设计仿真 |基于Adams Modeler实现柔性体生成及应力恢复

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Adams Modeler

Adams Modeler是海克斯康基于MSC Apex界面推出的新一代动力学建模软件，代表了Adams用户体验的下一次演变。Adams Modeler与Adams View界面可以随时切换，但其不仅是改进了用户界面，而是专注于基本的工作流程改进和模型构建效率。通过简化模型工作流程，常见任务需要更少的点击和拾取，并且模型更容易管理和探索。与 Adams View 界面相比，Adams Modeler 界面提供了更多编辑导入几何的工具、具备CAD变化CAE模型自动更新的能力；同时其柔性体生成与应力恢复相比Adams ViewFlex提供了多项改进，例如Adams Modeler单一窗口可以完成应力恢复的工作。

刚柔耦合分析的原理

Adams Modeler或Adams进行刚柔耦合分析时，针对线性柔性体使用部件模态综合法（也称动态子结构方法或动态超单元减缩法）。“模态”的概念是振型概念的推广，既包含了结构主振型的变形形式，还包含结构在一些特定的外力作用或结点位移下产生的静变形形式。

Adams Modeler或Adams进行刚柔耦合分析时，线性柔性体用模态中性文件（MNF）表示，其中模态由一组边界坐标约束模态和一组截断的固定界面主模态组成。MSC Nastran中动态减缩的方法有三种：固定边界法（也即部件模态综合法，默认方法）、自由边界法、混合边界法。下图描述了部件模态综合的原理及过程。

应力恢复的必要性

由于mnf存在以下局限性，因此需要进行应力恢复：

►只能对节点应力或应变进行仿真计算和后处理，不能得到单元应力或应变、节点力等信息； ►MSC Nastran不支持在复合材料壳单元或梁上的节点应力或应变，因此Adams Modeler或Adams后处理中没有这些单元的应力和应变； ►平板或壳单元不止一层，但是mnf只允许存储一层应力或应变。

基于上述几点，在用户需要关注单元应力应变、节点力、涉及复合材料、壳单元等内容时，需要进行应力恢复。

生成柔性体和应力恢复的流程

Adams Modeler安装成功后，在帮助文件中有详细的柔性体生成及应力恢复的中文建模流程，主要包括如下几步：

1.建立刚体模型

以下展示的案例是软件自带的案例，刚体模型如下图所示。

2.对需要柔性化的部件进行网格划分。

从网格划分工具面板中选择体网格工具，保留对话框中的默认设置，在图形窗口中选取Main Boom几何，然后点击鼠标左键以自动划分网格。

3.启动柔性体替换部件生成

在模型浏览器中，右键点击部件Main Boom，选择Create Part Rep→Flexible Part（Native）。

在生成柔性体替换部件中，设置正交模态数量和网格点结果；点击右上角的绿色复选框，启动MSC Nastran Sol103进行正交模态分析，该分析生成模态中性文件（MNF）。

4.启动柔性体替换部件编辑器并检查该柔性体(可选)

当柔性体生成完成后，可右键点击柔性体替换部件，选择Properties以启动柔性体替换部件栏。

柔性体替换部件属性编辑器栏可用于管理柔性体替换部件的模态内容，这一点和Adams Flex类似。

5.进行刚柔耦合仿真分析      

点击仿真工具选项板，选择仿真工具，在显示对话框中设置Name、Simulation Type、End Time 、Steps等，然后求解计算。

6.处理中查看变形、应力等信息      

仿真运行时，软件将切换到Studies选项卡；仿真完成后，右键点击“Flex”，然后选择后处理。

在左窗格的Result部分中，点击柔性体变形旁边的云图按钮。

再次使用左窗格上的Result区域，或将鼠标悬停在图例上，将其展开并使用对话框更改云图以显示模态应力 – Von Mises。

7.启动并运行FEA应力恢复    

返回到模型选项卡，从工具面板中选择Review – FEA应力恢复；在工具对话框中设置MBD分析、时间范围、输出步增量、柔性体替换部件等，然后启动FEA 应力分析。

进行应力恢复时，软件自动切换到Studies选项卡，并创建显示了准静态应力分析，该分析中有11个工况（仿真设置了2500步、5s，25步则对应0.05s，因此3-3.5s一共11个输出点）。

8.准静态应力分析后处理    

在Studies选项卡上，右键点击Flex Main_Boom Flex_1并选择后处理；在Studies左窗格中（位于顶部），双击其中一个工况；在Result（底部）的左窗格中，打开plot_stress_fig1的云图

综上所述，Adams Modeler可以高效、快捷地实现柔性体的创建，适用于各种复杂类型的几何结构。此外，进行柔性体的应力恢复时，用户不需要借助其他软件，可直接在Adams Modeler中实现，显著提升了工作效率。如果需要在Adams中实现柔性体的应力恢复，仍可借助如 MSC Nastran 等有限元软件通过重启动等方式完成，进一步扩展了软件的应用灵活性。