使用软件:ANSYS19.2
ANSYS进行轮腿式星球探测车腿部分析:
- static structure
- Engineering data双击,进去是结构钢,有一些参数。点左上角书本图标Sources可以选择其他材料,这里选General materials,选Aluminum Alloy。按加号添加进去。
- Geometry右键导入模型。
- Model双击打开。菜单栏那个鼠标箭头图标可以选择不同方式。wireframe可以线形式展现。
- 保存一下文件。【重要】Units选择mm,t,N,s,第四个,应力刚好是MPa。
- 在model里面设置。零件全部选中(点第一个,shift,点最后一个),设置材料是铝合金。materials里面可以看到导入的材料,点击可以看到对应的零件,是这个材料的是绿色的。Units选择mm,t,N,s,第四个,应力刚好是MPa。Connection里面的contact已经设置好了,自己设置的。
- Mesh点击右键,可以直接generate mesh划分网格。下面quality,mesh metric可以选择element quality,会出现柱状图,是对mesh的评价。Clear generated data,重新划分。右键mesh选择method and sizing.
- method, 在第4步说的箭头图标下面选box select,把所有的都选上,在scope里面点apply。选上了43bodies。Defination选Tetrahedrons四面体,计算方便。
- sizing,选中全部几何,也是43bodies。可以看下面的标尺是大概400mm总长,划分填写5mm。
- 划分完毕,看quality图像,是大部分大于0.75,比较合适。
- 添加边界条件/载荷,在static structural里面添加fixed support,鼠标模式改回single select,选中内圆弧面。在顶端的一圈四个面添加载荷Force,可以矢量方式或者Component(分量)Z是-122.5N。添加冲击载荷(加速度)Acceleration选Component,Z轴是-12000mm/s^2。
- Solution里面insert,total deformation, mises strain, mises stress.
- 点击最上面的solve。记得搞好了保存结果。可以点左边靠上的几个七彩小块no wireframe去掉线。 smooth可以光滑处理。max,min可以显示最大最小。
- 具体想看某个零件的话,在solution里面添加新的,只选择一个实体就好。
- 修改mesh尺寸,比如变粗网格,发现变形变小了,最大应力换了位置。变细网格,位移稍微变大,最大应力稍微缩小了,位置和中等大小网格一样。网格缩小,最大应力出现位置收敛。
- 网格质量很重要,足够精密,足够细才精确。
ANSYS进行齿轮啮合仿真分析:
涉及了不同的接触方式!(上一个案例里面接触都是bounded)
- 材料都是结构钢,不更改
- 导入模型,打开model,删除原本的bounded,insert一个manual contact region,contact是主动接触面(主动轮),target是被动接触面(从动轮)。由于有两个齿接触,还要insert另一个接触(注意小齿轮有两块面分割开了,都选起来)。两个contact都选frictional(可以相对滑动或脱离,滑动有摩擦),摩擦系数0.2,behavior和trim contact选默认。Formulation选Augmented Lagrange,别的都选program controlled。interface treatment要改成adjust to touch(因为有间隙,划分网格也会引入间隙,需要消除间隙)。记得save。
- 划分网格(两个齿轮一起),method是tetra四面体速度快,六面体精度高,这里四面体就好。sizing选10太粗糙,画成5试试,还可以细化,特别是齿面接触的地方。
- 细化网格,插入refinement,主要画齿。选中小齿轮上的四个表面,refinement数值越大越精细,选2。从动轮也画一下。
- 设置约束和载荷。从动齿轮fixed support选内圆柱面。主动轮做一个Cylindrical support(轴向可以滑动)选内圆柱面,radial fixed,axial free, tangenial free.主动力矩moment,内圆柱面,50Nmm的矩。不考虑重力。
- 求解量还是total deformation, mises strain, mises stress.
- 网格更精密一些,结果会变更精确。
- 修改背景颜色,主界面,tools,options,appearance,background color可以是白色。
ANSYS进行加强筋的结构优化:
- 导入模型,点击geometry可以看参数。具体在EXTRUDE11里面sketch15有个L20是加强筋长度,有个D符号表示是设计变量。
- 点击最下面的parameter,开新界面可以看见p1就是参数L20。
- 点击model,和之前一样画网格,sizing10mm,看quality,mesh metric选element quality,质量基本大于0.7(deviation小),ok。
- 按照ppt加约束和载荷。fixed support和force。force分量就是y轴-1000,矢量的话就是大小和方向(可以翻转)
- 添加solve参数,上排栏目里面tools选应力工具,里面有安全系数。
- 发现最大应力出现在腋下位置,而且网格变细,大小会变大,因为这里是一个尖锐转角,容易出现应力集中,导致奇异性。
- 优化。输入变量:长度L20,载荷力。设置载荷是变量,点一下magnitude前面的框让他变成P(好像只有力是vector才可以定义P!)输出变量:质量(geometry-solid-properties-mass点成P)、total deformation-max, equi stress-max, safty factor-min。回到parameter set,可以看到流程树里面出现了P1-P6,2输入4输出。
- 开始优化。优化模块在主文件,左侧菜单design exploration,response surface optimization。
- 点design of experiment,正交试验方法可以用较少样本获得趋势。每个P都有默认的最小最大值,点顶上的preview,生成design point(7个),可以左下角框框点design of experiment,实验type选central composite design,设计type选face-centered,template Time选enhanced。再preview。可以看到17组参数。点update进行计算。(时间有点长,因为要算17次)
- 算完了退回主界面,双击response surface,update一下。可以看response point下面有很多结果,2D3D自己选。局部敏感性。goodness of fit是拟合程度。点第二行的response surface,下面 meta model是拟合方式,目前是genetic aggregation,可以换成kriging适用于多变量优化结果,update一下,结果略有一些区别。
11.根据结果进行真正的优化设计。回到主界面,点optimization。设置优化目标objectives and constraints,在右侧上面的框里面3,4行可以选择最小mass和最小total deformation。点击左边optimization,看左下角的框,method selection选manual(人为设置),name是screening,number of samples样本点1000,update一下。 - 计算完毕,给出了candidate1 2 3是最优解。左边result里面点candidate points。右上方点candidate1,右键,选verify update,开始算了。会直接显示在下面一行。
- 右键candidate 1(原先的那个,不是verify),insert as design point,发现verify那一行出现了DP1 说明是把1作为了design point1。回到parameter set,右上表格里面除了DP0还出现了DP1,就是刚才添加的。
- 右键DP1,选择Copy input to current,发现DP0(current)变成了DP1一样的值。右键DP0,选择Update闪电,意思是重新解算。
- 回到主界面打开model。
ANSYS进行曲柄滑块的刚柔耦合分析:
- transient structure。还是一样的导入模型,进去model。轴套不涉及可以suppress。
- 记得把连杆设置成flexible柔性的!
- 设定connections,3个revolute里面一个是ground to xx,然后还有一个导轨的fixed,一个滑块和导轨的translational(滑动副),注意这里的reference是接触面,mobile是滑块的2edges。【滑动副的局部坐标系一定要是x方向是滑动方向!!!】