Александр Чернов, ЗАО «ЕМТ Р»

В 11-й версии ANSYS Workbench в расчет­ном модуле DesignSimulation появился ре­шатель для проведения кинематического анализа абсолютно жестких тел, а также реализована возможность решения НДС одного из тел как деформируемого при расчете динамики, когда остальные тела в исследуемой системе являются абсо­лютно жесткими.

В DesignSimulation (DS) в разделе дерева, ко­торый описывает геометрическую модель (по умолчанию он называется Geometry), задается определение для тел — деформируемые они или абсолютно жесткие (Flexible/Rigid). Примеры описания абсолютно жесткого и деформируемо­го тела представлены на рис. 1.

Далее необходимо задать новый расчет New Analysis и выбрать соответствующий тип расчета. На рис. 2 показаны опции окна свойств расчета, соответствующие расчету кинематики (Rigid Dynamic) в DS.

Эта технология использует конечный элемент многоточечных связей MPC184 Joint Element, в котором реализована возможность задания кинематических связей между узлами. Более подробная информация об элементах MPC184 Joint Element изложена в документации к программному комплексу ANSYS 11.0.

При кинематическом расчете абсолют­но жестких тел в расчетной модели объемные звенья представляются элементами MASS21. Если наложенная кинематическая зависимость требует решения задачи для соприкасающихся поверхностей (например, для кинематической зависимости поступательного скольжения тяги в гидроцилиндре — MPC184 Translational Joint Geometry), то могут создаваться оболочечные элементы типа SHELL181. Пример конечно-эле­ментной модели механизма показан на рис. 3.

В разделе Connections, описывающем взаимодействие тел друг с другом, необходимо создать кинематические связи (Joints). Преду­смотрена возможность автоматического опре­деления связей. Для этого в контекстном меню правой кнопки мыши при выборе раздела Con­nections надо выбрать пункт Create Automatic Joints. Затем, если некоторые связи определи­лись неверно, необходимо вручную их отредак­тировать для правильного описания работы зве­ньев всего механизма.

Рис. 1. Описание тела: а — абсолютно жесткого; б — деформируемого

Рис. 1. Описание тела: а — абсолютно жесткого; б — деформируемого

На практике более удобно задавать кине­матические связи вручную, используя средства контекстной панели Connections, которая по­является при выборе этого раздела в дереве. Средства создания кинематических связей кон­текстной панели Connections представлены на рис. 4.

Для проверки правильности задания кине­матической связи лучше использовать опцию Configure (рис. 5).

Обратите внимание, что в окне свойств для выбранной на рис. 5 кинематической связи.

Translational — gidrocilindr To tyaga отсутствуют параметры трения. Для задания параметров трения для элемента MPC184 Translational Joint можно использовать объект Commands. При­мер задания параметров трения указанным спо­собом показан на рис. 6.

Рис. 6. Пример использования объекта Commands

Далее задается граничное условие для одной из кинематических связей. В зависи­мости от типа кинематической связи это мо­жет быть перемещение, скорость, ускорение, сила, угол вращения, скорость вращения, ускорение вращения или момент. Доступные опции для объекта Joint Condition представ­лены на рис. 7.

Рис. 7. Опции объекта Joint Condition

Пример задания изменения силы поступа­тельного движения тяги от времени представлен на рис. 8.

После задания кинематических связей в разделе Analysis Settings задаются параметры решателя. Один из вариантов настройки пара­метров решателя показан на рис. 9.

Рис. 8. Пример задания силы поступательного движения тяги от времени

Рис. 8. Пример задания силы поступательного движения тяги от времени

Для абсолютно жестких тел проводится ки­нематический анализ, после чего можно ознако­миться с типовыми результатами теории машин и механизмов (рис. 10).

Результаты расчета могут быть представле­ны как в виде контуров, так и в табличном виде по всей длине временной шкалы Timeline (рис. 11). Доступна анимация работы механизма.

3D-модель механизма

Рис. 12. 3D-модель механизма

Далее рассмотрим пример расчета НДС од­ного из звеньев механизма 3D-модели, постро­енной в модуле DesignModeler (рис. 12). Предпо­лагается выполнить расчет НДС вилки (рис. 13).

Выбираем тип анализа — Flexible Dynamic и определяем вилку как деформируемое тело (см. рис. 16 и 14).

Расчетная КЭ-модель в данном случае будет содержать, помимо элементов MASS21 и MPC184, необходимых для расчета кинемати­ки, объемные элементы SOLID187 для решения.

НДС. Пример КЭ-модели для раздела Flexible Dynamic показан на рис. 15. Все необходимые опции решения НДС вилки в динамике Analysis Settings представлены на рис. 16.

Данные для изменения силы поступатель­ного движения тяги от времени при расчете НДС задаются иначе, чем при расчете кинематики абсолютно жестких тел. Пример задания изме­нения силы поступательного движения тяги от времени показан на рис. 17.

На рис. 18 приведены результаты расчета НДС вилки в динамике.

Заметим, что данная статья носит лишь ознакомительный характер и не претендует на полное и детальное изложение процедуры рас­чета динамики твердых и деформируемых тел (ANSYS Rigid & Flexible Dynamics 11.0) в модуле DesignSimulation среды ANSYS Workbench 11.0.