刚体部件的定义

[常见问题3-7]

什么是刚体部件 (rigid part)?.它有何优点?在 Part 功能模块中可以创建哪些类型的刚体部件?

[解答]如果模型中某个部件的刚度远远大于其他部件，其变形远远小于其他部件，就可以将其定义为刚体部件。在分析过程中刚体部件不发生变形(即整个部件上各点之间的距离保持不变)，而只发生整体的平动或转动。

刚体部件是一个相对的概念，例如在冲压、轧制等金属成形分析中，模具或轧辊的刚度远远大于坯料，如果模具或轧辊本身的应力和变形不是所关心的对象，就可以将其定义为刚体部件。

由于刚体部件只发生整体的平动或转动，因此可以用一个点的运动情况来控制整个刚体的运动情况，这个点即刚体参考点 (rigid part reference point)。创建刚体部件时，需要为其定义刚体参考点 (单击菜单 Tols- Reference Point)，刚体部件上的所有边界条件和载荷都要施加在这个刚体参考点上。

与变形体部件相比，刚体部件最大的优点是计算效率高。在分析作业运行过程中，刚体部件不参与所有基于单元的计算(例如生成单元刚度矩阵、单元质量矩阵、总体刚度矩阵等)，因此可以节省大量的分析时间。另外，在接触分析中，如果接触对的主面是刚体部件的面，分析就更容易收敛。

在 Part 功能模块中可以创建两种类型的刚体部件，分别如下。

1) 离散刚体部件(discrete rigid part):离散刚体部件可以是任意的几形状，可以为其添加 Part 功能模块中的各种特征(例如，单菜单 Shape-SolidCut 或 Blend)。

2) 解析刚体部件(analytical rigid part):解析刚体部件只能是较简单的何形状，其计算代价比离散刚体部件小。在接触分析中，解析刚体部件的形状应该是光滑的(各个相交的面或线都必须是相切的)。

选择刚体部件的类型时，应尽量采用解析刚体部件。如果部件的几何形状较复杂，或者是从第三方软件中导入的部件，则无法直接创建解析刚体部件，这时可以选用以下两种方

法。

1) 创建离散刚体部件。在 Mesh 能模中为离刚体部设定单类型时必须使用刚体单元，而刚体单元只有壳单元和线单元两种类型。如果离散刚体部件的类型是三维实体 (solid)，则需要首先在 Part 能中将其转化为体部件 (单单 Shape Shell-From Solid)，或者采用下面的第 2)种方法。

2) 创建变形体部件 (deformable part)，然后在 Interaction 模块中为其施加刚体约束(rigid body constraint) 或显示体约束 (display body constraint)。相关内容的详细介绍，请参见本书第3.3.2节“刚体部件刚体约束”。

3) 为刚体部件定义面时(单击菜单 TolsSurface-Create)，需要指定面位于刚体的哪一侧 (在接触分析中必须选择发生接触的一侧)。

4) 可以根据需要转换部件的类型，解析刚体部件可以转换为变形体部件或离散刚体部件，变形体部件可以转换为离散刚体部件，具体方法是:在模型树下选择需要转换的部件，单击鼠标右键，单击 Edit，在如图3-7 所示的对话框中选择需要转换的类型。

为缩短计算时间，在对一个复杂模型提交分析之前可以首先将部件定义为刚体部件，得到初步的分析结果在确认模型参数的正确性之后，再把刚体部件改为变形体部件。

关于刚体部件的详细介绍，请参见 ABAQUS 6.7 帮文档《ABAQUS/CAE User’s Manual》 第11.7 节“Modeling rigid bodies and display bodies”和第 118 节“The reference pointand point parts”。