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▎仿真過程① 創(chuàng)建板簧子系統(tǒng)（包括考慮安裝預(yù)應(yīng)力的柔性體）② 在虛擬樣機中創(chuàng)建多個板簧③ 設(shè)置參數(shù)，考慮間隙公差等初始位置的不確定性④ 創(chuàng)建由三個凸輪組成的命令組(Command group)模型⑤ 為明確最優(yōu)設(shè)計，對各種設(shè)定值進(jìn)行系統(tǒng)仿真▎關(guān)鍵仿真技術(shù)? 多柔體動力學(xué)(MFBD)技術(shù)精確計算運動部件的應(yīng)力? Geo-Contact

在 COMSOL Multiphysics? 中自動設(shè)置多體模型 自 COMSOL Multiphysics 5.5 版本開始，軟件引入了一項新功能，用于快速設(shè)置大型多體系統(tǒng)模型。使用軟件多體動力學(xué)接口中提供的自動模型設(shè)置功能，您可以輕松地從模型幾何結(jié)構(gòu)一次性創(chuàng)建多個剛性域和齒輪物理節(jié)點。

軟件可對由剛體和柔體組成的多體系統(tǒng)進(jìn)行運動學(xué)、動力學(xué)、靜力學(xué)及特征值分析，求解器采用向后差分格式對多體動力學(xué)模型生成的微分代數(shù)方程組進(jìn)行動力學(xué)積分，完成上萬甚至百萬廣義坐標(biāo)的求解。軟件支持幾何精確法/浮動坐標(biāo)法/任意拉格朗日歐拉方法描述的單元及網(wǎng)格類型，具備豐富的約束和連接庫，支持基于子系統(tǒng)的復(fù)雜模型創(chuàng)建。

該軟件具有悠久的發(fā)展歷史及極其廣泛的客戶群，它繼承了自70年代以來所有主要的多體動力學(xué)相關(guān)技術(shù)，加上特有的遞歸算法(Recursive Formulation)、完全柔性體算法(MFBD)、解析接觸算法(Analysis Contact)、實體接觸算法(Solid contact)、控制集成技術(shù)(Colink)、自動設(shè)計優(yōu)化技術(shù)(AutoDesign)、以及創(chuàng)建客戶自主產(chǎn)品的數(shù)字化開發(fā)平臺所需的二次開發(fā)工具包

本案例建立了一土石混合體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。基于COMSOL軟件對土石混合體進(jìn)行了數(shù)值仿真，考慮了土石混合體孔隙變化，細(xì)顆粒侵蝕，骨架結(jié)構(gòu)變形，此問題是一個多場（滲流場、變形場、應(yīng)力場、損傷場）多相介質(zhì)（土顆粒集合體，塊石，空隙，孔隙）耦合的復(fù)雜問題。仿真結(jié)果如圖2所示。

現(xiàn)狀分析傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理模式在存儲、共享和重用等方面存在的主要問題有：仿真數(shù)據(jù)分散與孤立模板、子系統(tǒng)、屬性文件、試驗臺、分析腳本等通常以大量獨立的文件形式，散落在工程師的本地計算機或網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器上，同時多體仿真有大量多至數(shù)百的輸入?yún)?shù)，這些參數(shù)來源于各個部門，缺乏統(tǒng)一的輸入數(shù)據(jù)及其變更管理，難以快速檢索和了解文件的完整背景信息（如版本、創(chuàng)建者、適用車型等）以及仿真輸入?yún)?shù)信息。

鍵合圖法在1959年由H.M.Paynterti提出，是以能量守恒原理為基礎(chǔ)，以勢、流、變位和動量四個廣義變量表示各個物理參數(shù)，具有因果關(guān)系，但是多適用于平面模型建模，在三維多體系統(tǒng)中較為復(fù)雜，還有待發(fā)展，鍵合圖如圖圖所示。 一些學(xué)者在線狀圖和鍵合圖的基礎(chǔ)上提出了圖論的多體建模方法。

通過數(shù)值仿真，可以對齒輪鏈條多體系統(tǒng)進(jìn)行運動和受力狀況的模擬。這種模擬方法可以提供對系統(tǒng)行為和性能的深入理解，有助于優(yōu)化設(shè)計、預(yù)測故障和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在數(shù)值仿真中，可以使用有限元分析（FEA）或多體動力學(xué)（MBD）等方法來模擬齒輪鏈條多體系統(tǒng)的運動和受力狀況。

COMSOL Multiphysics? 軟件中的新特征和功能能夠準(zhǔn)確地評估齒輪嚙合剛度，從而可以幫助我們創(chuàng)建一個精確的齒輪模型。今天，我們將解釋為什么要考慮齒輪嚙合彈性，以及如何計算齒輪嚙合剛度并將其納入多體動力學(xué)模型中的重要性。齒輪嚙合剛度的重要性 在齒輪發(fā)明之前，輪子在摩擦力的作用下將一個軸的旋轉(zhuǎn)傳遞到另一個軸上。

