Ansys Motion與Rocky雙向耦合聯(lián)合仿真解決方案

1

前言

AnsysMotion 是基于柔性多體動力學(xué)的新一代工程解決方案仿真軟件，能夠在統(tǒng)一的求解器系統(tǒng)中快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行剛?cè)?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/耦合/" target="_blank">耦合多體動力學(xué)分析。緊密集成的多體和結(jié)構(gòu)求解器，能為剛體運(yùn)動與變形的一系列耦合問題提供高精度求解。在許多工業(yè)應(yīng)用的設(shè)計(jì)流程中，常被應(yīng)用于系統(tǒng)運(yùn)動性能分析、應(yīng)力安全分析、振動分析和疲勞分析等。最新版本Motion已經(jīng)集成到Ansys Workbench中，通過與Ansys Mechanical、Rocky、Maxwell、Acoustics 、Sound和Matlab等軟件相結(jié)合，用戶可以輕松的將多物理場擴(kuò)寬到柔性多體動力學(xué)領(lǐng)域。

Ansys Rocky是一款基于離散元模擬（DEM）的仿真軟件，可以快速分析和評估各行各業(yè)與顆粒運(yùn)動相關(guān)的問題，在粒子動力學(xué)（Particle Dynamics）仿真行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用，可以幫助工業(yè)及科研客戶解決與大規(guī)模顆粒流動相關(guān)的物料運(yùn)輸、分離效率預(yù)測、礦石破碎、預(yù)測設(shè)備磨損等諸多的問題。

本文將介紹AnsysMotion與Rocky聯(lián)合仿真在各行業(yè)中的應(yīng)用案例，重點(diǎn)介紹實(shí)現(xiàn)Motion和Rocky仿真數(shù)據(jù)雙向耦合的方法。

2

Ansys Motion與Rocky聯(lián)合仿真應(yīng)用案例

Ansys Motion強(qiáng)大的剛?cè)狁詈隙囿w動力學(xué)仿真功能，以及Rocky DEM在粒子動力學(xué)仿真領(lǐng)域出色仿真能力，兩款軟件的聯(lián)合仿真，可以求解顆粒與幾何體之間、幾何體與幾何體之間的相互作用力，評估設(shè)備運(yùn)動部件在特定工況下的應(yīng)力和變形，同時支持定義常規(guī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動約束，以及復(fù)雜的嵌套和鏈?zhǔn)竭\(yùn)動。

Ansys Motion和Rocky聯(lián)合仿真廣泛應(yīng)用在傳統(tǒng)行業(yè)和新興行業(yè)中，例如農(nóng)業(yè)和重工業(yè)、采礦和礦物加工、生物制藥、消費(fèi)品、過程工程工業(yè)、油氣等。

聯(lián)合仿真應(yīng)用案例：

（1）模擬挖掘機(jī)采礦過程

（2）模擬礦石運(yùn)輸車轉(zhuǎn)彎時車輛動態(tài)特性

（3）模擬雪地車在雪中運(yùn)動的場景

（4）生物醫(yī)藥行業(yè)模擬藥瓶裝填藥品和在輸送帶上運(yùn)動的過程。

（5）研磨設(shè)備模擬顆粒研磨破碎的過程

（6）拖拉機(jī)在復(fù)雜路面的運(yùn)動仿真

（7）自動卸貨卡車卸載不同材質(zhì)礦石過程

3

Motion與Rocky雙向耦合聯(lián)合仿真的操作流程

本文以挖掘機(jī)模型為例，介紹Motion和Rocky仿真數(shù)據(jù)雙向耦合具體操作方法。

3.1 軟件要求：

1）安裝Ansys motion2022R2或更高版本，以及支持motion的Rocky軟件；

2）Motion需要安裝在其他Ansys 2022R2產(chǎn)品相同的文件路徑中。（提示：在Ansys 2023R1最新版中motion已經(jīng)包含在結(jié)構(gòu)主程序中，可在安裝時可選擇安裝motion模塊，取消了此前的motion單獨(dú)安裝包）；

3）下載和安裝Rocky-Motion-coupling插件，在Motion和Rocky中安裝用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪K；

4）Motion和Rocky有效的license；

3.2 Ansys Motion中耦合設(shè)定

1.在motion中導(dǎo)入挖掘機(jī)幾何模型，

2.在文件屬性窗口定義重力方向，定義部件材料。

3.設(shè)置邊界條件，添加部件間運(yùn)動副，定義運(yùn)動函數(shù)。

4. 在Motion求解設(shè)置中設(shè)置仿真時間。

注意：在Ansys Motion耦合仿真停止后，可能無法在Rocky中恢復(fù)、擴(kuò)展或重新啟動，所以為了保證后面Rocky仿真求解順利進(jìn)行，Motion中設(shè)置的仿真時間要比Rocky中仿真時間長。

5. 在Motion/Co-Simulator/Rocky Coupling中設(shè)置Output和Input耦合參數(shù)，然后導(dǎo)出FMU文件

3.3 Ansys Rocky的耦合設(shè)定

1.啟用Rocky中的Ansys Motion耦合模塊，并啟用邊界相關(guān)碰撞數(shù)據(jù)的收集，按下表設(shè)置相關(guān)參數(shù)。

2.在Rocky中導(dǎo)入上一步Motion輸出FMU文件，輸入運(yùn)動和幾何結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)需要可以繼續(xù)不細(xì)化部件網(wǎng)格，同時用STL文件形式導(dǎo)入地面和凹坑幾何圖形。相關(guān)設(shè)置參考下表。

3.參考下表進(jìn)行材料設(shè)定；

4.創(chuàng)建一個具有一些附加滾動阻力的球形粒子組，設(shè)置參考下表；

5.Rocky中耦合仿真的過程和后處理

1）在solver中點(diǎn)擊start開始求解，注意在仿真求解過程中，請勿取消或停止求解，否則，可能無法回復(fù)耦合仿真。

2）后處理中，可以分析鏟斗組件上粒子力，繪制Y方向上的瞬時力，添加力分析-曲線，如下圖所示，結(jié)果顯示，在地面挖掘階段（1-3 s），鏟斗表面上的顆粒反作用力以及卸載階段所挖掘材料的重量。

3）應(yīng)力分析，在三維視圖窗口查看鏟斗幾何體上的應(yīng)力，使用時間滑塊更改鏟斗主動鏟起時的輸出（例如，如圖所示的3秒），該分析顯示了顆粒與鏟斗幾何結(jié)構(gòu)之間的相互作用所導(dǎo)致的剪切應(yīng)力，因此確定了易磨損區(qū)域。此外，通過在鏟斗上創(chuàng)建時間統(tǒng)計(jì)屬性，然后繪制磨損輪廓，可以進(jìn)行進(jìn)一步分析。

4

總結(jié)

本文主要介紹AnsysMotion和Rocky聯(lián)合仿真在相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用案例，以及大家比較關(guān)心的如何實(shí)現(xiàn)Motion和Rocky仿真數(shù)據(jù)的雙向耦合，具體操作流程以上做了介紹。

審核編輯 ：李倩