ANSYS apdl命令流瞬态动力学分析案例5--------凸轮从动件运动分析

问题描述

图1所示为一对心直动尖底从动件盘形凸轮机构,从动件位移s随时间的变化情况如图2所示。 由于我们已经知道了从动件的变化规律（凸轮就是这个作用 ），所以只需将描述的位移变化加载到从动件上即可，而不用考虑凸轮的转动，只需对从动件建模分析就可以了。

图1凸轮机构

图2从动件位移变化

一、命令分解

1.选择单元和材料属性

/clear,start !清除内容并从新开始 /prep7 !进入前处理 !=====单元＆材料====== et,1,plane42 !平面单元42 et,2,solid95 !实体单元95 mp,ex,1,2e11 !材料1的弹性模量 mp,prxy,1,0.3 !材料1的泊松比 mp,dens,1,7800 !材料1的密度

选择这两个单元的原因：
1.我们重点分析的是从动件的位移变化，理论上只要单元包含位移自由度的单元都可以，比如solid95的退化单元solid45。
2.选择plane42，是为了更好的控制网格划分，实体网格划分后会将其删除。当然也可以直接建立实体模型，然后直接划分实体网格。

2.建立模型和划分网格

（1）建立模型、划分面网格

k,1,0,0,0 k,2,0.015,0.01,0 k,3,0.015,0.1,0 k,4,0,0.1,0 !建立四个关键点 lstr,1,2 lstr,2,3 lstr,3,4 lstr,4,1 !将关键点连成线 al,all !根据线生成面 lesize,1,,,6 lesize,3,,,6 lesize,2,,,20 !设置线的节点个数，通过这些调整网格粗细 aatt,1,1,1 !给所选择的面设置单元属性 mshape,0 !划分单元形状为四边形 mshkey,1 !采用映射网格划分 amesh,all !划分面网格

（2）划分体网格

type,2 !选择单元类型编号为2的单元进行划分，即solid95 extopt,esize,6 !由面单元生成体单元，体生成或扫掠方向上单元单元分割数量 extopt,aclear,1 !由面单元生成体单元后，删除面单元 vrotat,1,,,,,,1,4,360 !将面绕关键点1、4的连线旋转 wprota,0,-90 !将工作平面旋转 cswpla,11,1 !在工作平面原点处定义一个编号11的局部坐标系 asel,s,,,3,15,4 !选择面3、7、11、15 nsla,s,1 !选择面中的节点 nrotat,all !旋转节点坐标系与激活坐标系平行 finish !退出前处理

1.划分面网格时，单元属性设置用的是aatt,实体网格单元属性用的是type。我想说这两种都可以。具体可见 单元属性的设置
2.网格划分没问题的话，就略过。如果不理解网格划分步骤，就戳一下网格划分

3.施加载荷

/solu !进入求解器 d,all,ux !将x方向位移约束为0 allsel,all !选择所有单元节点 antype,trans !选择瞬态分析 outres,all,all !输出结果控制 fk,4,fy,-1000 !在关键点4处施加y负向力1000N time,10 !第一个载荷步，结束时间10s autots,on !打开自动时间步 deltim,0.5 !子步的开始时间为0.5s kbc,0 !载荷步为递增方式 dk,1,uy,0.02 !关键点1此时的位移为0.02m lswrite,1 !将载荷和载荷步信息写到编号为1的载荷步文件中 time,20 !第二个载荷步，结束时间20s lswrite,2 time,35 !第三个载荷步，结束时间30s dk,1,uy,0 !此时关键点1的位移为0 lswrite,3 time,45 !第四个载荷步，结束时间为45s lswrite,4 lssolve,1,4,1 !将1~4的载荷步文件读入并求解 finish !退出求解器

1.对于载荷步设置，及递增方式有疑问的可以参考这篇文章：戳一下
2.在施加载荷时弹出的提示：
（Both solid model and finite element model boundary conditions have been applied to thismodel.As solid loads are transferred to thenodes or elements，they can overwrite directlyapplied loads.）
（该模型采用了实体模型和有限元模型边界条件。当固体载荷转移到节点或单元时，它们可以覆盖直接施加的载荷。）
意思是施加在几何模型上的载荷，会覆盖对应节点上的载荷，这也是我们所需要的。因为，我们施加的载荷在关键点上，而求解读取的是节点上的载荷，所以需要它覆盖到对应的节点上。

4.后处理

/post26 !进入时间历程后处理 nsol,2,1,u,y,uy !节点1在y方向上的位移变量参考号为2 deriv,3,2,1 !编号2的变量对编号1的变量求微分，并把结果命名为3 deriv,4,3,1 !编号3的变量对编号1的变量求微分，并把结果命名为4 plvar,2,3,4 !用图表显示编号2、3、4的变量

deriv命令的含义
使用功能:对变量进行微分运算。
使用格式:DERIV,IR,IY,Ix,–,Nane , --,–,FACTA
其中，IR:赋给结果变量的任意编号。如果这个编号与已指定的变量相同，以前定义的变量将会被覆盖。
IY ,IX:参与运算的变量参考编号，即IY对IX求导。

5.完整命令

/clear,start /prep7 !=====单元＆材料====== et,1,plane42 et,2,solid95 mp,ex,1,2e11 mp,prxy,1,0.3 mp,dens,1,7800 !======建模和网格====== k,1,0,0,0 k,2,0.015,0.01,0 k,3,0.015,0.1,0 k,4,0,0.1,0 lstr,1,2 lstr,2,3 lstr,3,4 lstr,4,1 al,all lesize,1,,,6 lesize,3,,,6 lesize,2,,,20 aatt,1,1,1 mshape,0 mshkey,1 amesh,all type,2 extopt,esize,6 extopt,aclear,1 vrotat,1,,,,,,1,4,360 wprot,0,-90 cswpla,11,1 asel,s,,,3,15,4 nsla,s,1 nrotat,all !旋转节点坐标系与激活坐标系平行 finish !======求解====== /solu d,all,ux allsel,all antype,trans outres,all,all fk,4,fy,-1000 time,10 !第一个载荷步 autots,on deltim,0.5 kbc,0 dk,1,uy,0.02 lswrite,1 time,20 !第二个载荷步 lswrite,2 time,35 !第三个载荷步 dk,1,uy,0 lswrite,3 time,45 !第四个载荷步 lswrite,4 lssolve,1,4,1 save finish !====时间历程后处理==== /post26 nsol,2,1,u,y,uy !节点1在y方向上的位移变量参考号为2 deriv,3,2,1 !编号2的变量对编号1的变量求微分，并把结果命名为3 deriv,4,3,1 !编号3的变量对编号1的变量求微分，并把结果命名为4 plvar,2,3,4 !显示编号为2、3、4的变量

总结

这个案例与平常的瞬态分析不同的是，它使用的是载荷步文件法求解，优势是它可以清楚的描绘载荷的变化过程。可以作为其它载荷变化的参考。