【Altair 官方教程】HyperWorks Mechanism 机构运动工具-HyperWorks-CAE-软服之家

简介

Mechanism 工具，可以方便用户在 Altair HyperWorks 中创建不同运动姿态的模型，以便执行不同姿态下的结构受力分析。

【Altair 官方教程】HyperWorks Mechanism 机构运动工具

图1 有限元模型的不同姿态

适用的工程问题

一般来说，有限元分析是针对具有固定运动姿态的结构执行受力分析，大到飞机机身、汽车车身，小到桌子椅子。但是工程上也会碰到姿态并不确定的结构，比如汽车悬架，挖掘机控制臂，伸缩式起重机臂架等。这些结构在工作中是运动的，不同运动姿态下结构的受力也会发生变化。

图2 挖掘机工作过程中的不同姿态

对于这类结构分析问题，一种方法是使用动力学软件提取运动过程中界面点受力，而后单独针对各个部件执行受力分析。另一种方法，是将整个运动过程分解为多个典型姿态（将动态问题转化为准静态问题），针对每个姿态下整体结构执行受力分析。

针对后一种方法，如何调整结构的姿态呢？Altair 专门开发了基于 HyperWorks（HyperMesh）的 Mechanism 工具，通过设置部件之间的运动关系，可以很方便地调整有限元模型的姿态。以前没有这个工具的时候，需要通过多个部件的旋转平移来实现该功能，比较繁琐。

图3 HyperWorks下的Mechanism工具

Mechanism 工具的使用方法

Mechanism 工具本质上是创建了部件之间的虚拟运动副，通过驱动这些运动副实现模型姿态的变化。需要注意的是，虚拟运动副并不直接参与计算，求解器只是通过虚拟运动副计算出了运动后的单元、节点位置，而后进行常规的分析运算。

Mechanism 工具创建虚拟运动副可分为以下4步：

打开 Mechanism 面板
创建运动部件 Body
将需要运动的部件 Component (可含多个) 关联至 Body
创建 Body 之间的虚拟运动副

这个系统的层级可表示为下面的关系：

下面我们通过简化例子演示一下 Mechanism 工具的基本使用方法：

首先我们启动 HyperWorks 2021.1，此时默认在 OptiStruct 模块下。

打开示例文件中的HyperMesh_Mechanism_

Cylinder_Start.hm，该模型未设置材料、属性、载荷。

可以看到，模型中仅有两个component，分别是上方黄绿色的圆柱体和下方橙红色的圆管，本例我们演示圆柱体在圆管内的旋转与移动。使用的运动副为：Cylinder。

Cylinder运动副允许两个部件之间绕某一轴线的移动和旋转运动，其余4个自由度被约束。

图4 打开示例模型

1 打开Mechanism面板

2021.1 以前的版本，仅在 Radioss 模块中有 Mechanism 工具。2021.1以后的版本，可在 OptiStruct 等多个模块中使用 Mechanism 工具。

HyperWorks 2021.1中，参考上一节图三，点击Mechanism进入面板，此时面板为空白；
若在经典界面 HyperMesh 2021.1 中，可以点击 Tool => Mechanism 进入面板；

2 创建运动部件Body

在空白处点击右键，Create => Mechanism => Manual 创建一个机构运动关系，此时软件自动创建了2个 body。

a）创建Mechanism

b) 软件自动创建2个body

图5 创建Mechanism

3 将需要运动的部件

Component（可含多个）关联至 Body

我们点击 body1，此时下方详细面板展开，点击其中的 Components 按钮，选择模型中的圆管部件，点击√，此时圆管即与 body1 关联。同样，将圆柱体与 body2 关联，详细步骤可见下方动画。

图6 将Component与Body关联

4 创建 Body 之间的虚拟运动副

按住键盘 Ctrl 键，同时选中 body1 及 body2，右键选择 connect，在 Joint type 中选择 Cylinder，并勾选下方的两个 define by node 按钮，点击 Origin 处的 Node，选择圆柱体的上表面中心点，确定旋转轴线的起点。点击 Local Z-axis 处的 Node，选择圆柱体下表面中心点，确定旋转轴线的指向。最后点击 Create。

此时虚拟运动副创建完成。