

• 热膨胀系数Thermal Coefficient（1/°C）：单位温度变化所导致的长度量值的变化。

• 热导率Thermal Conductivity（W/(m•°C)）：在稳定传热条件下，1m厚材料两侧表面的温差为1度时，在1秒内通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米•度。

注意：操作完成后请务必确保PSolid1对应材料为Mat_Property_3，PSolid2对应材料为Mat_Property_4。

4.2 创建PatchSet，设置热分析边界条件：

• Bimetal_FE的柔性体编辑模式下，通过Add/Remove (Continuous)模式的加选操作选择双金属螺旋除2端外的4个连续面为热分析边界的PatchSet，并确认PatchSet的法向指向面外。

• 从Bimetal_FE的柔性体编辑模式返回模型层级，定义对流（Convection）热分析边界。在此，通过在PatchSet上定义双金属表面和流体间的对流效应来模拟热传递过程：

• Heat Coefficient传热系数（瓦/（平方米•度）） ：1000

• Ambient Fluid Temperature环境温度（度）:100

4.3 运行仿真，查看结果：

• 设置动力学/运动学仿真的参数，提交仿真计算。

• 通过Analysis/Animation Control区域的Play/Pause，查看双金属温度计螺旋段与指针的运动情况。

• 通过表达式的Scope，查看指针运动与时间的关系曲线。

• 通过Contour，结合Animation Control区域的Play/Pause，分别查看螺旋段的应力、位移、温度随时间的动态分布。

二、仿真秀RecurDyn工程技术沙龙

以上就是笔者关于RecurDyn的“热-变形-运动”耦合技术案例实操Step by Step，希望对广大的学习型仿真设计工程师和理工科学子有所帮助。对应的模型请在本文附件下载，用于大家练习并提升专业技能

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三、关于2022仿真知识周