MBD仿真的案例
揭開多體動(dòng)力學(xué)仿真的五大誤區(qū)（上篇）
注：本文譯自Adams市場經(jīng)理Hemanth Kolera-Gokula所寫《Debunking the Five Myths of Multibody Dynamics Simulation》
基于物理的仿真已經(jīng)成為工程產(chǎn)品開發(fā)過程的一個(gè)組成部分，仿真已跨越物理類型和行業(yè)。汽車、航空航天、重型機(jī)械和能源行業(yè)的工程師通常利用多體動(dòng)力學(xué)（MBD）仿真來模擬復(fù)雜裝配體零部件的運(yùn)動(dòng)，隨著工程組織（企業(yè)或研究機(jī)構(gòu)）面臨復(fù)雜的新的工程挑戰(zhàn)，多體仿真應(yīng)用也在不斷增加。
仿真功能使工程師能夠探索組件和幾何配置之間的相互作用，用以設(shè)計(jì)控制策略和優(yōu)化系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。所有這些都可以在設(shè)計(jì)過程的早期實(shí)現(xiàn)，并且不需要不斷的和昂貴的原型設(shè)計(jì)的開銷。
今天，MBD能實(shí)現(xiàn)的可能性已經(jīng)超出了我們的認(rèn)知程度。更多高性能計(jì)算機(jī)、互操作性標(biāo)準(zhǔn)以及求解技術(shù)和仿真方法的進(jìn)展有助于為機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來新的理念。而一些組織正在向前邁進(jìn)，以往的認(rèn)知和觀念阻礙了MBD仿真的應(yīng)用，它們對現(xiàn)代工程開發(fā)過程具有重要價(jià)值。本文重點(diǎn)討論與MBD仿真相關(guān)的五個(gè)常見誤區(qū)以及面臨的挑戰(zhàn)，每一個(gè)都說明當(dāng)前開發(fā)能力存在的不足和可能被忽視的好處。
誤區(qū)一
MBD仿真=運(yùn)動(dòng)分析
MBD仿真求解一套復(fù)雜的相互關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了僅僅模擬約束機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。領(lǐng)先的組織不會(huì)在局部進(jìn)行優(yōu)化，而是跨學(xué)科協(xié)作來權(quán)衡參數(shù)并實(shí)現(xiàn)所需的系統(tǒng)級優(yōu)化。例如，汽車制造商擁有跨職能的團(tuán)隊(duì)，他們專注于機(jī)械耐久性、安全性、噪音和振動(dòng)分析。MBD仿真可實(shí)現(xiàn)這種協(xié)作開發(fā)，并作為貫穿這些團(tuán)隊(duì)的共同基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級設(shè)計(jì)。
展開 技術(shù)小貼士：Particleworks界面與FMI的比較 - MBD與CFD的聯(lián)合仿真
除了MBD軟件之外，Particleworks也需要定義物理元素的輸入/輸出，以符合規(guī)則。
當(dāng)設(shè)計(jì)更改時(shí)，必須相應(yīng)地更改Plant Input/Output
正確匹配Plant Input和Plant Output才能得到正確的解析結(jié)果（容易出現(xiàn)用戶錯(cuò)誤）
如果您需要多個(gè)Wall，在實(shí)際仿真中，直接設(shè)置是非常困難的。
Particleworks Interface vs.FMI-2。后處理過程
Particleworks Interface:從系統(tǒng)仿真者的角度提供更多便利
RecurDyn，可以在一個(gè)軟件中同時(shí)查看各種流體的行為和MBD結(jié)果。
為系統(tǒng)仿真人員提供所需的各種后處理功能。
檢查Contour、Trace和系統(tǒng)的行為結(jié)果
可以同時(shí)查看流體和Wall（與流體粒子相互作用的系統(tǒng)表面）的Contour
流體與系統(tǒng)相互作用的結(jié)果分析效率較好。
容易對水滴進(jìn)入機(jī)械系統(tǒng)、齒輪油慢速等飛濺行為進(jìn)行仿真（視覺分析>細(xì)節(jié)數(shù)值數(shù)據(jù)分析>修改設(shè)計(jì)）
FMI:必須分別檢查流體和系統(tǒng)的結(jié)果
必須在各自的軟件中檢查流體的行為和MBD結(jié)果。
對流體與系統(tǒng)相互作用的結(jié)果分析不方便。
展開 揭開多體動(dòng)力學(xué)仿真的五大誤區(qū)（下篇）
