マルチボディダイナミクス

物理的な構築および試験に要するほんの一部の時間とコストで機械システムのバーチャルプロトタイプのシミュレーションおよび試験を簡単に実行できる先進的な機構解析プロダクト
Horizontal spacer

MBD(Multibody Dynamic)システムは、相対的な動きを制約するジョイントによって相互に接続されたソリッドボディまたはリンクで構成されています。MBDの研究では、力の影響下で機構システムの運動を解析します。これは順動力学とも呼ばれます。逆問題、すなわち機構システムを特異的に動かすために必要な力の研究は、逆動力学と呼ばれます。

多くの製品設計では、複数の可動部品の相互作用とその環境について把握することが必要なため、機構解析は重要です。自動車および航空機から洗濯機や組み立てラインまで、可動部品によって荷重が生成されますが、多くの場合その予測は容易ではありません。複雑な機械アセンブリの設計に伴う課題の解決には、力学系レベルの解析が必要になります。

正確にモデリングするには、電子制御システムや適合部品および結合部などのさまざまな部品、および振動、摩擦、騒音などの複雑な物理現象を表現することが必要です。機構解析では、設計の性能、安全性、快適さなど重要な特性を素早く評価して改善し、これらの課題を解決することができます。MSC Software社の機構解析ソリューションは、使いやすい豊富なプリ・ポスト処理インターフェースと業界最高レベルのソルバーを備え、幅広いマルチボディダイナミクス解析に対応しています。



MSC Software製プロダクトは、様々な機構解析に使用されています。
  • 剛体および弾性Multibody System
  • 感度解析
  • 振動解析
  • 自動車の設計&試験
  • 制御/機械連成システム解析
  • 運動学および動力学
  • 接触および摩擦
  • 荷重および変位
  • 耐久性および寿命-サイクル解析
  • 破壊または疲労の計算
  • 運動、静的、および損失エネルギー分布
  • 自動車のコーナリング、ステアリング、準静的、および直進解析
  • 制御システム解析
業界別使用例:
  • 航空宇宙および防衛:航空機エンジン、宇宙船、着陸装置、ヘリコプタ胴体、武器システム、兵器、航空機制御機構、射出座席、飛行シミュレータ、戦闘車両、ミッションクリティカルな宇宙船機構
  • 自動車:サスペンションシステム、駆動系、ブレーキ装置、ステアリング装置、エンジン、制御システム、変速装置、ブートジョイント、ベアリング、クラッチ、シャーシ構造物
  • 製造:ロボットマニピュレータ、コンベヤベルト、ポンプ、工作機械、梱包装置、ギア、ステッピングおよびサーバーモーター
  • 重機:掘削機、農業機器、油圧制御システム、無限軌道車、フォークリフト、遊園地の乗り物
  • 医療:整形外科、ヒューマンロコモーション、生物力学、筋力測定、人間工学的解析、ロボット四肢
  • 消費財:スポーツ用品、自転車、工具、プリンタ
  • エネルギー:風力タービン、ソーラーパネル、海洋構造物、掘削装置、セントラライザ機構

CAD-integration of jet flap and landing gear via SimDesigner

STEP、IGES、DXF、DWG、またはParasolidを含む、CADニュートラルな形状フォーマットをインポートできます。

CatiaV4、CatiaV5、Inventor、STEP、IGES、Acis、ProE、Creo、SolidWorks、Unigraphics、VDAを含む、ネイティブCAD形状フォーマットをインポートできます。

Mode shape visualization of business jet flexible inner flap


Modal stress recovery on an automatic weapon flexible casing ejection

Adamsは、大きな全体的運動および他のモデリング要素との複雑な相互作用が存在する場合でも、構成要素の弾性を正確に取り込むためのテクノロジを提供しています。

多くの場合、これらのシステムは、設計解析において変形効果が最も重要であり、剛体の仮定が有効ではなくなった1つ以上の構造成分を含みます。Adams/Flexは、多くの主要なFEAソフトウェアパッケージから有限要素モデルのインポートを可能にし、便利なモデリングと強力なポスト処理機能へのアクセスを提供するAdamsパッケージに完全統合されています。

Adams/ViewのViewFlexモジュールでは、メッシュ分割ステップと線形モード解析を実行する組み込みの有限要素解析を用いて、剛体パーツをMNFベースの弾性体に変換することが可能です。これは、サードパーティ製の有限要素解析ソフトウェアに頼ることなく、またAdams/View環境を離れずに弾性体の作成が可能な、MSC Nastranで実行される新しい製品モジュールです。また、Adamsで弾性体を生成する従来の方法よりもはるかに高効率で合理化されたプロセスです。


ViewFlex model in Adams/View.

