新一代多体动力学软件MotionView在汽车中的应用

作者：澳汰尔公司 吴俊刚 洪清泉

欢迎访问e展厅 展厅 2 CAE/模拟仿真展厅 通用有限元分析软件, 结构分析软件, 动力学分析软件, 声学分析软件, 板料冲压成形模拟软件, ... 摘 要： MotionView 软件是美国澳汰尔公司研发出的新一代多体动力学软件，该软件完全集成在HyperWorks 平台中，为多体动力学的前后处理、求解和优化，以及与第三方软件的接口等提供了无缝且界面友好的环境。MotionView 软件具有强大的柔性体前后处理功能，灵活的模板和子系统，支持多种有限元分析和疲劳接口，强大的DOE 分析和多学科优化功能，支持联合仿真和二次开发等特征，以使众多企业从中获益。 关键词：多体动力学 MotionView 1 引言 随着CAD/CAE 技术的突飞猛进，虚拟仿真技术已成为企业自主创新研发的有效手段，如有那个软件能够实现多种虚拟仿真技术的高效、无缝的集成，无疑将大大提高设计人员的设计效率和准确性，为企业节约大量成本。 美国澳汰尔公司的HyperWorks 系列产品是一套集CAE 分析和优化的软件平台，包括：前处理软件HyperMesh 、后处理可视化环境HyperView、结构优化工具OptiStruct、多体动力学分析软件MotionView、板料成形分析工具HyperForm、CAE 环境下实验设计、优化及随机分析工具HyperStudy 等。下面主要介绍多体动力学分析软件MotionView 及其在汽车行业的应用。 2 MotionView 软件简介[1] MotionView 是澳汰尔公司开发的新一代系统动力学仿真分析软件。它是一个通用的多体动力学仿真前处理器和可视化工具，采用完全开放的程序架构，可以实现高度的流程自动化和客户化定制。 MotionView 具有简洁友好的界面，高效的建模语言（MDL），同时也是第一款支持多求解器输出的多体动力学软件，可以将模型直接输出成ADAMS、DADS、ABAQUS 和NASTRAN 等多种求解格式文件，或直接由MotionSolve 求解。MotionSolve 求解器采用新一代的点辅助坐标系原理（Point-Auxilary-Coordinate system）的多体动力学求解器，它具有计算更快速、更稳定的特点，而且适用范围广泛，可以处理机械系统动力学、车辆动力学、隔振、控制系统设计、针对耐久性分析的载荷预期和稳健性仿真等多方面的问题，还可以对零自由度的机械系统和具有复杂非线性应变的模型进行仿真。 3 MotionView 特征及优势 MotionView 作为新一代的动力学仿真软件，除了具有其它多体动力学软件所具备的基本功能外，还在如下方面有自身的突出特征。 3.1、特色功能 模型库：针对不同应用领域开发模型库，直接进行子系统组装和工况施加，通过对拓扑关系和参数缺省值的修改快速建立用户模型。 报告模板：自动生成并提交行业标准的图形和曲线，通过数据叠加快速对结果进行分析比较。 载荷输出：使用 Load Export 工具直接将多体动力学分析结果转化为有限元分析的边界条件。 疲劳分析：可直接将柔体分析结果输出给nCode 疲劳分析软件。 高级对象：包括控制系统、复合梁、柔体、接触和各种约束（如点线、点面、线面、面面）等。 Tcl/Tk 程序层：通过与Process Manager 连接的可编程命令层来自动执行程序。 工具集：可以有效地建立和编辑模型，如质量惯量表、模型数据表、拓扑关系表、CAD 到H3D 的模型转换向导、柔体的创建向导、Templex模板。 模型加密：对模型进行加密，防止数据泄漏。 表达式编辑器：强大的数学工具，可以引用任何模型参数。 3.2、高效的前处理 MotionView 为客户提供多种方法构建模型，包括采用模型向导从拓扑关系库中选取，通过图形用户界面进行交互建模，读入ADAMS 模型文件后修改，以及编辑MDL 文件本身。MDL 是简洁高效的建模语言，采用分级结构、左右配对操作对象和参数表达式，可读性强。 MotionView 的图形界面提供了高效的模型建立和编辑功能，所有操作对象属性都可以通过模型浏览器或数据总结工具来访问和编辑。 3.3、 对柔性体的支持 MotionView 对柔体系统来说是一个强大的前后处理器。用户可以调用OptiStruct 生成柔体模型，在窗口中定义柔体的各种属性和界面点，将其添加到MDL 模型中，最后将组合到一起的刚体和柔体模型进行仿真分析和动画显示。 MotionView 完全集成在澳汰尔的HyperWorks 框架中，因此即使没有FEA 输入文件，也能够完成柔体的创建。无论对柔体或者组合的刚柔体，用户都可以进行间隔的或连续的动画显示，也可以利用MotionView 中的其它的动画功能，例如云图和测量等。同时MotionView还支持柔性体间接触分析功能。 