多體系統仿真的案例
多體動力學系統仿真技術的發展
多體仿真技術的發展分為3個階段：前期是以現代計算力學為基礎的“多體動力學仿真”階段，近期擴展到于結構、控制和優化結合的“多體系統仿真”階段，目前正走向結合機-電-控與多物理場的“多體產品仿真”階段。
多體動力學仿真時期
這一時期是多體仿真的萌芽期，從事多體仿真的多是機構動力學學者。20世紀70年代，隨著電腦應用的逐漸普及，以美國為主的許多大學的應用力學學者開始以牛頓的運動定律對機械構造組成建立可數字化的數學模型（Mathematical Models），這就是今天多體仿真的前身。
70年代中期至90年代中期是多體動力學的蓬勃發展期，許多重要的數學模型和算法、有效的數值解法，甚至幾何模型與數學模型關系的建立都是發生在此期間，其中影響較大的包括密西根大學的以Eduler Angles為旋轉自由度的三維數模，愛荷華大學的Eduler Parameters旋轉自由度、相對自由度和遞歸算法（RecursiveFormulation），伊利諾大學Dr. Shabana的模態柔性體算法等。到了90年代中期這些技術都已成熟，值得一提的是RecurDyn的研發團隊集成了以上學術成果，并且引入同時期發展成熟的有限元算法作為可承受大變形和接觸的柔性體數模，于90年代末，在微軟的視窗操作系統上發布了第一版的RecurDyn，也算是“多體動力學仿真”紀元的一個總成。
多體系統的仿真時期
這一時期是多體仿真的成長期，市場主導了多體仿真的內涵。在RecurDyn第一版發布的20世紀90年代末，電腦的容量和速度又達到了一個新境界，新的多體仿真技術要求和挑戰也隨之浮現，由此迎來了“多體仿真系統”的新紀元。由“多體動力學”引申而來，一般泛指包括機械構造、結構材料和控制（軟、硬）元件的整體系統。
展開 【多體系統仿真算例】齒輪鏈條多體系統運動仿真
通過數值仿真，可以對齒輪鏈條多體系統進行運動和受力狀況的模擬。這種模擬方法可以提供對系統行為和性能的深入理解，有助于優化設計、預測故障和提高系統的穩定性。
在數值仿真中，可以使用有限元分析（FEA）或多體動力學（MBD）等方法來模擬齒輪鏈條多體系統的運動和受力狀況。
有限元分析（FEA）：這種方法通過將系統劃分為有限數量的元素（如齒輪和鏈條），并使用數學模型描述每個元素的物理行為，從而模擬系統的整體行為。FEA可以用于分析齒輪鏈條的應力、應變、位移等，并評估系統的疲勞壽命和穩定性。
多體動力學（MBD）：這種方法使用多體動力學軟件來模擬復雜機械系統的運動和受力狀況。MBD可以模擬齒輪鏈條多體系統中的齒輪嚙合、鏈條張緊力、摩擦力等動態行為，并預測系統的動態響應和穩定性。
在進行數值仿真時，需要考慮多個因素，如齒輪和鏈條的材料屬性、幾何形狀、接觸條件、潤滑條件等。通過調整這些參數，可以觀察系統在不同條件下的行為，從而優化設計并改進系統的性能。
仿真設計：
【仿真平臺】自建高性能計算集群
【算例說明】通過數值仿真，可模擬齒輪鏈條多體系統運動和受力狀況
【工程應用】齒輪鏈條多體系統運動仿真、多體系統動力學仿真、機械工程等
【創新貢獻】自動化計算流程+計算參數優化+后處理自動生成
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展開 結構力學分析（靜力、動力、疲勞）、多體系統仿真、鑄造/成型過程模擬算法分析，及工作站硬件配置推薦
結構力學分析（靜力/動力/疲勞）、多體系統仿真（MBD）、鑄造/成型過程模擬是一個非常經典且覆蓋面廣的工業仿真問題，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
仿真領域
核心算法/方法
計算特點
主要計算平臺
備注
結構力學分析
隱式/顯式有限元法
隱式: 求解大型稀疏矩陣; 顯式: 瞬態、高度并行
隱式: CPU多核為主;顯式: GPU >> CPU多核
疲勞分析基于隱式結果，動力分析兩者皆有。
多體系統仿真
常微分方程組數值求解
順序性強、規模相對較小、對CPU頻率敏感
CPU多核為主，CPU單核為輔
