了解运动模拟连载(二)将运动模拟与FEA结合使用

在完成运动模拟研究后，如果设计工程师想对任一机构零部件执行变形和/或应力分析，则需要将所选零部件提供给FEA来进行结构分析。

运动模拟结果可提供输入数据，包括作用于每个机构连杆的接点反作用力和惯性力，这需要使用FEA进行结构分析。不论接下来是否使用FEA，运动模拟肯定都会计算这些系数。按定义来说，接点反作用力和惯性力保持平衡；在一对平衡力作用下的机构零部件可提交给FEA，而分析程序会将其作为结构进行处理。

尽管工程师可以手动将数据从运动模拟传输到FEA，但是如果运动模拟软件可以将结果自动导出到FEA，则可确保得到最佳结果。以此方式使用时，运动模拟和FEA可以进行所谓的“耦合的”模拟。这样，就可以自动定义FEA载荷，从而可以避免手动设置中常见的猜测和可能发生的错误。

图16中所示的曲柄机构问题示例演示了耦合模拟。在该示例中，设计工程师要计算连杆中的最大应力。

图16使用运动模拟可计算连杆两端的反作用力。也可计算作用于连杆的惯性力。

将运动模拟与FEA结合使用的步骤为：

1.在为进行研究而选择的运动范围内，使用运动模拟计算作用于所有零部件的位移、速度、加速度、接点反作用力和惯性力。在这一步中，所有机构连接装置都被视为刚性实体。图16中的曲线图显示了曲柄完整转动一周的过程中连杆上的接点反作用力。

2.找出与连杆接点上最高反作用力载荷相对应的机构位置。分析人员最常观察的是最高反作用力，因为施加最大载荷的情况下进行的分析将显示连杆所承受的最大应力。但是，如有必要，可以选择任意多个位置（见图17）进行分析。

图17可以根据任意多个曲柄轴机构位置来确定作用于连杆的力（两端的反作用力和惯性力）。

3.将这些反作用力载荷以及惯性载荷从CAD装配体传输到连杆CAD零件模型。

4.作用于从装配体分离开来的连杆上的载荷包括接点反作用力和惯性力，如图18所示。根据d"Alambert原理，这些载荷是相互平衡的，这样就可以将连杆视为处于静态载荷下的结构。

图18根据d"Alambert原理，接点反作用力和惯性力是相互平衡的。

5.受到平衡静态载荷的连杆会被指派弹性材料属性并提交到FEA以进行结构静态分析。FEA将执行结构分析以计算变形、应变和应力（图19）。

图19连杆被作为结构提交给FEA，以计算应力。