3.4、整车动力学分析 MotionView 提供了一个完整的车辆动力学模型库，用户可以通过模型向导从车辆拓扑关系库中选择相应子系统，然后添加相应的工况，从而快速建立车辆仿真模型并分析。 车辆动力学模型库基于 MDL 语言建立，用户可以方便地修改拓扑关系和参数缺省值，拷贝、粘贴模型、建立新系统，定义系统连接等。该模型库包括前悬架、后悬架、整车和动力传动四大类模型，十几个子系统，几十个仿真工况和相应的报告模板。报告模板可以自动对仿真结果进行处理，绘制用户关心的全部性能参数曲线。 3.5、联合仿真功能 MotionView 支持Matlab 和DSHplus 软件的联合仿真功能，其中DSHplus 软件可直接使用澳汰尔软件license 系统启动，用户无需额外增加费用就可以实现机、电、液或气等的联合仿真。下图是飞机起落架的联合仿真模型。 3.6、后处理[2] [3] MotionView 后处理采用多页面多窗口界面，可以通过流程自动化达到仿真结果处理的一致性和标准化，支持在单个窗口中载入和叠加多个动画或曲线，从而方便比较不同分析的结果。 MotionView 可以构造复杂的数学表达式，对工程数据进行解析和构图，并可采用交互方式进行曲线标注、坐标轴、图例、图标和脚注的编辑，此外通过内嵌的文本和数值处理器，可以建立高级注释。 MotionView 软件相对其它结构动力学分析软件，具有以下优势： 1）统一的HyperWorks 使用平台，多体动力学的前处理，后处理，求解，优化，与第三方软件的接口等等全部无缝集成在HyperWorks 这个CAE 平台上。 2）简单易用的用户界面。MotionView 的操作方法跟HyperMesh 一样，用户可以非常方便的进行各种交互操作，新用户可以快速掌握多体动力学的建模仿真方法，大大提高工作效率。 3）灵活实时的模板。基于MDL 语言的模板由底层TCL/TK 驱动，可以方便任意改变模板的多体动力学拓扑关系，实时更新，快速建立用户自己的模型。 4）可重用子系统。任何现有模型在定义附着关系后都可以存储为子系统，子系统可以灵活调用和任意编辑，从而充分利用现有数据。且子系统中的不同选项可以实现不同零部件系统的任意切换，实现一系列产品的统一建模和仿真。 5）集合了丰富的多体动力学建模工具和所有的多体动力学求解系列。如产品数据库，拓扑关系库，模型树，函数库等，可进行静力学，准静力学，运动学，动力学，模型线性化和状态矩阵输出等。 6）可实现有限元分析，疲劳分析的接口，多体动力学仿真结果快速输出。 7）直接调用HyperStudy 模块，实现多体动力学试验设计，优化和随机研究功能，还支持零件的ESL【2】结构优化，可以直接调用OptiStruct实现零件的拓扑和形状优化。 4 MotionView 汽车行业应用 由于MotionView 软件的突出优势，在全球拥有众多用户并存在很多成功的应用案例，下面介绍在汽车行业的应用案例。 近年来通用汽车公司90％的多体动力学工程师已经舍弃原有的分析软件， 转向使用MotionView 软件进行前后处理，下图是该公司某型号车在MotionView 软件中建立的多体动力学模型。而且通用公司的合资公司泛亚汽车技术中心也开始使用MotionView 软件。 McLaren 公司也使用MotionView软件进行汽车悬架的分析和优化，下图是该公司的悬架K&C性能分析模型，并使用了我公司的HyperStudy 进行了K&C 性能的优化设计。 Fiat 汽车公司也逐渐认可了MotionView 软件在多体动力学分析中的优势，下图是该公司在MotionView 中建立的Alfa Romeo 整车动力学分析模型。 同时 MotionView 软件也可以结合疲劳分析软件进行疲劳分析，也可以结合结构优化软件OptiStruct 进行动力学性能的结构优化，下图是某厂家车门开启疲劳分析的例子。 5 结论 MotionView 软件作为新一代的多体动力学分析软件，为用户提供了方便、易用、开放、全面的多体动力学分析平台。应用MotionView 软件可帮助企业在方案制定阶段即对产品的多体动力学性能进行预测和分析，又能在方案设计阶段降低产品设计缺陷，减少物理样机的实验次数，从而实现产品性能、周期和成本三者的有效平衡，已经使众多成功的机械制造企业从中获益。 参考文献 [1] Altair Engineering,MotionSolve10.0 User’s Guide,2009,Tory,MI [2] Choi,W.S. and Park,G,J.Structural Optimization Using Equivalent Static Loads at All the Time Intervals. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering,2002 191:2105-2122(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/25/2010)