基于多体模型仿真的载荷谱虚拟迭代技术分析
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《基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究》篇一一、引言随着铁路运输的快速发展,机车车体结构的性能与安全越来越受到人们的关注。
在机车运行过程中,车体结构经常承受各种复杂的外力作用,导致其出现疲劳损伤甚至破坏。
因此,对机车车体结构进行疲劳仿真研究,预测其在使用过程中的性能和寿命,具有重要意义。
本文基于多体动力学和有限元法,对机车车体结构进行疲劳仿真研究,旨在为机车车体的设计、制造和使用提供理论依据。
二、多体动力学在机车车体结构分析中的应用多体动力学是一种研究多个物体相互运动、相互作用的力学方法。
在机车车体结构分析中,多体动力学可用于描述车体及其各部件在运行过程中的运动状态和相互作用力。
通过建立车体的多体动力学模型,可以模拟机车在不同工况下的运行过程,分析车体的动态特性和应力分布。
这有助于了解车体在不同外力作用下的响应和变形情况,为后续的疲劳仿真提供基础数据。
三、有限元法在机车车体结构疲劳分析中的应用有限元法是一种将连续体离散化为有限个单元的方法,通过求解各单元的应力、应变等物理量,来分析整体的力学性能。
在机车车体结构疲劳分析中,有限元法可用于模拟车体在实际运行过程中所承受的各种外力作用,如车轮与轨道之间的相互作用力、风载等。
通过建立车体的有限元模型,可以分析车体在不同工况下的应力分布、变形情况和疲劳损伤程度。
这有助于评估车体的使用寿命和安全性。
四、基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究本文采用多体动力学和有限元法相结合的方法,对机车车体结构进行疲劳仿真研究。
首先,建立机车车体的多体动力学模型,模拟机车在不同工况下的运行过程。
然后,根据多体动力学模型得到的车体应力分布数据,建立车体的有限元模型。
在有限元模型中,对车体进行各种工况下的力学性能分析,包括车轮与轨道之间的相互作用力、风载等。
通过分析各工况下的应力分布、变形情况和疲劳损伤程度,可以预测车体在使用过程中的性能和寿命。
五、结论本文基于多体动力学和有限元法,对机车车体结构进行了疲劳仿真研究。
基于RecurDyn的多体动力学仿真基于RecurDyn的多体动力学仿真大规模复杂的多体系统动力学问题,尤其是复杂的多接触问题是动力学分析的难点,本文对链式输送机构应用RecurDyn软件,在导入原有实体模型的基础上,快速构建仿真模型,结果另人满意。
产品开发工程师经常会遇到各种运动机构的动力学分析问题,有些情况过于复杂和特殊,特别是一些链式输送机构的动力学仿真问题,整个系统在高速的运动中涉及到的许多接触碰撞等受力情况会给系统的动力学求解带来极大的困难。
RecurDyn 是新一代的动力学分析软件,采用全新的运动方程理论和完全递归算法,非常适合于求解大规模复杂的多体系统动力学问题,尤其是复杂的多接触问题。
本文对某一形式的链式输送机构借助RecurDyn软件进行了动力学仿真。
一、系统建模该链式输送机构用于高速间歇状态下传输筒型物体,由于系统的运动主要是在一个平面的运动,因此输送带采用具有旋转约束的链节相互联接而成,链节之间加入扭转弹簧以反映平面内的扭转刚度。
每个链节依靠四个抱紧臂弹性固定着传输体,这四个抱紧臂通常可简化成弹性的悬臂曲梁,本例中简化成四个刚性铰接的小爪,并加上涡卷弹簧力,也可以很好地反映出实际情况。
机构的运动是通过输链器装置完成的,主要是通过上方拨动齿的往复运动和下方防止链条反向倒退的阻动齿来共同驱动的。
由于上方拨动齿的位置尚需精确的定位,故将上方拨动齿的运动简化为水平方向的牵引运动。
仿真模型的建立是在导入原有三维精确实体模型的基础上,用RecurDyn提供的多级子系统建模和空间多接触面定义快速构建出的,如图1、图2所示,并在此基础上添加力、碰撞、运动副等约束条件。
