车辆动力学仿真软件开发方案
来源:广州软件开发 编辑:广州软件开发公司 日期:2020-06-02
车辆动力学首要仿真软件
1960年,美国通用汽车公司研发了动力学软件DYNA,首要处理多自由度无束缚的机械体系的动力学问题,进行车辆的“质量-绷簧-阻尼”模型剖析。作为第一代核算机辅助设计体系的代表,关于处理具有束缚的机械体系的动力学问题,工作量依然巨大,并且没有供给求解静力学和运动学问题的简洁形式。
跟着多体动力学的诞生和开展,机械体系运动学和动力学软件同时得到了敏捷的开展。1973年,美国密西根大学的N.Orlandeo和,研发的ADAMS软件,能够简略剖析二维和三维、开环或闭环组织的运动学、动力学问题,偏重于处理杂乱体系的动力学问题,并运用GEAR刚性积分算法,选用稀少矩阵技能提高核算功率。1977年,美国Iowa大学在,研讨了广义坐标分类、奇异值分解等算法并编制了DADS软件,能够顺利处理柔性体、反馈元件的空间组织运动学和动力学问题。随后,人们在机械体系动力学、运动学的剖析软件中加入了一些功用模块,使其能够包括柔性体、操控器等特别元件的机械体系。
德国航天局DLR早在20世纪70年代,Willi Kortüm教授领导的团队就开始从事MBS软件的开发,先后运用的MBS软件有Fadyna(1977)、MEDYNA(1984),以及最终享誉业界的SIMPACK(1990).跟着核算机硬件和数值积分技能的敏捷开展,以及欧洲航空航天事业需求的增长,DLR决定中止开发根据频域求解技能的MEDYNA软件,并致力于根据时域数值积分技能的开展。1985年由DLR开发的相对坐标系递归算法的SIMPACK软件问世,并很快运用到欧洲航空航天工业,掀起了多体动力学范畴的一次算法革命。
同时,DLR首次在SIMPACK软件中将多刚体动力学和有限元剖析技能结合起来,开创了多体体系动力学由多刚体向刚柔混合体系的开展。另外,因为SIMPACK算法技能的优势,成功地将操控体系和多体核算技能结合起来,开展了实时仿真技能。
根据多体体系动力学原理的机车车辆剖析软件在90年代初的开展已是如日中天。其间几个比较闻名的软件如下:
l MEDYNA软件
MEDYNA软件是由德国航空航天研讨所于1984年推出的多体体系模仿软件。D.Wallrapp,C.Futher,W.kortum等为此花了近十年的时间。该软件适用于铁路、公路车辆、磁悬浮车辆以及一般机械体系动态模仿核算,程序用Fortran77编写。其较早的版别均在文本环境中进行包括刚体数目、坐标方位、刚体间连结、外界激扰及输出变量等的界说,运用较为杂乱。MEDYNA在肯定坐标系中界说体系后由程序主动完结体系方程的生成,通过选择不同的模块进行包括静力学、动力学、特征值、频域、随机振荡、时域积分、准线性化等核算剖析及数据和图形、动画的后处理功用。MEDYNA的建模、核算功用极强,供给了带有FEM程序的弹性体前处理模块、广泛的线性剖析办法以及较强的后处理模块。
l VAMPIRE软件
1989年,由英国铁路道比研讨所推出的VAMPIRE软件,是专门针对铁路机车车辆体系开发的,软件具有主动建模功用,能完结包括轮对模仿、蠕滑力核算、轨迹曲线、轨迹不平顺输入以及动力学特性猜测,程序也能够考虑车体的模态。
软件选用相对坐标系,通过人机对话的办法来界说机车车辆结构的几许尺寸和参数,也可按规则格局输入数据文件,使用建模子程序,主动生成用矩阵形式表明的体系运动方程,給剖析核算供给统一的模型。VAMPIRE建模比较便利,核算功率高,但仅能用于不带刚性束缚车辆体系剖析核算,VAMPIRE偏重客车体系建模,核算功用全面。相同能够完成包括动力学、特征值、频域、随机振荡、时域积分等核算剖析及数据和图形、动画的后处理功用。
NUCARS软件