對CPU主頻要求高，GPU加速應用較少。
鑄造/成型模擬
CFD + 隱式有限元法 (耦合)
多物理場耦合、計算密度極高、非線性強
CPU多核 + GPU (雙核心)
CFD(流動)部分GPU加速效果顯著，FEM(凝固/應力)部分依賴CPU。
展開 基于多柔體動力學技術的行星輪系多體動力學仿真分析
基于多柔體動力學(MFBD) 技術對行星輪系建立了剛柔耦合多體系統模型,其中柔體部件采用了節點法和模態縮減法兩種建模方式。利用RecurDyn 軟件對該多體系統進行了仿真分析,得出了行星架速度曲線和齒輪的動態嚙合力曲線,并將結果與剛體仿真結果進行比較,同時得出了行星輪系在嚙合過程中的應力云圖及節點應力曲線。通過對仿真結果的分析得出了行星輪被破壞的主要原因。仿真數據也為優化設計和疲勞性能研究提供了依據,為新產品的開發提供了有效的手段。
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行業應用方案 | 多學科系統中的多體動力學仿真
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。
展開 MATLAB程序設計+有限元+多體系統動力學
基于興趣愛好及專業相關，長期從事程序設計與仿真模擬工作，經驗豐富、頗具實力。喜歡挑戰自我，解決各種疑難問題。
對人工智能，尤其是智能優化算法研究較為深入。對ABAQUS有限元仿真，Adams多體系統動力學仿真，ISight多學科優化仿真也多有研究；并且能夠熟練使用Hyperworks系列軟件。曾作為家教教授過三名碩士研究生相關知識，也協助、指導過多篇碩士論文。大家如有相關方面的需求，請加qq1632612110詳聊。
Adams— 系統級多體動力學仿真平臺
Adams 是一款系統級多體動力學仿真平臺，被廣泛應用于汽車、能源、重型機械等多個行業。該工具凝聚了豐富行業應用經驗，能夠快速進行系統級的運動學、動力學仿真、系統級模態及振動分析、與控制系統集成的機電一體化分析、系統疲勞壽命分析等，包括基礎模塊、擴展模塊、車輛專用模塊、新能源專用模塊、實時仿真模塊等。
產品功能及特點
- 基礎模塊
采用 Adams 軟件基本模塊，可快速建立或導入參數化幾何模型，支持系統運動學、靜力學和非線性動力學分析。
- 擴展模塊
Adams 提供多學科軟件接口，包括與 CAD、FEA、控制及疲勞分析軟件之間的接口。
Adams/Control 支持將機械系統與控制系統聯合仿真，評估多學科系統整體性能
Adams/Flex 支持機械系統柔性化，評估機械系統部件彈性變形的影響
Adams/Durability 支持導出子系統或零部件載荷 - 時間歷程，評估系統內部件應力、應變、壽命，同時提供 MSC Fatigue 和 nCode DesignLife 接口，完成零部件的疲勞壽命預測
Adams/Vibration 支持系統振動特性分析，可進行減振、隔振等振動性能優化
- 車輛專用模塊
車輛仿真專用模塊 Adams/Car 支持用戶快速建立高精度的整車虛擬樣機，包括底盤（傳動系統、制動系統、轉向系統、懸架）、輪胎和路面、動力總成、車身、控制系統等。
- 新能源車專用模塊
新能源車專用模塊 Adams/Car EV 支持 FWD、RWD、AWD 多種動力總成布置，提供驅動、制動控制等相關模塊，支持 FMU 聯合仿真，能夠實現高保真度的機電控聯合仿真，對控制策略進行仿真驗證。
展開 案例分享|“王炸”組合助力SCANIA管理多體仿真數據
SimManager提供了包括對仿真數據、方法和流程集中存儲、訪問的企業級平臺。另外，SimManager建立了以仿真驅動設計的仿真知識庫，實現最佳仿真實踐、數據重用和仿真方法的統一管理，將會作為將來快速可持續的創新平臺，幫助企業在市場競爭中領先。
MSC通過對特定學科推出的基于SimManager的Adams/Car Portal無疑是解決汽車行業多體數據管理真正的“王炸”組合。
03
面臨的問題
斯堪尼亞在應用ADAMS/Car進行多體系統仿真的過程中面臨著以下幾個問題。
