多体系统中运动副限位新设置方法
1 限位问题及传统解决方法
在现实世界中，很多部件的运动都有一定的位移限制条件，如液压缸中，活塞杆的伸缩运动受液压缸筒的尺寸限制，活塞不能脱离缸筒；还有一些产品收到外部因素的影响，运动也有一定的限制条件，比如门的旋转运动，由于墙壁的存在，门无法旋转180°，甚至只能旋转90°。
之前，在多体动力学软件中对这些产品进行建模时，无法直接设置运动的限制条件，通常采用的办法有：（1） 对运动副设置运动驱动，编写合适的驱动函数以确保部件运动合理；（2） 手动建立部件之间的接触力，限制物体的运动。例如，一个摇摆平台在力矩作用下做左右摆动运动，平台的右侧有障碍物，当平台右端运动到障碍物位置时就不能继续向右运动。使用Simpack软件模拟该问题时，可以使用单侧接触力元（18号力元）作为限位器，当平台右端的To Marker运动到障碍物位置的From Marker右侧时，触发接触碰撞，接触力把该平台弹回，实现限位作用。这种方法不需要真实的几何体。2 Simpack新的建模元件Connection从Simpack 2019版本开始，Simpack软件增加了一个全新的建模元件，即Connection，翻译中文为连接元件，其图标为
，其功能一直在不断开发和完善。同时，还新增加了一个全新的建模元件初始条件Initial Conditions，图标为
，用于配合Connection的建模。Connections是替代铰接和约束的另外一种建模元件，并且可以和铰接和约束之间相互替换，和铰接/约束的建模功能是相同的, 使用连接元件建立的模型，软件会自动转化为优化的铰接/约束元件模型，相比用户自己建立的铰接/约束模型，模型得到优化。在模型中建立连接元件的数量没有限制，在同一模型中可以和铰接、约束一起使用。连接元件的优势是：更简单的用户操作（不需要用户自己选择定义铰接或约束），能自动理想的模型运动树。
连接元件并不是和铰接/约束的功能完全一样，其有很多特有的新功能，限位设置就是其中的一个新功能，使用连接元件可以快速定义运动副的限位。连接元件的属性如下图所示。在该对话框中，除了可以定义标记点、自由度方向外，还能直接定义限位Limit和摩擦Friction。在限位设置中，可以定义最大和最小位移，还可以定义在限位发生时的处理方式，包括Restitution和Stiffness/Damping两种方法。通过定义惩罚系数或者刚度阻尼值，来实现碰撞效果，从而实现运动限位。在摩擦设置中，可以定义动态摩擦、静摩擦、粘滞摩擦或者没有摩擦，通过设置参数来定义运动副中的摩擦属性。通过使用连接元件可以快速定义部件运动的限位属性。例如在常见的液压缸的运动建模中，可以直接设置活塞杆的最大和最小行程，大大节省了建模时间。设置活塞杆的初始速度，其运动如下图所示。又例如一个单摆���型，在重力作用下向下旋转运动，设置接触的惩罚系数为0.8，这样每次弹回的角度都会减少，直至在地面上停止下来。Connection建模元件集成了铰接和约束建模的功能，但没有铰接和约束建模的限制。一些专业的铰接元件，如铁路建模的7号铰接，也都可以使用Connection元件来建立。现在，Connection连接建模元件是Simpack推荐使用建模方法。同时，使用Connection建模元件，也方便和达索3DExperience和CATIA软件实现集成，实现CAD-CAE一体化。
