3个步骤！轻松搞定ADAMS进行刚柔耦合仿真分析

3月前浏览12278

前言：ADAMS作为多体动力学软件，通常情况下仅用来分析刚体之间的运动情况，相比于传统有限元分析软件，极大减少了计算量，因为不用画网格……但是如果非要在仿真过程中像有限元软件一样观察部件的变形、应力、应变情况或者部件的变形影响到了仿真的准确性，那ADAMS是不是就无法适用？但是仿真领域是个圈，非让ADAMS画网格，也不是不行，聪明的ADAMS的开发者们引入了ADAMS/Flex模块，实现了部件的变形，该部件被称为柔性体（Flexible Body）。换言之，可以把部件变成网格，但是仅需要关注个别部件就行，这样既能保留ADAMS的计算优势，又能满足部件变形的需求。仿真模型中既有刚体又有柔性体，也叫刚柔耦合分析。

在整个仿真搭建过程中，共分为两大模块，三大步骤。两大模块分别是：1、ABAQUS/ANSYS软件创造柔性体。2、ADAMS进行刚柔耦合分析。三大步骤分别是：1、柔性体处理。2、刚柔耦合。3、特殊建模方法。本文主要通过ABAQUS软件创建柔性体，根据仿真思路全面介绍柔性体理论及建模小技巧。本文内容为笔者自己的理解与总结，如有不足处，还望各位指教。

ABAQUS模块

1、仿真这个怪圈

在仿真的世界中，既然我们需要得到部件的应力应变及变形姿态，那有限元仿真、画网格离散成单元节点，就是一项比较成熟的技术。那ADAMS就可以直接站在巨人的肩膀上进行拓展，所以我们需要借助ABAQUS或ANSYS有限元软件。

2、网格的华丽包装—柔性体

写在前面的总结：我们需要部件离散为网格节点并输出模态振型。

Adams/Flex使用模态法来定义柔性体，该柔性体保留了一系列的模态振型，在仿真过程中，通过线性叠加原理来展现每一个时间过程中的变形情况。换句话说，柔性体的模态被保留，而这些模态保留了很多变形姿态，在仿真过程中，这些变形状态就被展示出来，也就是所谓的发生了变形。柔性体是变形姿态的线性集。

模态法十分适用于弹性变形显著且变形位移相对较小的柔性体中，如果直接在Adams中进行有限元仿真，可以发现与其它有限元仿真软件的结果差别不大。

如果你觉得部件变形会影响你的仿真结果，或者你想要精确的得到部件的受力情况，使用柔性体仿真将是个不错的选择。

3、通向ADAMS的必经之路—MNF

柔性体和有限元之间的连接文件是MNF（modal neutral file）文件，也称为模态中性文件，包含几何信息、几何质量和惯性参数、模态振型、模态振型的广义质量和刚度。ABAQUS一通操作，目的就是为了输出MNF文件。

4、道理我都懂，是时候上手了

下面将介绍ABAQUS输出MNF文件的方法：

①模型的初始设置：Model-Edit Attributes-model_name-勾选Do not use parts and assembilies in input files

②创建自己的Part、Property、Assembly

③建立载荷步，Step-1：Frequency:Lanczons value=10（创建频率分析）

Step-2：Substructure generation（创建子结构）—substructure identifier—Z=1（子结构标识符，数字可以任意，number<9999）

子结构法通常是将整体模型中的同类部件或区域进行打包封装，并可以重复使用。

④建立mesh和set，可以将整个mesh以及连接node创建一个set，方便后续选择，当然，如果你的模型比较简单，set也可以不用创建。

⑤创建参考点RP point，如果你的部件需要和别的部件建立连接，那你的RP point最好建立在连接的位置上，比如连接孔的中心。

⑥创建MPC constraint，将上一步的RP point（孔中心）和部件上相近的网格节点（孔周围区域）创建连接。

⑦建立载荷load，step-1建立Displacement/Rotation，在RP point上约束六个自由度

step-2建立Retained nodals dofs，同样约束六个自由度，当子结构用于非线性分析时，保留节点自由度。

⑧接下来就可以直接输出INP文件啦，不用提交计算。

⑨最后就是最关键的一步：修改INP文件，并生成MNF文件

用记事本打开INP文件，拉到最后，找到substructure generate……在这行的下面另加一行“*FLEXIBLE BODY,TYPE=ADAMS”，然后就可以保存了。

