行业应用方案 | 多学科系统中的多体动力学仿真

Ansys 行业应用方案连载（14） | 多学科系统中的多体动力学仿真

静力学仿真软件主要用于分析结构产品在稳定状态下的结构应力和变形，保证设计结构能够符合强度可靠性设计要求，但是随着机械结构越来越复杂，机构的运动场景越来越多，设计越来越轻量化的要求下，单纯的静力学分析已经无法满足机构在高速运动，复杂接触状态运动下的仿真需求，需要动力学仿真来考虑结构在实际运行中的速度、加速度、阻尼等静力分析中无法涉及的效应。

动力学是理论力学的一个分支学科，它主要研究作用于物体的力与物体运动的关系。可以仿真运动机构的动力学运行状况，部件之间的配合状态以及刚柔耦合仿真获得部件在不同运动时刻的应力和变形，以及对运动执行机构的影响。对于各个学科中所关注的问题如机构的大变形，复杂的接触关系，非线性，高效计算等问题是目前多体动力学分析中的技术难点和研究方向。

随着计算机的发展，工程师借助计算机对运动机械的动力学特性进行数值模拟分析计算。多体动力学仿真分析方法可以在试验前对运动机械进行仿真验证，并且提供丰富的物理场信息，为设计者设计和改进运动机械提供有力依据。有利于提高设计水平、降低成本和缩短研制周期。通过多体动力学分析可以快速进行机构的刚体动力学分析、刚柔耦合动力学仿真分析，可以准确地考虑机构自身变形，连接副的非线性连接关系从而获取机构在实际运行的状态，为机构系统的改进设计提供准确有效的建设意见。

针对上述多体动力学在各个行业内的一些应用，Ansys提供了完整的解决方案，包括：疲劳仿真、模态仿真、动力学特性、线性有限元分析、多体动力学分析等，并且具有强大的无网格仿真技术，能够高效并精确的求解多体运动与结构变形的耦合问题，能够对系统的运动性能、结构、振动、疲劳等进行分析。

动力传动系统结构包括齿轮、轴承、转轴、齿轮箱等。通过计算波动转速或承载时的激振特性，来分析结构在真实运行工况下的振动特性。

• 齿轮强度分析

• 齿轮啮合面分析

• 传动系统振动噪声分析

• 齿轮传动不匹配分析

• 转向系统振动分析

• 电动传动系统振动噪声分析

• Maxwell 电机噪声分析

链式及履带系统包括如链条、轨道交通和皮带系统等，动力学分析需要考虑单个链条段，需要考虑链轮齿、滚轮、滚筒和连接结构以及连接套筒等等结构之间的接触问题。

• 传动链条动力学分析

• 履带车辆动力学分析

• 皮带系统动力学分析

车辆系统动力学分析，专用模板和子系统建模工具，可用于为预定义分析场景构建底盘、悬挂、方向盘和车轮。对称建模功能和基于模板的工作流程，让用户可以轻松地分析运动学与合规（K&C）场景及行驶与操纵（R&H）场景。

• 车辆悬架系统动力学分析

• 转向系统动力学分析

• 车门开关分析

• 雨刮系统动力学分析

电子零部件多体动力学分析，如电子零部件的跌落及姿态研究，开关的动态研究及相关的动力学分析，可以帮助用户了解电子部件在动态运动中的振动及应力应变。

• 电子器件跌落仿真
  

• 柔性屏卷曲分析

Ansys Motion 拥有最先进的多体动力学求解器，能够对于大自由度，大加速度，非线性问题，大变形问题以及具有复杂几何接触问题有很好的解决方案。

• Ansys Motion 拥有更快的仿真速度，Ansys Motion优秀的求解器可以显著提升大规模自由度系统的仿真速度，且在SMP并行环境下，求解速度会进一步大幅提升。紧密集成多体和结构仿真求解器，可以同时求解刚体、柔性体、力实体和连接副的控制方程。适用于大规模自由度系统仿真分析，专门为刚体和柔体混合系统定制的稀疏矩阵求解器已验证，可以很好地处理大规模自由度系统仿真分析

• 先进的3D面接触算法，可以很好地支持3D面接触，包括小面和NURBS两种类型。提供刚体-刚体面接触，刚体-柔性体面接触和柔性体-柔性体面接触，高效的接触探测算法可以更快速地计算复杂接触问题

• Ansys Motion 标准包支持模态柔性体和节点柔性，并可自由选择。Ansys Motion同时支持无网格柔性技术，用户无需对结构进行网格划分即可实现柔性体数据的计算

Ansys Motion可以提供高效，功能强大的多柔性体动力学分析工具，对机械系统的运动学分析、车辆动力学、大变形结构分析、高速旋转系统、3D接触系统、以及多体运动、结构变形、动力学耐久性分析等有完整的解决方案。并可以结合Ansys Maxwell 及Mechanical 来实现电机的NVH分析，利用FMI接口及MATLAB实现与Twin Builder、Simulink等软件的系统仿真。