由于该机构是高速间歇运动,因此采用一系列分段的时间与运动位移坐标来输入运动参数。
图1 经简化的一对空链节模型二、仿真分析1.运动状态与干涉校验首先必须考虑到链条柔度对运动的干涉影响,即考虑到在设计的平面柔度和扭转柔度范围内,长链条和最后只剩单个链节情况下,链节进入输链器装置内的运动状态,避免被卡住或干涉撞击引起抱紧臂变形。
基于多体动力学和有限元的滚动轴承仿真分析冯锦阳【摘要】利用三维建模软件Solid Works建立6312轴承的分析模型,通过数据接口导入多体动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS中建立刚柔混合模型,对滚动轴承进行了多体动力学仿真,得到了滚动轴承的位移特性曲线.并借助FFT 变换得到了各部件的加速度频谱.研究结果对了解滚动轴承的实时状态具有一定的参考价值.%In this paper,3D model of 6312 bearing is built with Solid Works.Then the 3D model is filed into ADAMS and ANSYS through the data interface in order to build the rigid-flexible model,which is used to do the multi-body dynamic simulation of the rolling bearing and obtain its displacement curve.Meanwhile,the acceleration spectrum is got by FFT transformation.The result of the study is of certain reference value to the real-time state of the rolling bearing.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2017(046)002【总页数】3页(P106-108)【关键词】多体动力学;有限元;滚动轴承;动力学仿真【作者】冯锦阳【作者单位】北京化工大学机电工程学院,北京100029【正文语种】中文【中图分类】TH133.33;TP391.9滚动轴承是旋转机械中的重要元件,具有承受载荷的作用和传递运动的功能。
《基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究》篇一一、引言随着铁路运输的快速发展,机车车体结构的可靠性和耐久性成为了研究的热点。
为了更好地了解机车车体在运行过程中的力学性能和疲劳损伤情况,本文基于多体动力学和有限元法,对机车车体结构进行了疲劳仿真研究。
该方法不仅可以对机车车体的静态和动态性能进行准确分析,还能预测其在复杂工况下的疲劳寿命,为机车的优化设计和维护提供理论依据。
二、多体动力学在机车车体结构分析中的应用多体动力学是一种研究多个物体相互作用的力学方法,在机车车体结构分析中具有广泛的应用。
通过建立机车的多体动力学模型,可以模拟机车在运行过程中的动态性能,包括振动、冲击等。
这些动态性能对机车车体的结构强度和疲劳寿命有着重要的影响。
在机车车体结构分析中,多体动力学方法可以用于以下几个方面:1. 建立机车的运动学模型,分析机车的运动规律和动态性能;2. 考虑机车各部件之间的相互作用,分析车体的受力情况和变形情况;3. 预测机车在复杂工况下的疲劳寿命,为机车的优化设计和维护提供依据。
三、有限元法在机车车体结构疲劳分析中的应用有限元法是一种常用的数值分析方法,在机车车体结构疲劳分析中具有广泛的应用。
通过将车体结构划分为有限个单元,可以分析车体在各种工况下的应力分布和变形情况,进而预测车体的疲劳寿命。
