练习二 创建柔性体并进行刚柔耦合仿真
本示例将练习使用FlexPrep工具创建汽车下控制臂柔性体模型，通过替换汽车前悬架模型中刚性控制臂完成汽车前悬架的刚柔耦合仿真。练习中使用的下控制臂模型如图1所示。图2显示了汽车前悬架模型。
图1 下控制臂模型 图2 汽车前悬架模型
创建柔性控制臂模型（MV-2010）
第1步：使用FlexPrep工具
练习中使用的模型均位于
1. 启动MotionView
2. 在Flex Tools下拉菜单中选择FlexProp，弹出FlexBodyProp对话框
图3 选择FlexProp工具
3. 激活OptiStruct Flexbody Generation，在下拉列表中选择Create OS prp(preparation) file and generate the
h3d flexbody
4. 点击Select Bulk Data File右侧的文件浏览按钮选择sla_flex_left.fem
注：在这里可以使用任何OptiStruct（fem）和Nastran（nas，dat，bdf）文件
5. 在Save the *.h3d file as栏中输入输出H3D文件的文件名：sla_flex_left.h3d
6. 在组件模态综合类型（Component Mode Synthesis Type）栏中选择 Craig-Bampton方法
7. 在指定界面节点栏中（Specify Interface Node List）输入：4927+4979+4984 界面节点（Interface Node）指在多体动力学分析中机构约束或施加载荷的位置
8. 在Cutoff Type and value栏中选择Hightest Mode#并设置最高阶数为10
注：MotionView提供了两种方法限制待生成的H3D文件中模型的模态信息：指定模态最高阶数和指定模态最高截止频率。
9. 激活Perform Stress Recovery功能，使用这一功能，FlexPrep工具将在处理模型时计算模态应力
10. 激活Perform Strain Recovery功能，使用这一功能，FlexPrep工具将在处理模型时计算模态应变
11. Perform element check in OS mode默认选择YES，即默认将检查单元质量。
12. 在指定数据单位制（Specify Units in Bulk Data File）栏中，使用下列单位：
Mass Units：Kilogram
Length：Millimeter
Force：Newton
Time：Second
注：HyperMesh本身没有指定单位制，用户在创建柔性体时必须指定统一的单位以免产生错误的质量和转动惯量。
13. 设置好的FlexBodyPrep对话框如图4所示：
图4 FlexBodyPrep对话框
第2步：创建RBE2连接单元（可选步骤，如果已建立完整的RBE2可不进行此步）
该步是利用HyperMesh二次开发工具，根据用户所选孔边界上的任意一个网格节点，自动生成孔中心节点，并建立中心节点与孔边界节点RBE2单元的功能。该功能可以大大节省用户建立RBE2的时间，如果用户已经建立完整的RBE2单元可不需要进行此步。
RBE2单元通过指定主从节点来模拟节点间内在的运动关系，它通常用来模拟螺栓一类的刚性结构。如果在有限元模型存在孔特征并且希望使用孔中心节点作为界面点，此时需要将孔中心承受的载荷传递到孔壁的节点上。这种情况下，使用孔中心节点作为主节点、孔壁节点作为从节点的蛛网式RBE2单元将有效的达到这一目标。
模型sla_left_flex.fem中已经创建了三个蛛网式RBE2单元，本步中将描述使用Create RBE2 Spiders功能创建第四个蛛网式RBE2单元。
1. 在FlexBodyPrep对话框中点击Create RBE2 Spiders按钮，此时将激活HyperMesh程序并显示包含三个按钮的用户自定义页面，如图5所示。
图5 HyperMesh用户自定义页面
注：如果用户自定义页面没有显示，用户可以通过以下方式打开：
- 在view下拉菜单中激活utility menu
- 在utility menu标签中点击user按钮
2. 点击Info按钮，将弹出详尽描述创建蛛网式RBE2单元过程的对话框
3. 如图6所示，放大球铰位置处的有限元模型
图6 控制臂局部视图
4. 点击Step：Superspider创建蛛网式RBE2单元，一次只能创建一个。
5. 选择孔壁处的节点并点击Proceed
6. 生成的蛛网式RBE2单元如图7所示
图7 新创建的蛛网式RBE2单元
7. 点击Step3：Save and Close，软件将保存修改后的文件并自动抓取孔中心节点（界面点）。用户可以为新的模型文件指定名称以便检查界面点是否已经添加到柔性体预处理文件上