注：本文譯自Adams市場經(jīng)理Hemanth Kolera-Gokula所寫《Debunking the Five Myths of Multibody Dynamics Simulation》
續(xù)前節(jié)：揭開多體動(dòng)力學(xué)仿真的五大誤區(qū)（上篇）
誤區(qū)四
使用MBD模擬需要專業(yè)知識
傳統(tǒng)上，利用仿真研究系統(tǒng)的行為一直是仿真工程師或分析人員的研究領(lǐng)域。仿真接口，或仿真技術(shù)和過程的復(fù)雜性，導(dǎo)致了對用戶高度專業(yè)化的要求。缺乏模型交換和互操作性的標(biāo)準(zhǔn)加劇了這些問題。
在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真領(lǐng)域，MBD分析員一直是仿真模型的把關(guān)人。然而，隨著工程仿真在設(shè)計(jì)和開發(fā)中占據(jù)中心地位，對仿真模型和建模信息進(jìn)行公開訪問的需求正在增長。為此，仿真軟件供應(yīng)商努力將分析人員的知識和技能封裝到模型中。這種封裝使得其他工程師更容易利用這種封裝，來探索建模系統(tǒng)如何與其他系統(tǒng)集成，以及研究對他們來說重要的設(shè)計(jì)權(quán)衡和優(yōu)化。
有幾種方法可以改進(jìn)對MBD模型的訪問。一種方法是制定獨(dú)立于工具的標(biāo)準(zhǔn)，使“即插即用”方法能夠通過更精簡的接口利用高度先進(jìn)的模型。功能模型接口（FMI）是CAE模型交換和協(xié)同仿真的獨(dú)立于工具的標(biāo)準(zhǔn)。FMI通過將MBD模型表示為一個(gè)功能樣機(jī)單元（FMU），可以將模型導(dǎo)入到符合標(biāo)準(zhǔn)的其他工具中。這種方法允許不是MBD專家的仿真工程師使用MBD模型，但不需要了解模型的內(nèi)部復(fù)雜性或如何與創(chuàng)建模型的仿真軟件交互。
簡化用戶體驗(yàn)是幫助組織改進(jìn)訪問并從MBD模型中獲得價(jià)值的另一種方法。
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注：本文譯自Adams市場經(jīng)理Hemanth Kolera-Gokula所寫《Debunking the Five Myths of Multibody Dynamics Simulation》
續(xù)前節(jié)：揭開多體動(dòng)力學(xué)仿真的五大誤區(qū)（上篇）
誤區(qū)四
使用MBD模擬需要專業(yè)知識
傳統(tǒng)上，利用仿真研究系統(tǒng)的行為一直是仿真工程師或分析人員的研究領(lǐng)域。仿真接口，或仿真技術(shù)和過程的復(fù)雜性，導(dǎo)致了對用戶高度專業(yè)化的要求。缺乏模型交換和互操作性的標(biāo)準(zhǔn)加劇了這些問題。
在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真領(lǐng)域，MBD分析員一直是仿真模型的把關(guān)人。然而，隨著工程仿真在設(shè)計(jì)和開發(fā)中占據(jù)中心地位，對仿真模型和建模信息進(jìn)行公開訪問的需求正在增長。為此，仿真軟件供應(yīng)商努力將分析人員的知識和技能封裝到模型中。這種封裝使得其他工程師更容易利用這種封裝，來探索建模系統(tǒng)如何與其他系統(tǒng)集成，以及研究對他們來說重要的設(shè)計(jì)權(quán)衡和優(yōu)化。
有幾種方法可以改進(jìn)對MBD模型的訪問。一種方法是制定獨(dú)立于工具的標(biāo)準(zhǔn)，使“即插即用”方法能夠通過更精簡的接口利用高度先進(jìn)的模型。功能模型接口（FMI）是CAE模型交換和協(xié)同仿真的獨(dú)立于工具的標(biāo)準(zhǔn)。FMI通過將MBD模型表示為一個(gè)功能樣機(jī)單元（FMU），可以將模型導(dǎo)入到符合標(biāo)準(zhǔn)的其他工具中。這種方法允許不是MBD專家的仿真工程師使用MBD模型，但不需要了解模型的內(nèi)部復(fù)雜性或如何與創(chuàng)建模型的仿真軟件交互。
簡化用戶體驗(yàn)是幫助組織改進(jìn)訪問并從MBD模型中獲得價(jià)值的另一種方法。
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CFD專欄丨多物理場仿真CFD+MBD篇：洗衣機(jī)平衡環(huán)
洗衣機(jī)平衡環(huán)安裝位置
平衡環(huán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
1
平衡環(huán)的多物理場仿真
