练习二 创建柔性体并进行刚柔耦合仿真分析

练习二练习二 创建柔性体并进行刚柔耦合仿真创建柔性体并进行刚柔耦合仿真 本示例将练习使用 FlexPrep 工具创建汽车下控制臂柔性体模型 通过替换汽车前悬架模型中刚性控 制臂完成汽车前悬架的刚柔耦合仿真 练习中使用的下控制臂模型如图 1 所示 图 2 显示了汽车前悬架模 型 图 1 下控制臂模型 图 2 汽车前悬架模型 创建柔性控制臂模型 创建柔性控制臂模型 MV 2010 第第 1 步 使用步 使用 FlexPrep 工具工具 练习中使用的模型均位于 tutorials mv hv hg mbd modeling flexbodies文件夹下 1 启动MotionView 2 在Flex Tools下拉菜单中选择FlexProp 弹出FlexBodyProp对话框 图 3 选择FlexProp 工具 3 激活 OptiStruct Flexbody Generation 在下拉列表中选择 Create OS prp preparation file and generate the h3d flexbody 4 点击 Select Bulk Data File 右侧的文件浏览按钮选择 sla flex left fem 注 在这里可以使用任何 OptiStruct fem 和 Nastran nas dat bdf 文件 5 在 Save the h3d file as 栏中输入输出 H3D 文件的文件名 sla flex left h3d 6 在组件模态综合类型 Component Mode Synthesis Type 栏中选择 Craig Bampton 方法 7 在指定界面节点栏中 Specify Interface Node List 输入 4927 4979 4984 界面节点 Interface Node 指在多体动力学分析中机构约束或施加载荷的位置 8 在 Cutoff Type and value 栏中选择 Hightest Mode 并设置最高阶数为 10 注 MotionView 提供了两种方法限制待生成的 H3D 文件中模型的模态信息 指定模态最高阶数和指 定模态最高截止频率 9 激活 Perform Stress Recovery 功能 使用这一功能 FlexPrep 工具将在处理模型时计算模态应力 10 激活 Perform Strain Recovery 功能 使用这一功能 FlexPrep 工具将在处理模型时计算模态应变 11 Perform element check in OS mode 默认选择 YES 即默认将检查单元质量 12 在指定数据单位制 Specify Units in Bulk Data File 栏中 使用下列单位 Mass Units Kilogram Length Millimeter Force Newton Time Second 注 HyperMesh 本身没有指定单位制 用户在创建柔性体时必须指定统一的单位以免产生错误的质量 和转动惯量 13 设置好的 FlexBodyPrep 对话框如图 4 所示 图 4 FlexBodyPrep 对话框 第第 2 步 创建步 创建 RBE2 连接单元 连接单元 可选步骤 如果已建立完整的可选步骤 如果已建立完整的 RBE2 可不进行此步可不进行此步 该步是利用 HyperMesh 二次开发工具 根据用户所选孔边界上的任意一个网格节点 自动生成孔中 心节点 并建立中心节点与孔边界节点 RBE2 单元的功能 该功能可以大大节省用户建立 RBE2 的时间 如果用户已经建立完整的 RBE2 单元可不需要进行此步 RBE2 单元通过指定主从节点来模拟节点间内在的运动关系 它通常用来模拟螺栓一类的刚性结构 如果在有限元模型存在孔特征并且希望使用孔中心节点作为界面点 此时需要将孔中心承受的载荷传递到 孔壁的节点上 这种情况下 使用孔中心节点作为主节点 孔壁节点作为从节点的蛛网式 RBE2 单元将有 效的达到这一目标 模型 sla left flex fem 中已经创建了三个蛛网式 RBE2 单元 本步中将描述使用 Create RBE2 Spiders 功能创建第四个蛛网式 RBE2 单元 1 在 FlexBodyPrep 对话框中点击 Create RBE2 Spiders 按钮 此时将激活 HyperMesh 程序并显示包含 三个按钮的用户自定义页面 如图 5 所示 图 5 