8. 如图8所示，新创建的界面点已经添加到柔性体预处理文件上。
图8 FlexBodyProp面板
9. 点击OK，启动OptiStruct创建柔性体
第3步：查看并检验模型
1. 在工具栏中将应用程序转换成HyperView
2. 点击Load Model按钮，弹出Load Model面板
3. 点击文件浏览按钮打开H3D柔性体文件sla_flex_left.h3d，由于模态结果包含在同一个H3D文件中，MotionView将在Load results栏自动使用相同的文件。
图9 导入模型
4. 点击Apply，载入模型。如图10所示
图10 控制臂模型
5. 点击Transient Animation按钮，HyperView将顺序播放柔性控制臂的模态振型动画。模态阶数以及频率将显示在软件右下角
6. 再次点击Transient Animation按钮，停止模态振型动画顺序播放。
7. 点击动画类型选择下三角按钮，将动画类型设置为Modal。此时将播放特定模态振型动画，点击软件右下角状态栏提示有“CMS Flexbody”信息的区域，弹出Load Case and Simulation Selection对话框。
图11 状态栏区域
8. 在Simlation列表中选择Mode 7，前六阶模态接近0为刚体模态。
图12 工况及模态列表
9. 点击Modal Animation按钮，查看所选模态动画。再次点击Modal Animation按钮，停止动画。
10. 点击云图Coutour按钮，查看柔性体应力分布
11. 在Result type下拉菜单中选择Stress和vonMises
12. 在Entity with layers栏中选择Z1，如图13所示
图13 设置云图类型
13. 点击Apply，显示柔性体应力云图。
图14 柔性体应力云图
第4步：批处理模式下使用FlexPrep工具
上述步骤中已经创建了汽车悬架左侧控制臂，下面将在批处理模式下使用FlexPrep工具创建右侧控制臂。不同操作系统下调用FlexPrep工具的命令如下：
UNIX下：
DOS下：
1. 从启动菜单中激活DOS窗口
2. 使用cd命令指向工作文件夹
3. 在DOS窗口中输入以下命令：
4. 在DOS窗口中输入以下命令创建右侧控制臂：
5. 此时FlexPrep将后台运行，在工作文件夹将生成名为sla_flex_right.h3d的柔性体文件。
刚柔耦合仿真分析（MV-2020）
第5步：替换刚性控制臂
1. 启动MotionView
2. 在MotionView菜单栏中选择Model并点击Assembly Wizard…激活装配体向导 3. 根据表1设置创建汽车前悬架模型
表1 汽车前悬架模型参数
Panel Selection
Model Type Front-end of the vehicle
Driveline Configuration Defaults
Primary Systems Frnt SLA susp (1 pc LCA) and Defaults for the rest
Steering Subsystems
Steering Column = Steering column 1 (not for abaqus)
Springs，Dampers and Stabars Defaults
Jounce/Rebound bumpers Defaults
Label and varname
Defaults
Attachment Wizard Compliant = Yes
4. 设置分析工况：在MotionView菜单栏中选择Analysis并点击Task Wizard，打开工况设置向导
5. 在Select a task 栏中选择Static Ride Analysis，点击Next并点击Finish
6. 点击工具栏中Bodies图标
7. 在模型体列表中选择Lwr control arm
8. 在构件Lwr control arm的Properties标签中取消选择symmetric properties复选框
9. 激活Deformable复选框，注意到图形区模型左侧的刚性控制臂消失
图15 激活Deformable复选框
10. 点击Graphic file栏中文件浏览按钮，在工作目录下选择图形文件sla_flex_left.h3d
11. H3D file栏中将自动使用相同的文件。此时，指定的柔性体文件将放置于模型中相应的位置
图16 指定模型文件
注：目前，大规模柔性体的使用已经相当常见。为了提高前处理效率，可以使用任意图形文件帮助显示模型，而使用柔性体h3d文件向求解器提高必要的模型信息。用户可通过CAD to H3D Conversion功能