Adams中的柔性体接触

Flex Body Contact in ADAMS

摘要

描述了采用C++求解器计算柔性体接触的方法。Fortran 求解器不支持柔性接触。3D柔性接触在MD R3这个版本中首次引进。这个版本仅支持使用solid单元的柔性体接触。MD R4版本将会支持使用shell单元的2D及3D柔性接触。

1 介绍

柔性体的接触公式是以柔性体是模态文件为基础的。基于此，通过模态叠加可以计算出仿真过程中的节点位置。探测接触区域的方法与刚性接触一样。MNF文件中的三角单元被用作是几何面。IMPACT方法用来计算接触力，然后映射到柔性体的模态空间，模态应力恢复技术可以用来显示柔性体表面的应力结果。

2 接触运动学

在所有的接触中（刚性或者柔性，2D或者3D），都需要测量几何之间的嵌入深度，将这个输入给IMPACT函数，然后输出力。柔性接触不支持POISSON方法。

在柔柔接触中，几何是由表面节点定义的。柔性体表面嵌合为三角形，这样能够使用Adams中的Rapid Geometry Engine。三角形单元的顶点就是FE 网格的节点。当柔性体发生接触，将会有交叉的体积（可能会有多个，每个单独的体积被称为incident）。有力作用的节点就是交叉体积表面的节点。交叉体积之外的节点是没有力作用的。刚柔接触更简单，因为刚体上不需要节点。

交叉体积的每个节点都进行嵌入深度的计算，并不是认为所有节点的深度都是相同的。在一个特定的交叉几何中，作用在节点上的接触法向力的方向都是相同的。这样假设是因为大多数情况确实是相同的，对于不是相同的情况，也没有去计算每个节点的法向方向。由于接触面上节点的速度比较容易计算，每个节点可能有独自的接触摩擦力。

柔性体接触（刚体接触也是）不允许自接触。Adams中的柔性体是基于线性叠加假设，通常不会有那么大的变形。Linear Limit Check可以用来检查是否超过变形假设。

当存在自接触时，需考虑模型简化或者其他技术。比如，螺旋弹簧的模拟可以将其分为多个片段。

3 接触力

在Adams中的所有力的元素中，都将分为部件I和部件J。在刚柔接触中，柔性体是部件I，在柔柔接触中，哪个部件都可以是部件I。

部件I上每个节点作用力都有个法向分量及摩擦分量。法向分量的方向都是一样的，大小可能不同。摩擦力分量可能有不同的方向及大小。

部件I上在这个incident上的力就是这个区域所有节点的力的和。这个力（相反方向）将会按照接触深度分布在部件J上。这样保证了力的大小相等及方向相反。也允许部件I及部件J上的作用节点数量不同。

对于柔性体，力是通过MFORCE作用的。对于柔柔接触，部件I与部件J都会产生MFORCE；对于刚柔接触，部件I创建了MFORCE，部件J是GFORCE。

支持ACTIVATE及DEACTIVATE。

4 应用

柔性体接触是为了用户更好的研究系统运动。柔性体的几何自动从MNF文件中获取，接触探测通过“bounding box”技术，从而不用用户考虑哪里可能会发生接触，这样使得建模非常简单。

应用案例包括滚动及滑动接触（齿轮、支柱、臂架等）。汽车里面可以考虑制动系统（全柔的制动盘、垫、爪）及板簧的建模。

用户可以进行“what-if”研究。用户可以通过将柔性体转换为刚体进行接触切换，并不需要重新指定。

5 后处理及应力恢复

XRF文件可以用老存放Node Incidents，用户可以控制是否保存Contact Incidents或者Node Incidents。可以进行接触力或者节点作用力的查看。

尽管柔性体接触使用了模态方法，并不适合详细的应力分析，但是用户可以在Adams进行应力恢复。需要注意的是模态应力恢复需要对应的模态，因此用户需要保证足够的模态，来保证准确的结果。

可以使用FEMDATA语句。FEMDATA可以从Adams中生成作用工况，从而在有限元软件中进行应力恢复。Contact Incidents（或者Node Incidents）会被写入FEMDATA。