NUCARS软件是由北美铁路协会(AAR)下属的普韦布洛实验中心(TTC)开发的,其1.0版别在1989年面世,NUCARS软件也是运用多体体系动力学办法选用相对坐标系进行机车车辆体系的主动建模,因为其针对以卡车为主的铁路机车车辆进行模仿核算,因而程序中镶嵌了卡车所特有的斜楔减振器以及心盘、旁承等冲突模块,并且程序不像MEDYNA那样巨大,Version2.1及以前的版别的机车车辆体系数据准备均在文本环境中进行,在Version 2.3的版别中增加了较强的可视化前后处理功用。NUCARS软件能够考虑车体的一阶模态,能够进行车辆体系的时域内的动力学数值积分剖析,其缺点是不便于求解特征值问题。
ADAMS软件
ADAMS软件是世界上运用最广泛的机械体系仿真软件,由Mechanical Dynamics公司的Chance、Orlandea等人于1981年开始推出的这一软件,能完结包括运动学、束缚反力求解、特征值、频域剖析、静力学、准静力学剖析以及彻底非线性和线性动力学剖析,具有可视化的二维和三维建模能力,可包括刚体和柔体结构,具有组装、剖析、动态显示不同模型或一个模型在某一过程变化中的能力。它选用先进的数值剖析技能和强有力的求解器,使核算快速、准确。其开始的版别只针对通用机械体系仿真剖析,后期才增加了包括轮轨联系的铁路模块。
SIMPACK软件
SIMPACK软件是德国INTEC Gmbh公司开发的针对机械/机电体系运动学/动力学仿真剖析的多体动力学剖析软件包。它开始是继根据频域求解技能的MEDYNA软件后,德国航空航天局于1985年开发的根据时域数值积分技能和相对坐标系递归算法的、以多体体系核算动力学为基础,包括多个专业模块和专业范畴的虚拟样机开发体系软件。该软件首次将多刚体动力学和有限元技能结合起来,开创了多体体系动力学由多刚体向刚柔多体耦合体系的开展,并成功地将操控体系和多体核算技能结合,开展了实时仿真技能。1993年,SIMPACK软件从德国航空航天局分离出来,由INTEC公司担任SIMPACK多体动力学软件的开发和市场运作,并于1996年推出Wheel/Rail模块。
SIMPACK软件能够用来仿真任何虚拟的机械/机电体系,在三维可视化环境中,使用多体体系的各种基本要素组成杂乱多体体系,并主动构成其动力学方程,使用各种内置的高功率求解办法,能够进行静力学、准静态剖析、运动学、频域模态、时域积分剖析等,还有强壮的动画与前、后处理功用等。
UM软件
俄罗斯布良斯克国立理工大学(Bryansk State Technical University) Dmitry Pogorelov教授研发的Universal Mechanism(简称UM)软件是目前俄罗斯最为通用的机械动力学/运动学仿真剖析软件之一,在轨迹车辆行业具有很多的用户。UM软件具有高效易用的前后处理功用并支撑并行核算技能,模型修改十分便利、核算速度较快。UM软件开发了汽车模块、铁道车辆(包括机车、客车和卡车)模块、列车模块、疲劳剖析模块及优化模块等功用强壮的专业模块,还设有与CAD软件、有限元软件及操控软件的接口。与其他车辆动力学仿真剖析软件相比,UM软件的突出特点是功用强壮、适用性强,其子体系建模技能、刚柔耦合体系建模技能、强壮的轮轨联系处理功用(如实时绘制轮轨两点触摸作用力的曲线等)都使UM软件具有良好的运用前景。UM4中的道碴模型通过晋级后,能够研讨罐车的液固耦合振荡问题,还能够研讨运煤敞车、粮食漏斗车等散装物运输卡车的压力散布。UM5现已开始考虑车桥耦合振荡问题。UM软件中的列车模块既能够建立车辆具有单自由度的列车模型,也能够建立车辆具有全自由度的列车模型。
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