多體動力學及仿真分析
關注創建者：syd_007 創建時間：2018-09-01
多體動力學及仿真分析的視頻教程
新一代強大的柔性多體動力學仿真解決方案——ANSYS Motion
其結果在許多工業應用的設計流程中，被用于系統運動性能分析、應力安全分析、振動分析和疲勞分析等。 多體動力學仿真是一種數值模擬方法，其目的是對由約束條件（Joint）及相互作用而互相連接在一起的物體組成的機械系統，在已知力或者運動時，由計算機依據運動學及動力學方程計算得到機械系統的位置、速度、加速度。對于系統中的柔性體利用節點法或模態法，得到該柔性體的變形、應力以及應變等數據。
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多體動力學及仿真分析的實例教程
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.rar
展開 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 通過MotionView建立該產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。最后通過聯合仿真優化分析，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、原結構聯合仿真分析
2.1 多體動力學模型建立
在產品實際作業過程中，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
根據行走結構的實際工作原理，在MotionView中建立連接各部件恰當的轉動副、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，很容易發生疲勞破壞。因此需要考慮對鉸點進行優化，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，其發生破壞的可能性極大。
展開 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建。軟件核心求解器經過多年研發積累，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勢，已成功應用于航天、航空、車輛、工業裝備、能源裝備、國防、國家大工程、生物力學和機器人等領域。
展開 靜力學仿真軟件主要用于分析結構產品在穩定狀態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，為機構系統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內的一些應用，Ansys提供了完整的解決方案，包括：疲勞仿真、模態仿真、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，能夠對系統的運動性能、結構、振動、疲勞等進行分析。
1、動力傳動系統的動力學分析
動力傳動系統結構包括齒輪、軸承、轉軸、齒輪箱等。
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多體動力學及仿真分析的最新內容
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（現隸屬于 Hexagon 集團），憑借領先的虛擬樣機技術，成為汽車、航空航天、重型機械等行業系統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
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
[圖片]
海克斯康工業軟件旗下的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，顯著提升產品的研發效率。
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、艙門機構的運動與密封等。
●ANSYS ACP復合材料鋪層固定機翼蒙皮和肋筋仿真全解析（含模型文件）
●Comsol多體動力學剛柔耦合仿真方法分析（附模型文件）
<p>在當今科技與工業快速發展的浪潮中，新能源電動車和人形機器人正成為全球研究及產業的熱點。滾珠絲杠作為關鍵部件，在新能源電動車的制動系統、剎車系統和轉向系統，以及人形機器人的執行機構中都有著重要應用。商業應用的快速增加對滾珠絲杠的研發提出了更高的要求，動力學仿真需求日益增加。為了滿足這一需求，海克斯康基于Adams強大的二次開發能力，推出了滾珠絲杠動力學仿真插件，助力工程師高效完成滾珠絲杠的動力學仿真分析
<p>在當今科技與工業快速發展的浪潮中，新能源電動車和人形機器人正成為全球研究及產業的熱點。滾珠絲杠作為關鍵部件，在新能源電動車的制動系統、剎車系統和轉向系統，以及人形機器人的執行機構中都有著重要應用。商業應用的快速增加對滾珠絲杠的研發提出了更高的要求，動力學仿真需求日益增加。為了滿足這一需求，海克斯康基于Adams強大的二次開發能力，推出了滾珠絲杠動力學仿真插件，助力工程師高效完成滾珠絲杠的動力學仿真分析
精彩直播預告
在飛機工程領域，起落架、艙門、水平及垂直面等作動系統是飛機設計的關鍵組成部分。運用多體動力學方法對這些系統進行建模與分析時，需兼顧仿真工具特性與行業工程經驗。為此，海克斯康推出基于多體動力學的飛機系統參數化建模與分析工具，深度融合軟件功能與工程實踐，顯著提升行業工程人員的工作專業性與便捷性。
飛機機構系統多體動力學建模與仿真常面臨三大挑戰：如何快速構建專業級典型飛機系統模型
一、Adams解決方案概述
Adams（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）作為全球領先的多體動力學仿真軟件，由MSC Software公司開發，已成為機械系統動態性能分析的行業標準。該解決方案通過虛擬樣機技術，幫助工程師預測復雜機械系統在真實工作條件下的運動學、動力學性能及載荷特性。
二、核心技術架構
2.1
眾多國際領先的制造業企業使用海克斯康工業仿真技術進行線性以及非線性有限元分析（FEA），聲學分析，CFD分析，流固耦合分析（FSI），材料研究，優化分析，疲勞與耐久性分析，多體動力學分析以及控制系統仿真分析。近年來在以上學科領域的基礎上，公司產品線得到擴充，涵蓋到加工工藝仿真，智能網聯場景仿真，以及當下熱門的機器學習與人工智能技術。
