Multibody Dynamics

Our advanced motion analysis products enable engineers to easily simulate and test virtual prototypes of mechanical systems in a fraction of the time and cost required for physical build and test

多体动力学

我们先进的运动分析产品使工程师们能够轻松地对机械系统的虚拟样机进行仿真和试验,而时间和成本仅为实物建造和试验所需的一小部分。

Horizontal spacer

多体动力学(MBD)系统是一个由刚体或连接组成的系统,通过接头相互连接在一起,限制其相对运动。MBD 研究是分析机械系统在作用力影响下的移动方式,也称为正向动力学。而逆向问题研究(即机械系统以指定方式移动所需的作用力)被称为逆向动力学。

运动分析有着重要意义,因为产品设计通常需要了解多个运动部件之间以及与其环境之间如何相互作用。无论是汽车、飞机,还是洗衣机、装配线,运动部件引起的载荷通常难以预测。复杂机械装配给设计提出了挑战,需要通过系统层面的动力学分析来加以解决。

精确建模可能要求表征各种类型的部件,例如电子控制系统、兼容部件及连接件,以及振动、摩擦及噪声之类的复杂物理现象。运动分析通过针对重要特征(例如性能、安全性和舒适性)作出快速评估并改进设计,使我们能够解决这些难题。MSC 的运动分析解决方案涵盖了各种多体动力学仿真功能,提供了丰富、易用的前后期处理接口和业内领先的解算器。



MSC 软件可用于众多类型的运动分析:
  • 刚体与柔性体的多体系统
  • 敏感度分析
  • 振动分析
  • 车辆设计与试验
  • 控制/机械耦合系统分析
  • 运动学与动力学
  • 接触与摩擦
  • 载荷与位移
  • 耐久性与寿命周期分析
  • 断裂或疲劳计算
  • 运动、静态及耗散能量分布
  • 车辆转弯、转向、准静态及直线分析
  • 控制系统分析
行业应用:
  • 航空航天与国防:飞机发动机、空间飞行器、起落架、直升机机身、武器系统、军备、飞机控制机构、弹射座椅、飞行模拟器、战场车辆、关键任务航天器机构。
  • 汽车:悬架系统、传动系、制动系统、转向系统、发动机、控制系统、变速箱、发动机罩接合面、轴承、离合器、底盘结构。
  • 制造:机器人机械手、输送带、泵、机床工具、包装设备、齿轮、步进与伺服电机。
  • 重型装备:挖掘机、农业设备、液压控制系统、履带式车辆、叉车、游乐场设施。
  • 医疗:整形、人体运动、生物动力学、肌力测定、人体工程分析、机器人肢体。
  • 消费品:体育用品、自行车、工具、打印机。
  • 能源:风力发电机、太阳能电池板、海上建造物、钻机、扶正机构。

CAD-integration of jet flap and landing gear via SimDesigner

导入 CAD 中性几何体格式,其中包括 STEP、IGES、DXF、DWG 或 Parasolid。
导入原生 CAD 几何体格式,其中包括 CatiaV4、CatiaV5、Inventor、STEP、IGES、Acis、ProE、Creo、SolidWorks、Unigraphics 及 VDA。

Mode shape visualization of business jet flexible inner flap


Modal stress recovery on an automatic weapon flexible casing ejection

即便在有大范围的整体运动以及与其他建模元素存在复杂相互作用的情况下,Adams 所提供的技术也能正确地包括部件的柔性。

系统通常包含一个或多个结构部件,在这里变形效果对于设计分析至关重要,而刚体假设也不再有效。Adams/Flex 允许从大多数主流的故障影响分析程序包中导入有限元模型,并能与 Adams 软件包全面集成,从而实现方便的建模和强大的后处理功能。
Adams/View 中的 ViewFlex 模块使用户能够通过嵌入式有限元分析(执行网格划分步骤和线性模态分析)将刚性部件变换为基于 MNF 的柔性体。它是依托 MSC Nastran 的新产品模块,可在不脱离 Adams/View的情况下创建柔性体,并且不依赖于第三方有限元分析软件。此外,与用户过去所使用的为 Adams生成柔性体的传统方法相比,这种简化流程的效率要高得多。


ViewFlex model in Adams/View.

