Workbench曲柄滑块机构刚柔耦合

曲柄滑块机构广泛应用于工业领域，若想要节省计算时间，并且只关心连杆的受力情况，便可以采用刚柔耦合的方法，本节通过曲柄滑块机构具体介绍刚柔耦合分析方法。

一、有限元仿真流程

◑1-1.前处理

1-1-1.几何模型构建

1-1-2.材料定义

1-1-3.有限元系统模型构建

◑1-2.求解

1-2-1.加载条件/边界条件

1-2-2.求解设置

1-2-3大变形开关

◑1-3.后处理

1-3-1.查看结果

1-3-2.评估结果

1-3-3.修正结果

二、前处理

2.1几何模型的构建

打开ANSYS Workbench 2020 R2界面，在左侧工具箱(Toolbox)中的分析系统(Analysis Systems)中双击瞬态动力学(Transient Dynamics)创建瞬态动力学工程项目。双击【Geometry】单元进入Design Modeler界面，点击菜单栏中的【File】，选择【Import External Geometry File…】，找到模型所在的路径，选择相对应的模型导入，点击【Generate】生成，便得到如图1所示的模型。

图1 模型导入

2.2材料的定义

材料采用默认的结构钢，不需要重新进行定义。

2.3构建有限元系统模型

构建有限元系统模型主要包括7要素，如图2所示。

图2 七要素

具体流程及操作步骤如图3所示。

图3 操作流程

2.3.1判断刚柔性：连杆为默认柔性体，将曲柄和滑块修改为刚性体。

2.3.2删除已有接触

2.3.3第一次网格划分：如图4所示。

图4 第一次网格划分

2.3.4材料赋予：采用默认结构钢。

2.3.5连接关系设定：创建曲柄与地面之间的转动副、曲柄与连杆之间的转动副、连杆与滑块之间的转动副、滑块与地面之间的移动副，如图5所示。

图5 连接关系的建立

2.3.6最终网格划分如图6所示。

图6 最终网格划分

三、求解

3.1设定边界条件

对连杆与地面的转动副添加关节载荷，采用转速的方式进行驱动，转速为0-0.5rad/s，如图7所示。

图7 施加驱动

3.2求解设置

关掉自动时间控制，将步长控制改为子步，并输入25，如图8所示。

图8 求解设置

3.3大变形开关

大变形开关保持默认即可。

四、后处理

4.1 变形结果

位移云图如图9所示。

图9 位移云图

4.2应力结果

应力云图如图10所示。

图10 应力云图