平衡環(huán)內(nèi)的液體晃動(dòng)在CFD中屬于自由液面兩相流問題。而平衡環(huán)的運(yùn)動(dòng)軌跡則來自安裝在底部的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，洗衣筒體懸掛系統(tǒng)（吊桿、彈簧減震器）共同作用的結(jié)果，既有轉(zhuǎn)動(dòng)也有擺動(dòng)，屬于典型的多體動(dòng)力學(xué)MBD問題。平衡環(huán)的糾偏（減振）能力除了和平衡環(huán)內(nèi)的液體晃動(dòng)力有關(guān)，也和洗衣機(jī)的懸掛系統(tǒng)相關(guān)。兩者是實(shí)時(shí)耦合，相互影響的。
以往的單物理場仿真方法要么假定平衡環(huán)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知，或流體質(zhì)心位置（液面形狀）已知，來分析，顯然不能反映真實(shí)的情況。
CFD+MBD模型
Altair AcuSolve+MotionSolve采用雙向耦合的方法，考慮了液體晃動(dòng)和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的相互影響。
AcuSolve輸入剛體的六自由度運(yùn)動(dòng)軌跡，輸出液體晃動(dòng)產(chǎn)生的力和扭矩。MotionSolve則根據(jù)輸入的流體動(dòng)態(tài)載荷確定下個(gè)時(shí)刻剛體的位移。兩個(gè)求解器同時(shí)求解，并在每個(gè)時(shí)間步交換一次信息。
展開 基于DEM-MBD耦合仿真的地面車輛力學(xué)解決方案
圖3 考慮土壤粘性和可壓縮性的EEPA接觸模型仿真
2、多體動(dòng)力學(xué)方法
虛擬樣機(jī)技術(shù)是當(dāng)前設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的一門新技術(shù)，它利用軟件建立機(jī)械系統(tǒng)的三維實(shí)體模型和力學(xué)模型，在各種虛擬環(huán)境中真實(shí)地模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，分析和評估系統(tǒng)的性能。多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是虛擬樣機(jī)技術(shù)的核心理論，包括多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，是研究多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。多體系統(tǒng)一般由若干個(gè)柔性和剛性物體相互連接所組成，其結(jié)構(gòu)和連接方式多種多樣，因而動(dòng)力學(xué)方程式一般都是高階非線性方程，特別是多柔體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程是強(qiáng)耦合、強(qiáng)非線性方程，只能通過計(jì)算機(jī)用數(shù)值方法進(jìn)行求解。
車輛是一個(gè)復(fù)雜的多體系統(tǒng)，外界載荷的作用更加復(fù)雜多變，“人-車-路”三位一體的相互作用使車輛動(dòng)力學(xué)模型的建立、分析、求解始終是一個(gè)難題。多體動(dòng)力學(xué)的迅速發(fā)展為車輛動(dòng)力學(xué)的研究提供了一個(gè)方便快捷的手段。由此，車輛動(dòng)力學(xué)研究的力學(xué)模型逐漸由線性模型發(fā)展到非線性系統(tǒng)模型；模型的自由度由二自由度發(fā)展到數(shù)十個(gè)自由度，甚至到數(shù)百個(gè)上千個(gè)自由度。模擬計(jì)算也由穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的計(jì)算發(fā)展到瞬態(tài)響應(yīng)特性和轉(zhuǎn)彎制動(dòng)特性的計(jì)算。目前多體動(dòng)力學(xué)仿真已日漸成為國內(nèi)外的各主要車輛和研究機(jī)構(gòu)的通用方法和標(biāo)準(zhǔn)。目前在車輛領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件有多種，包括MSC.ADAMS、Recurdyn、西門子公司的Virtual Lab Motion等。
圖4 ADAMS中車輛仿真
3、DEM-MBD耦合
EDEM軟件均可以實(shí)現(xiàn)與MSC.ADAMS、Recurdyn、Virtual Lab Motion等的耦合仿真。