之后打开abaqus command控制窗口，依次输入以下控制命令

cd/d D:\temp（INP文件存放路径）

abaqus job=adams_name（adams_name是你的INP名字）

abaqus adams job=adams_name substructure_sim=adams_name_z1

model_odb=adams_name units=mmks/mks/cgs/ips（定义单位，四选一）

最终可以在文件中看见输出的MNF文件

ADAMS模块

1、准备工作

打开ADAMS软件，打开Adams/Flex工具条，选择create flex body via MNF import，导入柔性体文件MNF。

验证你的柔性体是否正确

在进行仿真模型搭建之前，需要先验证你的柔性体部件是否正确，选中你的柔性体然后点击Info工具，则可以清晰的看见柔性体的相关参数，其中主要核对柔性体的质量、惯性矩、质心坐标、模态。

2、万事俱备，直接开整

接下来，掌握几个针对柔性体的特殊处理方法，你就可以按照正常的建模方法来进行建模了。

①万能的无质量连接（massless links）

通常情况下，ADAMS的柔性体建模受到诸多限制。ADAMS的部分运动副及作用力无法直接应用到柔性体上，例如滑动副、平面副、弹簧、阻尼器、六自由度力、驱动力等，为了解决这个问题，往往需要建立中间件进行连接，为了确保仿真的准确性，将该中间件的质量设置为0，称为无质量连接。在实际应用过程中，我习惯于在需要添加运动副及作用力的地方建立一个小球，并将小球的质量设置为0，之后将该小球与柔性体部件之间建立固定副（固定副可以作用于柔性体上），这样对柔性体施加作用力及运动副，就可以直接施加在小球上。巧用无质量连接点会对建模带来很大的帮助。

小结：遇事不决就用无质量小球（万能）。

②特殊的Marker点

可以在柔性体上创建Marker点，用于测量等，Marker点同样要求确定一个位置（Location）但不同的是，建立在柔性体上的Marker点必须链接（attached）一个柔性体上的网格节点。该Marker点和链接点不需要重合，两者之间互不干扰。但需要注意的是，如果你在Marker点上施加作用力，而你的链接点和Marker点之间距离较远，那两个点之间相当于有力矩产生。

如果你的Marker点和链接点重合，则可以直接建立Marker点。

如果你的Marker点和链接点有一定距离，但是Marker点必须建立在该位置，可以巧妙的应用无质量连接实现Marker点创建。

如果你想把Marker点和其它多个点连接在一起,为了避免作用力集中在单独节点上，你只需要在创建Marker点的链接点位置添加节点ID号就行。

小结：若加Marker点别忘记有链接点。

以上两点就是ADAMS柔性体建模的特别之处了，其它的地方按照正常的建模方法就可以了。

3、不为人知的小秘密

在ADAMS柔性体建模过程中，有很多的小技巧，善用这些小技巧，不光让你在仿真过程中更节约时间提高仿真效率，还让结果更加清晰美观（截图好看）。

①如果你的柔性体显示过于复杂，在计算过程中由于软件不断更新显示，会降低计算速度，这时，可以将你的柔性体进行线条化，仅保留粗略的外部轮廓，以减少计算量。在柔性体模型修改中，Graphics-outline，后面的小工具可以让你自定义线框的形状，以鼠标右键结束。这样就可以在后续计算中仅显示线框啦。不需要时直接删除就可以。

②还可以设置你的柔性体变形比例，方便观察到细小的变形状态或者让你的变形姿态缩小。如果设置变形比例为0，那么在计算过程中，你的柔性体将按照刚体的状态显示。直接在柔性体模型修改的最后一行Deformation Scale Factor中设置就可以。

③在后处理时，还可以显示柔性体的应力应变云图及矢量方向。同样在柔性体模型修改中，找到Plot Type，选择Contour（云图）、Vector（矢量）、Both（都显示）

④云图变形参考点，自定义云图显示参考点，根据你所选择的参考点为云图颜色的参考值，在柔性体模型编辑中，Datum Node 选择相应的柔性体节点，默认LBRF为刚体自身参考坐标点。

⑤另外柔性体还可以在后处理中输出Marker点位移及角度的变形、变形速度、变形加速度情况。