Workbench曲柄滑塊機構剛柔耦合

曲柄滑塊機構廣泛應用於工業領域，若想要節省計算時間，並且只關心連桿的受力情況，便可以採用剛柔耦合的方法，本節透過曲柄滑塊機構具體介紹剛柔耦合分析方法。

一、有限元模擬流程

◑1-1.前處理

1-1-1。幾何模型構建

1-1-2。材料定義

1-1-3。有限元系統模型構建

◑1-2.求解

1-2-1。載入條件/邊界條件

1-2-2。求解設定

1-2-3大變形開關

◑1-3.後處理

1-3-1。檢視結果

1-3-2。評估結果

1-3-3。修正結果

二、前處理

2.1幾何模型的構建

開啟ANSYS Workbench 2020 R2介面，在左側工具箱（Toolbox）中的分析系統（Analysis Systems）中雙擊瞬態動力學（Transient Dynamics）建立瞬態動力學工程專案。雙擊【Geometry】單元進入Design Modeler介面，點選選單欄中的【File】，選擇【Import External Geometry File…】，找到模型所在的路徑，選擇相對應的模型匯入，點選【Generate】生成，便得到如圖1所示的模型。

圖1 模型匯入

2.2材料的定義

材料採用預設的結構鋼，不需要重新進行定義。

2.3構建有限元系統模型

構建有限元系統模型主要包括7要素，如圖2所示。

圖2 七要素

具體流程及操作步驟如圖3所示。

圖3 操作流程

2.3.1判斷剛柔性

：連桿為預設柔性體，將曲柄和滑塊修改為剛性體。

2.3.2刪除已有接觸

2.3.3第一次網格劃分

：如圖4所示。

圖4 第一次網格劃分

2.3.4材料賦予

：採用預設結構鋼。

2.3.5連線關係設定

：建立曲柄與地面之間的轉動副、曲柄與連桿之間的轉動副、連桿與滑塊之間的轉動副、滑塊與地面之間的移動副，如圖5所示。

圖5 連線關係的建立

2.3.6最終網格劃分

如圖6所示。

圖6 最終網格劃分

三、求解

3.1設定邊界條件

對連桿與地面的轉動副新增關節載荷，採用轉速的方式進行驅動，轉速為0-0。5rad/s，如圖7所示。

4.2應力結果

3.2求解設定

關掉自動時間控制，將步長控制改為子步，並輸入25，如圖8所示。

圖8 求解設定

3.3大變形開關

大變形開關保持預設即可。

四、後處理

4.1 變形結果

位移雲圖如圖9所示。

圖9 位移雲圖

4.2應力結果

應力雲圖如圖10所示。

圖10 應力雲圖