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導(dǎo)讀： 多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是研究多體系統(tǒng)(一般由若干個(gè)柔性和剛性物體相互連接所組成)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)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)。多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析涵蓋建模和求解兩個(gè)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(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)建模兩個(gè)過(guò)程，求解階段需要根據(jù)求解類(lèi)型(運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)、靜平衡、特征值分析等)選擇相應(yīng)的求解器進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算和求解。

Ansys Motion同時(shí)支持無(wú)網(wǎng)格柔性技術(shù)，用戶(hù)無(wú)需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分即可實(shí)現(xiàn)柔性體數(shù)據(jù)的計(jì)算Ansys Motion可以提供高效，功能強(qiáng)大的多柔性體動(dòng)力學(xué)分析工具，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、車(chē)輛動(dòng)力學(xué)、大變形結(jié)構(gòu)分析、高速旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、3D接觸系統(tǒng)、以及多體運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)變形、動(dòng)力學(xué)耐久性分析等有完整的解決方案。

全太陽(yáng)能電池陣列模型擴(kuò)展在上述單個(gè)狹縫管的仿真基礎(chǔ)上，研究了全太陽(yáng)能電池陣列多體仿真，模型包含圖3所示的實(shí)體，包括芯軸、狹縫管卷繞支撐管、光伏覆蓋層和架體。芯軸和架體被視為剛體，而狹縫管和覆蓋層被視為柔性體。同時(shí)為簡(jiǎn)化模型并自動(dòng)化繁瑣和重復(fù)的任務(wù)，在多體動(dòng)力學(xué)軟件中開(kāi)發(fā)了一個(gè)垂直應(yīng)用程序，用于將狹縫管成型到芯軸上、狹縫管卷繞過(guò)程以及展開(kāi)過(guò)程仿真。

現(xiàn)在多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的柔性多體系統(tǒng)可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題，我國(guó)的材料工程技術(shù)也在不斷地發(fā)展，所以越來(lái)越多的能滿(mǎn)足柔性多體系統(tǒng)的材料應(yīng)用在機(jī)器人領(lǐng)域。通過(guò)對(duì)柔性多體系統(tǒng)的建模和求解，優(yōu)化機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)在的很多機(jī)器人的動(dòng)作靈敏度大大提升。3.

軟件可對(duì)由剛體和柔體組成的多體系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、靜力學(xué)及特征值分析，求解器采用向后差分格式對(duì)多體動(dòng)力學(xué)模型生成的微分代數(shù)方程組進(jìn)行動(dòng)力學(xué)積分，完成上萬(wàn)甚至百萬(wàn)廣義坐標(biāo)的求解。軟件支持幾何精確法/浮動(dòng)坐標(biāo)法/任意拉格朗日歐拉方法描述的單元及網(wǎng)格類(lèi)型，具備豐富的約束和連接庫(kù)，支持基于子系統(tǒng)的復(fù)雜模型創(chuàng)建。

本文介紹基于多體動(dòng)力學(xué)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真，使用多體動(dòng)力學(xué)對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)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(kāi)發(fā)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。首先，介紹RecurDyn/DriveTrain 解決方案；其次，分享相關(guān)應(yīng)用案例；然后，將繼續(xù)驗(yàn)證這種齒輪接觸計(jì)算方法；最后進(jìn)行總結(jié)。

多體動(dòng)力學(xué)仿真是機(jī)械設(shè)計(jì)和制造的重要方法，可以幫助工程師更好地理解和預(yù)測(cè)由多個(gè)相互作用的剛體或柔性體組成的系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，從而提高產(chǎn)品的性能和可靠性。 以下是多體動(dòng)力學(xué)仿真中常用的一些計(jì)算方法：§ 靜態(tài)分析：研究系統(tǒng)在靜力作用下的運(yùn)動(dòng)。§ 動(dòng)力分析：研究系統(tǒng)在動(dòng)力作用下的運(yùn)動(dòng)。§ 非線性分析：研究系統(tǒng)在非線性條件下的運(yùn)動(dòng)。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)有限元模型 2 發(fā)動(dòng)機(jī)多體動(dòng)力學(xué)仿真及試驗(yàn)驗(yàn)證 2.1 柔性體多體動(dòng)力學(xué)方程 相對(duì)于剛體動(dòng)力學(xué)，柔性體多體動(dòng)力學(xué)考慮了結(jié)構(gòu)件的彈性特征對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的影響，其模型更加符合發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作狀態(tài)

作為主要研究?jī)?nèi)容之一的建模問(wèn)題已經(jīng)基本得到解決, 出現(xiàn)了多種模型的數(shù)值求解算法 多體系統(tǒng)建模是指將實(shí)際系統(tǒng)抽象成由剛體、柔性體組成的多體系統(tǒng), 并對(duì)系統(tǒng)各種物理量間的關(guān)系進(jìn)行分析和描述, 然后利用相關(guān)的數(shù)學(xué)、力學(xué)理論和方法建立系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程的過(guò)程約束多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程又稱(chēng) Euler-Lagrange方程 ,是微分代數(shù)方程（Differential Algebraic Equations,DAEs

