一種剛?cè)狁詈夏Ｐ偷膮?shù)化建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械工程領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種剛?cè)岫U合模型的參數(shù)化建模方法。 技術(shù)背景
[0002] 剛?cè)岫U合系統(tǒng)動力學(xué)是指當(dāng)多體系統(tǒng)中物體變形對運(yùn)動的影響不容忽略時(shí)，采用 柔性多體模型替代剛體模型，并且考慮剛?cè)岫U合效應(yīng)的柔性多體系統(tǒng)動力學(xué)，主要研究柔 性體的變形與其大范圍空間運(yùn)動之間的相互作用或相互禪合，W及該種禪合導(dǎo)致的動力學(xué) 效應(yīng)。隨著國民經(jīng)濟(jì)和國防技術(shù)的發(fā)展，對于很多工程問題，單純的多剛體系統(tǒng)模型與實(shí)際 相差甚遠(yuǎn)，滿足不了工程精度要求，必須同時(shí)考慮部件大范圍運(yùn)動和構(gòu)件本身變形的相互 禪合作用，因此，對剛?cè)岫U合系統(tǒng)動力學(xué)建模研究具有重要意義。近年來，有不少學(xué)者對剛 柔禪合建模方法進(jìn)行了研究，并取得了相應(yīng)的進(jìn)展，但很少設(shè)及柔性體的參數(shù)化建模及剛 柔禪合系統(tǒng)的參數(shù)化建模。王毅等（王毅，吳立信，劉更.機(jī)械系統(tǒng)的剛-柔禪合模型建 模方法研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2007,，19(20). 4708-4710)采用虛實(shí)混合建模的方法，使 用機(jī)械系統(tǒng)S維造型軟件、有限元分析軟件W及多體系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件建立了曲柄滑塊 機(jī)構(gòu)剛-柔禪合虛擬樣機(jī)模型，實(shí)現(xiàn)了虛擬樣機(jī)的精確建模。公開號為CN101727527A的中 國專利文獻(xiàn)公開了一種動力學(xué)分析軟件與有限元分析軟件間數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)換的方法，實(shí)現(xiàn)了 動力學(xué)分析軟件與有限元分析軟件之間數(shù)據(jù)自動傳遞與轉(zhuǎn)換，包括W下步驟：啟動有限元 軟件進(jìn)行柔性化，輸出模態(tài)中性文件.mnf;啟動動力學(xué)分析軟件，加載虛擬樣機(jī)模型，讀取 模態(tài)中性文件，進(jìn)行動力學(xué)運(yùn)動學(xué)分析，輸出載荷文件；將載荷文件中的載荷施加到柔性體 上進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，輸出應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)；循環(huán)執(zhí)行上述步驟，輸出最佳工況和應(yīng)力應(yīng)變數(shù) 據(jù)。W上專利實(shí)現(xiàn)了動力學(xué)分析軟件與有限元分析軟件之間數(shù)據(jù)自動傳遞與轉(zhuǎn)換，但是沒 有實(shí)現(xiàn)對柔性體構(gòu)件的參數(shù)化建模及剛?cè)岫U合自動建模。目前，在動力學(xué)分析軟件中建立 柔性體的方法主要由如下3種；①離散法，將一個(gè)構(gòu)件離散成許多段剛性構(gòu)件，用柔性梁連 接；②自動柔性化法，直接在動力學(xué)軟件中建立柔性體的模態(tài)中性文件，再用柔性體來替代 原來的剛體文件；⑨引入模態(tài)中性文件法，利用有限元軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分和模態(tài)計(jì)算后，得 到模態(tài)中性文件，再將其直接讀入動力學(xué)分析軟件。由于離散法與自動柔性化法只適用于 結(jié)構(gòu)相對簡單的構(gòu)件，所W，在工程實(shí)際中對于結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜的零件，通常用有限元分 析軟件建立柔性體，但當(dāng)柔性體結(jié)構(gòu)、尺寸發(fā)生改變時(shí)，需要重新建立柔性體模型，并手工 對剛?cè)岫U合的動力學(xué)模型進(jìn)行修改，操作不便，效率低下，難W滿足工程實(shí)際需求。因此，提 出一種剛?cè)岫U合模型的參數(shù)化建模方法，對于提高建模效率與仿真精度、縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)和 生產(chǎn)周期等都具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明旨在解決現(xiàn)在有技術(shù)中無法高效、精確的建立剛?cè)岫U合動力學(xué)仿真模型， 提出的一種剛?cè)岫U合模型的參數(shù)化建模方法。該建模方法操作簡單，能準(zhǔn)確快速的建立剛 柔禪合動力學(xué)模型，并應(yīng)用于仿真分析。