展開 案例分享 | 基于Adams的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性極端工況仿真
最近，福特澳大利亞汽車公司的一組研究人員開發(fā)了一種可預(yù)測的、高保真的建模方法，使用Adams仿真預(yù)測車輛對側(cè)風(fēng)工況的穩(wěn)定性響應(yīng)。（Neil Lewington，2017年）。本文討論了其方法及為福特汽車開發(fā)過程增加的工程價(jià)值。
考慮到物理測試的局限性，福特汽車在仿真開發(fā)流程中采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)分析的靜態(tài)耦合方法，并且替代全尺寸的實(shí)車測試。在這種方法中，使用空氣動(dòng)力學(xué)系數(shù)來計(jì)算風(fēng)力，并將其用于Adams車輛動(dòng)力學(xué)仿真近似計(jì)算車輛對側(cè)風(fēng)的響應(yīng)。盡管已知這種方法可為緊湊型和中型車輛提供令人可接受的結(jié)果，但無法預(yù)測極端的側(cè)風(fēng)工況下車輛所受的作用力和力矩。此外，仿真誤差與車輛的尺寸成比例。
為了解決這些工程問題，開發(fā)了一種更高保真度的工程仿真方法。通過計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）仿真計(jì)算出的空氣動(dòng)力被施加到多體動(dòng)力學(xué)（MBD）仿真上，來模擬車輛對側(cè)風(fēng)工況的響應(yīng)。Adams用于車輛動(dòng)力學(xué)仿真。CFD工具可仿真流場。CFD模型的輸出，即空氣作用力和力矩，施加于Adams模型，以計(jì)算側(cè)風(fēng)工況下的橫擺、側(cè)傾和側(cè)向加速度響應(yīng)。由于側(cè)風(fēng)對車輛的整體操縱特性的影響有限，并且對計(jì)算資源需求的不斷增加，因此未計(jì)算車輛在側(cè)風(fēng)工況下的平移和俯仰運(yùn)動(dòng)。
利用Ford Everest（大型運(yùn)動(dòng)型多用途車），F(xiàn)ord Escort（中型轎車）和Ford B-Max（小型多功能車）對CFD和MBD聯(lián)合仿真方法進(jìn)行測試。鑒于其獨(dú)特的車身風(fēng)格，它們對側(cè)風(fēng)工況有不同的車輛響應(yīng)。
圖 1 仿真車輛平臺(tái)
Everest和Escort是新的平臺(tái)，用以標(biāo)定模型的參考數(shù)據(jù)較少，這給工程師帶來了額外的挑戰(zhàn)。根據(jù)從比利時(shí)洛默爾的福特試驗(yàn)場獲得的測量數(shù)據(jù)對建模方法進(jìn)行了驗(yàn)證。同時(shí)全尺寸的風(fēng)洞試驗(yàn)也用于靜力和力矩的標(biāo)定。
展開 案例分享 | 基于Adams的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性極端工況仿真
最近，福特澳大利亞汽車公司的一組研究人員開發(fā)了一種可預(yù)測的、高保真的建模方法，使用Adams仿真預(yù)測車輛對側(cè)風(fēng)工況的穩(wěn)定性響應(yīng)。（Neil Lewington，2017年）。本文討論了其方法及為福特汽車開發(fā)過程增加的工程價(jià)值。
考慮到物理測試的局限性，福特汽車在仿真開發(fā)流程中采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)分析的靜態(tài)耦合方法，并且替代全尺寸的實(shí)車測試。在這種方法中，使用空氣動(dòng)力學(xué)系數(shù)來計(jì)算風(fēng)力，并將其用于Adams車輛動(dòng)力學(xué)仿真近似計(jì)算車輛對側(cè)風(fēng)的響應(yīng)。盡管已知這種方法可為緊湊型和中型車輛提供令人可接受的結(jié)果，但無法預(yù)測極端的側(cè)風(fēng)工況下車輛所受的作用力和力矩。此外，仿真誤差與車輛的尺寸成比例。
為了解決這些工程問題，開發(fā)了一種更高保真度的工程仿真方法。通過計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）仿真計(jì)算出的空氣動(dòng)力被施加到多體動(dòng)力學(xué)（MBD）仿真上，來模擬車輛對側(cè)風(fēng)工況的響應(yīng)。Adams用于車輛動(dòng)力學(xué)仿真。CFD工具可仿真流場。CFD模型的輸出，即空氣作用力和力矩，施加于Adams模型，以計(jì)算側(cè)風(fēng)工況下的橫擺、側(cè)傾和側(cè)向加速度響應(yīng)。由于側(cè)風(fēng)對車輛的整體操縱特性的影響有限，并且對計(jì)算資源需求的不斷增加，因此未計(jì)算車輛在側(cè)風(fēng)工況下的平移和俯仰運(yùn)動(dòng)。