在机车车体结构疲劳分析中,有限元法可以用于以下几个方面:1. 对车体进行详细的网格划分,建立有限元模型;2. 施加各种工况下的载荷和约束,分析车体的应力分布和变形情况;3. 通过疲劳分析,预测车体在不同工况下的疲劳寿命;4. 对车体结构进行优化设计,提高其耐久性和可靠性。
四、机车车体结构疲劳仿真研究的方法和步骤基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究,一般包括以下几个步骤:1. 建立机车的多体动力学模型和有限元模型;2. 对模型进行验证和修正,确保其准确性;3. 施加各种工况下的载荷和约束,进行动态性能分析;4. 通过有限元法分析车体的应力分布和变形情况;5. 进行疲劳分析,预测车体的疲劳寿命;6. 根据分析结果,对车体结构进行优化设计。
结合虚拟迭代技术的整车级道路模拟试验方法整车级道路模拟试验是在仿真环境中对整车进行道路行驶试验的一种方法。
虚拟迭代技术是一种利用计算机进行虚拟试验的方法,通过反复迭代来逐渐接近真实试验结果的一种技术。
将虚拟迭代技术应用于整车级道路模拟试验中,可以提高试验效率和准确性,从而优化整车设计和调试过程。
整车级道路模拟试验可分为基于等效载荷法和基于动力学模型法两种。
前者以已知的道路激励为基础,构建车辆动力学模型,并计算出等效载荷对车辆产生的响应,从而进行试验。
后者则通过对车辆各部件的建模与集成,再结合道路激励,在仿真环境中进行试验。
虚拟迭代技术首先需要建立车辆的综合模型,包括车身、底盘、发动机、变速器等各部件。
该模型需要考虑各部件之间的相互作用和协同作用,以模拟真实运行状态。
模型建立后,需要进行校正和验证。
校正可以通过与实际试验结果进行对比,进行参数调整并重新模拟。
验证则需要通过不同的试验情况进行测试,以验证模型的正确性。
通过使用虚拟迭代技术进行整车级道路模拟试验,可以大大提高试验效率和准确性。
首先通过虚拟仿真技术,可对不同道路激励情况进行试验,从而较为全面地了解整车在不同道路条件下的表现情况。
其次,在整车设计过程中,可反复进行试验,进一步优化整车的设计和调试,并在满足一定性能指标的前提下,尽可能减小设计成本和开发时间。
此外,由于虚拟迭代技术的高效性和可重复性,可以通过多次试验获得更为准确的试验数据,从而更好地指导整车设计和改善。
总之,结合虚拟迭代技术进行整车级道路模拟试验可以提高试验效率、减少成本和时间,以及提高试验结果的准确性,有望成为未来整车设计和调试过程中的主要方法之一。
《基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究》篇一一、引言机车作为现代交通系统的重要部分,其车体结构的性能直接关系到列车的安全性和运行效率。
在机车车体结构的设计和优化过程中,疲劳问题一直是研究的重点。
传统的疲劳分析方法往往依赖于实验测试,这种方法成本高、周期长,且难以全面评估车体结构的复杂疲劳特性。
因此,基于多体动力学和有限元法的仿真研究成为了解决这一问题的有效途径。
本文旨在通过多体动力学和有限元法的结合,对机车车体结构进行疲劳仿真研究,为机车车体的设计和优化提供理论支持。
二、多体动力学在机车车体结构分析中的应用多体动力学是一种研究多个物体相互作用的力学方法,能够有效地模拟和分析复杂机械系统的动态行为。
在机车车体结构分析中,多体动力学可以用于建立车体的运动学和动力学模型,分析车体在运行过程中的动态响应。
通过多体动力学模型,可以预测车体在不同工况下的应力分布、变形情况以及振动特性等,为后续的疲劳分析提供基础数据。
三、有限元法在机车车体结构疲劳分析中的应用有限元法是一种基于数值计算的工程分析方法,通过将连续的实体离散成有限个单元,求解各单元的应力、应变等物理量,从而得到整个结构的性能。
在机车车体结构的疲劳分析中,有限元法可以用于建立车体的详细有限元模型,分析车体在不同工况下的应力分布和疲劳损伤情况。