[0004] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案；
[0005] 一種剛?cè)岫U合模型的參數(shù)化建模方法，包括W下步驟：
[0006] (1)在動力學(xué)分析軟件ADAMS中，初始化仿真環(huán)境，建立剛體部件模型，對剛體部 件模型施加包括固定副、移動副、旋轉(zhuǎn)副約束和直線位移驅(qū)動，并將剛體模型轉(zhuǎn)換為可編輯 的命令文件；
[0007] (2)建立多體系統(tǒng)中柔性體建模的APDL宏文件，該文件包括柔性體有限元建模、 有限元網(wǎng)格劃分、載荷施加及設(shè)置輸出單位，進(jìn)行模態(tài)分析，導(dǎo)出模態(tài)中性文件；
[000引 做基于MTLAB平臺，構(gòu)建剛?cè)岫U合系統(tǒng)參數(shù)化圖形用戶界面，所述界面的可執(zhí) 行步驟包括剛體模型幾何形狀及物理屬性參數(shù)輸入；后臺啟動ANSYS，執(zhí)行AP化宏文件； 柔性部件幾何形狀、物理屬性參數(shù)及剛?cè)岫U合相關(guān)約束等信息輸入；自動啟動ADAMS,執(zhí) 行.cmd文件進(jìn)行動力學(xué)分析。
[0009] (4)在剛?cè)岫U合系統(tǒng)參數(shù)化圖形用戶界面中輸入包括外形尺寸、材料密度、彈性模 量、網(wǎng)格密度、模態(tài)提取階數(shù)的幾何參數(shù)和CAE參數(shù)的柔性體參數(shù)，根據(jù)輸入?yún)?shù)對AP化宏 文件進(jìn)行讀取、修改與更新；
[0010] (5)在剛?cè)岫U合系統(tǒng)參數(shù)化圖形用戶界面中后臺啟動有限元分析軟件ANSYS，執(zhí) 行更新后的柔性化AP化宏文件，自動生成包含柔性體質(zhì)量、慣量、頻率、振型信息的柔性體 模態(tài)中性文件；
[0011] (6)在剛?cè)岫U合系統(tǒng)參數(shù)化圖形用戶界面中輸入剛性體形狀位置、質(zhì)量慣量、仿真 控制等參數(shù)，運(yùn)用ADAMS命令語言重構(gòu)剛體模型并導(dǎo)入柔性體，自動生成包含剛?cè)岫U合動 力學(xué)仿真模型的命令文件；，
[0012] (7)啟動ADAMS,導(dǎo)入命令文件，加載虛擬樣機(jī)模型，進(jìn)行動力學(xué)仿真分析，輸出剛 柔禪合模型的仿真結(jié)果；
[0013] (8)根據(jù)仿真結(jié)果，判別是否需要進(jìn)行模型參數(shù)修改，若需要進(jìn)行柔性體參數(shù)修改 則返回步驟（4)，若需要進(jìn)行剛性體參數(shù)修改則返回步驟化），若不需要進(jìn)行參數(shù)修改，則 輸出仿真結(jié)果并保存數(shù)據(jù)文件。
[0014] 進(jìn)一步，自動生成柔性體模態(tài)中性文件的步驟包括：
[00巧]步驟一：后臺啟動有限元分析軟件ANSYS;
[0016] 步驟二；根據(jù)實(shí)際需求，將AP化宏文件中柔性體外形尺寸、材料密度、彈性模量、 網(wǎng)格密度、模態(tài)提取階數(shù)幾何參數(shù)及CAE參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化，建立柔性部件的物理模型；
[0017] 步驟立鹿義單元類型、材料屬性、劃分網(wǎng)格，建立柔性部件的有限元模型；
[001引步驟四鹿義外連點(diǎn)，捜索并建立剛性區(qū)域；
[0019] 步驟五；設(shè)置輸出單化進(jìn)行模態(tài)分析，導(dǎo)出模態(tài)中性文件，退出ANSYS。
[0020] 進(jìn)一步，自動生成剛?cè)岫U合動力學(xué)仿真模型的步驟包括：
[0021] 步驟一；讀取剛體模型的命令文件；
[0022] 步驟二：輸入包括形狀位置、質(zhì)量慣量、仿真控制參數(shù)的剛體模型物理參數(shù)，添加 柔性體構(gòu)件；
[0023] 步驟對柔性體施加包括固定副、移動副、旋轉(zhuǎn)副的約束、驅(qū)動；
[0024] 步驟四：保存為包含剛?cè)岫U合動力學(xué)仿真模型的命令文件，W便ADAMS加載剛?cè)?禪合虛擬樣機(jī)模型。
[0025] 進(jìn)一步地，所述步驟化）中的剛性體形狀位置、質(zhì)量慣量、仿真控制參數(shù)包括剛性 體質(zhì)屯、位置、轉(zhuǎn)動慣量、仿真時(shí)間及步長。
[0026] 進(jìn)一步地，所述的命令文件為cmd命令文件，AP化宏文件為.mac文件，模態(tài)中性 文件為.mnf文件。
[0027] W上技術(shù)方案具有W下優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用本發(fā)明的剛?cè)岫U合模型的參數(shù)化建模方法對多 體系統(tǒng)進(jìn)行剛?cè)岫U合動力學(xué)仿真分析優(yōu)化時(shí)，利用開發(fā)的參數(shù)化圖形用戶界面與接口程序 可實(shí)現(xiàn)柔性體的參數(shù)化建模，W及剛?cè)岫U合模型的自動創(chuàng)建，整個(gè)過程無需人工干預(yù)，解決 了工程實(shí)際中柔性體難W參數(shù)化的問題，提高了建模效率，具有很好的工程應(yīng)用價(jià)值。
