ABAQUS与ADAMS联合动力学分析指南

1 mnf文件

   多数ADAMS仿真时，是将模型按刚性件处理，如推文《miura折展的ADAMS实现》(2022年4月23日更)中的四个折纸区域件为刚性件；然后根据部件之间的作用设置接触关系求解。然而，在实际工况中，部件通常有一定的柔性，并不是纯刚性，比如齿轮动力学分析，齿轮和轴需要处理为柔性体，研究其动力学响应特性。为此，需要在ADAMS中建立柔性体部件，对于简单部件，可以直接在ADAMS中建模；对于复杂部件，则需要通过第三方软件生成模态中性.mnf格式文件，再导入ADAMS中。ANSYS中有直接转换mnf文件的GUI操作，非常方便；而ABAQUS则需要借助关键字来生成mnf文件，本文以“四齿齿轮”结构为例，演示从ABAQUS中生成mnf文件，再将mnf文件导入ADAMS，进行动力学仿真分析。

2 ABAQUS生成mnf文件

   上述所谓“四齿齿轮”结构是部件为含轴孔的正方体，轴建立为线特征。建立的两个部件如图所示。

四齿和轴部件的材料属性定义为钢，本构关系为线弹性模型，分别指派给四齿部件和轴部件。

将原点设置在四齿和轴的中心，装配后的模型如下。

建立两个分析步Step-1频率提取和Step-2子模型生成。其中，Step-1设置为Frequency，特征值根据需求设置，此处设置为10。

Step-2设置为Substructure generation，Basic中的Substructure identifier可以任意指定，对仿真结果没有影响；Options中的Start Mode、End Mode、Increment用来设置起始模态阶数、终止模态阶数和模态阶数增量。

实际工况中，四齿部件和轴在轴肩处用键固定，在轴端支撑有两个轴承，故相互作用包含四齿部件与轴的一个Coupling约束、轴承位置与轴的两个MPC约束。

边界条件包含两个，在Step-1约束两个轴承处的自由度，在Step-2中建立与外部软件的关系。

分别对四齿部件和轴进行网格划分，四齿部件采用solid 185单元，轴采用beam 188单元。

编辑关键字，定位到*Substructure Generate行，将其替换为以下内容：

*Substructure Generate, overwrite, type=Z10, recovery matrix=YES, MASS MATRIX=YES
*FLEXIBLE BODY, TYPE=ADAMS

完成分析后，目录下会多出四个带Substructure identifier的文件。分析结果如下所示。

接下来打开Abaqus Command窗口，盘符定位在默认工作目录，使用cd指令将其设置在当前工作目录下。再根据分析所用的单位制，以上分析用的是mm制，故输入以下指令：

abaqus adams job=Job-1 substructure_sim=Job-1_Z10 model_odb=Job-1 length=mm mass=tonne time=sec force=N

• 转化完成后，在工作目录下会生成对应的Job-1.mnf文件。
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3 mnf文件导入ADAMS中

   进入ADAMS软件中，工作目录选择ABAQUS分析的工作目录，创建柔性体，选择Job-1.mnf文件，导入生成的柔性体模型，再复制一个柔性体，使用Move操作，调整第二个柔性体的位置和姿态，作为两对四齿部件的初始状态，实体和网格模型显示如下。

在轴承安装位置处，定义四个旋转副。

在一端建立驱动，并设置两个柔性体之间的接触关系，接触参数设置参考推文《ADAMS接触属性与穿透现象》(2022年5月1日更)。

仿真结果如图所示，实现了一对四齿轮轴的动力学仿真，齿轮动力学仿真过程与上述分析完全一致。关键在于齿轮模型的生成，即使用MATLAB生成齿轮的节点与单元模型，具体实现方法与推文《折纸展开模型编程实现方法》(2021年6月6日更)一致，不同之处是需要对生成的2D有限元模型沿齿宽方向拉伸，生成3D的节点与单元数据，并按inp文件格式保存，替换到inp文件中。

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