機械手多體動力學的案例
機械工程中多體動力學的運用進展
隨著科技的不斷進步，很多新的科學技術都被研發(fā)和應用，多體動力學也作為一項高科技技術廣泛的應用在機械工程領域。機械工程領域的很多設備設計和產品研發(fā)，都需要應用多體系統動力學的相關知識。據此，重點闡述了多體動力學在機械工程領域的具體應用，希望為同行提供一些參考。
多體動力學的概念及研究價值
多體動力學的研究是建立在多個物體動力學上，所以又稱之為多體系統動力學，多個物體通過特定的鉸鏈連接起來，形成一種復雜的系統。這些物體根據性質不同， 可以分為多剛體系統和多柔性多體系統。多體系統動力學的研究涵蓋了多種學科，包括動力學、分析力學、有限元理論、連續(xù)介質力學、計算力學、控制理論等。
多體動力學的研究具有重大價值，它推動了機械工程行業(yè)的快速發(fā)展。多體系統動力學中的機械系統仿真分析技術使用的最為廣泛，其中有ADAMS和DADS兩個系統的應用，這兩個系統可以對產品進行建模和求解，從而預測產品的性能，幫助實現產品最優(yōu)化。尤其在機械工程領域的產品都是復雜的系統，通過經典力學來求解很難達到理想的效果，現在多體系統動力學已經廣泛的應用在機械工程的很多領域。
多體動力學在機械工程領域應用
1. 多體動力學在航空航天領域的應用
航空航天領域是我國重要的科學發(fā)展領域，近年來也是不斷在技術上有所突破，成為世界航天航空技術領先的國家之一。飛機是一架精密的儀器，里面的各個部件都是通過科學的設計才能到達完美的融合。
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(jié)點法和模態(tài)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(tài)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(jié)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(yōu)化設計和疲勞性能研究提供了依據,為新產品的開發(fā)提供了有效的手段。
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展開 RecurDyn 應用：基于多體動力學的齒輪傳動系統動力學仿真
作為齒輪傳動系統動態(tài)特性的預測方法，本文中介紹了考慮齒輪接觸剛度變化的多體動力學方法，并給出了驗證結果，結論如下：
-采用多體動力學方法進行齒輪接觸計算，可以考慮齒輪變形和嚙合齒數變化引起的嚙合剛度變化。
-該方法可以對系統的行為進行仿真和評估。振動由齒輪接觸引發(fā)，并通過軸和軸承傳遞到外殼。
-多體動力學方法可以在考慮瞬態(tài)條件下計算齒輪傳動系統的動態(tài)特性。
傳統的齒輪傳動仿真是靜態(tài)的，而不是動態(tài)的。但是，因為BEV（純電動汽車）/HEV（混合動力汽車）的齒輪變速箱會在各種駕駛條件下使用，瞬態(tài)響應仿真比以往更重要。多體動力學適用于此類機械系統仿真，RecurDyn/DriveTrain使工程師能夠動態(tài)地開發(fā)考慮各種瞬態(tài)條件的齒輪傳動系統。
文章來源:Recurdyn軟件
展開 多學科統一的多體動力學建模方法
多學科耦合的動力學控制方程的建模都可以寫成上式的形式，同時方程規(guī)范美觀，易于編程。
文章來源：多體動力學與控制
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
柔體曲柄機構的多體動力學仿真計算文件.rar
Comsol多體動力學剛柔耦合仿真方法 ￥20