利用Ford Everest（大型運(yùn)動(dòng)型多用途車），F(xiàn)ord Escort（中型轎車）和Ford B-Max（小型多功能車）對CFD和MBD聯(lián)合仿真方法進(jìn)行測試。鑒于其獨(dú)特的車身風(fēng)格，它們對側(cè)風(fēng)工況有不同的車輛響應(yīng)。
圖 1 仿真車輛平臺(tái)
Everest和Escort是新的平臺(tái)，用以標(biāo)定模型的參考數(shù)據(jù)較少，這給工程師帶來了額外的挑戰(zhàn)。根據(jù)從比利時(shí)洛默爾的福特試驗(yàn)場獲得的測量數(shù)據(jù)對建模方法進(jìn)行了驗(yàn)證。同時(shí)全尺寸的風(fēng)洞試驗(yàn)也用于靜力和力矩的標(biāo)定。
展開 基于模型開發(fā)（MBD）的電機(jī)效率圖有限元仿真分析
1 基于模型的開發(fā)和效率圖
在MBD中，無需等待真實(shí)樣機(jī)制造完成就可以評估電機(jī)的特性。電機(jī)效率圖是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)中的重要評價(jià)項(xiàng)目之一。因此，有必要利用有限元仿真獲得高精度的電機(jī)效率圖。
但是，如果我們談?wù)撔蕡D評估，則根據(jù)開發(fā)階段的不同，效率圖的準(zhǔn)確性和計(jì)算時(shí)間成本也會(huì)有所不同。在這里，我們考慮以下兩個(gè)階段的效率圖評估：
概念設(shè)計(jì)。
詳細(xì)的性能評估。
在概念設(shè)計(jì)中，當(dāng)改變電機(jī)的拓?fù)浜托螤顣r(shí)，評估機(jī)器的特性。因此，有必要評估每個(gè)電機(jī)結(jié)構(gòu)方案的效率圖。為了評估大量方案，必須限制一次生成效率圖所花費(fèi)的成本（計(jì)算時(shí)間）。另一方面，在詳細(xì)性能評估階段，通常會(huì)制作樣機(jī)，并在電機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行性能評估。在MBD中，臺(tái)架試驗(yàn)被模擬虛擬試驗(yàn)代替。因此，在仿真中，需要一個(gè)相當(dāng)于真實(shí)機(jī)器的精度。
利用有限元分析軟件[1][2]可以通過模擬評估效率圖。然而，很少有文章提到上述每個(gè)開發(fā)階段的map評估。本文詳細(xì)闡述了性能評估中的概念設(shè)計(jì)和效率圖生成評估方法。此外，還將闡述生成Map圖所需的精度及其計(jì)算成本。
圖1和表1顯示了本文案例的電動(dòng)機(jī)及其規(guī)格。
展開 案例分享 | 基于Adams的側(cè)風(fēng)穩(wěn)定性極端工況仿真
最近，福特澳大利亞汽車公司的一組研究人員開發(fā)了一種可預(yù)測的、高保真的建模方法，使用Adams仿真預(yù)測車輛對側(cè)風(fēng)工況的穩(wěn)定性響應(yīng)。（Neil Lewington，2017年）。本文討論了其方法及為福特汽車開發(fā)過程增加的工程價(jià)值。
考慮到物理測試的局限性，福特汽車在仿真開發(fā)流程中采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)分析的靜態(tài)耦合方法，并且替代全尺寸的實(shí)車測試。在這種方法中，使用空氣動(dòng)力學(xué)系數(shù)來計(jì)算風(fēng)力，并將其用于Adams車輛動(dòng)力學(xué)仿真近似計(jì)算車輛對側(cè)風(fēng)的響應(yīng)。盡管已知這種方法可為緊湊型和中型車輛提供令人可接受的結(jié)果，但無法預(yù)測極端的側(cè)風(fēng)工況下車輛所受的作用力和力矩。此外，仿真誤差與車輛的尺寸成比例。
為了解決這些工程問題，開發(fā)了一種更高保真度的工程仿真方法。通過計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）仿真計(jì)算出的空氣動(dòng)力被施加到多體動(dòng)力學(xué)（MBD）仿真上，來模擬車輛對側(cè)風(fēng)工況的響應(yīng)。Adams用于車輛動(dòng)力學(xué)仿真。CFD工具可仿真流場。CFD模型的輸出，即空氣作用力和力矩，施加于Adams模型，以計(jì)算側(cè)風(fēng)工況下的橫擺、側(cè)傾和側(cè)向加速度響應(yīng)。由于側(cè)風(fēng)對車輛的整體操縱特性的影響有限，并且對計(jì)算資源需求的不斷增加，因此未計(jì)算車輛在側(cè)風(fēng)工況下的平移和俯仰運(yùn)動(dòng)。
