ANSYS Workbench 19.0基础入门与工程实践 其它各章(2)

• 对于由N个刚体组成的系统，系统动力学模型一般表示为式所示的形式：
14.2 刚体动力学实例——压力机分析
• 本例以压力机为研究对象，介绍刚体动力学的基本建模和仿真方法，通过每一 步的详细操作，为读者提供详细的学习指导。
• 14.2.1 问题描述 • 14.2.2 几何建模 • 14.2.3 材料属性设置 • 14.2.4 运动副设置 • 14.2.5 载荷及驱动设置 • 14.2.6 模型求解设置 • 14.2.7 结果后处理
15.3 刚柔耦合分析实例—挖掘机斗杆分析
• 挖掘机斗杆结构复杂，承受载荷较大，如果考虑纯柔性体进行仿真，则所耗费的时间 和硬件成本较高。本例以斗杆为研究对象，采用刚柔耦合分析法对斗杆结构关注部件 进行仿真模拟，为读者学习提供详细的操作指导和案例实践。
• 15.3.1 问题描述 • 15.3.2 几何建模 • 15.3.3 材料属性设置 • 15.3.4 运动副设置 • 15.3.5 载荷及驱动设置 • 15.3.6 网格划分 • 15.3.7 模型求解设置 • 15.3.8 结果后处理
• 本例以子弹射击为分析对象，利用显式动力学分析模块研究高速状态下结构的相互作 用情况，为读者学习和掌握显式动力学的分析方法提供详细的使用指导。
• 13.2.1 问题描述
• 子弹射击是显式动力学最常见的一类分析问题，图13-2所示为子弹射击场景的几何 模型，假设子弹在远离钢板0.1m远处以100m/s的速度射出，模拟该击中并穿透过程 中子弹及钢板的应力析
14.1 刚体动力学简介
• 刚体运动学分析属于多体动力学的一部分内容，其分析中涉及的诸多零部件都 为刚体，因此也成为多刚体动力学分析。它们通过特定的关节将诸多零件连接 在一起，实现特定的运动和功能，这些部件组成的系统也称为多刚体系统。
• 多刚体动力学分析广泛应用于汽车、航空航天、机器人等领域，如汽车悬架系 统的多体动力学、机器人机械臂的动力学分析等。对多刚体系统，从20世纪 60年代到80年代，在航天和机械领域形成了两类不同的数学建模方法，分别 是拉格朗日法和笛卡尔法。
• 13.2.2 几何建模 • 13.2.3 材料属性设置 • 13.2.4 接触设置 • 13.2.5 网格划分 • 13.2.6 边界及载荷施加 • 13.2.7 求解设置 • 13.2.8 结果后处理
13.3 显式动力学实例——跌落分析
• 跌落问题仿真非常典型，尤其是在家电、小型电子产品等工业领域应用尤其广泛。本 例主要针对光学镜头的跌落分析进行显式动力学分析，详细介绍跌落分析的设置方法， 为读者掌握和学习提供案例指导和案例实践。
14.4 本章小结
• 刚体动力学分析在研究系统的运动状态和关系中非常实用，而且计算效率较纯 柔性体分析更高。本章通过两个简单的分析实例，对如何进行刚体动力学分析 进行了详细的介绍，尤其是齿轮啮合问题中涉及刚体接触面的网格划分，与其 他类型分析存在一定的差别，读者在学习使用中需要仔细处理。
第十五章
第十三章
显式动力学分析
13.1 显式动力学简介
• 显式动力学用来分析结构在应力波作用、外部冲击以及短时间内载荷快速变化 等情形下的响应。通常情况下，当分析项目中作用时间小于1s（通常单位为 ms）时适合采用本方法进行分析求解。
• 在前面的章节中已经知悉，系统的运动方程可以用式描述：
13.2 显式动力学实例—子弹射击简单模拟
15.4 本章小结
• 本章首先介绍了基于多刚体动力学延伸而来的刚柔耦合分析的基础理论，然后 结合两个分析实例详细介绍如何进行具体的仿真工作，尤其是第二个实例中的 挖掘机斗杆相关模型组件的刚柔耦合分析，涉及的模型和运动副较多，需要充 分了解各部件之间的运动关系，防止出现过约束等情况而影响仿真的进行。
14.1.1 拉格朗日法
• 拉格朗日法是一种相对坐标的方法，其动力学方程的形式为拉格朗日坐标阵的 二阶微分方程组，如式所示：
14.1.2 笛卡儿法
• 笛卡儿法是一种绝对坐标法，它以系统中的每个部件为单元，建立固结在刚体 上的坐标系，刚体位置相对于一个公共参考系进行定义，通过欧拉角或者欧拉 参数来描述相对的位置坐标。
15.2 刚柔耦合分析实例—曲柄滑块机构分析
• 曲柄滑块机构是学习刚柔耦合问题最合适的案例，本节主要基于曲柄滑块机构 的运动过程，采用刚柔耦合分析功能研究连杆在运动过程中的变形和受力情况， 为读者学习提供指导。
• 15.2.1 问题描述 • 15.2.2 几何建模 • 15.2.3 材料属性设置 • 15.2.4 运动副设置 • 15.2.5 网格划分 • 15.2.6 载荷及驱动设置 • 15.2.7 模型求解设置 • 15.2.8 结果后处理
• 13.3.1 问题描述 • 13.3.2 几何建模 • 13.3.3 材料属性设置 • 13.3.4 接触设置 • 13.3.5 网格划分 • 13.3.6 边界及载荷施加 • 13.3.7 求解设置 • 13.3.8 结果后处理
13.4 本章小结
• 本章主要介绍了显式动力学分析的一般理论和求解方法，然后通过子弹击穿和 镜头跌落两个分析实例，详细讲解如何在WB 19.0中进行显式动力学的仿真， 对每一步的操作设置和注意事项都进行了说明，为读者呈现了较为全面的求解 分析过程。
14.3 刚体动力学实例——齿轮啮合分析
• 齿轮啮合非常普遍，本例主要利用刚体动力学仿真方法对齿轮的啮合过程进行详细介绍，研 究齿轮在啮合过程中的接触力以及转速关系，为读者学习刚体动力学方法提供案例实践和使 用指导。
• 14.3.1 问题描述 • 14.3.2 几何建模 • 14.3.3 材料属性设置 • 14.3.4 运动副及接触创建 • 14.3.5 网格划分 • 14.3.6 载荷及驱动设置 • 14.3.7 模型求解设置 • 14.3.8 结果后处理
刚柔耦合分析
15.1 刚柔耦合分析简介
• 刚柔耦合系统是指由刚体及柔性体通过不同的连接方式构成的复杂动力学系统， 是刚体动力学的延伸内容。它主要研究柔性体的变形与其大范围空间运动之间 的相互作用或耦合，以及这种耦合所导致的动力学效应。
• 假设多刚体动力系统6个不独立广义坐标为，则多刚体系统动力学方程组可表 示为式（图左）和式（图右）：