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机械系统动力学仿真柔性体建模技术研究

姜自伟  
【摘要】: 传统的多刚体动力学仿真实际是忽略机构运动中的变形的一种理想化。随着现代机械系统向着高速、轻质化发展,必须考虑机构变形对整个系统运动的影响,这就对柔性体的动力学建模仿真提出了要求。本文在国家863计划(2004AA411010)和国家科技攻关计划(2004BA201A85)的资助下,对机械系统动力学仿真柔性体建模相关技术进行了研究,在多刚体仿真分析系统InteDyna 2.0的基础上,开发了柔性体建模分析模块,并与原刚体建模分析系统整合,实现复杂机械系统刚-柔混合建模仿真分析。 本文首先探讨了柔性体建模理论-浮动坐标法和模态叠加,给出了柔性体变形的模态表示形式,推导了柔性体的动力学方程;阐述了模态分析与部件模态综合的基本方法,并在此基础上,提出了动力学仿真系统对柔性体模型输入数据的要求。以目前主流有限元软件广泛支持的柔性体模态中性文件(Modal Neutral File, MNF)为模型输入文件,设计开发了数据导入接口。 其次,分析了机械系统基本模型元素以及模型元素之间内在的拓扑关系,并着重探讨了柔性体部件的模型数据各部分组成及组织方式,实现了柔性体模型类;针对刚柔混合系统,简述了机械动力学仿真系统中约束与力学模型的表达和实现,给出了复杂机械系统的类体系结构。 最后,针对仿真结果动画的要求和特点,对仿真结果数据进行重新组织,生成动画数据;结合计算机图形学、计算机动画技术,对仿真模型进行坐标变换和视图变换,完成模型的动画显示。 基于以上技术,采用VC++7.0开发工具,实现了机械系统动力学仿真柔性体建模模块,同时,该模块集成到机械系统多刚体动力学建模仿真平台InteDyna中,并以国内某汽车公司某款卡车车型在该平台上的整车建模仿真为例,验证了上述研究和实现方法的可行性和有效性。


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