利用Ford Everest（大型運(yùn)動(dòng)型多用途車），F(xiàn)ord Escort（中型轎車）和Ford B-Max（小型多功能車）對CFD和MBD聯(lián)合仿真方法進(jìn)行測試。鑒于其獨(dú)特的車身風(fēng)格，它們對側(cè)風(fēng)工況有不同的車輛響應(yīng)。
圖 1 仿真車輛平臺(tái)
Everest和Escort是新的平臺(tái)，用以標(biāo)定模型的參考數(shù)據(jù)較少，這給工程師帶來了額外的挑戰(zhàn)。根據(jù)從比利時(shí)洛默爾的福特試驗(yàn)場獲得的測量數(shù)據(jù)對建模方法進(jìn)行了驗(yàn)證。同時(shí)全尺寸的風(fēng)洞試驗(yàn)也用于靜力和力矩的標(biāo)定。
展開 2024年RecurDyn優(yōu)秀案例競賽作品分享：基于DEM-MBD耦合的花生播種單體工作過程仿真與試驗(yàn)研究
摘要：本研究設(shè)計(jì)一臺(tái)雙鎮(zhèn)壓輥結(jié)構(gòu)花生播種單體，并采用基于DEM-MBD耦合的方法建立了幾組作業(yè)過程的仿真動(dòng)力學(xué)模型。通過參數(shù)化方法選用合理的力學(xué)模型。獲取仿真所需參數(shù)和設(shè)置仿真參數(shù)等一系列操作完成了耦合模型的建立。研究表明，基于DEM-MBD耦合的方法為花生播種單體作業(yè)性能評價(jià)和機(jī)具設(shè)計(jì)提供了一種新研究方法。
關(guān)鍵詞：花生播種，離散元，多體動(dòng)力學(xué)，耦合仿真
一、研究背景及目的
花生，原名落花生，是我國產(chǎn)量豐富、食用廣泛的一種堅(jiān)果，也是世界上最主要的經(jīng)濟(jì)作物與油料作物之一。我國的花生種植面積非常廣泛，由圖1可以看出全國各地基本均有種植地區(qū)。但由于近年來氣候變化等自然和人為原因?qū)е禄ㄉa(chǎn)量銳減。因此，我們在人為原因造成的花生減產(chǎn)方面進(jìn)行控制。如圖2所示為2023年某教授團(tuán)隊(duì)研究了一款2BMF-48花生覆膜播種機(jī)，這是國內(nèi)目前較為先進(jìn)的花生播種機(jī)。該款花生播種機(jī)適用于有覆膜要求的花生播種方法，能一次性完成花生的播種及覆膜過程。但是，目前花生播種單體起壟質(zhì)量大多都是能夠滿足現(xiàn)在生產(chǎn)要求，但是效果不理想。為了研究提高花生播種單體起壟質(zhì)量，本研究采用DEM-MBD耦合的方法設(shè)計(jì)花生播種單體，并對其進(jìn)行驗(yàn)證，確保其準(zhǔn)確性。
二、建模過程
本研究設(shè)計(jì)的機(jī)具主要由施肥開溝器、圓盤回填器、起壟鏟、牽引裝置、肥箱、變速箱、種箱、排種器、傳動(dòng)裝置、主機(jī)架、及鎮(zhèn)壓裝置等組成，如圖3所示。
接觸的土壤部分選用Hertz-JKR模型，土壤顆粒模型分為1球、3球、3球，如圖4所示。土槽模型的長寬高分別為4000mm、1200mm、300mm，如圖5所示。
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發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)整車結(jié)構(gòu)噪聲混合仿真分析
(1)
2.2整車仿真方法
整車仿真模擬分為激勵(lì)力模擬和傳遞路模擬兩個(gè)步驟。
2.2.1激勵(lì)力模擬
多體動(dòng)力學(xué)的最大優(yōu)勢是能快捷方便而準(zhǔn)確地模擬結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，而振動(dòng)噪聲TPA模型里的激勵(lì)力是由結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)所引起，本文采用多體動(dòng)力學(xué)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為能精確的運(yùn)動(dòng)件的邊界條件，本文采用柔性體建立車身模型。
2.2.2傳遞路徑模擬
有限元擅長進(jìn)行NVH噪聲響應(yīng)分析及優(yōu)化，本文采用有限元進(jìn)行內(nèi)飾車身模擬，激勵(lì)力作為邊界加載條條件。
2.2.3 分析流程
