多体动力学模块

使用多体动力学模块分析刚性和柔性装配

多体动力学模块

控制直升机旋翼桨叶方向的斜盘的机制分析。同时对刚性和柔性桨叶模型的瞬态仿真让用户可以深入了解桨叶形变和升力等性能指标。

设计和优化多体系统的专业工具

多体动力学模块是结构力学模块的扩展,为使用有限元分析(FEA)设计和优化多体动力学系统提供了一组高级工具。使您可以仿真由柔体和刚体组成的混合系统,其中每个体均有可能发生很大的旋转或平移。此类分析有助于确定多体系统中的关键点,从而使您可以执行更细致的元件级结构分析。多体动力学模块还使您可以自由地分析结构的各个部分受到的力,以及柔性组件中产生的应力,这可能导致由于大形变或疲劳而发生破坏。

使用关节库

模块包含一个预定义的关节库,这使您可以简单可靠地指定多体系统不同组件之间的关系,这些组件相互连接,因此彼此之间仅允许某些类型的运动。关节通过固定体来连接两个组件,其中一个组件在空间中独立运动,另一个则被约束为根据连接类型只能进行特定运动。多体动力学模块中的关节类型具有通用性,可以模拟任意类型的连接。 因此,研究人员和工程师可以使用以下关节类型来设计精确的多体结构力学模型:

  • 棱柱(三维、二维)
  • 铰接(三维、二维)
  • 圆柱副(三维)
  • 螺纹(三维)
  • 平面(三维)
  • 球形(三维)
  • 槽(三维)
  • 缩进狭槽(三维、二维)
  • 固定关节(二维、三维)
  • 距离关节(二维、三维)
  • 万向接头(三维)


更多图片:

棱柱关节、铰接关节、圆柱关节和螺纹关节的运动方向。 棱柱关节、铰接关节、圆柱关节和螺纹关节的运动方向。
平面关节、球形关节、槽关节和缩进狭槽关节的运动方向。 平面关节、球形关节、槽关节和缩进狭槽关节的运动方向。
手动档车辆内变速箱外壳中的应力和 5 档同步变速箱周围空气(顶部绘图和底部右侧绘图)中的声压级。还显示了变速箱一个点上法向加速度的频谱(底部左侧绘图)。 手动档车辆内变速箱外壳中的应力和 5 档同步变速箱周围空气(顶部绘图和底部右侧绘图)中的声压级。还显示了变速箱一个点上法向加速度的频谱(底部左侧绘图)。
图中的斜盘机制用于控制直升机螺旋桨的方向。本例显示的 App 基于一个直升机螺旋桨模型,只能改变螺旋桨的螺距,但可以同时执行瞬态和特征频率分析。 图中的斜盘机制用于控制直升机螺旋桨的方向。本例显示的 App 基于一个直升机螺旋桨模型,只能改变螺旋桨的螺距,但可以同时执行瞬态和特征频率分析。
图中的三缸往复式引擎模型同时包含刚性和柔性零件,可用于将引擎功率最大化并用于设计结构构件。 图中的三缸往复式引擎模型同时包含刚性和柔性零件,可用于将引擎功率最大化并用于设计结构构件。
感应电动机外壳中的应力图(顶部绘图)和转子中的磁通密度图(底部左侧绘图)。还显示两个轴承位置的转子轨迹(底部右侧绘图)。 感应电动机外壳中的应力图(顶部绘图)和转子中的磁通密度图(底部左侧绘图)。还显示两个轴承位置的转子轨迹(底部右侧绘图)。

灵活的多体结构分析

系统中发生形变的组件可以模拟为柔性体,而其他组件(甚至其组成部分)可以定义为刚性。此外,通过将多体动力学模块中的模型与非线性结构材料模块岩土力学模块组合,您可以为多体动力学设计和分析提供非线性材料属性。与此同时,物理场的其余部分(您可以使用 COMSOL Multiphysics 和一组特定应用的模块模拟)可以耦合到通过多体动力学模块描述的物理场,例如传热或电气现象的影响。

模块可以执行瞬态、频域、特征频率和稳态的多体动力学分析。可以将关节设定为线性/扭转弹簧或阻尼属性,对其施加力和力矩,以及以时间函数的形式规定其运动形式。其分析和后处理功能包括:

  • 两个组件之间的相对位移/旋转及其速度
  • 关节处的反作用力和力矩
  • 局部和全局坐标系参考框架
  • 柔体中的应力和形变
  • 耦合疲劳模块对关键柔体进行疲劳分析

通常,由于其他物理对象的存在或作用,两个组件之间的运动会受到限制。为了充分定义和模拟这些复杂的系统,可以为关节指定条件性的有限相对运动。例如,在机器人中,两个手臂之间的相对运动可以预定义为时间的函数。关节也可以是弹簧式的,也可以在多体动力学模块中考虑阻尼因子。

多体动力学模块

产品特征

  • 对关节进行约束,以限制两个连接组件之间的相对运动
  • 锁定关节,使两个连接组件之间的相对运动冻结在指定值
  • 对关节处的相对运动施加弹簧条件,在平衡点或具有预变形
  • 可以构建集总机械系统,并可包含质量、阻尼、弹簧等
  • 可以定义阻尼或缓冲条件,以指定关节处相对运动的损耗
  • 需要关节来描述连接组件之间的相对运动* 能够为以下关节类型添加关节摩擦损耗:棱柱、铰接、圆柱副、螺纹、平面和球副关节。
  • 凸轮-从动件条件
  • 在组件的连接件处可以对所有类型的关节施加力或力矩
  • 可以通过初始化机构,以给定的速度进行刚性平移,以及绕指定的旋转中心进行旋转
  • 包含内齿轮、外齿轮和齿条的参数化几何零件的“零件库”

应用领域

  • 航空航天
  • 汽车
  • 发动机动力学
  • 机电一体化
  • 机器人
  • 生物力学
  • 生物医学仪器
  • 车辆动力学
  • 通用机械装配动力学仿真

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