搜索Ansys橢圓規運動軌跡分析
2017-04-26 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
Ansys中如果要實現復雜運動的控制,會需要經常求助于多點約束單元,也即常說的MPC184單元簇。MPC184不是一個單元,而是一類單元,包含了通用的約束類以及連接類多點約束單元:剛性桿,剛性梁,滑塊,銷軸連接,萬向節連接,點連接,平移連接,圓柱連接,平面連接,滑槽連接,定向連接,球較連接,焊接連接,廣義鉸連接,螺紋連接,軸襯連接。
下面就用一個橢圓規的例子說明如何使用mpc184中的剛性桿,銷軸連接與滑塊進行一個簡單的運動學分析。
一.問題描述
橢圓規的曲柄OC可繞軸O轉動,其端點C與規尺AB的中點以鉸接連接,而規尺A、B兩端分別在相互垂直的滑槽中運動。已知曲柄初始角度為45°,長1m,試分析規尺上距C點0.7m的M點的運動軌跡。——哈工大教研室.理論力學(I).第七版
二.理論計算
三.ansys分析
由圖中結構可知,首先確定分析類型為靜態大位移分析。A、B處屬于滑塊結構,需要用到MPC184-滑塊單元。C處屬于銷軸轉動,轉動軸為C點處Z軸,需要用到MPC184-銷軸單元。其余部分使用剛性桿進行連接即可,需要使用MPC-剛性桿單元。由于MPC184-滑塊單元的節點不能施加位移約束,因此需要在機架端部創建剛性桿來施加位移約束。整體直接進行有限元模型建立即可,無須進行網格劃分。
①單元選擇與設置
選擇三種單元,分別為MPC184-剛性桿(拉格朗日乘子法),MPC184-滑塊,MPC184-銷軸(Z軸作為轉動軸)。
②節點位置創建
創建下面所示幾個節點,其中C處由于需要建立銷軸單元,因此在銷軸處需要建立兩個重合節點。
③建立MPC184-剛性桿單元
選擇單元屬性為剛性桿,然后創建BC,CM,AM,OC以及四邊的剛性桿部分。
④建立MPC184-滑塊單元
選擇單元屬性為滑塊,利用節點7,4,5與6,2,3創建A處于B處的滑塊部分(其中7可以在4~5連線上滑動,6可以在2~3連線上滑動)。
⑤建立MPC184-銷軸單元
選擇單元屬性為銷軸單元,創建一個局部坐標系11(與總體笛卡爾一樣即可),并將該坐標系以截面參數的形式賦予給銷軸單元,利用C處的重合節點創建銷軸。
⑥邊界條件設置
約束中間轉軸的除繞Z軸轉動的所有自由度,并在Z軸施加2*pi的轉動角度即2*acos(-1)。約束上下左右端部四個剛性桿的所有自由度。得到分析模型如下:
⑦求解設置
打開靜態大位移開關,設置分析子步為100步,輸出所有子部,直接進行求解。
⑧后處理
對上述分析結果在/post26中進行處理,提取M點處的x與y位移值繪制成軌跡圖如下:
對上述位移結果進行一次求導和二次求導分別可以得到x和y方向速度曲線及加速度曲線
變形動畫
四.結果對比
可以看出ansys的結果與理論計算結果與理論計算相符,誤差在千分之一以下。
五.總結
MPC184系列單元為實現復雜運動提供了比較好的實現方法。但是需要注意的是,其中大部分連接單元并不能直接在上面施加邊界條件和載荷,需要配合剛性梁或桿來使用。但是這些單元的局部坐標系可以隨單元運動而運動,因此在大變形分析時特別有效。
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