前言：Comsol是優(yōu)秀的多物理場仿真軟件，用來模擬單個物理場、以及耦合多個物理場。用戶可以在Comsol中任意組合使用物理場模塊，無論模擬哪個工程領域的問題或是哪種特定的物理現象，都可以在同一個軟件界面中，使用相似的操作流程進行分析。Comsol主要有結構力學、聲學、化工、流體、傳熱、電磁模塊等，本次仿真主要采用其中的多體動力學模塊進行剛柔耦合分析。多體動力學模塊是進行多物理場耦合的一個關鍵基礎模塊，用戶可以在此基礎上耦合例如聲學、疲勞、傳熱等模塊。
第一部分：Comsol多體動力學剛柔耦合仿真介紹
在通常情況下，多體動力學仿真中的大部分部件都是剛性的，由此只需要關注剛體的動力學特征，然而，在某些特殊情況下，我們需要觀察其中某個部件的變形、應力、應變情況，所以我們需要選擇性的將剛體和柔性體指派到不同的部件。關于多體動力學的剛柔耦合分析，很多有限元軟件都可以實現，如Hyperworks、Adams、ANSYS等，但是這些有限元軟件在進行模型建模時，有些缺少必要的運動副，有些需要借助別的軟件才可以進行柔性體轉化，使用不夠便利。而Comsol解決了上述軟件的矛盾，可以在自己的界面中獨立完成剛柔耦合分析，對于不重點關注的剛體部分，可以將網格粗糙化，對于重點關注的柔性體部分，可以將網格適當加密。
Comsol基礎的運動副（關節(jié)）包括：
棱柱關節(jié)、鉸鏈關節(jié)、圓柱關節(jié)、螺紋關節(jié)、平面關節(jié)、球關節(jié)、槽關節(jié)、約化槽關節(jié)、萬向接頭、距離關節(jié)等。
展開 多用途高空工作平臺多體動力學分析
1.2 剛體動力學模型
剛體動力學建模首先要畫出飛機多用途高空工作平臺運動機構的拓撲關系圖，確定各零部件連接次序和方法，檢查運動系統的自由度，并基于原有設計的CATIA模型，整理貨艙門模型各零部件的質心，質量，慣量，鉸接點及定位點的坐標，形成EXCEL文件，將圖形轉換成H3D文件，整理高空工作平臺的各種運動輸入條件，拉桿、軸承、扭桿等元件的參數和特性曲線。為更加真實的反映各個運動副和物體的受力情況，剛體動力學模型中考慮了連接物體之間的摩擦力。摩擦力通過子系統的方式創(chuàng)建，在子系統中設置靜摩擦系數、動摩擦系數、動靜摩擦轉化速度和摩擦力作用半徑等參數。此外還定義了考核運動體的位移、速度、加速度、載荷及用戶自定義變量的輸出。飛機多用途高空工作平臺的剛體動力學模型如圖1所示。
1.3 剛柔耦合動力學模型
剛柔耦合模型的建模過程和剛體模型的建模過程類似，主要區(qū)別在于柔性體和鉸接的創(chuàng)建。飛機多用途高空工作平臺剛柔耦合模型首先生成各個部件的柔性體模型，總規(guī)模約20萬單元，生成柔性體所采用的有限元模型如圖2所示。將生成的柔性體集成到剛體動力學模型中，根據實際情況添加或修改物體之間的鉸接，并對相應的參數進行一定的調整，便可對飛機多用途高空工作平臺的運動過程進行仿真。仿真結果可以考察運動過程中各部件的應力和變形，也可考察多種工況下高空工作平臺運動情況的變化，如液壓作動筒輸出力的變化、運動協調性等。
2 高空工作平臺多體動力學分析
根據飛機多用途高空工作平臺的工作原理，建立了四種分析工況，分別為平地收起工況、平地伸出工況、斜坡收起工況和斜坡伸出工況。
展開 行業(yè)應用方案 | 多學科系統中的多體動力學仿真
靜力學仿真軟件主要用于分析結構產品在穩(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(tài)，為機構系統的改進設計提供準確有效的建設意見。
展開 飛機多用途高空工作平臺多體動力學分析
（轉）
摘要：本文以飛機多用途高空工作平臺為研究對象，運用MotionView/MotionSolve分析軟件建立了其多體動力學模型，并根據飛機多用途高空工作平臺的工作原理，建立了多種分析工況，對不同工況進行了運動仿真和傾翻特性研究，根據仿真結果對飛機多用途高空工作平臺進行設計改進。
關鍵詞：高空工作平臺，多體動力學，穩(wěn)定性，模擬仿真
0 引言