HyperMesh 用户自定义页面 注 如果用户自定义页面没有显示 用户可以通过以下方式打开 在 view 下拉菜单中激活 utility menu 在 utility menu 标签中点击 user 按钮 2 点击 Info 按钮 将弹出详尽描述创建蛛网式 RBE2 单元过程的对话框 3 如图 6 所示 放大球铰位置处的有限元模型 图 6 控制臂局部视图 4 点击 Step Superspider 创建蛛网式 RBE2 单元 一次只能创建一个 5 选择孔壁处的节点并点击 Proceed 6 生成的蛛网式 RBE2 单元如图 7 所示 图 7 新创建的蛛网式 RBE2 单元 7 点击 Step3 Save and Close 软件将保存修改后的文件并自动抓取孔中心节点 界面点 用户可 以为新的模型文件指定名称以便检查界面点是否已经添加到柔性体预处理文件上 8 如图 8 所示 新创建的界面点已经添加到柔性体预处理文件上 图 8 FlexBodyProp 面板 9 点击 OK 启动 OptiStruct 创建柔性体 第第 3 步 查看并检验模型步 查看并检验模型 1 在工具栏中将应用程序转换成 HyperView 2 点击 Load Model 按钮 弹出 Load Model 面板 3 点击文件浏览按钮打开 H3D 柔性体文件 sla flex left h3d 由于模态结果包含在同一个 H3D 文件 中 MotionView 将在 Load results 栏自动使用相同的文件 图 9 导入模型 4 点击 Apply 载入模型 如图 10 所示 图 10 控制臂模型 5 点击 Transient Animation 按钮 HyperView 将顺序播放柔性控制臂的模态振型动画 模态阶数以 及频率将显示在软件右下角 6 再次点击 Transient Animation 按钮 停止模态振型动画顺序播放 7 点击动画类型选择下三角按钮 将动画类型设置为 Modal 此时将播放特定模态振型动画 点击 软件右下角状态栏提示有 CMS Flexbody 信息的区域 弹出 Load Case and Simulation Selection 对话框 图 11 状态栏区域 8 在 Simlation 列表中选择 Mode 7 前六阶模态接近 0 为刚体模态 图 12 工况及模态列表 9 点击 Modal Animation 按钮 查看所选模态动画 再次点击 Modal Animation 按钮 停止动画 10 点击云图 Coutour 按钮 查看柔性体应力分布 11 在 Result type 下拉菜单中选择 Stress 和 vonMises 12 在 Entity with layers 栏中选择 Z1 如图 13 所示 图 13 设置云图类型 13 点击 Apply 显示柔性体应力云图 图 14 柔性体应力云图 第第 4 步 批处理模式下使用步 批处理模式下使用 FlexPrep 工具工具 上述步骤中已经创建了汽车悬架左侧控制臂 下面将在批处理模式下使用 FlexPrep 工具创建右侧控 制臂 不同操作系统下调用 FlexPrep 工具的命令如下 UNIX 下 altair scripts flexprep DOS 下 io translators bin WIN32 flexprep exe 1 从启动菜单中激活 DOS 窗口 2 使用 cd 命令指向工作文件夹 3 在 DOS 窗口中输入以下命令 io translators bin WIN32 flexprep exe 4 在 DOS 窗口中输入以下命令创建右侧控制臂 io translators bin WIN32 flexprep exe 5 此时 FlexPrep 将后台运行 在工作文件夹将生成名为 sla flex right h3d 的柔性体文件 刚柔耦合仿真分析 刚柔耦合仿真分析 MV 2020 第第 5 步 替换刚性控制臂步 替换刚性控制臂 1 启动 MotionView 2 在 MotionView 菜单栏中选择 Model 并点击 Assembly Wizard 激活装配体向导 3 根据表 1 设置创建汽车前悬架模型 表 1 汽车前悬架模型参数 PanelSelection Model TypeFront end of the vehicle Driveline ConfigurationDefaults Primary SystemsFrnt