如圖3所示，針對搭載的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行缸壓測試，搭建發(fā)動(dòng)機(jī)MBD模型，基于MBD仿真將各轉(zhuǎn)速下缸壓轉(zhuǎn)換為曲軸中心階次力，進(jìn)而利用NVHD動(dòng)力系統(tǒng)仿真平臺(tái)進(jìn)行工況制定及求解。該分析流程不依賴于具體車型，適用于任何搭載此款發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛，最大程度的實(shí)現(xiàn)了整車動(dòng)力系統(tǒng)NVH仿真方法的可移植性。
圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)噪聲分析流程
3.某車型噪聲優(yōu)化
某車型在3 檔全油門加速過程中，存在低頻轟鳴聲現(xiàn)象。經(jīng)初步判斷，該現(xiàn)象是由傳動(dòng)系運(yùn)動(dòng)引起車身振動(dòng)所產(chǎn)生。為尋找優(yōu)化方案，對該車型進(jìn)行整車仿真模擬。
3.1激勵(lì)力模擬
3.1.1載荷數(shù)據(jù)獲取
在發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境試驗(yàn)室利用發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測量在怠速、加速、高檔低速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)缸壓，得到氣缸隨曲軸角度變化的曲線，利用軟件二次開發(fā)代碼進(jìn)行相應(yīng)的自動(dòng)處理轉(zhuǎn)化為仿真輸入數(shù)據(jù)。載荷數(shù)據(jù)處理過程如圖4所示。
圖4 載荷數(shù)據(jù)處理過程
3.1.2底盤傳動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型
采用集中質(zhì)量法建立包括發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、活塞、連桿、飛輪等的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體動(dòng)力學(xué)模型。圖5為某車型裝配后的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)模型。
展開 【網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)】Altair EDEM 2020新版本功能介紹
后處理 – EDEMpy 0.1.2
EDEMpy是一個(gè)Python庫，可對EDEM仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理和分析，使用戶輕松地從仿真平臺(tái)中提取特定數(shù)據(jù)，并以可自定義和可重用的方式處理該數(shù)據(jù)。最新版本包含一系列增強(qiáng)功能，包括用于搜索盒子或圓筒箱中對象的全新分組功能，用于獲取球體坐標(biāo)和半徑數(shù)據(jù)的新方法，以及用于獲取接觸和粘結(jié)數(shù)據(jù)的性能改進(jìn)。
EDEM-MotionSolve耦合
通過將EDEM與多體動(dòng)力學(xué) (MBD) 軟件耦合，設(shè)計(jì)重型設(shè)備的工程師能夠在其MBD仿真中引入逼真的塊狀材料，并深入了解機(jī)器與物料的相互作用。除了其他MBD軟件中已經(jīng)提供的一系列解決方案外，EDEM現(xiàn)在還可以與Altair MotionSolve耦合。EDEM-MotionSolve 聯(lián)合仿真提供了設(shè)備運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)建模和可視化的功能，并且可以用于檢查塊狀材料產(chǎn)生的負(fù)載如何在整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)中分布
EDEM-Fluent耦合增強(qiáng)功能
EDEM-Fluent耦合已經(jīng)過更新，用戶可以用其精確仿真各種粒子流體系統(tǒng)，還可通過該功能轉(zhuǎn)移化學(xué)物質(zhì)數(shù)據(jù)。這樣用戶可以仿真復(fù)雜的熱反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)（例如蒸發(fā)），并且在后續(xù)更新中，還將實(shí)現(xiàn)燃燒仿真。這將為依賴基于此類現(xiàn)象建模的過程打開一系列新應(yīng)用的大門。有關(guān)仿真蒸發(fā)的更多信息，請閱讀Astec, Inc.公司A.
