ANSYS中轉(zhuǎn)動模擬

摘要 ANSYS是一款非常強大的有限元分析軟件，我們常用來對一些機械部件結(jié)構(gòu)進行分析，但是對于一些含轉(zhuǎn)動絞的機構(gòu)，卻有一些不便之處，本文主要討論利用combin7單元來模擬轉(zhuǎn)動效果。

關(guān)鍵字 ANSYS 轉(zhuǎn)動 combin7單元

ANSYS是目前比較流行的一款有限元分析軟件，我們利用不同的單元和材料屬性的配合可以處理我們工程實驗中的大部分問題，在分析一些具有轉(zhuǎn)動絞的機構(gòu)的時候，為了能夠跟實際更加接近，我們要模擬出轉(zhuǎn)動效果，在本文中，主要應(yīng)用combin7單元來實現(xiàn)這一效果。

1、combin7單元簡介

該單元的幾何形狀、節(jié)點位置和坐標(biāo)系示于圖1.1中。單元由空間5個節(jié)點來定義，分別為激活節(jié)點（I，J），定義初始旋轉(zhuǎn)軸節(jié)點K，以及控制節(jié)點L，M。 激活節(jié)點應(yīng)該重合，且用來模擬連接桿A和桿B的實際銷釘。 連接桿是一個獨立的單元或是多個單元的組合。如果節(jié)點K沒有定義，初始旋轉(zhuǎn)軸為整體坐標(biāo)中的Z軸方向。

在下面的實驗中，我們會在需要建立旋轉(zhuǎn)點的位置創(chuàng)建2個激活節(jié)點，并讓相應(yīng)的節(jié)點分別與之耦合，然后在旋轉(zhuǎn)軸方向創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)軸節(jié)點，生成combin7單元，這樣來完成轉(zhuǎn)動絞的模擬。

2、轉(zhuǎn)動效果的實現(xiàn)

2.1、二維轉(zhuǎn)動效果的實現(xiàn)

在二維的模擬中，我們利用了梁單元來模擬連桿，具體實現(xiàn)步驟如下：

（1）建模，直接建立關(guān)鍵點，其坐標(biāo)分別為（0，0），（100，0），（110，0），（210，0）通過關(guān)鍵點形成直線，在建模過程中，我們?yōu)榱朔奖阌^看，我們把相連的兩條之間之間空不一段，因為后面我們會耦合節(jié)點之間的自由度，所以這個空缺不會影響實驗結(jié)果。

（2）分網(wǎng)，我們把每一段直線分為10段，之后在（105，0，0）處建立兩個重合的節(jié)點，分別為節(jié)點L和M，在（105，0，10）處建立一個用于旋轉(zhuǎn)軸的節(jié)點K。

（3）我們耦合第一段直線分網(wǎng)后的最后一個節(jié)點和節(jié)點L的所有自由度，耦合第二段直線的第一個節(jié)點和節(jié)點M的所有自由度，然后選取節(jié)點L、M和K建立一個combin7單元。

（4）建立好模型之后我們對兩端節(jié)點加好約束，對第一段直線的最后一個節(jié)點加一個Y方向的力，變形如下：

2.2 三維轉(zhuǎn)動效果的實現(xiàn)

在ANSYS中建立好實體模型，采用實體單元，分網(wǎng)后，把與combin7激活節(jié)點所在平面的節(jié)點與激活點進行耦合，一共做兩次，效果類似于門的轉(zhuǎn)銷。具體實現(xiàn)步驟如下：

（1）直接在ANSYS的建模平臺建立下面的模型，與二維轉(zhuǎn)動一樣，我們?yōu)榱烁庇^的表現(xiàn)轉(zhuǎn)動效果，而且會在后面進行節(jié)點的耦合，建模時我們把兩部分分開。建模完成后分網(wǎng)，效果如下圖：

（2）我們在轉(zhuǎn)軸上下面中心設(shè)立combin7激活節(jié)點，然后把所對應(yīng)的外部輪廓上的節(jié)點與之耦合，效果如下圖：

（3）我們在左側(cè)桿上施加一個向下的力，求解后的變形圖如下：

3、總結(jié)

從上面的實驗可以看到，在ANSYS中，combin7單元能很好的模擬轉(zhuǎn)動效果。在處理包含絞，轉(zhuǎn)軸等結(jié)構(gòu)的時候，都可以用此方法來實現(xiàn)，通過設(shè)定combin7單元的實常數(shù)可以使我們的分析更接近實際情況，更有說服力。