剛體部件的定義

[常見(jiàn)問(wèn)題3-7]

什么是剛體部件 (rigid part)?.它有何優(yōu)點(diǎn)?在 Part 功能模塊中可以創(chuàng)建哪些類型的剛體部件?

[解答]如果模型中某個(gè)部件的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他部件，其變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他部件，就可以將其定義為剛體部件。在分析過(guò)程中剛體部件不發(fā)生變形(即整個(gè)部件上各點(diǎn)之間的距離保持不變)，而只發(fā)生整體的平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。

剛體部件是一個(gè)相對(duì)的概念，例如在沖壓、軋制等金屬成形分析中，模具或軋輥的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于坯料，如果模具或軋輥本身的應(yīng)力和變形不是所關(guān)心的對(duì)象，就可以將其定義為剛體部件。

由于剛體部件只發(fā)生整體的平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，因此可以用一個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況來(lái)控制整個(gè)剛體的運(yùn)動(dòng)情況，這個(gè)點(diǎn)即剛體參考點(diǎn) (rigid part reference point)。創(chuàng)建剛體部件時(shí)，需要為其定義剛體參考點(diǎn) (單擊菜單 Tols- Reference Point)，剛體部件上的所有邊界條件和載荷都要施加在這個(gè)剛體參考點(diǎn)上。

與變形體部件相比，剛體部件最大的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算效率高。在分析作業(yè)運(yùn)行過(guò)程中，剛體部件不參與所有基于單元的計(jì)算(例如生成單元?jiǎng)偠染仃?、單元質(zhì)量矩陣、總體剛度矩陣等)，因此可以節(jié)省大量的分析時(shí)間。另外，在接觸分析中，如果接觸對(duì)的主面是剛體部件的面，分析就更容易收斂。

在 Part 功能模塊中可以創(chuàng)建兩種類型的剛體部件，分別如下。

1) 離散剛體部件(discrete rigid part):離散剛體部件可以是任意的幾形狀，可以為其添加 Part 功能模塊中的各種特征(例如，單菜單 Shape-SolidCut 或 Blend)。

2) 解析剛體部件(analytical rigid part):解析剛體部件只能是較簡(jiǎn)單的何形狀，其計(jì)算代價(jià)比離散剛體部件小。在接觸分析中，解析剛體部件的形狀應(yīng)該是光滑的(各個(gè)相交的面或線都必須是相切的)。

選擇剛體部件的類型時(shí)，應(yīng)盡量采用解析剛體部件。如果部件的幾何形狀較復(fù)雜，或者是從第三方軟件中導(dǎo)入的部件，則無(wú)法直接創(chuàng)建解析剛體部件，這時(shí)可以選用以下兩種方

法。

1) 創(chuàng)建離散剛體部件。在 Mesh 能模中為離剛體部設(shè)定單類型時(shí)必須使用剛體單元，而剛體單元只有殼單元和線單元兩種類型。如果離散剛體部件的類型是三維實(shí)體 (solid)，則需要首先在 Part 能中將其轉(zhuǎn)化為體部件 (單單 Shape Shell-From Solid)，或者采用下面的第 2)種方法。

2) 創(chuàng)建變形體部件 (deformable part)，然后在 Interaction 模塊中為其施加剛體約束(rigid body constraint) 或顯示體約束 (display body constraint)。相關(guān)內(nèi)容的詳細(xì)介紹，請(qǐng)參見(jiàn)本書(shū)第3.3.2節(jié)“剛體部件剛體約束”。

3) 為剛體部件定義面時(shí)(單擊菜單 TolsSurface-Create)，需要指定面位于剛體的哪一側(cè) (在接觸分析中必須選擇發(fā)生接觸的一側(cè))。

4) 可以根據(jù)需要轉(zhuǎn)換部件的類型，解析剛體部件可以轉(zhuǎn)換為變形體部件或離散剛體部件，變形體部件可以轉(zhuǎn)換為離散剛體部件，具體方法是:在模型樹(shù)下選擇需要轉(zhuǎn)換的部件，單擊鼠標(biāo)右鍵，單擊 Edit，在如圖3-7 所示的對(duì)話框中選擇需要轉(zhuǎn)換的類型。

為縮短計(jì)算時(shí)間，在對(duì)一個(gè)復(fù)雜模型提交分析之前可以首先將部件定義為剛體部件，得到初步的分析結(jié)果在確認(rèn)模型參數(shù)的正確性之后，再把剛體部件改為變形體部件。

關(guān)于剛體部件的詳細(xì)介紹，請(qǐng)參見(jiàn) ABAQUS 6.7 幫文檔《ABAQUS/CAE User’s Manual》 第11.7 節(jié)“Modeling rigid bodies and display bodies”和第 118 節(jié)“The reference pointand point parts”。