模拟多体系统的动力学
“多体动力学模块”是 COMSOL Multiphysics® 软件的一款附加产品，其中提供一套先进的工具，支持使用有限元分析（FEA）来设计和优化二维和三维多体系统，能够在节约计算工作量的同时，模拟柔体和刚体混合系统，找到系统中的关键部件，从而方便您能够在汽车工程、航空航天工程、生物力学等主要应用领域执行更加详细的部件级结构分析。
本模块提供内置的多物理场耦合，包括声-结构、实体-轴承和流体-多体相互作用。COMSOL® 软件的多物理场功能支持您将多体动力学与其他物理效应（例如高级传热、流体流动、声学和电磁学）进行耦合分析。您可以进一步扩展建模功能，在建模仿真中包含非线性结构材料和 CAD 导入功能。
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在对多体系统建模时，柔体和刚体使用各种类型的关节、齿轮、凸轮、轴承、弹簧或阻尼器进行连接，并承受较大的位移和旋转载荷。使用“多体动力学模块”的优点之一是您可以轻松混合刚性和柔性部件。
一般来说，多体仿真中的所有或大部分部件都是刚性的，因此只需通过刚体的自由度来表示。然而，有时您可能希望将一个或多个部分表示为柔性部件。借助本模块中提供的材料模型，您可以有选择地将刚性和柔性部件指派到模型，以执行包括非线性材料效应在内的详细结构分析。举例来说，“多体动力学模块”可用于计算结构刚性部分的关节处所承受的力，以及柔性组件中产生的应力。
“多体动力学模块”可用于对组件的静态和动态行为建模，这些组件相对于彼此进行平移和旋转运动。对于动态模型，您可以执行各种类型的分析，例如：
例如，本模块可用于模拟齿轮或链条等传动部件的动力学。然后，您可以将多体分析的结果用于其他类型的分析，例如疲劳评估或声学分析，以便确定系统发出的噪声。
一些可以计算的物理量包括位移、速度、加速度、关节力、齿轮接触力，以及柔性部件中的应力等。除此之外，您还可以对刚体之间的摩擦接触进行建模，与标准的基于网格的接触相比，前者更加稳定和快速。
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在执行多体动力学分析时，建模过程中的所有步骤都可以在 COMSOL Multiphysics® 环境中实现。“多体动力学模块”中最重要的工具之一是内置的多体动力学 接口，可用于对柔性和刚性组件或两者组合的装配进行建模。其中提供的选项可用于模拟各种类型的关节、齿轮、链轮组件以及凸轮-从动机构。“零件库”可以帮助您构建组件的几何形状。软件会自动处理网格划分和求解器设置，并提供多个手动编辑选项。
集总机械系统 接口可用于使用具有集总组件（例如质量块和弹簧）的回路表示来模拟抽象机械系统，这些集总组件可以串联或并联排列，用于分析位移、速度、加速度和力。
集总-结构连接 多物理场耦合可用于将这些系统插入使用任意结构力学物理场接口构建的有限元（FE）模型中。
典型的链传动是由两个或多个链轮构成的组件，链轮上缠绕着链条，可以将机械动力从一个轴传递到另一个轴。您可以使用多体动力学 接口中的链传动 特征，对滚子链轮组件进行二维或三维建模。该特征可以确定链传动组件内的相互作用，并自动生成一组用于描述组件行为的多体动力学特征。
滚子轴承通常用于低速应用，其中噪音不是一个重要的考虑因素。这些轴承的寿命有限，在不对中的情况下尤其如此，但由于这种轴承的成本低，因此很容易进行更换。
“多体动力学模块”与转子动力学模块结合使用时，提供以下不同类型的三维预定义径向滚子轴承：
凸轮-从动件 连接特征用于通过在凸轮及其从动件之间施加双向约束来简化模拟接触。凸轮-从动系统通过一个点沿一组边界或边的跟随运动进行定义。凸轮可以在刚体和弹性体上定义，因此凸轮边界或边可以经历任意形式的刚体运动或变形。
此工具允许您将任何用户定义的凸轮轮廓绘制成几何模型，并根据位移、速度和加速度曲线计算从动件运动。此外，还可以计算接触点的连接力，因此，通过查看连接力的符号，就可以预测凸轮与从动件之间的间歇接触。
在“多体动力学模块”中，您可以使用 Craig-Bampton 方法将线性部件简化为计算效率高的降阶模型。然后，可以将这些部件用于完全由降阶部件组成的模型中，或者与非降阶弹性有限元模型一起使用，后者可以是非线性的。这种方法称为部件模态综合法 或动态子结构方法，可以在计算时间和内存使用率方面带来很大的改进。
为了设计逼真的多体动力学系统，本模块提供了预定义的关节集合，相互连接的多体组件之间的相对运动根据关节类型受到约束。其中包括以下关节类型：
您可以对关节应用额外的属性，例如弹性、摩擦、约束（允许最大运动）和锁定。
本模块提供一个预定义的齿轮和齿条集合，方便您轻松、稳健地创建具有许多运动部件的传动系统模型。其中通过自动检查正确轮齿啮合的可比性标准，帮助识别正确的齿轮副。齿轮可以直接安装或通过使用铰链和衬套安装在刚性或柔性轴上。
为了使传动系统模型更加准确和真实，齿轮副可以额外包含弹性、传动误差、齿隙和摩擦。本模块提供以下齿轮和齿条类型：
为了模拟刚体之间的机械接触，您可以使用刚体接触 特征来模拟标准形状刚体之间的无网格接触。根据源体和目标体的形状，您可以使用不同类型的公式：
除刚体接触公式以外，您还可以使用一个通用公式来分析两个体（至少有一个是柔体）之间的分布式接触。
执行液体动压轴承的多体分析时需要与“转子动力学模块”中的液体动压轴承 接口进行耦合，可用于分析三维液膜轴承，其中使用表面几何进行有效建模。当模型中同时存在多体动力学 和液体动压轴承 接口时，就可以使用实体-轴承耦合 多物理场耦合功能，从而可以对多体系统中的以下轴颈轴承进行建模：
“多体动力学模块”包含一个内置几何库，用于创建不同类型的齿轮，提供二维和三维两种形式。您可以使用它们来构建齿轮齿、单个齿轮、一对齿轮或轮系。所有齿轮几何均已参数化，您还可以改变输入参数以定制齿轮齿或齿轮毛坯的形状。为了避免构建无效的几何图形，您可以使用一个特征来检查输入参数值是否一致。
由于齿轮特征是纯数学描述，几何部分主要用于可视化目的。然而，您也可以将它们用于详细的有限元模型。同样，还可以使用链轮和滚子链的参数化零件。
在同一软件环境中轻松耦合多个物理场相互作用。
执行多体分析以计算声学振动和噪声。1
模拟受磁力或感应电流影响的刚体动力学。2
分析摩擦热和热膨胀。3
将轴承仿真与多体仿真相结合。4
使用通用结构力学来增强多体动力学模型，从而对梁、壳和非线性材料等进行建模。5
在二维和三维中模拟电磁效应和振动。2
模拟流体和刚性或可变形固体相互影响的现象。
对关键柔体执行疲劳分析。6
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