Ansys橢圓規(guī)運(yùn)動(dòng)軌跡分析

2017-04-26 by:CAE仿真在線(xiàn) 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

Ansys中如果要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的控制,會(huì)需要經(jīng)常求助于多點(diǎn)約束單元,也即常說(shuō)的MPC184單元簇。MPC184不是一個(gè)單元,而是一類(lèi)單元,包含了通用的約束類(lèi)以及連接類(lèi)多點(diǎn)約束單元:剛性桿,剛性梁,滑塊,銷(xiāo)軸連接,萬(wàn)向節(jié)連接,點(diǎn)連接,平移連接,圓柱連接,平面連接,滑槽連接,定向連接,球較連接,焊接連接,廣義鉸連接,螺紋連接,軸襯連接。

下面就用一個(gè)橢圓規(guī)的例子說(shuō)明如何使用mpc184中的剛性桿,銷(xiāo)軸連接與滑塊進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。

一.問(wèn)題描述

橢圓規(guī)的曲柄OC可繞軸O轉(zhuǎn)動(dòng),其端點(diǎn)C與規(guī)尺AB的中點(diǎn)以鉸接連接,而規(guī)尺A、B兩端分別在相互垂直的滑槽中運(yùn)動(dòng)。已知曲柄初始角度為45°,長(zhǎng)1m,試分析規(guī)尺上距C點(diǎn)0.7m的M點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡?！ご蠼萄惺?理論力學(xué)(I).第七版

二.理論計(jì)算

Ansys橢圓規(guī)運(yùn)動(dòng)軌跡分析ansys培訓(xùn)的效果圖片2

三.ansys分析

由圖中結(jié)構(gòu)可知,首先確定分析類(lèi)型為靜態(tài)大位移分析。A、B處屬于滑塊結(jié)構(gòu),需要用到MPC184-滑塊單元。C處屬于銷(xiāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)軸為C點(diǎn)處Z軸,需要用到MPC184-銷(xiāo)軸單元。其余部分使用剛性桿進(jìn)行連接即可,需要使用MPC-剛性桿單元。由于MPC184-滑塊單元的節(jié)點(diǎn)不能施加位移約束,因此需要在機(jī)架端部創(chuàng)建剛性桿來(lái)施加位移約束。整體直接進(jìn)行有限元模型建立即可,無(wú)須進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

①單元選擇與設(shè)置

選擇三種單元,分別為MPC184-剛性桿(拉格朗日乘子法),MPC184-滑塊,MPC184-銷(xiāo)軸(Z軸作為轉(zhuǎn)動(dòng)軸)。

②節(jié)點(diǎn)位置創(chuàng)建

創(chuàng)建下面所示幾個(gè)節(jié)點(diǎn),其中C處由于需要建立銷(xiāo)軸單元,因此在銷(xiāo)軸處需要建立兩個(gè)重合節(jié)點(diǎn)。

Ansys橢圓規(guī)運(yùn)動(dòng)軌跡分析ansys培訓(xùn)的效果圖片3

③建立MPC184-剛性桿單元

選擇單元屬性為剛性桿,然后創(chuàng)建BC,CM,AM,OC以及四邊的剛性桿部分。

④建立MPC184-滑塊單元

選擇單元屬性為滑塊,利用節(jié)點(diǎn)7,4,5與6,2,3創(chuàng)建A處于B處的滑塊部分(其中7可以在4~5連線(xiàn)上滑動(dòng),6可以在2~3連線(xiàn)上滑動(dòng))。

⑤建立MPC184-銷(xiāo)軸單元

選擇單元屬性為銷(xiāo)軸單元,創(chuàng)建一個(gè)局部坐標(biāo)系11(與總體笛卡爾一樣即可),并將該坐標(biāo)系以截面參數(shù)的形式賦予給銷(xiāo)軸單元,利用C處的重合節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建銷(xiāo)軸。

⑥邊界條件設(shè)置

約束中間轉(zhuǎn)軸的除繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的所有自由度,并在Z軸施加2*pi的轉(zhuǎn)動(dòng)角度即2*acos(-1)。約束上下左右端部四個(gè)剛性桿的所有自由度。得到分析模型如下:

Ansys橢圓規(guī)運(yùn)動(dòng)軌跡分析ansys培訓(xùn)的效果圖片4

⑦求解設(shè)置

打開(kāi)靜態(tài)大位移開(kāi)關(guān),設(shè)置分析子步為100步,輸出所有子部,直接進(jìn)行求解。

⑧后處理

對(duì)上述分析結(jié)果在/post26中進(jìn)行處理,提取M點(diǎn)處的x與y位移值繪制成軌跡圖如下:

Ansys橢圓規(guī)運(yùn)動(dòng)軌跡分析ansys分析案例圖片5

對(duì)上述位移結(jié)果進(jìn)行一次求導(dǎo)和二次求導(dǎo)分別可以得到x和y方向速度曲線(xiàn)及加速度曲線(xiàn)

Ansys橢圓規(guī)運(yùn)動(dòng)軌跡分析ansys分析案例圖片6

變形動(dòng)畫(huà)

Ansys橢圓規(guī)運(yùn)動(dòng)軌跡分析ansys分析案例圖片7

四.結(jié)果對(duì)比

可以看出ansys的結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果與理論計(jì)算相符,誤差在千分之一以下。

五.總結(jié)

MPC184系列單元為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)提供了比較好的實(shí)現(xiàn)方法。但是需要注意的是,其中大部分連接單元并不能直接在上面施加邊界條件和載荷,需要配合剛性梁或桿來(lái)使用。但是這些單元的局部坐標(biāo)系可以隨單元運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng),因此在大變形分析時(shí)特別有效。

開(kāi)放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才