多柔性体动力学 (MFBD) 글 편집

Overview


TKa8SC5GfqyQNHSvRazkOykKPClje0Px.jpeg

MFBD(多柔性体动力学)结合了对刚体运动仿真的MBD(多体动力学)以及对柔性体应力和变形仿真的FEM(有限元法),是可以对刚体和柔性体混合模型动态行为进行仿真的技术。可以在同一个求解器中同时对刚体和柔性体的动态行为进行仿真,得到更安全稳定的结果。

另外在MFBD技术中,为了对依据系统动态行为的柔性体进行有限元分析,可以使用利用零件模态振型的线性模态仿真方法以及考虑柔性体所有节点自由度的非线性仿真方法的节点法。

RecurDyn提供了可以将这两种仿真方法进行正确结合的功能强大的MFBD仿真环境。特别是作为动力学软件,RecurDyn首次配备了自己的Mesh引擎,是将创建好的FE模型导入FEA软件的方法,不仅如此在RecurDyn建模环境中可以将刚体转化为柔性体,为用户轻松访问MFBD提供了便利。


DZXjfwa8emhhDUQwR7IAVS370zHG1cHt.jpeg

FFlex与RFlex分别适合于什么模型呢?


同时考虑了求解算法及建模简便性

  • 可以同时使用节点坐标系方程(FFlex)和模态坐标系动力学方程(RFlex)
  • Mesh-Pre-Solve-Post 的所有过程都可以在RecurDyn环境中执行
  • 支持易于直观的实体转换 (刚体↔柔性体)
  • 实体转换时,已经定义的运动副, Force, 接触保持不变

Line.png

MBD(多体动力学)仿真

在由约束条件(Joint)而互相连接在一起的物体组成的任何机械系统中已知力或者运动时,可以很容易的对环境进行建模,并且此时产生的位置,速度,加速度,力可以通过瞬态时间模拟进行确认。


MBD(多体动力学)仿真的特点

  • 用户可以轻松的将运动,力,约束进行建模。.
  • 用户可以通过RecurDyn对想要建模的机械系统的动态机构元素进行直观的建模和仿真模型的构成。


Line.png

MFBD(多柔性体动力学)仿真

MFBD建模时将特定的主体选择性的配置为柔性体,不仅可以进行MFBD的仿真,还可以同时利用MFBD仿真里便利的加载约束条件,外力的优势。并且不仅可以通过MFBD得到动力学结果也可以得到柔性体FEM的仿真结果。


MFBD(多柔性体动力学)仿真的特点

  • 可以在所需的部分由柔性体构成的基础上结合现有的刚体进行动力学仿真。
  • 可以确认由动态行为产生的力作用于柔性体时的应力,应变和变形。
  • 通过运动,力和约束的定义自然的定义条件,而不用考虑在FEM中需要非常注意的边界条件等。
  • 在现有的由刚体构成的动态模型中可以很简单的将刚体转换成柔性体。

特点和优点


MFBD的特点


xnj3salbemXkXD1Nvp37Ls4O6MmjOfaz.jpeg



MFBD提供的其他各种功能
  • 支持2D和3D接触元素
  • 可以为各个节点定义边界条件
  • 支持各种刚体元素(Rigid, Interpolation)
  • 支持各种元素类型(Beam, Shell, Solid, Rigid)
  • 支持SMP(并行计算)提升仿真效率
  • 通过导入外部软件创建的网格数据生成柔性体(支持ANSYS, Nastran, Design Space 格式)
  • 通过导入外部FEA软件生成的模态仿真结果生成柔性体(支持ANSYS, Nastran, IDEAS, RADIOSS/OptiStruct, Simulation Mechanical)


特点和优点


Joint Connections & Contact 


  • 在执行MFBD仿真时,可以在刚体到刚体,刚体到柔性体,柔性体到柔性体之间使用相同的运动副连接元素。
  • 可以在刚体到刚体,刚体到柔性体,柔性体到柔性体之间定义接触。


Self Contact


  • 在单一的柔性体内可以定义Self Contact,通过动态仿真,可以确认由动态行为引起的柔性体接触产生的柔性体的应力,应变, 变形。


Nonlinear Flexibility


  • 在由于动态行为传递的力导致柔性体变形较大的情况下也可以进行仿真,并且不仅可以确认动画,还可以确认定量结果(等值线图,绘图)。


Accurate Loading Conditions



  • 通过动态行为产生的运动副,力,接触等将外部复杂的力自然的传递给一个柔性体进行仿真。因此,可以通过需要仿真的整个机械系统的动态行为确认这个机械系统中特定柔性体的应力,应变,变形结果。


