MBD for ANSYS机械系统多体动力...

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概述

MBD for ANSYS (Multi-Body Dynamics for ANSYS)是ANSYS的附加模块,可对复杂机械(尤其是含接触传力模式的机械)在大幅运动过程中的动态特性进行仿真,并能自动地将机械部件的极限载荷传递至相应结构以便基于此载荷边界进行结构的强度分析。


MBD for ANSYS的多体系统计算法,更加强调系统整体的响应,有别于必须依赖于划分网格的有限元瞬态分析,多体计算最主要的特点表现在计算速度上,因而能够在较短时间内评价机构的大范围运动及动力,是理解机械系统整体动态行为,并生成结构分析边界条件的有效途径。

功能特色

无缝集成于ANSYS Workbench

建模过程方便快捷



高效、强大的求解器

采用先进的动力学求解器

仿真速度快

领先的接触算法

智能自动载荷传递

用于有限元结构分析的载荷通常依赖物理试验、经验估算,或大致猜测。这些方式不仅耗时耗财,还不够精确。

瞬态有限元分析法虽可计算出载荷,但计算速度、收敛性以及计算规模往往成为它的壁垒。

MBD for ANSYS可精确计算载荷,并提供智能化地自动将载荷传递至有限元分析的结构上,包括载荷的大小、方向及作用位置点!


丰富的可扩展模块

MBD for ANSYS除用于理解基本机械组件的动态行为,并生成载荷数据供结构分析使用之外,还可拓展至更多的应用。例如计算复杂部件的振动问题;可验证机械组件、传感器和控制器的机电一体化系统的系统匹配性;含链条、皮带、轴承、齿轮和履带组件的复杂多体系统的系统特性等。

部分系统需要结合机械结构仿真和流体粒子动力学仿真分析。MBD for ANSYS的模型可直接导入专业的系统级仿真软件RecurDyn,可进行复杂系统的仿真分析。

相关模块

RecurDyn/Toolkit通用机械工具包

RecurDyn/Toolkit通用机械工具包是对MBDforANSYS功能在机械专业化领域的极大扩展,能够参数化的生成系列化的分析模型。其中包括齿轮、链条、皮带、轴承、弹簧等工具箱。可以参数化生成各种专业模型并进行快速仿真。

提供完整的齿轮建模及分析模块,可自动生成齿轮的几何体及自动定义接触关系。齿轮的种类包含Spur,Helical,Scissors等。该模块还可以和其它模块一起构成一个整体进行分析,例如发动机模型。

RecurDyn/Chain链条工具箱

轻松实现链条的装配,装配信息包含了链条系统的全部信息:接触参数、衬套特性、链节数、链节形状及接触力输出信息等。链条系统的几何体包括链齿轮、滚轴、导轨以及侧向挡板等,可完成链条装配自动化,同时高效的接触算法使得仿真快速稳健。

RecurDyn/Chain皮带工具箱

模块化的皮带和皮带轮构成,可轻松设计和分析整个皮带滑轮系统。使用者只需选择所需的皮带滑轮类型,轻松点击各个部件就可完成整个皮带系统的装配,并自动定义皮带与滑轮之间的接触作用力。

RecurDyn/Bearing 轴承工具箱

主要提供4种类型的轴承供选择,包括圆柱滚子轴承、球轴承和流体润滑轴承以及bushing 轴承。便于机构中结构的支承建模分析。可以和其它模块一起构成一个整体进行分析。

RecurDyn/Spring 弹簧工具箱

提供MMS(Multi-MassSpring)技术,可建立双弹簧(double springs)或非线性弹簧(nonlinear springs),并定义自接触让弹簧仿真模型更接近于实际。可以和其它模块一起构成一个整体进行分析。

RecurDyn/Toolkit履带车辆工具包

履带工具包是针对履带的快速建模及高速建模工具,通常用于工程、矿山、农用以及战场车辆(比如坦克、装甲车)。使用履带工具包,不但可以显著减少建模所需时间,而且透过搭配的履带求解方式可以快速地获取精确仿真结果。

RecurDyn/Track(HM)高机动性履带包

专为坦克、装甲车等战场车辆设计的专业化高机动履带系统工具包,丰富的履带系统组件,可参数化地调节各部件的几何形状。工具箱由链齿轮,路面车轮,履带链接,橡胶衬套和地面剖面库等组成。利用这些部件,可以迅速建立履带车辆,分析诸如履带链接和地面之间的接触特性。同时亦可由稳健的积分器求解驾驶中的强烈摆动问题。

