adams中的动强度分析

2002年 MSC.Software中国用户论文集重卡车身悬置梁的动强度分析马东 许先锋(北汽福田技术研究院CAE室)摘要：本文以车身悬置梁的动强度分析为例,介绍了应用MSC.ADAMS/VIEW、FLEX、DURABILITY，MSC.Nastran创建柔性体模型，并利用整车动力学模型的计算结果作为悬置梁的载荷输入进行仿真计算的一般过程。这是一种充分利用多刚体动力学和有限元优势将刚体和柔性体混合建模求解的好方法。关键字：刚体 柔性体 动力学 有限元前言2 车身悬置梁由四个零件焊接而成，分别与驾驶室支架及车身相连。为了提高驾驶室的乘座舒适性，该悬置梁上还安装有减振器和螺旋弹簧。具体结构见图1。431图 1 悬置梁的安装及焊合件示意图 为了考察悬置梁在载荷作用下的应力状态及分布规律，我们需要对其进行有限元分析，可以从静态和动态两方面考虑。但无论是哪一种情况，首先要关心的是约束如何简化、如何获得更真实、准确的载荷。通常的方法是根据静载荷做静力计算，然后将安全系数计入结果作为构件实际的应力或变形来判断是否满足强度或刚度要求。但这样做与实际工况相差比较大，因为构件在静态和动态作用下的响应有很大差别。较好的方法是通过实验测量构件在实际运行环境下所受的载荷或位移、速度、加速度时间历程，再用有限元的瞬态响应分析获得构件的应力时间历程。MSC.ADAMS11中引入柔性体，将其与刚体混合建模求解，提高了分析计算的精度，MSC.ADAMS12提供了应力恢复模块，无需借助有限元分析软件，就可直接在其后处理中对柔性体的应力进行计算。MSC.ADAMS的这些新功能为运动构件的应力分析构建了一个理想的平台，也提供了一种更为合理、便捷的动应力求解新方法。下面以悬置梁的应力求解为例，简单介绍这种方法的一般过程。1 有限元模型的建立该悬置梁是个焊合件，焊接关系比较复杂，为了更好表达这种关系，将其划分成六面体网格，由于各零件都是折弯件，利用MSC.Patran中sweepelementnormal 命令，即先在实体表面划成QUAD4单元，见图2，然后沿单元法向按厚度拉伸就完成六面体。见图3。图 2 QUAD4单元模型为了保证在将其调入MSC.ADAMS后，能与其它构件正确连接，需要在连接部位创建外连点（attach point）,通过RBE2或RBE3与相邻结构相连，见图3。2 生成MSC.ADAMS所需的MNF文件 MSC.ADAMS提供了与MSC.Nastran、ANSYS、ABAQUS、IDEAS进行FEA数据交换的接口，下面介绍利用MSC.Nastran求解，MSC.ADAMS/FLEX转换生成模态中性文件的方法和步骤。(1). 产生结构有限元模型的文本数据文件（BDF或DAT），只包含节点和单元信息。图 3 六面体模型(2). 改造该文件，在相应位置插入相应语句，具体内容如下： 在file management section卡中，加入:ASSIGN OUTPUT2=文件名.out STATUS=UNKNOWN UNIT=20 FORM=UNFORMATTEDSOL 103 /模态求解INCLUDE mnfx.alt /MSC.ADAMS提供的DMAP求解序列在Case Control Data卡中，加入:METHOD = 1VECTOR(PLOT,SORT1,REAL)=ALL$ STRESS(PLOT) = all STRAIN(FIBER,PLOT)=ALL$ GPSTRESS = all /节点应力应变输出 GPSTRAIN =ALL OUTPUT(POST) SET 91=ALL SURFACE 11 SET 91,FIBRE Z1,NORMAL Z SET 92=ALL VOLUME 12 SET 92,DIRECT在BULK DATA卡中，加入DTI, UNITS, 1, kg, N, mm, SECOND /单位制的定义PARAM,NOCOMPS,-1PARAM PRTMAXIM YESPARAM,FIXEDB,-1$SESET,100,1,THRU,12914 /超单元集的定义SPOINT,13000,THRU,13004 /外连点数目的定义SEQSET1,100,0,13000,THRU,13004 /定义外连点模态值$EIGRL 1 5 0 MASS MAT1 1 2.1e5 .3 7.8-6在定义材料属性时一定注意和上面单位制的定义一致，否则得不到正确的模态计算结果。(3). 用MSC.Nastran求解，生成.OUT文件，利用msc2mnf.exe或MSC.ADAMS/FLEX工具箱将OUT文件转换成MNF文件，在此工具箱还可浏览MNF文件内容如模态特征频率、构件质量、惯量、外连点等信息，可以检查MNF文件的正确性。3在MSC.ADAMS/VIEW中构建仿真模型（1）。模型的创建 用BuildFlexible BodiesAdams/flex命令将MNF文件调入生成MSC.ADAMS的柔性体模型见图4。 （2）。施加约束及载荷值得注意的是MSC.ADAMS不能直接在柔性体模型上施加载荷和约束（固定约束除外），必须先建一无质量的过渡体（DUMMY BODY）,过渡体与柔性体固连，再在过渡体上施加所需的约束和载荷。见图5。均布载荷（mload）载荷载荷图 4 ADAMS柔性体模型图 5 模型的约束及载荷Dummy1Dummy 2 Dummy 3 为了获得车辆在实际路面行驶时的动载荷，除了试验外，可通过建立整车的动力学仿真模型模拟实现。见图6。螺旋弹簧减振器悬臂梁刚体模型图 6 整车动力学模型局部图利用B级路面的功率谱密度生成对轴头的激励模拟车辆的运行工况，再从结果中取出减振器、螺旋弹簧、后端连接处的时间载荷历程，横向、纵向载荷相对垂向载荷小的多，因此只考虑垂向（Z向）的载荷。仿真结果及三处的载荷时间历程如图7。动画文件图 7 减振器、螺旋弹簧、后端连接处载荷时间历程将载荷时间历程输出成文本文件，再调入MSC.ADAMS中创建SPLINE，然后在力表达式中用AKISPL样条插值函数对该SPLINE曲线插值作为时间历程的输入，最后进行动力学求解。4. 结果的后处理调入MSC.ADAMS/DURABILITY模块，再将仿真结果动画调入，选择Plot Type为Vom Mises Stress,则显示悬置梁的动态应力分布及大小。如图8左所示。如要获得应力最大节点的动应力历程，可利用Durability图8 悬置梁的动应力分布及应力最大节点的动应力时间历程中的Nodal Plots选项建立该节点应力的输出，如图9所示，。应力曲线如图8右所示。图 9 节点应力计算对话框为了获得更高的计算精度，MSC.ADAMS提供了用MSC.Nastran进行应力恢复的模态变形文件（MDF），通过Durability菜单中的FE Modal Export选项，可输出MDF文件，其中能控制仿真时间、输出文件格式、输出点数目等。如图10所示。图 10 模态变形文件的输出5 结论将MSC.ADAMS/VIEW、FLEX、DURABILIT与MSC.Patran、MSC.Nastran结合，创建柔性体模型，并利用多体动力学计算结果作为输入进行仿真计算，这是一种充