運用EXCITE-TD 創(chuàng)建正時閥系激勵模型，可提供進(jìn)排氣側(cè)凸輪軸激勵、閥系落座激勵、張緊器激勵及彈簧落座力激勵；同樣利用EXCITE-TD建立正時鏈輪的激勵，可提供鏈條的激勵。 通過以上多體動力學(xué)模型，運算出在特征工況（1 000，2 000，3 000，4 000，5 500，6 000 r/min） 下的0～3 500 Hz 頻率范圍內(nèi)發(fā)動機表面振動加速度的結(jié)果。

多體動力學(xué)的概念及研究價值 多體動力學(xué)的研究是建立在多個物體動力學(xué)上，所以又稱之為多體系統(tǒng)動力學(xué)，多個物體通過特定的鉸鏈連接起來，形成一種復(fù)雜的系統(tǒng)。這些物體根據(jù)性質(zhì)不同， 可以分為多剛體系統(tǒng)和多柔性多體系統(tǒng)。

近年來, 多體系統(tǒng)動力學(xué)的研究越來越受到重視。 一方面由于多體系統(tǒng)動力學(xué)在機械、車輛、機器人、航空航天等工程領(lǐng)域占有重要的地位, 是先進(jìn)制造技術(shù)和虛擬現(xiàn)實的研究基礎(chǔ)。 另一方面其推動多學(xué)科間的相互滲透, 促進(jìn)了學(xué)科融合。 經(jīng)過多年的發(fā)展, 多體系統(tǒng)動力學(xué)的研究體系已經(jīng)形成。

汽車、航空航天、重型機械和能源行業(yè)的工程師通常利用多體動力學(xué)（MBD）仿真來模擬復(fù)雜裝配體零部件的運動，隨著工程組織（企業(yè)或研究機構(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)計控制策略和優(yōu)化系統(tǒng)動力學(xué)。所有這些都可以在設(shè)計過程的早期實現(xiàn)，并且不需要不斷的和昂貴的原型設(shè)計的開銷。

第4步、在繪圖工具欄或命令行中輸入相應(yīng)命令，選擇并點擊“多段體”繪圖工具，準(zhǔn)備開始繪制三維多段體。 第5步、在命令行中輸入相關(guān)參數(shù)，可以設(shè)置多段體的高度與寬度等屬性。這些參數(shù)將決定多段體的整體形狀和大小。 第6步、為了具體說明，我們先來設(shè)置一下多段體的寬度，例如將其設(shè)置為15mm。這一步驟將影響多段體橫截面的寬度。

3.1 多體動力學(xué)機構(gòu)鉸點優(yōu)化 在已經(jīng)建立的多體動力學(xué)模型中,在保證機構(gòu)各項設(shè)計約束的前提下,通過適當(dāng)調(diào)整機構(gòu)的鉸點相對位置,不斷降低絲杠兩鉸接點在實際支車作業(yè)過程中的最大載荷,優(yōu)化后通過MotionSolver多體動力學(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)對比 上述分析結(jié)果中紅色曲線為優(yōu)化后的鉸點載荷曲線，藍(lán)色曲線為原結(jié)構(gòu)鉸點載荷曲線。

作為齒輪傳動系統(tǒng)動態(tài)特性的預(yù)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(xué)方法，并給出了驗證結(jié)果，結(jié)論如下：-采用多體動力學(xué)方法進(jìn)行齒輪接觸計算，可以考慮齒輪變形和嚙合齒數(shù)變化引起的嚙合剛度變化。-該方法可以對系統(tǒng)的行為進(jìn)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(xué)方法可以在考慮瞬態(tài)條件下計算齒輪傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性。

Ansys解決方案針對上述多體動力學(xué)在各個行業(yè)內(nèi)的一些應(yīng)用，Ansys提供了完整的解決方案，包括：疲勞仿真、模態(tài)仿真、動力學(xué)特性、線性有限元分析、多體動力學(xué)分析等，并且具有強大的無網(wǎng)格仿真技術(shù)，能夠高效并精確的求解多體運動與結(jié)構(gòu)變形的耦合問題，能夠?qū)ο到y(tǒng)的運動性能、結(jié)構(gòu)、振動、疲勞等進(jìn)行分析。1、動力傳動系統(tǒng)的動力學(xué)分析動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括齒輪、軸承、轉(zhuǎn)軸、齒輪箱等。

多體動力學(xué)仿真軟件主要有：§ ADAMS：用于多體動力學(xué)仿真，主要用于汽車、機械、工業(yè)等領(lǐng)域的設(shè)計和分析。§ Ansys Multibody Dynamics：用于多體動力學(xué)仿真，主要用于機械產(chǎn)品、航空航天產(chǎn)品、汽車產(chǎn)品等的設(shè)計和分析。§ SimMechanics：用于多體動力學(xué)仿真，主要用于機械產(chǎn)品的設(shè)計和分析。