剛體部件的定義

[常見問題3-7]

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

[解答]如果模型中某個部件的剛度遠遠大于其他部件，其變形遠遠小于其他部件，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(即整個部件上各點之間的距離保持不變)，而只發(fā)生整體的平動或轉(zhuǎn)動。

剛體部件是一個相對的概念，例如在沖壓、軋制等金屬成形分析中，模具或軋輥的剛度遠遠大于坯料，如果模具或軋輥本身的應力和變形不是所關心的對象，就可以將其定義為剛體部件。

由于剛體部件只發(fā)生整體的平動或轉(zhuǎn)動，因此可以用一個點的運動情況來控制整個剛體的運動情況，這個點即剛體參考點 (rigid part reference point)。創(chuàng)建剛體部件時，需要為其定義剛體參考點 (單擊菜單 Tols- Reference Point)，剛體部件上的所有邊界條件和載荷都要施加在這個剛體參考點上。

與變形體部件相比，剛體部件最大的優(yōu)點是計算效率高。在分析作業(yè)運行過程中，剛體部件不參與所有基于單元的計算(例如生成單元剛度矩陣、單元質(zhì)量矩陣、總體剛度矩陣等)，因此可以節(jié)省大量的分析時間。另外，在接觸分析中，如果接觸對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(discrete rigid part):離散剛體部件可以是任意的幾形狀，可以為其添加 Part 功能模塊中的各種特征(例如，單菜單 Shape-SolidCut 或 Blend)。

2) 解析剛體部件(analytical rigid part):解析剛體部件只能是較簡單的何形狀，其計算代價比離散剛體部件小。在接觸分析中，解析剛體部件的形狀應該是光滑的(各個相交的面或線都必須是相切的)。

選擇剛體部件的類型時，應盡量采用解析剛體部件。如果部件的幾何形狀較復雜，或者是從第三方軟件中導入的部件，則無法直接創(chuàng)建解析剛體部件，這時可以選用以下兩種方

法。

1) 創(chuàng)建離散剛體部件。在 Mesh 能模中為離剛體部設定單類型時必須使用剛體單元，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體 (solid)，則需要首先在 Part 能中將其轉(zhuǎn)化為體部件 (單單 Shape Shell-From Solid)，或者采用下面的第 2)種方法。

2) 創(chuàng)建變形體部件 (deformable part)，然后在 Interaction 模塊中為其施加剛體約束(rigid body constraint) 或顯示體約束 (display body constraint)。相關內(nèi)容的詳細介紹，請參見本書第3.3.2節(jié)“剛體部件剛體約束”。

3) 為剛體部件定義面時(單擊菜單 TolsSurface-Create)，需要指定面位于剛體的哪一側 (在接觸分析中必須選擇發(fā)生接觸的一側)。

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，單擊鼠標右鍵，單擊 Edit，在如圖3-7 所示的對話框中選擇需要轉(zhuǎn)換的類型。

為縮短計算時間，在對一個復雜模型提交分析之前可以首先將部件定義為剛體部件，得到初步的分析結果在確認模型參數(shù)的正確性之后，再把剛體部件改為變形體部件。

關于剛體部件的詳細介紹，請參見 ABAQUS 6.7 幫文檔《ABAQUS/CAE User’s Manual》 第11.7 節(jié)“Modeling rigid bodies and display bodies”和第 118 節(jié)“The reference pointand point parts”。