【精品】练习二 创建柔性体并进行刚柔耦合仿真分析

练习二创建柔性体并进行刚柔耦合仿真

本示例将练习使用FlexPrep工具创建汽车下控制臂柔性体模型，通过替换汽车前悬架模型中刚性控制臂完成汽车前悬架的刚柔耦合仿真。练习中使用的下控制臂模型如图1所示。图2显示了汽车前悬架模型.

图1下控制臂模型图2汽车前悬架模型

创建柔性控制臂模型（MV-2010）

第1步:使用FlexPrep工具

1. 练习中使用的模型均位于

\utorials\\mv_hv_hg\\mbd_modeling\\flexbodies文件夹下。

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2. 启动MotionView

在FlexTools下拉菜单中选择FlexProp,弹出FlexBodyProp对话框

图3选择FlexProp工具

3. 激活OptiStructFlexbodyGeneration,在下拉列表中选CreateOSprp(preparation)fileandgeneratetheh3dflexbody

4. 点击SelectBulkDataFile右侧的文件浏览按钮选择sla_flex_left。fem

注:在这里可以使用任何OptiStruct（fem)和Nastran（nas，dat，bdf）文件

5. 在Savethe*。h3dfileas栏中输入输出H3D文件的文件名：sla_flex_left.h3d

6. 在组件模态综合类型（ComponentModeSynthesisType)栏中选择Craig—Bampton方法7. 在指定界面节点栏中（SpecifyInterfaceNodeList）输入:4927+4979+4984

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择

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界面节点（InterfaceNode）指在多体动力学分析中机构约束或施加载荷的位置

8. 在CutoffTypeandvalue栏中选择HightestMode＃并设置最高阶数为10

注：MotionView提供了两种方法待生成的H3D文件中模型的模态信息：指定模态最高阶数和指定模态最高截止频率。

9. 激活PerformStressRecovery功能，使用这一功能，FlexPrep工具将在处理模型时计算模态应力 10. 激活PerformStrainRecovery功能，使用这一功能,FlexPrep工具将在处理模型时计算模态应变 11. PerformelementcheckinOSmode默认选择YES，即默认将检查单元质量. 12. 在指定数据单位制（SpecifyUnitsinBulkDataFile）栏中，使用下列单位：

MassUnits：Kilogram Length：Millimeter Force:Newton Time：Second

注：HyperMesh本身没有指定单位制，用户在创建柔性体时必须指定统一的单位以免产生错误的质量和转动惯量.

设置好的FlexBodyPrep对话框如图4所示：

图4FlexBodyPrep对话框

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第2步：创建RBE2连接单元（可选步骤，如果已建立完整的RBE2可不进行此步)

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该步是利用HyperMesh二次开发工具，根据用户所选孔边界上的任意一个网格节点，自动生成孔中心节点,并建立中心节点与孔边界节点RBE2单元的功能。该功能可以大大节省用户建立RBE2的时间，如果用户已经建立完整的RBE2单元可不需要进行此步。

RBE2单元通过指定主从节点来模拟节点间内在的运动关系，它通常用来模拟螺栓一类的刚性结构。如果在有限元模型存在孔特征并且希望使用孔中心节点作为界面点，此时需要将孔中心承受的载荷传递到孔壁的节点上.这种情况下，使用孔中心节点作为主节点、孔壁节点作为从节点的蛛网式RBE2单元将有效的达到这一目标。

模型sla_left_flex.fem中已经创建了三个蛛网式RBE2单元,本步中将描述使用CreateRBE2Spiders功能创建第四个蛛网式RBE2单元。

在FlexBodyPrep对话框中点击CreateRBE2Spiders按钮，此时将激活HyperMesh程序并显示包含三个按

钮的用户自定义页面，如图5所示。

图5HyperMesh用户自定义页面

注：如果用户自定义页面没有显示，用户可以通过以下方式打开： - -

在view下拉菜单中激活utilitymenu 在utilitymenu标签中点击user按钮

1. 点击Info按钮，将弹出详尽描述创建蛛网式RBE2单元过程的对话框

如图6所示，放大球铰位置处的有限元模型

图6控制臂局部视图

2. 点击Step：Superspider创建蛛网式RBE2单元，一次只能创建一个. 3. 选择孔壁处的节点并点击Proceed 4. 生成的蛛网式RBE2单元如图7所示