RecurDyn/Track(LM)低机动性履带包

专为履带式工程车辆设计的低机动履带系统工具包。参数化的部件包括链齿轮、单缘轮、双缘轮等。使用者只需轻松点击各个部件就可完成整个履带系统的装配。 RecurDyn/Track(LM)工具箱由链轮,法兰,履带链接,橡胶衬套,辊子护栏和地面剖面库组成。利用这些部件,可以快速建立低机动履带车辆,分析诸如履带链接和地面之间的相互接触特性,以及各种工况中出现的结构问题。常用于港口、工厂、农用、矿山的重型设备。

RecurDyn/Toolkit发动机工具包

RecurDyn发动机工具包提供内燃发动机主要子系统(包括曲轴系统、配气机构、活塞连杆)的几何建模和验证分析。能用它快速建立基于几何的分析模型并进行虚拟仿真验证。

RecurDyn/Valve 配气机构工具

是配气机构的快速建模与分析工具。支持基于三维几何的多种类型的配气机构和凸轮轴,并支持柔性体的仿真。

RecurDyn/Piston 活塞连杆工

是活塞连杆的快速建模与分析工具,强调连杆与气缸之间的接触分析,结合RecurDyn/EHD可以模拟活塞与轴销间的油膜压力与润滑作用。

RecurDyn/Crank 曲轴工具

是曲轴系统的快速建模与分析工具。支持曲轴、平衡块和飞轮等部件。

RecurDyn/MechineTool Application Toolkit机床工具包

机床工具包为机电一体化的机床系统提供完整的系统仿真方案。可集成多体动力学、有限元分析和控制系统等多学科求解器。

RecurDyn/Toolkit介质传送工具包

用来模拟柔性介质(包括纸张、胶片、卡片)的传输过程。工具包自动以柔性体方式定义介质,并极大地自动化了滚轮和导轨的建模方法,是设计各类介质传送系统的不可替代的工具。此外,工具包还提供了分析气流阻力、吸力、静电所需的各类传感器和相关工具。主要用于打印机、传真机等办公设备研制。

典型应用

MBD for ANSYS在设计机械系统时分析某一部件的力学行为中起着重要的作用。部件的受力情况可由该机械系统动力学仿真进行准确预测。MBD for ANSYS不仅能对系统整体进行动力学仿真,还能捕获部件上因复杂非线性相互作用(如接触、连接等)而产生的力,并可以直接将该部件的载荷导入ANSYS结构分析模型中。同时MBD for ANSYS可通过共享授权模式Co-Licensing (简称:C/L)RecurDyn,基于C/L RecurDynMFBD技术、功能多样的工具包进行更加复杂的应用分析。

起落架

MBDfor ANSYS在分析飞机起落架部件设计中起到重要作用。起落架部件的受力情况可由起落架系统动力学仿真进行准确预测。MBD for ANSYS不仅能对整个系统进行动力学仿真,还能捕获任意部件上因复杂非线性相互作用而产生的力,例如支柱、扭矩链接、车轴、轮胎与地面之间的接触和连接等。

相机齿轮传动链

MBD for ANSYS可协助分析相机变焦透镜部件的设计。该部件的受力情况可由变焦透镜系统动力学仿真进行准确预测。MBD for ANSYS不仅能对整个系统进行动力学仿真,还能捕获任意部件上因复杂非线性相互作用而产生的力,例如齿轮,销,凸轮曲线管和其他部件之间的接触和连接等。

阀门

MBD forANSYS可协助分析汽车发动机的进排气阀门的设计。阀门的受力情况可由发动机系统动力学仿真进行准确预测。MBD for ANSYS不仅能对整个系统进行动力学仿真,还能捕获任意部件上因复杂非线性相互作用而产生的力,例如凸轮轴,升降杆,弹簧,固定器和阀门之间的接触和连接等。

行星齿轮

MBD for ANSYS可协助对高速旋转的行星齿轮系统中齿轮架的结构分析。齿轮架的受力情况可由齿轮系统动力学仿真进行准确预测,并能选择在多种不同条件下进行模拟。

4D娱乐器械

MBD for ANSYS可协助分析4D运动座椅系统的部件设计。该部件的受力情况可由运动座椅系统动力学仿真进行准确预测。MBD for ANSYS不仅能对整个系统进行动力学仿真,还能捕获各部件之间因复杂非线性相互作用(接触、连接等)而产生的力。

离合器

MBD forANSYS可协助分析手动挡汽车离合器的部件设计。例如,曲拐的受力情况可由离合器整体动力学仿真进行准确预测。MBD for ANSYS不仅能对整个系统进行动力学仿真,还能捕获曲拐上因与其他部件之间复杂非线性相互作用(接触、连接等)而产生的力。

机器人手臂

MBD forANSYS可协助分析机器人手臂的部件设计。其部件的受力情况可由机器人手臂整体动力学仿真进行准确预测。MBD for ANSYS不仅能对整个系统进行动力学仿真,还能捕获机器人手臂各部件之间复杂非线性相互作用(接触、连接等)而产生的力。