展開 RecurDyn 應用：基于多體動力學的齒輪傳動系統動力學仿真
本文介紹基于多體動力學的齒輪傳動系統動力學仿真，使用多體動力學對齒輪傳動系統進行動態仿真的一種新方法，這一方法能使工程師在各種情況或條件下開發齒輪傳動系統。首先，介紹RecurDyn/DriveTrain 解決方案；其次，分享相關應用案例；然后，將繼續驗證這種齒輪接觸計算方法；最后進行總結。
首先，先介紹一下RecurDyn/Drivetrain的解決方案，如何在通用多體動力學軟件RecurDyn中合理地對傳動系統進行仿真。
多體動力學能夠考慮到應用于多個體的力，是一種計算時域中機械系統的動態行為的仿真方法。RecurDyn 已廣泛應用于各個工業領域，包括汽車、建筑設備、印刷設備、家電產品和精密儀器，汽車領域的應用案例如上圖所示。大家可以看到，RecurDyn適用于各種運動分析類型。
接下來，我想介紹一個RecurDyn用于齒輪傳動系統行為仿真的新功能。現有的傳動系統中的NV（振動噪聲））方面的問題越來越嚴重，因此BEV（純電動汽車）和 HEV（混合動力汽車）正在汽車行業中興起。
齒輪接觸引起的噪聲和振動通過軸、軸承和外殼傳遞到底盤。嚙合偏差是齒輪傳動系統中NV（噪聲振動）的主要來源。
嚙合偏差是由齒輪連接的軸的變形或軸的輕微偏移引起的，要對這種情況進行精確仿真，在此建模中必須考慮以下 4 個因素：
- 齒輪變形的可變嚙合剛度和嚙合時的齒數量變化
- 考慮彎曲變形和軸的扭轉變形
- 考慮在軸承施加的組合載荷下的軸承剛度
- 考慮在應用載荷下外殼的變形
特別是在高精度齒輪接觸計算中，這些因素是必需的，因為振動主要是由齒輪接觸引發。
展開 用RecurDyn對行星齒輪進行多體動力學仿真論文
摘要:基于多柔體動力學(MFBD) 技術對行星輪系建立了剛柔耦合多體系統模型,其中柔體部件采用了節點法和模態縮減法兩種建模方式。利用RecurDyn 軟件對該多體系統進行了仿真分析,得出了行星架速度曲線和齒輪的動態嚙合力曲線,并將結果與剛體仿真結果進行比較,同時得出了行星輪系在嚙合過程中的應力云圖及節點應力曲線。通過對仿真結果的分析得出了行星輪被破壞的主要原因。仿真數據也為優化設計和疲勞性能研究提供了依據,為新產品的開發提供了有效的手段
基于多柔體動力學技術的行星輪系多體動力學仿真分析.part3.rar
基于多柔體動力學技術的行星輪系多體動力學仿真分析.part1.rar
基于多柔體動力學技術的行星輪系多體動力學仿真分析.part2.rar
展開 土石混合體多相多物理場耦合數值仿真 ￥5000
本案例建立了一土石混合體結構，如圖1所示?；贑OMSOL軟件對土石混合體進行了數值仿真，考慮了土石混合體孔隙變化，細顆粒侵蝕，骨架結構變形，此問題是一個多場（滲流場、變形場、應力場、損傷場）多相介質（土顆粒集合體，塊石，空隙，孔隙）耦合的復雜問題。仿真結果如圖2所示。
圖1 幾何模型
顆粒運動分布
應力分布
孔隙滲流下的細顆粒遷移運動
圖2 數值仿真結果
感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎合作交流
計算多體系統動力學
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計算多體系統動力學
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1/5經典理論書籍
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計算多體系統動力學
研究生用書，洪嘉振
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一個柔體曲柄機構的多體動力學仿真
MultiBody-Dynamic-02.rar
柔體曲柄機構的多體動力學仿真計算文件
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