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图7新创建的蛛网式RBE2单元

5. 点击Step3：SaveandClose，软件将保存修改后的文件并自动抓取孔中心节点（界面点）.用户可以为

新的模型文件指定名称以便检查界面点是否已经添加到柔性体预处理文件上

如图8所示，新创建的界面点已经添加到柔性体预处理文件上.

图8FlexBodyProp面板

1. 点击OK,启动OptiStruct创建柔性体 2. 第3步:查看并检验模型

3. 在工具栏中将应用程序转换成HyperView 4. 点击LoadModel按钮点击文件浏览按钮

,弹出LoadModel面板

打开H3D柔性体文件sla_flex_left.h3d,由于模态结果包含在同一个H3D文件中，MotionView将在Loadresults栏自动使用相同的文件.

图9导入模型

5. 点击Apply，载入模型。如图10所示

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图10控制臂模型

6. 点击TransientAnimation按钮

率将显示在软件右下角

7. 再次点击TransientAnimation按钮点击动画类型选择下三角按钮

,停止模态振型动画顺序播放.

,HyperView将顺序播放柔性控制臂的模态振型动画。模态阶数以及频

，将动画类型设置为Modal。此时将播放特定模态振型动画，点击软件右

下角状态栏提示有“CMSFlexbody\"信息的区域，弹出LoadCaseandSimulationSelection对话框。

图11状态栏区域

在Simlation列表中选择Mode7,前六阶模态接近0为刚体模态.

图12工况

及模态列表

8. 点击ModalAnimation按钮9. 点击云图Coutour按钮

，查看所选模态动画。再次点击ModalAnimation按钮,停止动画. ，查看柔性体应力分布

10. 在Resulttype下拉菜单中选择Stress和vonMises 11. 在Entitywithlayers栏中选择Z1，如图13所示

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图13设置云图类型

点击Apply，显示柔性体应力云图。

图14柔性体应力云图

第4步：批处理模式下使用FlexPrep工具

上述步骤中已经创建了汽车悬架左侧控制臂,下面将在批处理模式下使用FlexPrep工具创建右侧控制臂。不同操作系统下调用FlexPrep工具的命令如下：

UNIX下:〈install_path〉/altair/scripts/flexprep

1. DOS下：〈install_path>\\io\ranslators\\bin\\WIN32\\flexprep.exe 2. 从启动菜单中激活DOS窗口 3. 使用cd命令指向工作文件夹

4. 在DOS窗口中输入以下命令：〈install_path>\\io\ranslators\\bin\\WIN32\\flexprep。exe

此时FlexPrep将后台运行，在工作文件夹将生成名为sla_flex_right.h3d的柔性体文件. 刚柔耦合仿真分析(MV-2020） 1. 第5步：替换刚性控制臂 2. 启动MotionView

3. 在MotionView菜单栏中选择Model并点击AssemblyWizard…激活装配体向导

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4. 根据表1设置创建汽车前悬架模型

表1汽车前悬架模型参数

Panel ModelType DrivelineConfiguration PrimarySystems SteeringSubsystems Springs，DampersandStabars Jounce/Reboundbumpers Labelandvarname AttachmentWizard Selection Front—endofthevehicle Defaults FrntSLAsusp（1pcLCA）andDefaultsfortherest SteeringColumn=Steeringcolumn1(notforabaqus） Defaults Defaults Defaults Compliant=Yes 5. 设置分析工况：在MotionView菜单栏中选择Analysis并点击TaskWizard，打开工况设置向导 6. 在Selectatask栏中选择StaticRideAnalysis，点击Next并点击Finish 7. 点击工具栏中Bodies图标

