Ansys Motion与Rocky双向耦合联合仿真解决方案

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前言

AnsysMotion 是基于柔性多体动力学的新一代工程解决方案仿真软件，能够在统一的求解器系统中快速、准确地进行刚柔耦合多体动力学分析。紧密集成的多体和结构求解器，能为刚体运动与变形的一系列耦合问题提供高精度求解。在许多工业应用的设计流程中，常被应用于系统运动性能分析、应力安全分析、振动分析和疲劳分析等。最新版本Motion已经集成到Ansys Workbench中，通过与Ansys Mechanical、Rocky、Maxwell、Acoustics 、Sound和Matlab等软件相结合，用户可以轻松的将多物理场扩宽到柔性多体动力学领域。

Ansys Rocky是一款基于离散元模拟（DEM）的仿真软件，可以快速分析和评估各行各业与颗粒运动相关的问题，在粒子动力学（Particle Dynamics）仿真行业具有广泛的应用，可以帮助工业及科研客户解决与大规模颗粒流动相关的物料运输、分离效率预测、矿石破碎、预测设备磨损等诸多的问题。

本文将介绍Ansys Motion与Rocky联合仿真在各行业中的应用案例，重点介绍实现Motion和Rocky仿真数据双向耦合的方法。

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Ansys Motion与Rocky联合仿真应用案例

Ansys Motion强大的刚柔耦合多体动力学仿真功能，以及Rocky DEM在粒子动力学仿真领域出色仿真能力，两款软件的联合仿真，可以求解颗粒与几何体之间、几何体与几何体之间的相互作用力，评估设备运动部件在特定工况下的应力和变形，同时支持定义常规机构运动约束，以及复杂的嵌套和链式运动。

Ansys Motion和Rocky联合仿真广泛应用在传统行业和新兴行业中，例如农业和重工业、采矿和矿物加工、生物制药、消费品、过程工程工业、油气等。

联合仿真应用案例：

（1）模拟挖掘机采矿过程

（2）模拟矿石运输车转弯时车辆动态特性

（3）模拟雪地车在雪中运动的场景

（4）生物医药行业模拟药瓶装填药品和在输送带上运动的过程。

（5）研磨设备模拟颗粒研磨破碎的过程

（6）拖拉机在复杂路面的运动仿真

（7）自动卸货卡车卸载不同材质矿石过程

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Motion与Rocky双向耦合联合仿真的操作流程

本文以挖掘机模型为例，介绍Motion和Rocky仿真数据双向耦合具体操作方法。

3.1 软件要求：

1）安装Ansys motion2022R2或更高版本，以及支持motion的Rocky软件；

2）Motion需要安装在其他Ansys 2022R2产品相同的文件路径中。（提示：在Ansys 2023R1最新版中motion已经包含在结构主程序中，可在安装时可选择安装motion模块，取消了此前的motion单独安装包）；

3）下载和安装Rocky-Motion-coupling插件，在Motion和Rocky中安装用于数据传输的模块；

4）Motion和Rocky有效的license；

3.2 Ansys Motion中耦合设定

1.在motion中导入挖掘机几何模型，

2.在文件属性窗口定义重力方向，定义部件材料。

3.设置边界条件，添加部件间运动副，定义运动函数。

4. 在Motion求解设置中设置仿真时间。

注意：在Ansys Motion耦合仿真停止后，可能无法在Rocky中恢复、扩展或重新启动，所以为了保证后面Rocky仿真求解顺利进行，Motion中设置的仿真时间要比Rocky中仿真时间长。

5. 在Motion/Co-Simulator/Rocky Coupling中设置Output和Input耦合参数，然后导出FMU文件

3.3 Ansys Rocky的耦合设定

1.启用Rocky中的Ansys Motion耦合模块，并启用边界相关碰撞数据的收集，按下表设置相关参数。

2.在Rocky中导入上一步Motion输出FMU文件，输入运动和几何结构模型，根据需要可以继续不细化部件网格，同时用STL文件形式导入地面和凹坑几何图形。相关设置参考下表。

3.参考下表进行材料设定；

4.创建一个具有一些附加滚动阻力的球形粒子组，设置参考下表；

5.Rocky中耦合仿真的过程和后处理

1）在solver中点击start开始求解，注意在仿真求解过程中，请勿取消或停止求解，否则，可能无法回复耦合仿真。

2）后处理中，可以分析铲斗组件上粒子力，绘制Y方向上的瞬时力，添加力分析-曲线，如下图所示，结果显示，在地面挖掘阶段（1-3 s），铲斗表面上的颗粒反作用力以及卸载阶段所挖掘材料的重量。

3）应力分析，在三维视图窗口查看铲斗几何体上的应力，使用时间滑块更改铲斗主动铲起时的输出（例如，如图所示的3秒），该分析显示了颗粒与铲斗几何结构之间的相互作用所导致的剪切应力，因此确定了易磨损区域。此外，通过在铲斗上创建时间统计属性，然后绘制磨损轮廓，可以进行进一步分析。

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总结

本文主要介绍AnsysMotion和Rocky联合仿真在相关行业的应用案例，以及大家比较关心的如何实现Motion和Rocky仿真数据的双向耦合，具体操作流程以上做了介绍。

审核编辑 ：李倩