通过有限元法,可以获得车体结构的疲劳寿命、疲劳强度等关键参数,为车体的设计和优化提供依据。
四、多体动力学与有限元法的结合应用将多体动力学和有限元法相结合,可以实现对机车车体结构更准确的仿真分析。
首先,通过多体动力学建立车体的运动学和动力学模型,得到车体在不同工况下的动态响应数据;然后,将这些数据作为有限元模型的输入,分析车体的应力分布和疲劳损伤情况。
这种结合应用可以更全面地考虑车体结构的动态特性和疲劳特性,提高仿真分析的准确性和可靠性。
五、机车车体结构疲劳仿真研究的方法与步骤1. 建立多体动力学模型:根据机车车体的实际结构,建立多体动力学模型,考虑车体的质量、刚度、阻尼等参数。
机械系统的多体动力学分析与仿真引言:随着科技的发展和人们对机械系统精确控制的需求不断增长,机械系统的多体动力学分析与仿真在工程领域的重要性日益凸显。
本文旨在探讨机械系统的多体动力学分析与仿真技术,以及其在不同领域的应用。
一、机械系统的多体动力学分析1. 多体动力学的基本概念多体动力学研究的是相互作用的多个物体在受外界力作用下的运动规律。
它涉及到刚体运动、连杆机构、弹性体、液体、气体等多种物体动力学现象。
2. 动力学方程的建立机械系统的多体动力学分析需要建立适当的动力学方程。
一般来说,可以利用牛顿第二定律、能量守恒定律、角动量守恒定律等原理来推导动力学方程。
3. 多体动力学模型的建立为了对机械系统的动力学行为进行研究和仿真,需要建立相应的多体动力学模型。
模型的建立涉及到物体的几何形状、质量分布、运动约束等因素。
二、机械系统的多体动力学仿真方法1. 数值方法数值方法是多体动力学仿真的主要手段之一。
常见的数值方法包括欧拉法、Runge-Kutta法、有限元法等。
这些方法基于数学模型,通过离散化的方式求解微分方程。
2. 刚体动力学仿真刚体动力学仿真是多体动力学仿真的重要方向之一。
它考虑了物体的质心运动、角速度和角加速度等因素,可以用于模拟机械系统中刚体的运动特性。
3. 柔性体动力学仿真柔性体动力学仿真是另一种常用的多体动力学仿真方法。
相比于刚体仿真,柔性体仿真考虑了物体的变形和挠曲等因素,更加逼真地模拟了机械系统的实际行为。
三、机械系统多体动力学分析与仿真的应用1. 机械设计与优化通过多体动力学分析与仿真,可以评估机械系统在不同工况下的稳定性、刚度和振动特性等,提供设计师有效的指导,优化机械系统的结构和参数。
2. 机器人动力学控制机器人是机械系统的重要应用领域之一。
多体动力学分析与仿真可以帮助研究人员分析和优化机器人的动力学性能,设计出更加灵活、高效的机器人控制算法。
3. 车辆动力学研究车辆动力学是研究车辆运动规律与性能的重要领域。
第24卷 Vo1.24 第12期
No.12 重庆理工大学学报(自然科学)
Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science) 2010年12月
Dec.2010
基于多体模型仿真的载荷谱虚拟迭代技术分析 邵 建,董益亮,肖 攀,王俊翔 (重庆长安汽车股份有限公司汽车工程研究院,重庆401120) 摘 要:以在路试场测取的轮心加速度和车辆内力载荷为输入,以Adams所创建的多体模 型为载体,通过虚拟迭代的方法反求得到外部驱动栽荷,驱动多体模型仿真,得到各部件的受力 谱。某乘用车的虚拟迭代结果证明该方法有效、准确。 关键词:载荷谱;多体仿真;虚拟迭代;Adams 中图分类号:U463 文献标识码:A 文章编号:1674—8425(2010)12—0084—04