借助类似于 Adams2Nastran 导出、ViewFlex 等功能,Adams推出了与 MSC Nastran 的双向集成,使用户能够重用经过验证的 Adams 模型来进行模态和频率响应分析。
通过与 EASY5 和 MATLAB 等控制应用的外部系统库动态连接,Adams/Mechatronics 产品能够轻松地将控制系统融入到机械模型中。控制系统参数可快速地调整以供评估,并将其纳入到控制系统和机械系统的实时优化设计研究之中。

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


Ball screw mechanism featuring analytical sphere contact

接触出现部件之间,是许多多体系统的重要组成部分

MSC 的运动分析产品提供了各种接触建模功能。可以表征在刚体、柔性体与刚体以及两个柔性体之间的翻滚、滑行接触以及冲击。
接触基本单元提供了一种高效的简单几何解决方案。针对刚体和柔性体的复杂几何体之间的接触使用了更为复杂的方法。在任何情况下都不需要有关“接触区域”的预备知识。

Durability hot spots on flexible suspension from full vehicle


Modal stress recovery on hospital bed lift

如果在开发周期中很晚才发现耐久性问题,这将会耗费您大量的时间和金钱。如果在产品上市前都未能解决上述问题,则会导致保修成本增加、客户满意度下降。耐久性测试是产品开发的一个重要方面。在回答“能用多久?”的问题上,不仅涉及到部件设计,还与整个系统有关。然而,良好的耐久性特征通常会与其他一些属性发生冲突,例如乘坐、操控或 NVH,因此有必要找到一种平衡各种需求的方法。精确复现耐久性测试是迈向优化设计的重要一步。
MSC 解决方案使你能够在自己的系统模型中对应力、张力或部件使用寿命进行评估。通过与疲劳分析程序衔接,可进行使用寿命预测和安全系数分析。通过直接访问工业标准文件格式中的物理测试数据,可实现模型校正和流程简化的功能。MSC 的产品使您能够扩展部件模态综合分析能力,可用于解决柔性体的整合及应力复现。通过将运动解决方案的结果与有限元模态应力相结合,可对柔性体部件中的应力做出更加精确的预测。借助这种极为高效的方法,一切由外力、约束及惯性效应引起的应力和张力均可以得以复现。

All-terrain vehicle on
a 4-post shaker

系统层面的振动分析方法与频率响应研究和正常模态分析相似。MSC 的解决方案提供了特定振动建模元素,例如频率依赖性衬套和强制函数,可用于功率谱密度、正弦扫频及转动失衡。通过与振动和特定频域后处理结合,就可以轻松地对系统模式、频率响应、模态参与因子计算表及部件能量分布等进行分析,并实现可视化。

Satellite dish with integrated electronic control system


Integrated mechanical system with control system engineering

MSC 的运动分析产品可轻松地实现机械系统与控制系统模型的整合。

多数物理系统是由气动、液压、电力子系统促动的机械部件构成,而这些子系统则通过电子控制装置控制。系统模型需充分考虑促动和控制系统的影响,以正确捕获整个组合体的行为。一般情况下,控制系统最好通过方框图以及图表输出来表示,而运动模型通常则采用三维几何体以及动画和图表输出来表示。
可将机械模型纳入控制系统设计软件的方块图,或者在机械系统仿真环境中直接从控制设计软件导入促动器和/或控制器。上述交互处理支持 MATLAB/Simulink 及 EASY5 软件。

Response surface diagram


Overlay animation of multiple design variants performing a lane change manuever

对于简单的设计问题,您可以凭借直觉、反复实验摸索或者蛮干对机械系统行为进行探究和优化。但随着设计方案数量的不断增多,上述方法变得效率低下,难以快速、系统地得出结论。您每次只能对一个因素的变化作出评估,无法得到各因素之间的相互作用信息;对众多的因素进行组合需要大量的仿真,产生的海量输出数据留待您去评估。
为有效解决此类耗时工作,MSC 提供了针对进行一系列实验的规划与分析工具,有助于确定相关数据范围,并可在此基础上进行分析、将整个实验设计过程自动化。这样不仅能提高您所得结果的可靠性,比实验摸索或者每次分析一个因素更快地获得答案,而且能使您更好地了解和完善机械系统的性能。

Template driven component,
subsystem and full vehicle modeling


Vehicle-specific customization of Adams/Car

通过按特定需求对分析环境进行量身定制,不仅能节约时间,还能拓宽用户群。MSC 的运动分析解决方案提供了多种方法,可实现建模、解算及后处理工作的自动化。模型可通过宏与模板自动创建。可创建自定义界面,并直接添加到“开箱即用”工具中。MSC 及其商业伙伴还可提供强大的行业/特定应用软件包。

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