第八章刚性体

用刚性体定义有限元模型中的刚性部分可以大大减少显式分析的计算时间。这是由于定义一个刚性体后，刚性体内所有节点的自由度都耦合到刚性体的质心上。因此，不论定义了多少节点，刚性体仅有六个自由度。缺省设置时，每个刚性体的质量、质心和惯性都由刚性体体积和单元的密度计算得到。作用在刚性体上的力和力矩由每个时间步的节点力和力矩合成，然后计算刚性体的运动，位移就会转换到节点上。

ANSYS/LS－DYNA中，将分析中保持刚性特性的刚性体定义为一种材料模型。用EDMP 命令定义该种类型的刚性体，对于定义材料模型的详细信息，参看第７章，Material Models。

另外，可以用EDCRB命令把两个刚体结合在一起，它们的作用如同一个刚性体。但与刚性体的定义不同的是，它主要依据材料号，根据PARTＩD定义的刚体约束和一个约束方程号。因此，为了在两个物体间施加刚体约束，必须执行命令EDCRB, ADD, NEQN, PARTS，NEQN为约束方程参考编号，PARTM是主刚体part号，PARTS是从刚体part号。必须注意不能用同一个NEQN值执行多个EDCRB命令，仅使用最后一个NEQN值。当使用EDCRB命令时，第二个刚性体将被第一个刚性体吸收，因而此后对第二个刚性体的任何操作将无效．

8.1 定义惯性特性

缺省时，程序将计算每个刚体的惯性特性。但是，用户可能会发现给刚性体设定重力、质量、初始速度（在整体或局部坐标系）的特定中心和特定惯性张量是很有用的，而不是依赖于求解过程中由有限元模型计算得到的值。可以用EDIPART来定义刚性体的任意特征，命令格式如下：

其中：PART－定义惯性的part ID

Option－要执行的选项

Cvect－包括部件质心坐标系的矢量

TM－平移质量

IRCS－惯性张量参考坐标系的标志

Ivect－包括惯性张量分量的矢量

Vvect－包括刚体初始速度的矢量

CID－局部坐标系ID

如果采用ANSYS/LS DYMA GUI路径，可以采用下列路径Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Inertia Options>Define Inertia。输入上述所有参数，包括所需的矩阵参数。对于批处理输入，在执行EDIPART命令前需定义数组（DIM）并输入数据参数。下例说明了怎样定义部件２的惯性特性，此为一个刚性体。

！定义参数输入

tm=0.6300E-03 平移质量

ircs=0 坐标系标志

cid=0 坐标系ＩＤ

！

/prep7

！

!生成包含部件号为2的含有多个部件的刚体模型

edmp,rigid 定义刚性体

edpart,create 生成part列表

！定义所需矩阵

＊dim,coord2,,3

＊dim,velo2,,6

＊dim,inert2,,6

！

！给矩阵赋值

coord2(1)=0.2450E+01,0.5000E+00,0.5000E+00

velo2(1)=0,10.0E-7,0

inert2(1)=0.3150E-03,0,0,0.2851E-03,0,0.2851E-03

!

EDIPART,2,ADD,coord2,tm,ircs,inert2,velo2,cid

!

8.2加载

正如第４章Loading描述的那样，可用EDLOAD命令对刚性体施加位移和速度载荷。注意，位移和速度是施加在PART号上而并不是在节点Component上。一个典型的命令如下：

EDLOAD, ADD, RBUX，，2, PAR1, PAR ２

该命令就是对刚体PART2定义UX位移，PART号定义在EDLOAD命令的Cname项内（注意，对于其它类型的加载，该项为Component名。而对刚性体而言，该项为PART号而非Component名）。该PART号必须与EDMP命令定义的刚性体相对应。

8.3变形体和刚性体部件间的转换

在一些动力学应用中，如果模型中大部分单元都是可变形的，那么，持续时间较长的刚体运动的计算量就会极为庞大。摩托车轮子就是这样一个例子，轮子翻滚持续较长时间相对于后来的撞击会占用