[002引本發(fā)明通過圖形用戶界面輸入?yún)?shù)，利用各軟件接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞W及數(shù)據(jù)文件 的讀取與寫入，W修改命令文件的方式實(shí)現(xiàn)對模型的修改，對工程實(shí)際中快速建立剛?cè)岫U 合動力學(xué)仿真模型提供了一種科學(xué)高效的解決方式。
[0029] 本發(fā)明的剛?cè)岫U合模型的參數(shù)化建模方法實(shí)現(xiàn)了多種軟件的集成聯(lián)合運(yùn)用，并在 某型剛?cè)岫U合載貨汽車平順性仿真優(yōu)化中進(jìn)行了實(shí)例應(yīng)用，應(yīng)用表明；所提出的方法是科 學(xué)有效的，并為復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了自動、高效而可靠的解決方案。
【附圖說明】：
[0030] 圖1是本發(fā)明一種剛?cè)岫U合模型的參數(shù)化建模方法的流程圖；
[0031] 圖2是本發(fā)明中自動生成柔性體模態(tài)中性文件的流程圖；
[0032] 圖3是本發(fā)明中自動生成剛?cè)岫U合動力學(xué)仿真模型的流程圖；
[0033] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的某型載貨汽車剛體動力學(xué)模型圖；
[0034] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例的載貨汽車剛體動力學(xué)模型中的后橋平衡懸架放大圖；
[0035] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例的柔性車架模型圖；
[0036] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例的某型載貨汽車將車架柔性化的剛?cè)岫U合動力學(xué)模型圖；
[0037] 圖8是本發(fā)明實(shí)施的某型剛?cè)岫U合載貨汽車座椅加速度均方根值曲線圖；
[003引圖9是本發(fā)明實(shí)施的速度為lOOKm/h的B級路面激勵曲線圖。
[0039] 圖中，1為發(fā)動機(jī)總成，2為前橋，3為駕駛室前懸，4為駕駛室前穩(wěn)定桿，5為駕駛 室，6為座椅，7為駕駛室后懸，8為貨箱，9為車架，10為后橋平衡懸架，11為后橋，12為輪 胎，13為六柱試驗(yàn)臺。
【具體實(shí)施方式】：
[0040] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖對本發(fā)明的 具體內(nèi)容作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】不限于此。
[0041] 本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種用于動力學(xué)仿真的柔性體參數(shù)化建模方法，流程圖如 圖1所示，包括W下步驟：
[0042] (1)在動力學(xué)分析軟件ADAMS中，初始化仿真環(huán)境，建立剛體部件模型，對剛體部 件模型施加包括固定副、移動副、旋轉(zhuǎn)副的相關(guān)約束和驅(qū)動，并將剛體模型轉(zhuǎn)換為可編輯的 命令文件；
[0043] (2)建立多體系統(tǒng)中柔性體建模的APDL宏文件，該文件包括柔性體有限元建模、 有限元網(wǎng)格劃分、載荷施加及設(shè)置輸出單位，進(jìn)行模態(tài)分析，導(dǎo)出模態(tài)中性文件；
[0044] (3)基于MATLAB平臺，構(gòu)建剛?cè)岫U合系統(tǒng)參數(shù)化圖形用戶界面，所述界面的可執(zhí) 行步驟包括剛體模型幾何形狀及物理屬性參數(shù)輸入；后臺啟動ANSYS，執(zhí)行AP化宏文件； 柔性部件幾何形狀、物理屬性參數(shù)及剛?cè)岫U合相關(guān)約束等信息輸入；自動啟動ADAMS,執(zhí) 行.cmd文件進(jìn)行動力學(xué)分析。
[0045] (4)剛?cè)岫U合系統(tǒng)參數(shù)化圖形用戶界面中輸入包括外形尺寸、材料密度、彈性模 量、網(wǎng)格密度、模態(tài)提取階數(shù)與CAE參數(shù)的柔性體參數(shù)，根據(jù)輸入?yún)?shù)對AP化宏文件進(jìn)行讀 取、修改與更新；
[0046] (5)在剛?cè)岫U合系統(tǒng)參數(shù)化圖形用戶界面中后臺啟動有限元分析軟件ANSYS，執(zhí) 行更新后的柔性化AP化宏文件，自動生成包含柔性體質(zhì)量、慣量、頻率、振型信息的柔性體 模態(tài)中性文件；
[0047] 做剛?cè)岫U合系統(tǒng)參數(shù)化圖形用戶界面中輸入剛性體形狀位置、質(zhì)量慣量、仿真控 審慘數(shù)，如剛性體質(zhì)屯、位置、轉(zhuǎn)動慣量、仿真時(shí)間及步長，運(yùn)用ADAMS命令語言重構(gòu)剛體模 型并導(dǎo)入柔性體，自動生成包含剛?cè)岫U合動力學(xué)仿真模型的命令文件；
[0048] (7)啟動ADAMS,導(dǎo)入命令文件，加載虛擬樣