飛機多用途高空工作平臺是飛機日常維護所需的重要保障設備，它可以滿足不同作業(yè)高度的升降需求。飛機多用途高空工作平臺主要用于飛機機身中高部、機翼下部、機翼前后緣、翼尖等多部位的維護；在專用拆裝設備的配合下，也可作為飛機RAT、環(huán)控系統預冷散熱器拆裝、維護的作業(yè)平臺。為了操作人員和飛機安全，飛機多用途高空工作平臺的設計需要考慮各種使用工況下的安全和穩(wěn)定性。
本文以飛機多用途高空工作平臺為研究對象，運用MotionView/MotionSolve分析軟件建立了其多體動力學模型，并基于建模－對標－分析的完整建模流程，得到高精度的剛柔耦合動力學模型。根據飛機多用途高空工作平臺的工作原理，建立了多種分析工況，對不同工況進行了運動仿真和傾翻特性研究，根據仿真結果對飛機多用途高空工作平臺進行設計改進。
1 高空工作平臺多體動力學建模
1.1單位和坐標系
飛機多用途高空工作平臺的整個建模過程中，采用如下的單位制：毫米（mm）、千克（Kg）、秒（s）、牛頓（N）。飛機多用途高空工作平臺動力學模型的坐標系定義如下：整體坐標系為直角坐標系，坐標原點為高空工作平臺頂部的中心位置，X軸沿高空工作平臺構造水平線向前為正，Y軸在水平面內垂直于X軸向上為正，Z軸向上為正與X、Y軸構成右手坐標系，整個模型沿XZ平面對稱。
展開 多體動力學
多體動力學的研究對象是由多個物體通過約束及力元件連接起來的空間機構。 將機構中的物體抽象為柔體則得到多柔體系統抽象為剛體則得到多剛體系統。這里只涉及多剛體系統。 欲確定物體的位置、姿態(tài)、運動及所受作用力和力矩例如確定車身在靜平衡時的位置和姿態(tài)在一定操縱輸入下的運動以及某種運動下的受力需要列寫和求解包含所關心未知量的方程。 方程包括動力學方程和約束方程。動力學方程是指力與運動間關系的方程。列寫動力學方程的方法按依據的原理分為矢量力學方法和分析力學方法。這里只包括直觀的矢量力學方法。約束方程是指針對各種約束模型如球鉸列出的對物體位置及姿態(tài)的限制方程。 下面介紹列寫上述方程需要的矢量運算規(guī)則、空間剛體的位置和姿態(tài)描述方法、運動學關系及達朗貝爾原理。
多體動力學.doc
展開 挖掘機多體動力學仿真
挖掘機多體動力學仿真
01
案例背景
本案例模型對象為挖掘機，在這個模型中的所有的機構都是剛性的，包含17個剛體組件、各類型24個運動副及4個時序驅動STEP函數，實現挖掘機從挖掘到卸載一個動作循環(huán)的動力學仿真，考察了INTESIM-FMBD軟件處理復雜工程機械多體動力學仿真能力。
挖掘機模型如下圖所示。
圖1 挖掘機模型
02
應用軟件
英特剛柔耦合多體動力學軟件（INTESIM-FMBD）主要針對工程實際中大量存在的剛柔耦合多體系統，圍繞其復雜動力學行為推出的新產品，適合于一般機械多體動力學仿真分析。軟件可對由剛體和柔體組成的多體系統進行運動學、動力學、靜力學及特征值分析，求解器采用向后差分格式對多體動力學模型生成的微分代數方程組進行動力學積分，完成上萬甚至百萬廣義坐標的求解。軟件支持幾何精確法/浮動坐標法/任意拉格朗日歐拉方法描述的單元及網格類型，具備豐富的約束和連接庫，支持基于子系統的復雜模型創(chuàng)建。軟件核心求解器經過多年研發(fā)積累，在大變形柔性體描述、索驅機構模擬及移動接觸問題形成一定優(yōu)勢，已成功應用于航天、航空、車輛、工業(yè)裝備、能源裝備、國防、國家大工程、生物力學和機器人等領域。
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基于機械系統動力學自動分析的多噴頭3D打印機運動學研究
通過ADAMS仿真軟件進行運動學虛擬仿真分析。3D打印機可通過增加打印噴頭數量來提高打印速度。通過對多噴頭的協作打印方案進行運動仿真模擬計算，得到運動學特性。通過對比分析不同時刻的末端執(zhí)行器的速度、加速度和受力情況，驗證3D打印機機械機構運動可行性。相比于傳統3D打印機，該打印機對于回轉體零件的打印效率顯著提高。
