多體動力學分析
關注創(chuàng)建者：方冠生 創(chuàng)建時間：2015-11-10
多體動力學分析的視頻教程
ABAQUS案例-多體動力學分析詳細講解及Dynamic Implicit分析步的應用
本課程詳細講解了在ABAQUS中模擬多體動力學分析，介紹了connector、interaction及方程約束的使用方法。本案例中采用的Dynamic Implicit分析步，在模擬復雜多體動力學中具有較大的優(yōu)勢。本案例旨在較為全面的介紹ABAQUS中動力學約束及邊界條件聯(lián)合應用技巧及所需要注意的問題。
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【專題課程】ANSA KINETICS多體動力學分析專題(完結)
多體動力學包括多剛體系統(tǒng)動力學和多柔體系統(tǒng)動力學。本專題課程基于ANSA軟件在講解ANSA的多體系統(tǒng)（Multibody system）其中包含運動學-kinematics和動力學-kinetics）。通過幾個工程項目案例實戰(zhàn)step by step一步步給大家展示ANSA多體的仿真及應用，ANSA通過內(nèi)置求解器對多體動力學模擬做出精確的模擬。
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多體動力學分析的實例教程
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習挖掘機的三維模型處理
2、學習挖掘機接觸相關的接觸設置
3、學習多體動力學分析步的建立
4、學習挖掘機多體動力學分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 挖掘機多體動力學分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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通過MotionView建立該產(chǎn)品行走機構的多體動力學模型，通過多體動力學仿真分析，獲得了關鍵部件的工作載荷歷程，確定了部件的最大載荷。通過在HyperMesh中建立關鍵部件的有限元模型，加載MotionView輸出的載荷信息，通過OptiStruct計算分析，找到了結構的主要受力位置，分析結果與結構的實際破壞完全吻合。最后通過聯(lián)合仿真優(yōu)化分析，大幅降低了部件的鉸點載荷和應力水平，保證了結構的可靠性。
2、原結構聯(lián)合仿真分析
2.1 多體動力學模型建立
在產(chǎn)品實際作業(yè)過程中，首先需要通過驅動此行走機構中的油缸伸出，推動鋼輪總成支撐到鋼軌上，進一步伸出油缸，使輪胎脫離地面，最終使鋼輪同時與輪胎和地面接觸，通過輪胎的驅動力帶動鋼輪在鋼軌上行走,大體結構如圖1所示。
圖1 結構示意
根據(jù)行走結構的實際工作原理，在MotionView中建立連接各部件恰當?shù)霓D動副、移動副、油缸位移驅動等，最終建立了整個行走機構的多體動力學模型，對機構支車運行過程進行多體動力學分析，得到了絲杠兩連接點的載荷歷程曲線如下圖2所示。
圖2 多體動力學模型
通過上述多體動力學分析，鋼輪支地輪胎抬起瞬間,絲杠受到35T的壓力，當剛輪與輪胎接觸瞬間，絲杠受到約30T的拉力，因此在整個支車過程中結構受到巨大拉壓交變載荷的作用，很容易發(fā)生疲勞破壞。因此需要考慮對鉸點進行優(yōu)化，以降低支車過程的交變載荷。
2.2 結構強度分析
將上述多體動力學分析獲得的最大載荷加載到絲杠和車架上，在HyperMesh中建立結構強度分析模型，通過OptiStruct求解計算，得到絲杠及與其連接的車架位置應力水平超過1000MPa，具體如下圖3、圖4所示，其發(fā)生破壞的可能性極大。
展開 靜力學仿真軟件主要用于分析結構產(chǎn)品在穩(wěn)定狀態(tài)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(jīng)無法滿足機構在高速運動，復雜接觸狀態(tài)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(tài)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(zhí)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(fā)展，工程師借助計算機對運動機械的動力學特性進行數(shù)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(jù)。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(tài)，為機構系統(tǒng)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(yè)內(nèi)的一些應用，Ansys提供了完整的解決方案，包括：疲勞仿真、模態(tài)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(wǎng)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(tǒng)的運動性能、結構、振動、疲勞等進行分析。
1、動力傳動系統(tǒng)的動力學分析
