STRESZCZENIE
Podczas korzystania z Multi Body Dynamics (MBD) ważne jest skonfigurowanie modelu, którego rozwiązanie nie zajmie zbyt dużo czasu. Najlepszym sposobem osiągnięcia tego celu jest użycie brył sztywnych. W Ansys Motion, gdy potrzebne są pewne elastyczne części, istnieją dwie opcje obliczania naprężeń w ciałach: podejście węzłowe, które wykorzystuje pełne sformułowanie elementów skończonych, oraz podejście modalne, wykorzystujące modalne rozszerzanie liniowe. W tym blogu porównano te dwie metodologie, aby ustalić różnice w wynikach stresu.
Analiza modalna i węzłowa.
Stosując podejście węzłowe, solwer przeprowadzi pełne obliczenia MES, uwzględniając maksymalne stopnie swobody (DOF) i rozmiar macierzy w modelu. Natomiast podejście modalne zakłada wektor deformacji ty jest reprezentowany przez liniowe połączenie zestawu kształtów modowych.
Współczynniki skali lub amplitudy A nazywane są współrzędnymi modalnymi i Ψ jest zbiorem kształtów trybów.
Widzimy, że deformację można zbudować jako:
Następnie moduł obliczający najpierw obliczy analizę modalną dla części elastycznych i użyje obliczonych postaci do rozwiązania modelu. W tym przypadku liczba DOF zostanie znacznie zmniejszona. Metodologia ta ma zastosowanie wyłącznie do modeli liniowych.
Model ruchu.
W tym przykładzie symulowano zespół koparki hydraulicznej przy użyciu różnych przegubów i funkcji ruchu w celu odtworzenia siłowników hydraulicznych. Do łyżki przykłada się obciążenie, aby symulować ciężar, jaki ona przenosi. Model jest rozwiązywany przy użyciu różnych podejść. Początkowo stosuje się ciała sztywne w celu ustalenia podstawowego czasu rozwiązania. Następnie drugi model obejmuje 5 elastycznych ciał wykorzystujących podejście węzłowe. Wreszcie ostatni model również wykorzystuje elastyczne ciała, ale wykorzystuje rozwiązanie modalne zamiast pełnych obliczeń węzłowych MES.
W przypadku modelu ciała sztywnego czas obliczeń wynosi mniej niż jedną sekundę. Jednak model ten nie daje żadnych wyników naprężeń ani odkształceń.
W przypadku zastosowania podejścia Nodal znalezienie rozwiązania wymaga ponad 47 tys. DOF i 271 sekund.
Przy użyciu elastycznych obiektów modalnych analiza obejmuje około 200 stopni swobody i zajmuje około 5 sekund. Jest to istotna różnica w przypadku pełnych obliczeń MES.
Wyniki stresu.
Naprężenie równoważne w różnych etapach czasowych jest zasadniczo takie samo w obu modelach. Maksymalna wartość osiągnięta dla modelu Nodal (prawa strona) wynosi 112,08 MPa przy 6,80 s, a dla Modal 111,96 przy 6,72 s. Różnica naprężeń wynosi 0,107%.
DODATKOWE UWAGI
Możesz kontrolować maksymalną liczbę trybów używanych dla każdego rozwinięcia modalnego treści i zobaczyć, jak kształty pierwszego trybu są tłumione, aby poprawić jakość rozwiązania.
ZALECENIA
Nie jest możliwe użycie materiałów nieliniowych dla obiektów modalnych. Ważne jest, aby stosować tę technikę tylko tam, gdzie obowiązują małe odkształcenia i założenia dotyczące materiału liniowego.
WNIOSKI
Podejście ciała modalnego jest przydatne do szybkiego znajdowania rozwiązań i weryfikacji ogólnych stanów naprężeń. Po ustaleniu, czy w każdym konkretnym przypadku można zastosować materiały liniowe, użytkownicy mogą w razie potrzeby przejść do analizy węzłowej.
Czas zaoszczędzony dzięki tej metodzie może mieć kluczowe znaczenie na etapie wstępnego projektowania. Użytkownicy mogą testować różne scenariusze, a następnie przejść do pełnego modelu węzłowego po zidentyfikowaniu najbardziej obiecujących.