Virtual Iteration Technology of Load Spectrum Based on Multiple Body Simulation SHAO Jian,DONG Yi—liang,XIAO Pan,WANG Jun—xiang (Automotive Engineering Institute,Changan Automobile Ltd Co,Chongqing 401120,China) Abstract:With the inputs of the accelerations of wheel hub and vehicle internal forces measured in proving ground,and taking the multiple body model created in Adams as a carrier,the external drive loads are reversely obtained by virtual iteration method.Then,the loads are used to drive multiple body simulation to get the force spectrum of each parts.The validity and accuracy of virtual iteration technology are verified by the virtual iteration result of a car. Key words:load spectrum;MBS;virtual iteration;Adams
近年来,汽车结构疲劳越来越受到各大整车 企业的关注,在新车型开发之初就会对其进行考 察和改进。汽车疲劳寿命评估的传统方法是在试 验场进行道路试验,该方法最为直接和准确,但要 消耗大量的时间、人力和经费,且在发现问题并整 改后,不易实施验证。用CAE的手段对车身及零 部件的疲劳耐久寿命进行评估,元疑是一个更快 捷和易于方案验证的方法。随着疲劳分析软件的 不断开发和成熟,这种方法在企业里得到了成功 应用。CAE方法需要提供车身或零部件连接点的 受力谱,但这些在道路试验中却很难直接测得,所 以如何将容易测试的位置的载荷转化为连接点的 载荷,是疲劳分析需要解决的关键问题之一。 本文针对此问题,利用低成本的传感器(应变 片、加速度传感器、位移传感器)和低成本的测量 方法测得四轮心的垂向加速度和车辆的内力载荷
收稿日期:2010—11—20 作者简介:邵建(1983一),男,湖北黄冈人,硕士,工程师,主要从事车辆动力学研究。 邵建,等:基于多体模型仿真的载荷谱虚拟迭代技术分析 85 (弹簧相对位移、减振器力等),并用Adams建立某 乘用车的多体模型,通过虚拟迭代得到用于驱动 多体模型的外力载荷(如轮心垂向位移),以此外 载荷驱动多体模型仿真,即可得到车身或零部件 连接点的受力谱。这种方法可以在迭代过程(如 图1)中将内力载荷的仿真值和实测值进行对比, 保证结果的准确性,而且实施较简单,成本较低。 图1 载荷谱虚拟迭代过程 1道路载荷谱采集 网 I.................__J 在试验车相关位置安装传感器、粘贴应变片, 分别测试轮心Z向加速度(4通道)、车身z向加 速度(轮鼓包处,4通道)、弹簧变形量(4通道)和 减振器受力(4通道)。车辆满载,在路试场各种 典型耐久性特征路面(搓板路、卵石路、石块路、长 波路等)上进行载荷谱的采集。对采集到的原始 信号进行滤波、重设采样频率、缩减等一系列处理 后,按照采集过程中的记录,将各通道的信号(如 图2所示)按不同特征路面进行同步分割。 图2采集到的轮心加速度、车身加速度、 弹簧变形和减振器力 2整车多体动力学建模 根据前期测试得到的底盘参数,包括整车轴 荷参数、硬点坐标、车轮定位参数、弹性阻尼元件 特性和零部件质量等,用Adams建立该车的多体 动力学模型,如图3所示。因为轮心位移将直接 作为整车模型的驱动,故模型中不包含轮胎。由 于试验车的配置、载荷状态不一定与初期的设计 状态完全一致,所以在道路测试之前,应该重新测 量车辆的轮胎载荷、重心位置和悬架限位器间隙 等参数,并根据测量结果对模型进行调整。
