什么是剛體部件(rigid part)?它有何優(yōu)點(diǎn)?在Part 功能模塊中可以創(chuàng)建哪些類型的剛體部件?

如果模型中某個(gè)部件的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他部件，其變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他部件，就可以將其定義為剛體部件。在分析過程中剛體部件不發(fā)生變形(即整個(gè)部件上各點(diǎn)之間的距離保持不變)，而只發(fā)生整體的平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。

剛體部件是一個(gè)相對(duì)的概念，例如在沖壓、軋制等金屬成形分析中，模具或軋輥的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于坯料，如果模具或軋輥本身的應(yīng)力和變形不是所關(guān)心的對(duì)象，就可以將其定義為剛體部件。

由于剛體部件只發(fā)生整體的平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，因此可以用一個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況來控制整個(gè)剛體的運(yùn)動(dòng)情況，這個(gè)點(diǎn)即剛體參考點(diǎn)(rigidpartreferencepoint)。創(chuàng)建剛體部件時(shí)，需要為其定義剛體參考點(diǎn)(單擊菜單Tools->ReferencePoint)，剛體部件上的所有邊界條件和載荷都要施加在這個(gè)剛體參考點(diǎn)上。

與變形體部件相比，剛體部件最大的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算效率高。在分析作業(yè)運(yùn)行過程中，剛體部件不參與所有基于單元的計(jì)算，例如生成單元?jiǎng)偠染仃?、單元質(zhì)量矩陣、總體剛度矩陣等)，因此可以節(jié)省大量的分析時(shí)間。另外，在接觸分析中，如果接觸對(duì)的主面是剛體部件的面，分析就更容易收斂。

在Part功能模塊中可以創(chuàng)建兩種類型的剛體部件，分別如下。

1) 離散剛體部件(discreterigidpart):離散剛體部件可以是任意的幾何形狀，可以為其添加Part功能模塊中的各種特征(如，單擊菜單Shape-Solid、Cut或Blend)。2)解析剛體部件(analyticalrigid pant):解析剛體部件只能是較簡(jiǎn)單的幾何形狀，其計(jì)算代價(jià)比離散剛體部件小。在接觸分析中，解析剛體部件的形狀應(yīng)該是光滑的(各個(gè)相交的面或線都必須是相切的)。選擇剛體部件的類型時(shí)，應(yīng)盡量采用解析剛體部件。如果部件的幾何形狀較復(fù)雜，或者是從第三方軟件中導(dǎo)人的部件，則無法直接創(chuàng)建解析剛體部件，這時(shí)可以選用以下兩種方法。

2）創(chuàng)建離散剛體部件。在Mesh功能模塊中為離散剛體部件設(shè)定單元類型時(shí)，必須使用剛體單元，而剛體單元只有殼單元和線單元兩種類型。如果離散剛體部件的類型是三維實(shí)體(solid)，則需要首先在Part功能模塊中將其轉(zhuǎn)化為殼體部件(單擊菜單Shape→Shell-From Solid)，或者采用下面的第2)種方法。

3）創(chuàng)建變形體部件(deformablepart)，然后在Interaction 模塊中為其施加剛體約束(rigid body constraint)或顯示體約束(displaybodyconstraint)。相關(guān)內(nèi)容的詳細(xì)介紹，請(qǐng)參見本書第3.3.2節(jié)“剛體部件、剛體約束和顯示體約束”。

對(duì)于剛體部件，還需要注意下列問題:

1）由于剛體部件不會(huì)發(fā)生變形，因此無需為解析剛體部件和離散剛體部件定義截面和

材料屬性。

2）解析剛體部件和離散剛體部件都需要定義剛體參考點(diǎn)。參考點(diǎn)的位置會(huì)影響剛體所受的彎矩和可能發(fā)生的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此對(duì)于動(dòng)力分析，如果考慮了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)模型的影響，在定義轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)必須合理設(shè)定剛體參考點(diǎn)的位置。

3）為剛體部件定義面時(shí)(單擊萊單Tools→Surface一Create)，需要指定面位于剛體的哪一側(cè)(在接觸分析中必須選擇發(fā)生接觸的一側(cè))。

4）可以根據(jù)需要轉(zhuǎn)換部件的類型，解析剛體部件可以轉(zhuǎn)換為變形體部件或離散剛體部件，變形體部件可以轉(zhuǎn)換為離散剛體部件，具體方法是:在模型樹下選擇需要轉(zhuǎn)換的部件，單擊鼠標(biāo)右鍵，單擊Edit，在如圖3-7所示的對(duì)話框中選擇需要轉(zhuǎn)換的類型。

為縮短計(jì)算時(shí)間，在對(duì)一個(gè)復(fù)雜模型提交分析之前，可以首先將部件定義為剛體部件，得到初步的分析結(jié)果。在確認(rèn)模型參數(shù)的正確性之后，再把剛體部件改為變形體部件。

提示：不能將變形體部件或離散剛體部件轉(zhuǎn)換為解析剛體部件，否則將會(huì)出現(xiàn)如圖3-8所示的提示信息。

圖3-7 轉(zhuǎn)換部件的類型

圖3-8 將交形體部件或離散剛體部件轉(zhuǎn)換為解析剛體部件時(shí)的提示信息

（內(nèi)容、圖片來源：《ABAQUS有限元分析常見問題解答》，侵刪）

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