Adamsは、Adams2NastranエクスポートやViewFlexなどの機能によって、モーダルおよび周波数応答解析を実行するために、検証済みAdamsモデルの再使用を可能にする、MSC Nastranとの双方向統合を導入しました。

Adams/Mechatronicsは、Easy 5やMATLABなどのコントロール(制御)アプリケーションの外部システムライブラリを動的に連携することによって、機械モデルに制御システムを簡単に組み込みます。制御システムパラメータは、評価するために素早く調整することができ、制御システムと機械システムの両方の同時最適化における設計検討に含めることができます。

Flexible-to-flexible and flexible-to-rigid body contact


Ball screw mechanism featuring analytical sphere contact

多くのマルチボディシステムにおける重要な部分は、パーツ間で発生する接触です。

MSCの機構解析製品は、様々な接触モデリング機能を提供しています。転がりや滑り接触および衝撃は、剛体同士、弾性体と剛体の間、および2つの弾性体の間で表すことができます。

接触プリミティブは、単純な形状に対して高効率のソリューションを提供します。複雑な形状間(剛体と弾性体)の接触に対して、より高機能な方法が用いられます。どんな場合でも、「接触領域」の事前知識は必要ありません。

Durability hot spots on flexible suspension from full vehicle


Modal stress recovery on hospital bed lift

開発サイクルの後期で発見された耐久性問題は、時間とコストを要します。製品の発売前に対応しなければ、高い保証コストや顧客満足度の低下につながります。耐久性試験は、製品開発の重要な側面です。「長持ちするか?」という質問に対する回答は、構成要素の設計だけでなく、システム全体に影響を与えます。優れた耐久性の特性は、乗り心地と取り扱い(ハンドリング)またはNVHなどの他の属性としばしば競合するため、競合する要件のバランスを取るための方法を見つける必要があります。耐久性試験を正確に再現することは、最適な設計に向けた重要なステップです。

MSCのソリューションでは、システムモデルの構成要素の応力、ひずみ、または寿命を評価することができます。疲労プログラムとインターフェースを取ることで、疲労寿命と安全率解析が可能になります。モデル相関およびプロセス合理化は、業界標準のファイル形式での物理的なテストデータへの直接アクセスを介して可能です。また、MSCの製品は、弾性体統合および弾性体のストレスリカバリに対して用いられるモード合成法の機能の拡張を可能にします。機構解析の結果は、弾性コンポーネントの応力をより正確に予測するため、有限要素のモーダルストレスと組み合わされます。外力または制約および慣性効果による全ての応力またはひずみは、最も効率的な方法でリカバリできます。

All-terrain vehicle on
a 4-post shaker

周波数応答解析および固有値解析などのシステムレベルの振動解析を実行します。MSCのソリューションは、周波数依存ブッシングおよびパワースペクトル密度に対する荷重関数、振動および回転不均衡などの振動固有のモデリング要素を提供します。振動および周波数領域に固有のポスト処理と連携することで、システムモード、周波数応答、モーダル寄与率テーブル、エネルギー成分分布などの容易な解析と表示を導きます。

Satellite dish with integrated electronic control system


Integrated mechanical system with control system engineering

MSCの機構解析製品は、機械システムと制御システムモデルとの容易な統合を可能にします。

多くの物理システムは、空気、電子制御ユニットによってコントロールされる油圧式または電気的サブシステムによって作動する機械部品の組み合わせです。完全なアセンブリの挙動を正確に捉えるために、システムモデルは作動および制御システムの効果を十分に考慮する必要があります。通常、制御システムは結果をプロットで示すブロック図によって最も良く表され、一般的に機構モデルは出力がプロットだけでなくグラフィカルアニメーションで示される3次元形状で表されます。

制御システム設計ソフトウェア自体のブロック図内の機械モデルを組み込むか、または、機械システムシミュレーション環境のコントロール設計ソフトウェアから直接アクチュエータおよびまたはコントローラを読み込みます。このような相互作用は、MATLAB/SimulinkとEASY5ソフトウェアでサポートされています。

Response surface diagram


Overlay animation of multiple design variants performing a lane change manuever

シンプルな設計問題では、直感、試行錯誤、および力づくの組み合わせを用いて機械システムの挙動を検討および最適化することができます。しかし、設計オプションの数の増加に伴い、これらの方法は、迅速かつ体系的な答えの策定において効果がなくなります。一度に一つの要因を変化させるだけでは要因の間の相互作用に関する情報は与えられず、また、様々な要因の組み合わせを試そうとすると複数のシミュレーションが必要となるため、評価しなければならない多大な出力データが残ります。

これらの時間のかかる作業を解決するために、MSCは、解析のための関連データの決定に役立ち、実験的な設計プロセス全体を自動化する、一連の実験を実行するための計画と解析のツールを提供しています。これは、結論の信頼性向上に役立ち、試行錯誤や一度に一つずつ要因をテストするよりも迅速に答えを取得でき、機械システムのパフォーマンスのより良い理解と改善に役立ちます。

Template driven component,
subsystem and full vehicle modeling


Vehicle-specific customization of Adams/Car

特定のニーズに合わせて解析環境を調整することで、時間を節約でき、より幅広いユーザーを獲得することができます。MSCの機構解析ソリューションは、モデル構築、求解、およびポスト処理作業の自動化において複数の手段を提供します。モデル構築は、マクロやテンプレートで自動化することができます。カスタムインターフェースは、直接「すぐに使用可能な」ツールで作成および組み込むことができます。また、MSCおよびMSCのビジネスパートナーは、強力な業界/アプリケーション固有のパッケージを提供しています。

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