建立刚-柔耦合混合动力学模型

2023-06-15 百科知识版权反馈

【摘要】：可采用有限元柔性体方法，使用有限元软件ANSYS生成包含构件几何、质量和模态信息的模态中性文件，再通过ADAMS/Flex接口读入ADAMS/View中建立柔性体，进而得到断路器的刚柔耦合混合动力学模型。在ADAMS软件中设置柔性体的参数并添加相关约束，可以得到框架断路器的刚柔耦合混合动力学模型。由于框架断路器机构复杂，零部件很多，因此仿真中分别以上连杆、打击杆和轴销为柔性体建立框架断路器的刚柔耦合分析模型，如图3-5所示。

断路器刚体动力学模型在机构运动过程中不会发生形变，而实际断路器操作机构中的零部件具有弹性，零部件作绕固定坐标系运动的同时，也作相对自身局部坐标系作弹性变形运动——部件具有柔性体的特性。在断路器运动学分析中，考虑柔性体的影响能够更精确地模拟整个系统的运动特性，并且能够得到柔性体在机构运动过程中的应力应变分布，方便断路器操作机构的强度校核与疲劳分析。

ADAMS软件为虚拟样机的几何建模提供了4种类型的几何体：刚性形体、柔性形体、点质量和地基形体。柔性体的生成方法又分为3种：离散梁方法、有限元柔性体（FLEX）方法、自动柔性体（AutoFlex）方法。离散梁方法是将一个构件离散成为多段刚性构件，再使用柔性梁连接，通过多段刚性构件的相对运动模拟变形，其实质仍然是刚性体，而不是真正的柔性体；有限元柔性体（FLEX）方法采用有限元分析软件对构件进行网格剖分与模态计算，生成包含有构件的几何、质量和模态信息的模态中性（*.MNF）文件，再通过AD-AMS/Flex接口读入ADAMS/View中建立柔性体；自动柔性体（AutoFlex）方法是利用AD-AMS/AutoFlex模块，直接在ADAMS/View中建立柔性体的模态中性（*.MNF）文件，然后再用柔性体代替原来的刚性体，这种方法不容易控制网格的剖分，只适用于创建几何结构简单的柔性体。

可采用有限元柔性体（FLEX）方法，使用有限元软件ANSYS生成包含构件几何、质量和模态信息的模态中性文件，再通过ADAMS/Flex接口读入ADAMS/View中建立柔性体，进而得到断路器的刚柔耦合混合动力学模型。框架断路器操作机构部分主要零部件装配后的模型如图3-3所示，本部分通过建立上连杆、打击杆和轴销的模态中性文件，从而创建框架断路器的刚柔耦合仿真分析模型。

图3-3 框架断路器操作机构部分模型

图3-4为该框架断路器操作机构中上连杆、打击杆和轴销的有限元模型。上连杆通过A点与上连杆轴固定，通过B点与连杆连接轴旋转，通过C点与上连杆限位轴固定；打击杆通过D、E点与储能杆固定，通过F、G点与轴销建立拉簧约束；轴销通过H、I点与打击杆建立拉簧约束，通过J、K点与下连杆旋转，通过L点与跳扣固定。图中的深色区域表示了刚性连接点与接触面上节点之间的刚性连接区域。

图3-4 框架断路器操作机构中主要构件的有限元模型

a）上连杆 b）打击杆 c）轴销

使用ANSYS有限元软件生成上连杆、打击杆和轴销的模态中性文件（*.mnf），进一步通过ADAMS/Flex模块读入由ANSYS有限元软件创建的模态中性文件，生成柔性体。在ADAMS软件中设置柔性体的参数并添加相关约束，可以得到框架断路器的刚柔耦合混合动力学模型。由于框架断路器机构复杂，零部件很多，因此仿真中分别以上连杆、打击杆和轴销为柔性体建立框架断路器的刚柔耦合分析模型，如图3-5所示。

建立刚-柔耦合混合动力学模型

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