Remote point是ANSYS mechanical中的一種常見節點自由度耦合建模形式,在轉動裝配體中的連接轉動副、或者在施加遠端約束及遠端載荷的時候,我們經常用到遠端單元來耦合一個面或者一條線。例如銷軸似的滾動摩擦連接,如果我們希望將兩個物體通過轉動副進行鉸接,并在鉸接部位施加轉矩;或者希望僅釋放某個圓環面的旋轉自由度時,均可能用到遠端點約束,如下所示:
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?圖1?旋轉副連接并施加扭矩
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圖2 遠端約束
mechanical中的遠端單元類似于一些其它同類軟件中常用的RBE2、RBE3單元。遠端單元在mechanical中的建立方式如下圖所示,非常便捷,創建后僅需要選擇需要耦合的面或者需要耦合的線即可:
圖3?遠端單元創建
圖4?遠端單元詳細列表
也正如上面所說的,遠端單元類似于其它軟件的RBE2和RBE3單元,因此這里需要格外注意,如上圖4中黃色線框內所示的部位,遠端單元的Behavior選型。如圖5所示,此處有多種選項,選擇rigid(剛性)選項的遠端單元類似于RBE2單元;選擇deformable(柔性)選項的遠端單元類似于RBE3單元。而在mechanical中新建的遠端單元均是默認的柔性。
圖5 遠端單元行為選項
如果我們希望使用遠端單元來連接如下的凸輪與圓孔的圓周面,并建立轉動副,則需要將所建立的remote point遠端單元的行為修改為剛性,否則在受載后凸輪模型將不再與圓周面共圓心,進而導致凸輪轉遞的力和扭矩發生偏轉,并與實際模型不一致。
圖6?利用遠端單元建立轉動副
而如果我們希望使用遠端單元來建立遠端約束。如下圖所示,希望使用遠端單元來約束綠色面的除周向運動外的所有自由度,同樣需要將遠端單元的行為修改為剛性行為,如圖8所示。否則在加載后,將使得圓周面發生變形和偏轉,從而使得最后計算出來的模型支反力、支反扭矩、以及模型中的最大應力位置等均出現問題。
圖7?遠端單元約束面
圖8?修改為剛性行為
如下所示為未將遠端單元修改為剛性情況下,模型的耦合面變形、應力分布及最大應力,可以看出約束面發生了一定的扭轉。同時,由于模型中所有部位遠端單元均未修改為剛性,導致模型載荷傳遞出現問題,應力分布及最大值與實際不符。
圖9?未將遠端單元修改為剛性行為 變形云圖
圖10?未將遠端單元修改為剛性行為 應力云圖
如下圖所示為將所有遠端面修改為剛性行為后,約束面的變形、應力分布和應力最大值,可以看出約束面不再發生變形,并且總成應力也增加很多,最大應力位置也發生了變化。
圖11?將遠端單元修改為剛性行為 變形云圖
圖12 將遠端單元修改為剛性行為 應力云圖
筆者隨后在其他結構仿真軟件中利用RBE2單元建立模型計算得到的結構應力分布,應力最大值及位置與圖12中將遠端單元Behavior改為剛性的計算結果基本一致。