關鍵詞：3D打印機;ADAMS;FDM;柱坐標;多噴頭;
3D Systems公司創(chuàng)始人Hull首次申請立體光刻技術以來，3D打印機開始蓬勃發(fā)展。近年來，國內外學者對于3D打印機的機械結構進行不斷探索與研究，許多不同類型和結構的打印機逐漸被使用[1,2]。至今已有熔融沉積成型（FDM）、光固化成型（SLA）、三維粉末粘接（3DP）、選擇性激光燒結（SLS）和無模鑄型制造技術（PCM）等3D打印機工藝。而Stratasys公司創(chuàng)始人Crump研發(fā)FDM工藝的3D打印機憑借著維護成本低，構造原理較為簡單和使用便利等特點被大范圍應用[3,4,5]。其中，Bowyer改進了串聯機構立體式3D打印機，方向靈活，易于控制但打印精度較低，需要同時控制工作臺和打印頭才能實現打印。后有學者鑒于串聯所產生的一系列問題申請了基于Delta并聯機械結構的3D打印機專利，提高打印精度與質量，但由于結構的局限性，打印回轉體類型程序復雜，控制較為困難[6]。機械臂3D打印技術可以多個自由度快速打印，可見該技術對編程要求極高[7,8,9,10]。趙錢孫等[1]和王建等[11]學者將笛卡爾坐標系下的3D打印機與柱坐標系下的3D打印機進行機械結構對比，總結出用柱坐標系3D打印回轉體具有打印速度快、精度高、穩(wěn)定性好和控制簡單等優(yōu)點。
為此本文在柱坐標系的基礎上，利用行星軌道[12]，設計了一種多噴頭3D打印機。
展開 2023多體動力學分析軟件合集
導讀： 多體系統動力學是研究多體系統(一般由若干個柔性和剛性物體相互連接所組成)運動規(guī)律的科學。多體系統動力學包括多剛體系統動力學和多柔體系統動力學。多體系統動力學分析涵蓋建模和求解兩個階段，其中建模包括從幾何模型形成物理模型的物理建模、由物理模型形成數學模型的數學建模兩個過程，求解階段需要根據求解類型(運動學/動力學、靜平衡、特征值分析等)選擇相應的求解器進行數值運算和求解。
軟服之家數據研究中心整理了一些多體動力學分析軟件合集給到大家，排名不分先后，有需要的客戶快來軟服之家平臺咨詢和選購吧！
2023 多體動力學分析軟件合集
01
Adams
ADAMS即機械系統動力學自動分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，該軟件是美國機械動力公司(現已并入美國MSC 公司)開發(fā)的虛擬樣機分析軟件。Adams是多體動力學仿真領域的黃金標準軟件，可幫助工程師研究運動部件的動力學以及載荷和力在整個機械系統中的分布。作為使用廣泛且屢獲殊榮的多體動力學軟件，Adams通過支持早期的系統級設計驗證來提高工程效率并降低產品開發(fā)成本。工程師可以評估和管理各個學科之間復雜的相互作用，包括運動，結構，驅動和控制，以更好地優(yōu)化產品設計的性能，安全性和舒適性。除了豐富的分析功能外，Adams還利用高性能計算環(huán)境，針對大型問題進行了優(yōu)化。MSC Adams軟件由于其領先的“虛擬樣機”理念和技術，迅速發(fā)展成為CAE領城中使用范圍最廣。應用行業(yè)最多的機械系統動力學仿真工具，占據了全球該CAE分析領城61%的市場份額，被廣泛應用于航天，航空、汽車、鐵道、兵器、船舶、電子、工程設備及重型機械等行業(yè)。
展開 計算多體系統動力學
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計算多體系統動力學.part2.rar
計算多體系統動力學
計算多體系統動力學.pdf
1/5經典理論書籍
計算多體系統動力學.part1.rar
計算多體系統動力學.part2.rar
計算多體系統動力學.part3.rar
計算多體系統動力學.part4.rar
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