SLA susp 1 pc LCA and Defaults for the rest Steering SubsystemsSteering Column Steering column 1 not for abaqus Springs Dampers and StabarsDefaults Jounce Rebound bumpersDefaults Label and varnameDefaults Attachment WizardCompliant Yes 4 设置分析工况 在 MotionView 菜单栏中选择 Analysis 并点击 Task Wizard 打开工况设置向导 5 在 Select a task 栏中选择 Static Ride Analysis 点击 Next 并点击 Finish 6 点击工具栏中 Bodies 图标 7 在模型体列表中选择 Lwr control arm 8 在构件 Lwr control arm 的 Properties 标签中取消选择 symmetric properties 复选框 9 激活 Deformable 复选框 注意到图形区模型左侧的刚性控制臂消失 图 15 激活 Deformable 复选框 10 点击 Graphic file 栏中文件浏览按钮 在工作目录下选择图形文件 sla flex left h3d 11 H3D file 栏中将自动使用相同的文件 此时 指定的柔性体文件将放置于模型中相应的位置 图 16 指定模型文件 注 目前 大规模柔性体的使用已经相当常见 为了提高前处理效率 可以使用任意图形文件帮助显 示模型 而使用柔性体 h3d 文件向求解器提高必要的模型信息 用户可通过 CAD to H3D Conversion 功 能将用于创建柔性体的 CAD 模型或有限元模型转化为图形 h3d 文件并将此文件指定为 Graphic file 这一 过程将大大提高模型前处理的效率 12 点击 Nodes 弹出 Nodes 面板 图 17 Nodes 面板 13 点击 Nodes 面板上 Find All 按钮寻找柔性体上距离悬架模型界面点最近的点 Nodes 功能用于处理柔 性体模型与悬架模型的连接问题 注 大多数情况下 柔性体模型界面点与整体模型相应界面点会存在一定程度的偏离 点击 Align 按 钮 MotionView 将移动整体模型中的硬点到柔性体模型最近的界面点位置 如果左右硬点坐标不对称时 需要先将坐标对称属性取消 再分别点击 Align 按钮 注意此操作将影响整体模型中以此点作为参考点的 其他实体 当这个偏离距离大于容差时 MotionView 将在柔性体模型和整体模型最近的界面点之间自动 插入一个虚拟实体 Nodes 面板中的 Locate 按钮是进行柔性体模型重新定位的工具 在创建柔性体模型时使用的坐标系 与多体模型坐标系不一致的情况下 会使用这一工具 如果柔性体模型已经处于目标位置 这一操作可以 省略 在柔性体模型界面点位置可以添加约束 而这些界面点由 FlexPrep 工具创建 图 18 左侧柔性控制臂替换后的前悬架模型 14 点击 close 关闭 Nodes 面板 15 点击 Modes 按钮 弹出 Modes 面板 Modes 面板将允许用户选择仿真过程将被激活的模态 默认情 况下 刚体模态将被抑制 同时 用户可以修改各阶模态的阻尼 图 19 Modes 面板 注 默认情况下 模态频率小于 100Hz 时 阻尼设置为 1 模态频率大于 100Hz 而小于 1000Hz 时 阻尼设置为 10 当模态频率大于 1000Hz 时使用临界阻尼 用户可以为各阶模态指定初始条件 激活不同模态 仿真结果将有所不同 16 点击 Close 关闭 Modes 面板 17 重复步骤 9 16 替换右侧刚性控制臂 最终模型如图 20 所示 图 20 两侧柔性控制臂替换后的前悬架模型 18 激活 FEM Inertia Props 标签 如图 21 所示 图 21 FEM Inertia Props 标签 19 在当前会话中添加一页 20 选择应用程序 TextView 将原始 sla flex left fem 文件导入 HyperMesh 中 输出控制臂质量及转动惯量信息到 summary txt 文 件中 21 在 TextView 中导入 summary txt 文件 如图 22 所示 图 22 控制臂质量及转动惯量信息 注意到多体