新一代混合刚柔多体动力学分析软件RecurDyn - 文章

新一代混合刚柔多体动力学分析软件RecurDyn

作者：安世亚太马骏

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工程中的对象是由大量零部件构成的系统，如航空航天器、机车与汽车、操作机械臂、机器人等复杂机械系统。此外，在研究宇航员的空间运动，在车辆的事故中考虑乘员的运动以及运动员的动作分析时，人体也可认为是躯干与各肢体存在相对运动的系统。上述复杂系统的力学模型为多个物体通过运动副连接的系统，称为多体系统。RecurDyn 作为复杂多体系统多体动力学分析软件，它与传统的机构动力学分析软件相比有许多独特的优势。

令人震撼的求解速度与稳定性

RecurDyn 是第一个采用完全递归算法的商业软件，它采用相对坐标系和递归式方程，大大减小了求解问题的规模，使RecurDyn 的求解速度更快，稳定性更高，在求解大规模、高速和病态问题方面的性能大大超过了其他传统的机构动力学分析软件。

强大的接触和碰撞分析能力

RecurDyn 可以定义各种接触类型，如实体－实体、实体－曲面、曲面－曲面、曲线－曲线、以及标准几何体之间的接触等，以适应快速、灵活处理各种复杂接触问题的需要。

对于复杂几何体之间的接触，定义有效接触面可以大大提高接触分析的效率。例如，齿轮组的接触分析，提取出有效接触面，定义面－面接触（如图1 所示），可以大幅缩短计算时间。

图1 齿轮的有效接触面

在传统的机构动力学分析中，接触和碰撞体都假设为刚性体。而实际问题常常要考察接触碰撞过程中柔性体的变形和应力状态。RecurDyn 在机构分析软件中实现了柔性体大变形和非线性分析，这极大地扩展了机构动力学分析的应用范围，同时，具有飞驰般的求解速度。

多级子系统和图层管理功能

RecurDyn 支持多级子系统模块化管理功能，子系统相对独立，子系统又可以有下级子系统，多级子系统结构可以提高模型的再利用效率和降低建模出错机会。同时，可以对子系统进行单独分析，确定每个子系统均能正常工作，再组成完整的系统。

RecurDyn 具有图层管理功能，可以定义多达255 个图层，方便大模型的管理。

与有限元软件协同仿真

在一般的机构动力学分析软件中，都假设系统中所有零件为刚性体，但对于那些因为动态效应可能产生变形的零件来说，刚体假设就显得不尽合理了。这时就需要机构动力学分析软件与有限元软件进行协同仿真，来获得柔性体在运动过程中的真实动力学响应，或者在充分考虑柔性体弹性的情况下分析机构的动力学行为。

图2 是把经典ANSYS 或DesignSpace 有限元模型导入RecurDyn 进行机构分析的示例。

图2 ANSYS 与RecurDyn 协同仿真

与控制软件协同仿真

RecurDyn 可以与MATLAB/Simulink 或其他控制软件进行联合仿真，把机械系统模型和控制系统模型有机地结合起来，进行机械系统和控制系统的联合设计。利用MATLAB/Simulink 书写描述控制系统的控制框图，然后将控制框图提交给RecurDyn，进行包括控制系统在内的复杂机械系统协同仿真。

丰富的专业化仿真工具包

RecurDyn 针对行业需求，开发了许多专用解决方案和仿真工具包，使用户可以轻松完成各种复杂的仿真分析工作。部分模块功能介绍如下：

· 柔性体分析模块（Flex）：在充分考虑构件的弹性的情况下进行多体系统的仿真，更真实的反映整个系统的动态特性。同时可计算变形和应力，为结构强度设计提供参考。
· 结构大变形分析模块（NodalFlex）：可分析柔性体的大变形和非线性行为。
· 齿轮组模块（Gear）：内建各种常用齿轮数据库，啮合分析支持2D/3D 接触定义。
· 链条传动模块（Chain）：可轻松完成链条的装配，装配信息包含了链条系统的全部信息：接触参数、衬套特性、链节数、链节形状及接触力输出信息等。
· 皮带传动模块（Belt）：由模块化的皮带和皮带轮构成。使用者可轻松地设计和分析整个皮带传动系统。
· 履带模块（Track）：轻松完成整个履带系统的装配，自动定义履带各个部件之间的接触。提供各种路面条件供选择。
· 轮胎模块（Tire）：可用于车辆悬吊系统建模和分析，支持各种路面条件。轮胎格式有UA/FIALA/Soil/Delft/F-Tire 格式。
· 送纸机构模块（MTT 2D/3D）：针对打印机、复印机厂商开发的送纸机构分析模块，使建模过程自动化，部件设计参数化，提高了仿真效率。
· CAD 几何模型输入/输出模块：支持各种CAD 文件格式。

RecurDyn 是新一代混合刚柔多体系统动力学分析软件。它采用相对坐标系统和完全递归算法，使复杂问题的求解速度和稳定性大大高于传统的机构动力学分析软件。RecurDyn具有强大的接触分析能力，有丰富的接触类型来满足工程上快速求解复杂接触问题的需要。它不仅可以模拟刚－柔和柔－柔接触碰撞问题，而且可以考虑柔性体的大变形和非线性行为，极大地拓展了机构动力学分析软件的应用领域。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/19/2006)


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