動力傳動系統(tǒng)結構包括齒輪、軸承、轉軸、齒輪箱等。
展開 本案例（附件中的inp文件）介紹了采用Dynamic implicit分析步進行多體動力學分析。Dynamic implicit分析步適用于弱非線性的情況，因而在復雜的多體動力學分析中應用較廣。多體動力學的分析中需要注意邊界條件所采用的坐標系與運動約束所采用的坐標系之間的協(xié)調問題，若稍不注意，很容易發(fā)生計算錯誤或引起較大的計算誤差。
靜力學仿真軟件主要用于分析結構產(chǎn)品在穩(wěn)定狀態(tài)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(jīng)無法滿足機構在高速運動，復雜接觸狀態(tài)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(tài)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(zhí)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(fā)展，工程師借助計算機對運動機械的動力學特性進行數(shù)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(jù)。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(tài)，為機構系統(tǒng)的改進設計提供準確有效的建設意見。
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多體動力學分析的相關專題、標簽、搜索
多體動力學分析的最新內(nèi)容
Adams（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）是全球多體動力學仿真領域的標桿軟件，由 MSC Software 公司開發(fā)（現(xiàn)隸屬于 Hexagon 集團），憑借領先的虛擬樣機技術，成為汽車、航空航天、重型機械等行業(yè)系統(tǒng)級動力學分析的首選工具，全球市場占有率超 60%。
一、軟件核心介紹
Adams 是集建模、求解、可視化
它是分析剛體運動的多體動力學和分析柔性體運動、應力和變形的有限元方法(FEM)的結合。多柔體動力學（Multi Flexible Body Dynamics, MFBD）通過將傳統(tǒng)多體動力學中的剛體替換為柔性體，可實現(xiàn)機械手臂的高精度的振動與強度分析，從而進行輕量化設計。
結構力學分析（靜力/動力/疲勞）、多體系統(tǒng)仿真（MBD）、鑄造/成型過程模擬是一個非常經(jīng)典且覆蓋面廣的工業(yè)仿真問題，涵蓋了機械、材料和制造工程的核心領域。作為UltraLAB圖形工作站的廠商，深入理解這些算法的計算特性，是為客戶提供精準、高效硬件配置方案的基礎。
我將為您逐一解析這三大仿真領域。
核心結論速覽表
[圖片]
所有這些分析工況，都涉及到起落架的多體動力學分析應用，需要將每個細節(jié)設計到合乎要求的狀態(tài)，尤其是動態(tài)過程中的一些典型動態(tài)行為，需要符合設計要求，比如落震時功量圖上的每個細節(jié)是否合乎要求；滑跑時前輪是否產(chǎn)生擺振以及與跑道的耦合動力學狀態(tài)是否合理；收放時是否能按要求收起和放下，能否最優(yōu)化起落架存儲空間以及收放可靠性是否達標等。
其流程包括：
多體動力學分析提取載荷；
基準模型性能分析；
拓撲優(yōu)化生成輕量高效結構；
PolyNURBS 包覆生成可制造幾何；
性能復核與工藝仿真（如 3D 打印）。
Inspire 在優(yōu)化過程中可加入制造約束，避免生成無法落地的設計；一鍵高質量幾何包覆功能讓優(yōu)化結果可直接進入生產(chǎn)環(huán)節(jié)。
其流程包括：
多體動力學分析提取載荷；
基準模型性能分析；
拓撲優(yōu)化生成輕量高效結構；
PolyNURBS 包覆生成可制造幾何；
性能復核與工藝仿真（如 3D 打印）。
Inspire 在優(yōu)化過程中可加入制造約束，避免生成無法落地的設計；一鍵高質量幾何包覆功能讓優(yōu)化結果可直接進入生產(chǎn)環(huán)節(jié)。
并且，可以面對交互式仿真或者腳本仿真使用，應用范圍較廣，可解決這類較復雜工況問題，為多體動力學的變拓撲分析提供了新的解決方法。
相關產(chǎn)品鏈接：
https://www.anscos.com/adams.html
更多信息請關注庭田科技
全國熱線：4006336258
官方郵箱：info@anscos.com
【文章來自海克斯康工業(yè)軟件】
海克斯康工業(yè)軟件旗下的Adams多體動力學仿真分析軟件能夠為此類問題提供有效的解決方案，顯著提升產(chǎn)品的研發(fā)效率。
在航空航天、船舶等領域，單純的多剛體機構運動仿真往往難以完全滿足產(chǎn)品設計需求。更多情況下，需要考慮部件的柔性特征，例如翼面變形、起落架緩沖支柱外筒變形、航天機構中的繩索懸吊系統(tǒng)、艙門機構的運動與密封等。
海克斯康工業(yè)軟件旗下的Adams多體動力學仿真分析軟件能夠為此類問題提供有效的解決方案，顯著提升產(chǎn)品的研發(fā)效率。
在航空航天、船舶等領域，單純的多剛體機構運動仿真往往難以完全滿足產(chǎn)品設計需求。更多情況下，需要考慮部件的柔性特征，例如翼面變形、起落架緩沖支柱外筒變形、航天機構中的繩索懸吊系統(tǒng)、艙門機構的運動與密封等。
