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ZUSAMMENFASSUNG
Bei der Verwendung von Multi Body Dynamics (MBD) ist es wichtig, ein Modell zu erstellen, das nicht zu viel Zeit für die Lösung benötigt. Die Verwendung starrer Körper ist die beste Methode, um dies zu erreichen. Wenn in Ansys Motion einige flexible Teile erforderlich sind, gibt es zwei Möglichkeiten, die Spannung in Körpern zu berechnen: Der nodale Ansatz, der eine vollständige Finite-Elemente-Formulierung verwendet, und der modale Ansatz, der eine modale lineare Expansion verwendet. In diesem Blog werden diese beiden Methoden miteinander verglichen, um die Unterschiede in den Spannungsergebnissen zu ermitteln.
Modale und nodale Analyse.
Beim nodalen Ansatz führt der Solver eine vollständige FEA-Berechnung durch, die die maximalen Freiheitsgrade (DOF) und die Matrixgröße innerhalb des Modells berücksichtigt. Der modale Ansatz hingegen geht von dem Verformungsvektor u wird durch lineare Kombination einer Reihe von Modenformen dargestellt.
Die Skalenfaktoren oder Amplituden a werden modale Koordinaten genannt und Ψ ist eine Menge von Modusformen.
Wir sehen, dass eine Verformung wie folgt aufgebaut sein kann:
Dann berechnet der Solver zunächst die Modalanalyse für flexible Teile und verwendet die berechneten Modi, um das Modell zu lösen. In diesem Fall wird die Anzahl der DOFs erheblich reduziert. Diese Methodik ist ausschließlich auf lineare Modelle anwendbar.
Bewegungsmodell.
In diesem Beispiel wurde ein Hydraulikbagger mit verschiedenen Gelenken und Bewegungsfunktionen simuliert, um hydraulische Aktuatoren nachzubilden. Auf die Schaufel wird eine Last aufgebracht, um das Gewicht zu simulieren, das sie trägt. Das Modell wird mit verschiedenen Ansätzen gelöst. Zunächst werden starre Körper verwendet, um eine Basislösungszeit festzulegen. Anschließend werden in einem zweiten Modell 5 flexible Körper mit einem Knotenansatz verwendet. Das letzte Modell schließlich nutzt ebenfalls flexible Körper, verwendet aber eine modale Lösung anstelle einer vollständigen FEA-Knotenberechnung.
Bei dem Modell mit starren Körpern liegt die Berechnungszeit unter einer Sekunde. Allerdings liefert dieses Modell keine Spannungs- oder Dehnungsergebnisse.
Wenn Sie den Nodal-Ansatz verwenden, benötigen Sie mehr als 47k DOFs und 271 Sekunden, um eine Lösung zu erhalten.
Bei der Verwendung von modalen flexiblen Körpern hat die Analyse etwa 200 DOFs und dauert etwa 5 Sekunden. Dies ist ein wichtiger Unterschied zu vollständigen FEA-Berechnungen.
Spannungsergebnisse.
Die Vergleichsspannung während der verschiedenen Zeitschritte ist bei beiden Modellen im Wesentlichen gleich. Der Höchstwert, der für das Nodal-Modell (rechte Seite) erreicht wird, beträgt 112,08 MPa bei 6,80 Sekunden und für das Modal-Modell 111,96 bei 6,72 Sekunden. Der Spannungsunterschied beträgt 0,107%.
ZUSÄTZLICHE BEMERKUNGEN
Sie können die maximale Anzahl der Modi, die für jede modale Erweiterung des Körpers verwendet werden, einstellen und sehen, wie die ersten Modusformen unterdrückt werden, um die Qualität der Lösung zu verbessern.
EMPFEHLUNGEN
Es ist nicht möglich, nichtlineare Materialien für modale Körper zu verwenden. Es ist wichtig, diese Technik nur dort einzusetzen, wo kleine Verformungen und lineare Materialannahmen gelten.
SCHLUSSFOLGERUNGEN
Der modale Körperansatz ist nützlich, um schnell Lösungen zu finden und allgemeine Spannungszustände zu überprüfen. Sobald feststeht, ob lineare Materialien in jedem spezifischen Fall anwendbar sind, können Benutzer bei Bedarf zur Nodalanalyse wechseln.
Die Zeit, die Sie mit dieser Methode sparen, kann in der Vorentwurfsphase entscheidend sein. Die Benutzer können verschiedene Szenarien testen und dann zu einem vollständigen Knotenmodell übergehen, sobald sie die vielversprechendsten identifiziert haben.
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