為什么要自動(dòng)化多體模型設(shè)置？ 從簡(jiǎn)單的滑件曲柄機(jī)構(gòu)到堅(jiān)固的車(chē)載起重機(jī)，任何用于傳遞力或運(yùn)動(dòng)的連接體組件都可以看作一個(gè)多體系統(tǒng)。模擬具有大運(yùn)動(dòng)量的多體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)一直是工程師的興趣所在，特別是那些從事汽車(chē)和其他機(jī)械的工程師，多體動(dòng)力學(xué)研究的結(jié)果通常會(huì)用作初步設(shè)計(jì)的指導(dǎo)。 隨著多體動(dòng)力學(xué)研究的日益增加，多體動(dòng)力學(xué)建模給工程師帶來(lái)了一些挑戰(zhàn)，主要是在對(duì)大型的真實(shí)世界里的系統(tǒng)進(jìn)行建模時(shí)。

求解精度與效率雙優(yōu)· 相比傳統(tǒng)有限元（FEA），Adams 以多體動(dòng)力學(xué)專(zhuān)用求解器實(shí)現(xiàn)非線性動(dòng)力學(xué)快速計(jì)算，耗時(shí)僅為 FEA 的 1/5-1/10，同時(shí)精準(zhǔn)輸出全運(yùn)動(dòng)周期的載荷、加速度、應(yīng)力數(shù)據(jù)，為 FEA 提供精準(zhǔn)邊界條件，提升結(jié)構(gòu)分析精度dr.adams.com。

最近研究的是運(yùn)動(dòng)仿真，因此使用了多體動(dòng)力學(xué)來(lái)仿真，從總模型中拆下來(lái)一個(gè)萬(wàn)向節(jié)，對(duì)其施加運(yùn)動(dòng)副，本文主要研究的方向有：①萬(wàn)向節(jié)的運(yùn)動(dòng)副如何建立②從多體動(dòng)力學(xué)中導(dǎo)出MotionLoad.txt文檔導(dǎo)入靜力學(xué)進(jìn)行力學(xué)仿真。

通過(guò)對(duì)多個(gè)學(xué)科的物理量的等效對(duì)應(yīng)關(guān)系，便可以依據(jù)多體動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行建模求解。 多學(xué)科統(tǒng)一建模方法采用了多學(xué)科統(tǒng)一的模型表達(dá)形式，可以實(shí)現(xiàn)將不同學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)的無(wú)縫集成，并利用拉格朗日方程建立集成的動(dòng)力學(xué)方程。多學(xué)科統(tǒng)一分析系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)包括兩部分：統(tǒng)一學(xué)科分析方法學(xué)和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。

二、核心技術(shù)架構(gòu) 2.1 多體動(dòng)力學(xué)求解引擎Adams采用剛?cè)狁詈?em>多體動(dòng)力學(xué)理論，結(jié)合先進(jìn)的數(shù)值算法：- GSTIFF/SI2積分器：處理剛性微分方程的強(qiáng)穩(wěn)定性算法- 遞歸算法：大幅提升大規(guī)模系統(tǒng)的計(jì)算效率- 柔性體建模：支持模態(tài)中性文件(MNF)導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)剛?cè)峄旌戏抡?2.2 專(zhuān)業(yè)模塊組成

Adams 是一款系統(tǒng)級(jí)多體動(dòng)力學(xué)仿真平臺(tái)，被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、能源、重型機(jī)械等多個(gè)行業(yè)。該工具凝聚了豐富行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，能夠快速進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)仿真、系統(tǒng)級(jí)模態(tài)及振動(dòng)分析、與控制系統(tǒng)集成的機(jī)電一體化分析、系統(tǒng)疲勞壽命分析等，包括基礎(chǔ)模塊、擴(kuò)展模塊、車(chē)輛專(zhuān)用模塊、新能源專(zhuān)用模塊、實(shí)時(shí)仿真模塊等。

汽車(chē)、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(lái)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(guò)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(kāi)銷(xiāo)。

3.1 多體動(dòng)力學(xué)機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)優(yōu)化 在已經(jīng)建立的多體動(dòng)力學(xué)模型中,在保證機(jī)構(gòu)各項(xiàng)設(shè)計(jì)約束的前提下,通過(guò)適當(dāng)調(diào)整機(jī)構(gòu)的鉸點(diǎn)相對(duì)位置,不斷降低絲杠兩鉸接點(diǎn)在實(shí)際支車(chē)作業(yè)過(guò)程中的最大載荷,優(yōu)化后通過(guò)MotionSolver多體動(dòng)力學(xué)分析,荷歷程曲線變化如下圖6所示。 圖6 優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)對(duì)比 上述分析結(jié)果中紅色曲線為優(yōu)化后的鉸點(diǎn)載荷曲線，藍(lán)色曲線為原結(jié)構(gòu)鉸點(diǎn)載荷曲線。