发动机

MBD for ANSYS可协助分析内燃发动机的部件设计。其部件的受力情况可由发动机整体动力学仿真进行准确预测。MBD for ANSYS不仅能对整个系统进行动力学仿真,捕获任意部件上因复杂非线性相互作用而产生的力,例如曲轴,连杆,活塞,轴承,发动机壳体,齿轮,阀,凸轮,链条和发动机其他部分的接触和连接。

悬挂

MBD for ANSYS可协助分析悬挂的部件设计。其部件的受力情况可由悬挂整体动力学仿真进行准确预测。MBD for ANSYS不仅能对整个系统进行动力学仿真,还能捕获任意部件上因复杂非线性相互作用而产生的力,例如连接臂,轴承面,弹簧,减震器,车轴,以及各种其它零件的接触和连接。

电梯

MBD for ANSYSC/L RecurDyn机械传动工具包可建立电梯整机系统,分析轿厢在启动、制动及运行过程的振动加速度,分析弹性元件(联接)对轿厢振动加速度的影响,分析扶梯梯级的振动加速度,分析制动距离和制动减速度,分析制动器的制动性能,分析安全钳的制动能力,分析轿厢对重绳的张紧力,分析扶手带与梯级的速度差,验证非正常制动的控制逻辑,验证承力件在电梯系统运行中的强度、刚度及耐久寿命,分析电梯门系统的品质。

媒介传送机构

MBD for ANSYSC/L RecurDyn的媒介传送专业工具包可以验证媒介传送机构合理设计,包括路径是否设计合理,不同媒介属性、不同环境下的通过性,媒介传送的平稳性,可检查潜在扰动,也可了解驱动滚轴未对准所引起的板材间的速度差,因间隙、磨损所导致的滚轴速度差等。

履带车辆

MBD for ANSYSC/L RecurDyn履带工具包可以仿真履带车辆在各种外形的起伏路、障碍、壕沟工况的分析履带爬坡、越障等动力学性能,分析履带车辆转向稳定性,分析履带张紧力,分析履带系统加速性能。分析履带与电机控制系统的匹配性,分析履带底盘及其它结构的振动和应力。


机床

MBD for ANSYSC/L RecurDyn机床工具包可以快速建立全柔性的滚珠丝杆模型,模拟全柔性的线性滑轨,便捷定义切削力,进行机床及工件的响应分析(FRA)、机床颤振分析、圆度测试(ISO 230 T2)以及进一步的机床零部件疲劳耐久分析。

传动轴

MBD for ANSYSC/L RecurDyn可以分析等速或不等速传动轴,验证传动轴各零件之间的传力关系,获得受力件连接位置的受力,分析传动轴运动过程各零件的运动学参量。基于MFBD技术,可以计算传动轴疲劳试验工况的万向节叉动应力/应变分布,还可以分析在传动轴转动过程中防尘罩的屈曲效应。


提升装置

MBD for ANSYSC/L RecurDynMFBD技术可分析卷筒提升机在不同控制提升速度下,提升容器耦合振动情况及相应钢丝绳张力的变化情况;还可分析当绳槽半径变化时钢丝绳缠绕过程对钢丝绳张力的影响。


含轴承的传动系

MBD for ANSYS可以建立含轴承在内的传动系统,了解轮轴在不同速度工作状态下,滚针的运动形态,与内外圈的接触力变化情况,以及在不同速度下楔合时间(滚针与内外圈啮合需要的时间),还可以模拟单向轴承。通过C/L RecurDynEHD(弹性流体润滑轴承)工具包,还可以分析出油膜厚度。

压缩机

通过MBD for ANSYSC/L RecurDyn可以分析压缩机在不同转速下的振动及振动影响因素,分析质量分布对于压缩机系统振动的影响,分析安装橡胶衬套对于振动的影响,分析内部弹簧对于振动的影响,分析平衡块数量对振动的影响,分析平衡重厚度对于振动的影响等。


风力发电

MBD for ANSYSC/L RecurDynMFBD技术可将柔性风轮所承受的边界条件以传动装置的动态支反条件时变给予,可据此验证叶片、叶柄、轮毂及风轮轴的动应力、动应变,进而可以得到验证轮毂、风轮轴的疲劳耐久性能。可以方便地分析导致疲劳、胶合等效应的齿轮传动的动态应力。


航空发动机振动

MBD for ANSYSC/L RecurDyn可以方便地分析叶片不平衡工况对发动机振动的影响,陀螺力矩的影响,以及鸟击位置、质量、速度造成对转子运动的冲击影响,还可以考虑-叶片的冲击波对叶片结构的影响,鸟击造成的mass unbalance(比如叶片部份断开或鸟尸遗留在叶片上)对发动机振动的影响。