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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。

作為齒輪傳動系統動態特性的預測方法，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，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條件下計算齒輪傳動系統的動態特性。

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。

在多學科多體系統動力學的分析中，應該包括建模和分析，即建立的動力學方程和利用數值方法進行求解，最后形成了仿真分析，如下圖所示 在多學科耦合系統動力學建模和分析的方法也很多，包括線狀圖法（Linear graph）、鍵合圖法（Bond graph）、圖論（Graph theories）、“等效”方法。

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。

近年來, 多體系統動力學的研究越來越受到重視。 一方面由于多體系統動力學在機械、車輛、機器人、航空航天等工程領域占有重要的地位, 是先進制造技術和虛擬現實的研究基礎。 另一方面其推動多學科間的相互滲透, 促進了學科融合。 經過多年的發展, 多體系統動力學的研究體系已經形成。

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。

為什么要自動化多體模型設置？ 從簡單的滑件曲柄機構到堅固的車載起重機，任何用于傳遞力或運動的連接體組件都可以看作一個多體系統。模擬具有大運動量的多體系統的動力學一直是工程師的興趣所在，特別是那些從事汽車和其他機械的工程師，多體動力學研究的結果通常會用作初步設計的指導。 隨著多體動力學研究的日益增加，多體動力學建模給工程師帶來了一些挑戰，主要是在對大型的真實世界里的系統進行建模時。

3.1 多體動力學機構鉸點優化 在已經建立的多體動力學模型中,在保證機構各項設計約束的前提下,通過適當調整機構的鉸點相對位置,不斷降低絲杠兩鉸接點在實際支車作業過程中的最大載荷,優化后通過MotionSolver多體動力學分析,荷歷程曲線變化如下圖6所示。 圖6 優化前后結構對比 上述分析結果中紅色曲線為優化后的鉸點載荷曲線，藍色曲線為原結構鉸點載荷曲線。

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。

多體動力學仿真軟件主要有：§ ADAMS：用于多體動力學仿真，主要用于汽車、機械、工業等領域的設計和分析。§ Ansys Multibody Dynamics：用于多體動力學仿真，主要用于機械產品、航空航天產品、汽車產品等的設計和分析。§ SimMechanics：用于多體動力學仿真，主要用于機械產品的設計和分析。

，驗證了多體動力學模型的真實性。

結語 齒輪嚙合剛度的變化取決于多個幾何和材料參數，在傳動系統的 NVH 分析中起著重要作用。借助 COMSOL Multiphysics 和其附加的多體動力學模塊，我們可以通過結合接觸分析與零件庫中的參數化齒輪來計算齒輪嚙合剛度的變化。然后，在多體動力學模型中使用計算出的齒輪嚙合剛度來準確地捕獲與傳動系統其他部分一起工作的齒輪的動力學。

求解精度與效率雙優· 相比傳統有限元（FEA），Adams 以多體動力學專用求解器實現非線性動力學快速計算，耗時僅為 FEA 的 1/5-1/10，同時精準輸出全運動周期的載荷、加速度、應力數據，為 FEA 提供精準邊界條件，提升結構分析精度dr.adams.com。

本案例適合哪些人學習：1、學習型仿真工程師2、理工科院校學生3、對有限元分析感興趣的工程師你會得到什么：1、學習挖掘機的三維模型處理2、學習挖掘機接觸相關的接觸設置3、學習多體動力學分析步的建立4、學習挖掘機多體動力學分析的載荷施加案例介紹：所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.

盡管做了大量的研究工作，并且在航空領域有所應用，但在70年代前還是沒有通用的多體動力學軟件。通用型動力學軟件的引入，重新塑造了如今的動力學領域，這些發生在美國中西部。首先引入計算程序的研究并沒有發表在AIAA，而是發表在ASME Design Engineering Division，與AIAA在廣泛動力學的研究領域不同。

最近研究的是運動仿真，因此使用了多體動力學來仿真，從總模型中拆下來一個萬向節，對其施加運動副，本文主要研究的方向有：①萬向節的運動副如何建立②從多體動力學中導出MotionLoad.txt文檔導入靜力學進行力學仿真。

5月10日，Ansys將推出主題網絡研討會『Ansys Motion 多體動力學分析功能更新及熱門應用分享』，本次會議將介紹Ansys Motion在熱門領域的最新應用，歡迎手機、屏幕、汽車、重工等領域有多體動力學仿真的研發工程師，多體相關專業的教師及學生等預約本場活動，了解更多詳情。

吳博士對多體系統做了詳細地講解，由淺入深對學科知識進行分解剖析，大家受益匪淺。培訓結束后各位工程師均表示，通過本次內訓課程理清了整體知識的脈絡，填補了在多體動力學方面部分知識的空白，并且給今后的仿真和培訓工作提供了更清晰的思路，并表示希望公司能多舉辦類似專家培訓。

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