概括
使用多体动力学 (MBD) 时，建立一个不需要太长时间求解的模型非常重要。 使用刚体是实现这一目标的最佳方法。 在 Ansys Motion 中，当需要一些柔性零件时，有两种方法可以计算主体中的应力：节点方法（利用完整的有限元公式）和模态方法（采用模态线性展开）。 本博客对这两种方法进行了比较，以确定压力结果的差异。
模态和节点分析。
使用节点方法，求解器将执行完整的 FEA 计算，涉及模型内的最大自由度 (DOF) 和矩阵大小。 另一方面，模态方法假设变形向量 你 通过线性组合一组振型来表示。
比例因子或幅度 A 称为模态坐标， Ψ 是一组振型。
我们可以看到变形可以构建为：
然后，求解器将首先计算柔性零件的模态分析，并使用计算出的模态来求解模型。 在这种情况下，自由度的数量将大大减少。 该方法仅适用于线性模型。
运动模型。
在此示例中，使用各种关节和运动功能来模拟液压挖掘机组件以复制液压执行器。 将负载施加到铲斗上以模拟其承载的重量。 该模型使用不同的方法进行求解。 最初，使用刚体来建立基本求解时间。 随后，第二个模型涉及使用节点方法的 5 个柔性体。 最后，最后一个模型也利用柔性体，但采用模态解决方案而不是完整的 FEA 节点计算。
对于刚体模型，计算时间不到一秒。 然而，该模型不会产生任何应力或应变结果。
当采用节点方法时，需要超过 47k 个自由度和 271 秒才能获得解决方案。
使用模态柔性体，分析大约有 200 个自由度，大约需要 5 秒。 这是与完整 FEA 计算的重要区别。
压力结果。
两个模型中不同时间步长期间的等效应力基本相同。 节点模型（右侧）在 6.80 秒时达到的最大值为 112.08MPa，模态模型在 6.72 秒时达到的最大值为 111.96。 应力差为0.107%。
附加说明
您可以控制用于每个实体模态扩展的最大模态数量，并查看如何抑制第一个模态形状以提高解决方案的质量。
建议
不可能对模态体使用非线性材料。 仅当应用小变形和线性材料假设时才使用此技术，这一点很重要。
结论
模态体方法对于快速找到解决方案和验证一般应力状态非常有用。 一旦确定线性材料是否适用于每种特定情况，用户可以根据需要切换到节点分析。
在初步设计阶段，使用这种方法节省的时间可能至关重要。 用户可以测试各种场景，然后在确定最有希望的场景后过渡到完整的节点模型。