展開 機(jī)器人行業(yè)工程仿真分析解決方案
包括：
剛-彈耦合分析
運(yùn)動(dòng)-控制聯(lián)合分析，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的耦合
結(jié)構(gòu)-運(yùn)動(dòng)-疲勞一體化分析
二 解決方案
機(jī)器人行業(yè)工程仿真在機(jī)器人的各個(gè)研發(fā)階段得到了廣泛的應(yīng)用，其中7大關(guān)鍵技術(shù)是機(jī)器人研發(fā)成敗的關(guān)鍵：（1）柔性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真MBD-FEA；（2）耦合仿真MBD-Nonlinear；（3）控制系統(tǒng)集成Mechatronics；（4）晃動(dòng)效應(yīng)及齒輪噪聲預(yù)測；（5）振動(dòng)分析；（6）試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化DOE/ Optimization；（7）一體化的疲勞壽命預(yù)測工具M(jìn)SCFatigue。
1、柔性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真MBD-FEA
柔性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真
包含部件柔性，從任意的有限元分析軟件獲得部件的柔性信息。
Nastran
Marc
Abaqus
Ansys
好處：
捕捉部件的變形
計(jì)算精度更高的機(jī)器人手臂軌跡
包含線性和非線性柔性
2、耦合仿真MBD-Nonlinear
3、控制系統(tǒng)集成Mechatronics
控制系統(tǒng)集成仿真
同時(shí)模擬和理解機(jī)械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的操作。
展開 達(dá)索&元王 聯(lián)合主辦的 “第二屆 電子產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)提升研討會(huì)！”歡迎報(bào)名參加
就企業(yè)和用戶所關(guān)注關(guān)心的問題，“第二屆 電子產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)提升研討會(huì)”特邀行業(yè)專家、技術(shù)大咖來深入解答和探討，期待您與我們共同交流探討~
會(huì)議議題流程：
時(shí)間
Time
演講主題/演講人
Lecture Topic / Speaker
13:30
來賓簽到
Sign in
13:45
典型器件封裝失效分析與設(shè)計(jì)優(yōu)化
——王志海 中電38所研究員
14:15
MBD設(shè)計(jì)仿真一體化加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化
——陳維 達(dá)索系統(tǒng)高級仿真工程師
14:45
現(xiàn)代優(yōu)化理論介紹及其應(yīng)用
——鄧林忠 博士，Inovelli 公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO
斯坦福大學(xué)SOL研究成員
15:20
智能終端設(shè)計(jì)研發(fā)的整體解決方案
——李冬生 有限元科技技術(shù)總工
15:45
茶歇
16:00
電子產(chǎn)品的電磁兼容性的預(yù)設(shè)與仿真
——馬永健 EMC首席專家，深圳蘭博濾波
16:25
報(bào)告題目待定
——何進(jìn) 博士，北京大學(xué)深圳系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任
16:55
成品率和可靠性驅(qū)動(dòng)的納米尺度集成電路設(shè)計(jì)方法學(xué)
——曾璇 博士，教育部長江學(xué)者，復(fù)旦大學(xué)專用集成電路與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
17:20
知識工程在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)中的應(yīng)用
——梁賢 博士，有限元科技副總經(jīng)理
交流互動(dòng) 領(lǐng)取禮品
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