图3 不含轮胎的整车多体模型 在多体模型中应定义与实测信号对应的传感 器,用于信号的输出与对比。用来定义轮心加速 度、车身加速度和弹簧变形所参考的Marker点坐 标,应与实际传感器粘贴位置一致。此外,在需要 获取受力谱的每个部件各连接点处定义虚拟物体 (或称哑物体),以车身为例,前后悬架和动力总成 与连接处之间均创建虚拟物体,每一虚拟物体质 量和转动惯量均很小,与车身用固定副连接。通 过测量固定副力的函数即可获取车身所有连接点 在同一坐标系下的6向分力。 将调试正确的整车模型导出为文本格式的模 型文件,用于虚拟迭代时调用。
3虚拟迭代和载荷谱提取 虚拟迭代的输入是路谱后处理数据,载体是 Adams多体模型文件,工具是Femfat Lab软件,最 终提供的输出是底盘与车身接附点的力载荷。
圃Ⅱ 1]『 ._. // ’-l参\ 86 重庆理工大学学报 3.1虚拟迭代原理 通过试验场实车测试可以测得内力载荷(响 应信号,如弹簧位移、轮心z向加速度等),而比较 难获得多体模型所需的外力载荷(驱动信号,如轮 心Z向位移、 向力等);如果将整个多体模型看 作一个系统,可用一个传递函数(F)表示,则利用 逆函数(F )可以由输出反求得到输入。同时,由 于Adams所建立的多体模型是一个非线性系统, 而传递函数是线性的,因此需要反复迭代,来逐渐 逼近输出的实测值,最终得到比较准确的输入,即 所需的外力载荷,这就是虚拟迭代的原理。 传递函数定义为 F(s)=Y(s)/u(s) (1) 输入的载荷类型基本是固定的(如4个轮心 的z向位移);在选取输出项(即用于迭代的信 号)时,需要选取与输人相关性较好的响应信号, 如弹簧变形和轮心z向加速度,与输入信号在z 向都有较好的相关性,利于虚拟迭代。 由传递函数的逆函数F 和由试验采集得到 的路谱Y ,可以求得一组初始的驱动载荷U。: M0=F~・Y (2) 将U。施加给多体模型,计算得到所有输出通 道的响应,包括迭代信号(记为Y。)、控制信号(用 于检查和校验)和信息信号(参考)。 将 与Y 比较,如果满足条件,吻合得良好, U。就是最终所需驱动载荷,用于获得疲劳分析所 需的连接点内力载荷;如果不满足条件,则进行第 1次迭代,通过下式计算得到U.: H1=u0+F一 ・(Y 一Y0) (3) 然后将U,施加给多体模型,得到输出响应 Y。,将Y。与Y 比较,如满足条件,迭代结束,如不 满足,则进行第2次迭代。以此类推,几次迭代后 的驱动载荷为 U =U 一l+F~・(Y 一Y ) (4) 3.2迭代判据 , 迭代信号与路谱实测信号的比较包括3个方 面:时间域、功率谱密度和相对损伤值。3项都没 有准确目标值,主要依靠主观判断。时间域和功 率谱密度的比较主要是看计算值与实测值曲线的 趋势及峰值吻合情况,如果差别太大,就不用比较 相对损伤值,继续迭代。如果迭代信号在时间域 和功率谱方面都吻合较好,可进行相对损伤值的 比较。 损伤值是评价疲劳寿命的一个指标,通常提 到的“损伤值”指的是“绝对损伤值”。如果对同 一个部件在2种不同载荷下的疲劳进行分析,为 了评估2种载荷对部件疲劳性能的影响因素,可 以引入“相对损伤值”指标,它忽略了其他诸如 S—N曲线、表面质量、加工质量等与部件相关性能 的影响,只是对载荷的幅值、平均值等影响因素进 行比较。该方法被引人到这里只是为了进行相对 比较。如果相对损伤值为1,说明2种载荷对疲劳 的影响是相同的。 图4和图5分别是搓板路的轮心加速度迭代 信号与实测信号的时域与频域的对比,可以看到 在时域内幅值和相位吻合很好,在频域3—4O Hz 范围内吻合程度也很高。其他通道中,车身加速 度有一定的差别,前左与前右减振器力的幅值也 有差异。从相对损伤值图上也可以看到,轮心加 速度、弹簧变形和后减振器力相对损伤值均接近 于1。由于建模参数和路谱测试数据都不一定完 全准确,某些通道的迭代结果与实测值存在一定 差异也在可接受范围之内。
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图4轮心加速度时域对比