基于Adams_AtuoFlex的机构刚柔耦合分析

基于Adams_AtuoFlex的机构刚柔耦合分析

机构分析是机械产品设计中的重点之一，尤其是在航空航天、精密仪器和机械领域中，机构运行的位置精度直接影响到其执行效果和产品的质量。机构结构中零件的刚度便是影响运行精度的主要因素之一，尤其是刚度比较弱的零件，其影响更是不能忽视。所以，为了研究零件的刚度对机构运行的影响，就要借助机构的刚柔耦合分析。

Adams是一款功能强大的多体动力学分析软件。有设计人员，借助Adams和Ansys两款软件进行刚柔耦合分析。首先用adams建立刚体运动学或动力学模型；然后用ansys对关键零件进行柔性处理，生成.mnf中性文件；最后用中性文件替换原刚体模型中的对应零件，从而生成刚柔耦合模型。

但是，上述方法在执行过程中会出现某些问题，使仿真过程受到阻碍。一，ANSYS生成中性文件时，在导出过程中会出现错误，使生成中性文件失败；二，替换刚性件后，进行仿真时容易报错；三，仿真结果不理想。

针对adams与ANSYS联合仿真的弊端，笔者利用adams自带的柔性工具箱auto/flex，进行刚柔耦合分析，结果证明：柔性替换过程简单，不易报错；计算过程更加顺利；通过控制网格单元大小，能使结果更加精确。

下面，通过一个简单的四杆机构对如何用Auto/flex进行刚柔耦合分析进行详解。

第一步:用Adams2012建立刚体运动学模型，并计算运行。如图

第二步:替换原刚体零件，这里以红色的曲柄为例。

1.右键曲柄，选择Make Flexible,选择Create New,出现ViewFlex-Create对话框

2.在ViewFlex-Create对话框中的Advanced Settings前打对勾，出现扩展后的对

话框。

3.Material——选择零件的材料属性，只支持各项同性材料，这里选择钢材—steel

Mumber of Modes——选择模态阶数，这里保持默认

4.在FlexBody Type 中选择Geometry,即根据几何模型进行网格划分

5.选择Mesh/Properties，在其控制菜单中进行如下设置：

Element Type——设置单元类型（提供实体单元和壳单元），这里使用实体单元

Element Shape——选择单元形状，只提供了四面体单元

Element Order——单元阶数，有线性和抛物线之分，这里选择抛物线

Element Specification——用于控制划分网格时的单元大小，分自动和手动输入两种。这

里选择手动输入

Edge Shape——控制单元边界形状，分直线、曲线和混合三种，这里保持默认。

Element Size——输入网格单元大小，这里填4

Minmum Size——输入最小网格单元大小，这里填1

Growth Rate——输入划分单元时的增长率，这里保持默认。

注：其他保持默认即可，通过控制Element Size 、Minmum Size 和Growth Rate的数值可以调整划分网格的疏密，网格越密，计算精度会有所提高，但是计算速度会变慢，读者可以根据自己的需求和计算机配置合理调整网格参数。

6.在上述步骤设置好后，进行网格划分，点击Mesh preview，时间可能会稍长。划分完后，会出现提示框，写出了划分单元后的节点数和单元数。如何读者认为单元个数不够，可点击Del mesh preview退回划分前，调整单元参数，重新进行划分。划分完毕后的零件如图，零件显示颜色可改变。

7.点击Attachments,进行刚性节点区域的建立。如图

注：建立刚性节点区域的目的：由于adams中的运动副只能通过刚性点进行添加，柔性化后的零件需要建立一个刚性区域来满足这种要求。

8.点击空白区域右下角的Find Attachments，软件可以自动捕获在该零件上所有运动副的参考点，由于曲柄与大地和连杆之间各有一个旋转副参考点，所以这里会出现两个参考点。如图

9.点击第一行第一列的参考点名称，然后在Selection Type的下拉菜单中选择刚性区域的形状，这里选择球形Sphercial（一般用球形Sphercial和圆柱形Cylindrical）。

10.在出现的Radius中填写球形区域的半径大小，设置不同的数值，零件的参考点会出现相应大小的白色球体。点击Transfer IDs会列出该球形区域所包含的节点数。用户可根据需求填写区域半径大小。

11.同样的方法，进行第二个参考点的刚性区域设置。设置成功后，点击，右下角的OK，则完成柔性件替换的设置过程，软件会进行计算，这个过程会因计算机的性能使得计算时间不同。当出现如下对话框时，则表明整个零件的柔性化和替换过程成功完成。

12.用户可以通过右击柔性件——Modify，观看柔性件的模态信息。单击Modal ICs可以查看

各阶模态的频率，配合和可以观看每阶模态的振型。

13.通过各阶模态的频率，可以对比有限元软件（如ANSYS、Patran等）对该零件的模态分析，来验证adams计算的模态结果，以保证仿真的精度。

14．通过第二步的方法，可以对其他的零件进行柔性化处理，这里不再赘述。

第三步，进行刚柔耦合仿真分析

14.柔性化完毕后，重新进行simulation计算，查看刚柔耦合仿真结果。可以查看曲柄在运动过程中的应力变化。