仿真笔记——ANSYS Workbench连接关系详解与操作步骤

仿真笔记——ANSYS Workbench连接关系详解与操作步骤

ANSYS Workbench中的连接关系是进行结构分析和动力学仿真时的重要工具。本文详细介绍了多种连接关系，包括接触、网格接触、关节连接、梁连接、弹簧、轴承、点焊和末端释放等，并通过具体实例和操作步骤，帮助读者理解如何在ANSYS Workbench中创建这些连接关系。

当几何体存在多个零部件时，需要确定零部件之间的相互关系，在Mechanical中可以创建的连接关系如下：

• 接触(Contact)
• 网格接触(Mesh Connection)
• 关节连接(Joint)
• 梁连接(Beam Connection)
• 弹簧(Spring)
• 轴承(Bearings)
• 点焊(Spot Weld)
• 末端释放(End Releaser，应用于梁、壳单元)
• 几何体交互(Body Interaction，应用于显示动力学中)

在Connections的选项细节窗口中，Generate Automatic Connection On Refresh（在刷新时自动生成连接）默认为Yes，这一设置在设计分析时很有用。最常用的接触将在后续推文进行详细解读。

1. 网格接触

网格接触可以帮助连接不连续的体之间的网格划分，如以下实例。

实例：两块面体间隙为0.5mm。使用网格接触使它们接触。

操作步骤：

1. 生成网格。
2. 创建网格接触集合：创建网格接触的工具不是在Connetions工具条内，而是在Mesh工具条呢。点击分析树中的Mesh，工具栏出现Mesh工具条，选择Mesh Edit——Mesh Connection Group，在分析树中便创建了Mesh Edit及其下属的Mesh Connection Group。

3. 设置接触：点击Mesh Edit进行细节设置，Generate Automatic Connection On Refresh（在刷新时自动生成连接）改为Yes。

4. 自动生成网格接触：右击分析树中的Mesh Connection Group——Detect Connections(探测连接)，其下属便生成了两对网格接触，检查是否正确，此处只需要一对，删除其中一对。

注：也可以通过手动方式创建网格接触：在Step2中选择Manual Mesh Connections，无需进行Step3的设置，只需要在Mesh Connection的细节设置中指定主副几何，同样需要将Tolerance Value设置为大于缝隙值。

2. 关节连接Joint

Joint核心即为MPC接触形式,采用约束方程定义实体之间或者实体与大地之间的连接关系。分为固定Fixed、旋转Revolute 、圆柱Cylindrical 、平移Translational 、 槽Slot 、万向节 Universal 、球Spherical 、 平面Planar、套管Bushing、通用General 、点面连接Point on Curve。具体含义将在刚体运动学一文中解释。

3. 弹簧Spring和梁Beam接触

Spring和Beam接触，用来模拟弹簧和梁的连接，以定义相应的接触关系。两者的创建方法相同，以下以创建弹簧接触为例。

实例：长条左端施加可转动的约束，上端面时间弹簧接触，在重力的影响下求变形。

操作步骤：

1. 创建弹簧。右击分析树的Connections——Insert——Spring，便创建了待定义的弹簧接触。对弹簧接触进行细节设置：Scope设置为Body-Ground，即几何体与地面连接，此处的地面为抽象概念，表示弹簧锚在不动的地方。其余设置如下图。

2. 添加约束条件。以远端位移约束左端面，只允许竖直平面内的转动，添加竖直向下的重力加速度。计算结果如下：

4. 轴承Bearing

轴承接触为一个2D弹性单元，可用来限制旋转部件的相对运动和转动。定义轴承时，需要设置刚度矩阵与阻尼矩阵。其含有如下图：

5. 点焊Spot Weld

点焊连接用来连接不同的零件，其作用与绑定接触一样，但是对象只能选择点。点焊在不同零件直接传递载荷。

如下图将两个方块4个顶点一对一点焊，再施加底面的固定与横向的拉力，位移结果如下：

本文原文来自CAE仿真学社