设计仿真 | 深入解析Adams的直接柔性化功能:ViewFlex

ViewFlex功能特点
多体动力学软件集成有限元功能已经是当前多体仿真的典型应用场景,Adams早在2005版本中就已经发展了自动柔性化功能Adams/AutoFlex。进入2012年在AutoFlex基础上,直接柔性化功能Adams/ViewFlex推出并发展至今,方便了工程师进行刚柔耦合模型创建,并聚焦于分析过程中不断更新柔性体的应用需求,统一环境无需额外的有限元软件,极大降低更新过程所需的软件、人员的配合,提升了迭代效率。
ViewFlex功能本质上是将MSC Nastran SOL103的对应功能嵌入Adams环境中,利用网格划分以及外联点定义的模板程序,辅助工程师更为快速地实现柔性体生成、外联点多点约束定义、运动副替换等工作,不需要工程师具备深厚的有限元功底,即可高效地完成刚柔耦合模型的创建。具体使用时有三类方式,Extrusion、Geometry和Import Mesh,这里以一个简易的起落架收放模型为例展开说明。
图1 起落架收放模型
Extrusion方法
在上述起落架模型中,灰色WingFrame部件与大地固结,作动筒Retract Sleeve与WingFrame转动副连接,在仿真模型中可以这样理想处理,但实际工程中两者之间有销轴连接,我们使用Extrusion方法创建该销轴。实际的拓扑关系变为,销轴与灰色WingFrame部件固结,作动筒Retract Sleeve与销轴之间定义转动副。
基于Extrusion方法创建销轴柔性体,需要点击Ribbon菜单中的ViewFlex按钮,如下图所示:
图2 导入网格设置
然后进行,中线、截面、网格属性和外联点等参数的指定。其中,中线往往通过两个点确定,可选择不同的插值方式;截面可以选择椭圆类型或自定义类型,椭圆类型的需要指定两个正交轴的半径长度;网格属性,主要是单元类型,可以是壳或实体,另外单元大小允许指定,结果中是否包含应力应变信息允许选定;外联点,主要是利用提供的方式标定RBE2或RBE3。最终完成下图所示的销轴柔性体,本例选择了销轴上的两个点,给定的截面为圆形,构建了一个柔性圆柱体描述销轴。
图3 基于Extrusion方式生成的柔性销轴部件
Geometry方法
该方法是较为常用的,将刚体对应的几何体利用ViewFlex功能转变为柔性体,主要分为两步:网格属性和外联点定义。需要注意的是,使用ViewFlex进行直接柔性化需要对应的部件上有约束存在,对于一些特殊情况,可以借助虚物体过渡实现。针对起落架收放模型中的红色部件upper_link展开直接柔性化工作,并且进行柔性体的更改与更新操作。
图4 基于Geometry方式生成的柔性体部件模态振型
创建一个测量,描述柔性体变形程度,其中13240为upper_link上部与作动杆相连的节点,13238为upper_link下部与绿色下连杆相连的节点,54.5为两个节点初始时的距离。因此,当两个测量点产生不同于初始54.5的位移时,其差值可以简单看成其变形量。
图5 柔性体变形量函数测量定义
本模型对upper_link的上部圆柱部分的半径进行了修改,从10mm变为了20mm。原来的upper_link刚体部件的几何完全由Adams创建,对于一个部件中包含的多个几何体如果要进行整个部件的柔性化,需要将其布尔运算成一个体后再进行。这里单独修改了上部圆柱半径,就是来回了两次柔性化流程,在当前版本中,一个刚体转变为柔体,直接点击右键菜单中的Make Flexible(ViewFlex)就进入了直接柔性化环节。
图6 刚体和柔体相互转换右键快捷方法
完成柔性化后,原有的刚体部件并不会删除,而是抑制和隐藏掉;如果要将柔性体再次转变为刚体,可以直接在柔性部件上右键,上图所示,Make Rigid(Original Geometry)这样就可回到初始的刚体状态。此时,修改圆柱的半径,然后,重复直接柔性化的流程,即可完成期望的快速修改和更新的工作。
图7 左侧半径为10mm,右侧半径为20mm的upper_link柔性体
图8 转轴半径10mm和20mm时柔性体变形量约为0.65cm和0.35cm
由于本机构的特点,对于upper_link部件来说上部转轴是载荷较大的位置,如果转轴半径过细会有较大的变形这个从工程角度是不允许的,因此,需要增大其半径将变形量控制在合理范围内。
当然,如果生成MNF流程中勾选了应力或应变的计算,在结果中可以利用Adams/Durability在后处理中查看相应结果,如下所示:
图9 应力云图结果查看
通过上述,可以看到在快速修改与更新过程中,不需要外部有限元程序或者人员的参与,一个工程师就可以快速完成方案的更新,可以较好地提升设计或分析效率。
Import Mesh方法
该方法可以将bdf或dat文件所描述的网格信息读入到Adams中,直接辅助于Viewflex流程完成所需柔性体的创建。
图10 导入网格设置
图11 利用导入网格方法生成的柔性体
常见问题处理
在使用ViewFlex时,有可能会遇到下属问题,有时提示许可找不到,或者在警告窗口中提示MNF的生成有问题,总之出现不能完成直接柔性化流程的问题,如下所示:
图12 直接柔性化报错形式
处理该类问题,首先需要明白Viewflex的运行机制,相比Adams的其它功能,直接柔性化功能由于涉及对MSC Nastran功能的引用,在调用该功能时,程序在不断检测许可是否存在,并且在不同阶段会有多次的许可检测,但是,如果网卡不能正常通信有可能会造成这个流程不完整,因此出现上述问题。目前有两种比较实用的方法处理该问题:第一种比较简单,可以直接安装一个虚拟机程序,目的是获得衍生出的虚拟网卡;第二种是直接设置回环网卡。
图13 虚拟机生成的VMnet1和VMnet8虚拟网卡
图14 设置的回环网卡
通过设置虚拟网卡或者回环网卡,即使是不联网的情况下,仍旧能保证ViewFlex的许可完整获取,从而确认该功能的正常使用。
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总结
直接柔性化功能在分析迭代过程中,利用其自身快速修改和更新的能力,可以有效提升工作效率,为刚柔耦合解决方案提供更加灵活的处理模式。另外,如果进一步将直接柔性化功能与脚本结合的话,还能实现仿真进行中实时切换刚体和柔体状态。当然,在应用中注意其运行机制,确保程序正常运行。

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