8. 在模型体列表中选择Lwrcontrolarm

9. 在构件Lwrcontrolarm的Properties标签中取消选择symmetricproperties复选框

激活Deformable复选框，注意到图形区模型左侧的刚性控制臂消失

图15

激活Deformable复选框

10. 点击Graphicfile栏中文件浏览按钮，在工作目录下选择图形文件sla_flex_left.h3d

H3Dfile栏中将自动使用相同的文件.此时，指定的柔性体文件将放置于模型中相应的位置

图

16指定模型文件

注：目前，大规模柔性体的使用已经相当常见。为了提高前处理效率，可以使用任意图形文件帮助显示模型，而使用柔性体h3d文件向求解器提高必要的模型信息。用户可通过CADtoH3D

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Conversion功能将用于创建柔性体的CAD模型或有限元模型转化为图形h3d文件并将此文件指定为Graphicfile。这一过程将大大提高模型前处理的效率。

点击Nodes…，弹出Nodes面板

图17Nodes面

板

11. 点击Nodes面板上FindAll按钮寻找柔性体上距离悬架模型界面点最近的点.Nodes功能用于处理柔 性体模型与悬架模型的连接问题。

注：大多数情况下，柔性体模型界面点与整体模型相应界面点会存在一定程度的偏离。点击Align按钮，MotionView将移动整体模型中的硬点到柔性体模型最近的界面点位置。如果左右硬点坐标不对称时,需要先将坐标对称属性取消，再分别点击Align按钮.，注意此操作将影响整体模型中以此点作为参考点的其他实体。当这个偏离距离大于容差时，MotionView将在柔性体模型和整体模型最近的界面点之间自动插入一个虚拟实体。

Nodes面板中的Locate按钮是进行柔性体模型重新定位的工具。在创建柔性体模型时使用的坐标系与多体模型坐标系不一致的情况下,会使用这一工具.如果柔性体模型已经处于目标位置，这一操作可以省略。

在柔性体模型界面点位置可以添加约束,而这些界面点由FlexPrep工具创建。

图18左侧柔性控制臂替换后的前悬架模型

12. 点击close关闭Nodes面板

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点击Modes按钮，弹出Modes面板.Modes面板将允许用户选择仿真过程将被激活的模态。默认情况下,

刚体模态将被抑制。同时,用户可以修改各阶模态的阻尼。

图19Modes面板

注：默认情况下，模态频率小于100Hz时,阻尼设置为1％；模态频率大于100Hz而小于1000Hz时，阻尼设置为10％；当模态频率大于1000Hz时使用临界阻尼。用户可以为各阶模态指定初始条件。 激活不同模态，仿真结果将有所不同. 13. 点击Close,关闭Modes面板

重复步骤9～16，替换右侧刚性控制臂。最终模型如图20所示

图20两侧柔性控制臂替换后的前悬架模型

14. 激活FEMInertiaProps标签，如图21所示

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图21FEMInertiaProps标签

15. 在当前会话中添加一页 16. 选择应用程序TextView

将原始sla_flex_left.fem文件导入HyperMesh中,输出控制臂质量及转动惯量信息到summary.txt文件中。

在TextView中导入summary.txt文件，如图22所示

图22控制臂质量及

转动惯量信息

注意到多体模型中柔性体的质量和转动惯量信息与原始有限元模型相应值相同。 第6步:使用MotionSolve求解前悬架刚柔耦合模型 1. 返回MotionView窗口

2. 在Tools菜单中选择CheckModel,检查前面创建的多体模型是否存在错误 3. 点击工具栏中SaveFile按钮4. 保存当前模型为sla_flex。mdl 5. 点击工具栏Run按钮

，设置仿真类型为Quasi—Static，仿真终止时间为4s。运行仿真

6. 求解结束后，点击animate按钮，查看仿真结果,如图23所示.

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图23前悬架刚柔耦合模型仿真结果

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