Mesher


  • RecurDyn是第一个使用自己Mesh引擎的动态学软件,提供着比较简便的MFBD环境。通过提供这个Mesh引擎的RecurDyn的AutoMesh功能,只需要轻轻的一点即可快速的完成刚体转换成柔性体的过程,从而达到从MBD扩展到MFBD的目的。
  • 另外,如下所示,由于支持多种元素,复杂的几何体也可以有效的网格化,从而实现快速而准确的MFBD仿真。
    • 2-node beam (Beam2)
    • 3-node tri shell (Shell3)
    • 4-node quad shell (Shell4)
    • 4-node tetra (Solid4)
    • 5-node pyramid (Solid5)
    • 6-node wedge (Solid6)
    • 8-node hexa (Solid8)
    • 10-node tetra (Solid10)

范例


Parking Brake


  • 所需工具包: FFlex, Professional
  • 目的: 在停车制动系统损坏比较频繁的零件部位,通过将停车制动系统的实际机制进行动力学仿真达到损坏部位应力的预测及改善。
  • 建模方法: 在停车制动系统中,由于两个零件相互接触,所以预测会发生损坏的两部件;其中刚性较高的零件作为刚体进行建模,会发生损坏的零件作为柔性体进行建模,从而完成两个实体间的接触定义。

Landing Gear


  • 所需工具包: FFlex, Professional
  • 目的: 可以对飞机着陆时起落架的动态行为进行仿真来评估损坏和安全性。
  • 建模方法:着陆时,通过起落架连接臂与各支撑座运动副的反作用力以及起落架臂的接触力,可以分析起落架臂上的应力,预测损坏。

Double Valve Spring


  • 所需工具包: FFlex, Professional
  • 目的 : 在使用了双阀门弹簧的阀门系统中,可以通过CAM与阀门系统间的接触确认双阀门弹簧的动态特性,应力,应变和变形。
  • 建模方法:按照材质和特性的原样对双阀门弹簧的柔性体进行建模,使用self contact对此柔性体进行仿真执行。


Manufacturing Robot


  • 所需工具包: FFlex, RFlex, Professional, CoLink
  • 目的: 制造机器人手臂在运送传输物体时的动态特性方面,可以确认夹具与传输物体间的接触力并进行机器人各关节驱动力矩控制仿真。
  • 建模方法: 将机器人的夹具和传输物体视为柔性体,可以根据传输过程中的接触力来计算作用在肉体上的应力,应变和变形,从而可以根据传输物体的类型控制机器人关节的驱动力矩。

Printer


  • 所需工具包: FFlex, RFlex, Belt, MTT3D, Professional, CoLink
  • 目的: 在喷墨打印机打印期间,通过对打印机从外壳到托架带 的所有主要零件进行动态行为仿真,以确认托架皮带驱动并且切换方向时托架和外壳的振动。
  • 建模方法: 变形相对较小的打印机外壳部分采用 RFlex (Modal Method), 变形大的线束采用 FFlex (Nodal Method), 托架皮带采用 shell belt, 纸张采用 MTT3D进行构建。


Paper


  • 所需工具包: MTT3D
  • 目的: 在激光打印机设备的打印期间,由于受滚子现象和空气阻力的作用,可以进行纸张高速运送排出时的动态行为仿真,也可以预测纸张的负载行为。
  • 建模方法: 由于滚子现象纸张侧方向弯曲从而导致纸张的纵向刚性增加,再加上空气阻力效应,从而可以预测纸张的负载行为。


Wind Turbine


  • 所需工具包: FFlex, RFlex, Professional, Gear, Bearing
  • 目的: 关于风力发电用风车的叶片和增速器的装配模型,根据动态行为模拟叶片的应力状态。
  • 建模方法: 变形相对较小的叶片构成RFlex (Modal method),评估应力状态,增速器由齿轮,轴承和柔性体组合进行建模来考虑弹性变形。

MFBD Solution



MFBD解决方案是使RecurDyn的MFBD易于使用并有效利用MFBD仿真结果的解决方案。

利用RecurDyn的自主开发的Mesher AutoMesh功能可以将MBD模型轻松的转换为MFBD模型,利用RecurDyn/Durability可以通过MFBD仿真结果进行耐久性仿真。另外,MFBD技术被应用于RecurDyn/MTT3D, RecurDyn/Belt等各种工具箱,以提供更多的解决方案。


MFBD中的建模与仿真过程

2BOaduK4gpJuZgqVeHhb7fSMDtg2sTKo.jpeg