由于系統動力學和有限元分析（FEA）軟件領域之間缺乏流暢的集成，對于一些工程師而言，有效設計和測試汽車機械系統成了一項挑戰。MSC Adams-Marc 聯合仿真產品工具鏈使工程師能夠在 Marc 非線性有限元技術與 Adams 多體動力學（MBD）代碼之間進行多物理場仿真。
如此，通過包含非線性結構行為，多體動力學工程師可以提高模型的準確性，同時有限元分析（FEA）工程師可以用實際邊界條件對部件進行研究。耦合技術還可以為非線性 FEA 軟件用戶節省時間，因為一些剛性運動部件可以在 Adams 中求解，這樣會大大減少總的求解時間。
“柱樁碾過（Pole run over）”工程挑戰
車輛在其生命周期中可能會承受幾次高沖擊載荷。這些載荷工況通常被稱為“峰值載荷”或“強度事件”，在車輛產品開發中起著重要作用，因為它們可能影響多個部件的設計。一種重要的載荷工況是“柱樁碾過（Pole run over）”，這意味著車輛的底部被障礙物（例如，地面上的石頭）刮擦，并且造成很大變形。傳統多體動力學方法面臨的挑戰，是整車分析過程中無法捕捉到車輛底部的塑性變形，如果工程師試圖在有限元分析環境中進行整車仿真，甚至可能需要數周的時間才能完成一次仿真。
極端負載工況：Pole run over
為了解決上述挑戰，MSC 與最終用戶一起實施了多體動力學 + 非線性有限元的混合模型建模，從兩方面都獲得了最好的收益。
典型的Adams-Marc聯合仿真汽車工具鏈工作流程
非線性有限元分析能用于準確描述柔性部件的非線性特征，包括塑性變形，非線性材料，部件的大變形，屈曲，自接觸。利用多體動力學可以對系統 / 運動機構進行精確的建模，為非線性部件高效地提供實際邊界條件。因此，混合模型的仿真速度也比在非線性有限元分析中的完整模型要快得多，并且仍將提供所需的精度水平。
模型與模型進行交互的點稱為交互點。在每個交互點必須有：
-Adams 模型中的 MARKER 和 GFORCE
-Marc 模型中的 NODE。Marc 模型中的界面 NODE必須具有 6 個自由度。
在所有的 Adams-Marc 交互中，Adams 傳遞位移并施加到 Marc 的 NODE 上。Marc 將力 / 力矩值傳遞給 Adams，并用于 GFORCE。
本研究中使用的整車模型來自相關的 BMW Adams Car 車輛動力學模型，包含約 250 個自由度和 13 個子系統。多體動力學模型和有限元模型之間存在 14 個交互點，在 Adams Car 模板中定義了 14 個 MARKER 和 GFORCE 與 Marc 模型進行通信。
Adams整車模型
BMW 車身底盤底板在 Marc 環境中建模，具有 11 個可變形的接觸體、200,000 個自由度和 33,000 個節點。柱樁在 Marc 模型中定義為剛體，14 個交互點由 14 個節點控制，作為此 Marc 模型的新邊界條件。
在物理測試過程中，與 CAE 仿真工況一樣，采用相同的操作：整輛汽車以 30 km / h 的速度通過測量柱樁，并根據車輛的高度設置定義了測量柱樁的高度。測量柱樁用作刮擦底盤底板的障礙物，同時，它還用于測量障礙物與車輛底部之間的接觸力。該力在后期將用來與仿真結果進行對比。
測量柱樁
物理測試后的底部刮痕
總體而言，通過與物理測試的測量結果做比較，Adams-Marc 聯合仿真結果令人印象深刻。下圖中，紅色曲線表示接觸力在 Z 方向上的物理測量值。淺藍色曲線由沒有做任何模型調整的首次聯合仿真得出，仿真和測試之間峰值載荷的較大差異是由于仿真工程師提供了錯誤的 Y 坐標。因為這個原因，仿真工況錯過了導致峰值載荷的底板螺絲與障礙物之間的接觸點。
工程師在仿真模型中調整了 Y 坐標，并進行了另一次聯合仿真后，生成了黑色曲線，更接近物理測試結果。在這一次嘗試中，螺釘只是作為一種假設條件添加到 Marc 模型中，而不是對螺釘本身進行詳細的建模，這解釋了聯合仿真結果與測試結果之間的其余差異。
執行進一步的分析后，聯合仿真結果和測試結果之間有了更好的關聯，但是由于保密的原因，這些曲線圖無法在本文中展示。聯合仿真動畫，可通過將Adams 和 Marc 結果文件讀取到 CEI Ensight 生成。
聯合仿真圖片，CEI Ensight 進行可視化處理
綜上所述，借助 Adams-Marc 聯合仿真方法，汽車 OEM 工程師和 MSC 能夠在一天之內找到物理測試結果與仿真結果之間的良好關聯性，結果表明，該聯合仿真技術能夠準確有效地預測車輛在極端工況下的動態載荷。
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