一文了解多體動力學仿真分析方法和應用領域

Ansys中國

2022年3月21日 13:50

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靜力學仿真軟件主要用于分析結構產品在穩定狀態下的結構應力和變形，保證設計結構能夠符合強度可靠性設計要求，但是隨著機械結構越來越復雜，機構的運動場景越來越多，設計越來越輕量化的要求下，單純的靜力學分析已經無法滿足機構在高速運動，復雜接觸狀態運動下的仿真需求，需要動力學仿真來考慮結構在實際運行中的速度、加速度、阻尼等靜力分析中無法涉及的效應。

動力學是理論力學的一個分支學科，它主要研究作用于物體的力與物體運動的關系。可以仿真運動機構的動力學運行狀況，部件之間的配合狀態以及剛柔耦合仿真獲得部件在不同運動時刻的應力和變形，以及對運動執行機構的影響。對于各個學科中所關注的問題如機構的大變形，復雜的接觸關系，非線性，高效計算等問題是目前多體動力學分析中的技術難點和研究方向。

隨著計算機的發展，工程師借助計算機對運動機械的動力學特性進行數值模擬分析計算。多體動力學仿真分析方法可以在試驗前對運動機械進行仿真驗證，并且提供豐富的物理場信息，為設計者設計和改進運動機械提供有力依據。有利于提高設計水平、降低成本和縮短研制周期。通過多體動力學分析可以快速進行機構的剛體動力學分析、剛柔耦合動力學仿真分析，可以準確地考慮機構自身變形，連接副的非線性連接關系從而獲取機構在實際運行的狀態，為機構系統的改進設計提供準確有效的建設意見。

Ansys解決方案

針對上述多體動力學在各個行業內的一些應用，Ansys提供了完整的解決方案，包括：疲勞仿真、模態仿真、動力學特性、線性有限元分析、多體動力學分析等，并且具有強大的無網格仿真技術，能夠高效并精確的求解多體運動與結構變形的耦合問題，能夠對系統的運動性能、結構、振動、疲勞等進行分析。

1、動力傳動系統的動力學分析

動力傳動系統結構包括齒輪、軸承、轉軸、齒輪箱等。通過計算波動轉速或承載時的激振特性，來分析結構在真實運行工況下的振動特性。

齒輪強度分析
齒輪嚙合面分析
傳動系統振動噪聲分析
齒輪傳動不匹配分析
轉向系統振動分析
電動傳動系統振動噪聲分析
Maxwell 電機噪聲分析

2、鏈式及履帶系統的動力學分析

鏈式及履帶系統包括如鏈條、軌道交通和皮帶系統等，動力學分析需要考慮單個鏈條段，需要考慮鏈輪齒、滾輪、滾筒和連接結構以及連接套筒等等結構之間的接觸問題。

傳動鏈條動力學分析
履帶車輛動力學分析
皮帶系統動力學分析

3、車輛系統的動力學分析

車輛系統動力學分析，專用模板和子系統建模工具，可用于為預定義分析場景構建底盤、懸掛、方向盤和車輪。對稱建模功能和基于模板的工作流程，讓用戶可以輕松地分析運動學與合規（K&C）場景及行駛與操縱（R&H）場景。

車輛懸架系統動力學分析
轉向系統動力學分析
車門開關分析
雨刮系統動力學分析

4、電子零部件的多體動力學分析

電子零部件多體動力學分析，如電子零部件的跌落及姿態研究，開關的動態研究及相關的動力學分析，可以幫助用戶了解電子部件在動態運動中的振動及應力應變。

電子器件跌落仿真
柔性屏卷曲分析

Ansys Motion嶄新且強大的多體動力學解決方案

Ansys Motion 擁有最先進的多體動力學求解器，能夠對于大自由度，大加速度，非線性問題，大變形問題以及具有復雜幾何接觸問題有很好的解決方案。

Ansys Motion 擁有更快的仿真速度，Ansys Motion優秀的求解器可以顯著提升大規模自由度系統的仿真速度，且在SMP并行環境下，求解速度會進一步大幅提升。緊密集成多體和結構仿真求解器，可以同時求解剛體、柔性體、力實體和連接副的控制方程。適用于大規模自由度系統仿真分析，專門為剛體和柔體混合系統定制的稀疏矩陣求解器已驗證，可以很好地處理大規模自由度系統仿真分析
先進的3D面接觸算法，可以很好地支持3D面接觸，包括小面和NURBS兩種類型。提供剛體-剛體面接觸，剛體-柔性體面接觸和柔性體-柔性體面接觸，高效的接觸探測算法可以更快速地計算復雜接觸問題
Ansys Motion 標準包支持模態柔性體和節點柔性，并可自由選擇。Ansys Motion同時支持無網格柔性技術，用戶無需對結構進行網格劃分即可實現柔性體數據的計算

Ansys Motion可以提供高效，功能強大的多柔性體動力學分析工具，對機械系統的運動學分析、車輛動力學、大變形結構分析、高速旋轉系統、3D接觸系統、以及多體運動、結構變形、動力學耐久性分析等有完整的解決方案。并可以結合Ansys Maxwell 及Mechanical 來實現電機的NVH分析，利用FMI接口及MATLAB實現與Twin Builder、Simulink等軟件的系統仿真。