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一種剛柔耦合模型的參數(shù)化建模方法

文檔序號:9249363閱讀:781來源:國知局
一種剛柔耦合模型的參數(shù)化建模方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于機械工程領域,尤其是設及一種剛柔禪合模型的參數(shù)化建模方法。 技術背景
[0002] 剛柔禪合系統(tǒng)動力學是指當多體系統(tǒng)中物體變形對運動的影響不容忽略時,采用 柔性多體模型替代剛體模型,并且考慮剛柔禪合效應的柔性多體系統(tǒng)動力學,主要研究柔 性體的變形與其大范圍空間運動之間的相互作用或相互禪合,W及該種禪合導致的動力學 效應。隨著國民經(jīng)濟和國防技術的發(fā)展,對于很多工程問題,單純的多剛體系統(tǒng)模型與實際 相差甚遠,滿足不了工程精度要求,必須同時考慮部件大范圍運動和構件本身變形的相互 禪合作用,因此,對剛柔禪合系統(tǒng)動力學建模研究具有重要意義。近年來,有不少學者對剛 柔禪合建模方法進行了研究,并取得了相應的進展,但很少設及柔性體的參數(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.機械系統(tǒng)的剛-柔禪合模型建 模方法研究[J].系統(tǒng)仿真學報,2007,,19(20). 4708-4710)采用虛實混合建模的方法,使 用機械系統(tǒng)S維造型軟件、有限元分析軟件W及多體系統(tǒng)動力學仿真軟件建立了曲柄滑塊 機構剛-柔禪合虛擬樣機模型,實現(xiàn)了虛擬樣機的精確建模。公開號為CN101727527A的中 國專利文獻公開了一種動力學分析軟件與有限元分析軟件間數(shù)據(jù)自動轉換的方法,實現(xiàn)了 動力學分析軟件與有限元分析軟件之間數(shù)據(jù)自動傳遞與轉換,包括W下步驟:啟動有限元 軟件進行柔性化,輸出模態(tài)中性文件.mnf;啟動動力學分析軟件,加載虛擬樣機模型,讀取 模態(tài)中性文件,進行動力學運動學分析,輸出載荷文件;將載荷文件中的載荷施加到柔性體 上進行應力應變分析,輸出應力應變數(shù)據(jù);循環(huán)執(zhí)行上述步驟,輸出最佳工況和應力應變數(shù) 據(jù)。W上專利實現(xiàn)了動力學分析軟件與有限元分析軟件之間數(shù)據(jù)自動傳遞與轉換,但是沒 有實現(xiàn)對柔性體構件的參數(shù)化建模及剛柔禪合自動建模。目前,在動力學分析軟件中建立 柔性體的方法主要由如下3種;①離散法,將一個構件離散成許多段剛性構件,用柔性梁連 接;②自動柔性化法,直接在動力學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,利用有限元軟件進行網(wǎng)格劃分和模態(tài)計算后,得 到模態(tài)中性文件,再將其直接讀入動力學分析軟件。由于離散法與自動柔性化法只適用于 結構相對簡單的構件,所W,在工程實際中對于結構形狀比較復雜的零件,通常用有限元分 析軟件建立柔性體,但當柔性體結構、尺寸發(fā)生改變時,需要重新建立柔性體模型,并手工 對剛柔禪合的動力學模型進行修改,操作不便,效率低下,難W滿足工程實際需求。因此,提 出一種剛柔禪合模型的參數(shù)化建模方法,對于提高建模效率與仿真精度、縮短產(chǎn)品設計和 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)在有技術中無法高效、精確的建立剛柔禪合動力學仿真模型, 提出的一種剛柔禪合模型的參數(shù)化建模方法。該建模方法操作簡單,能準確快速的建立剛 柔禪合動力學模型,并應用于仿真分析。
[0004] 本發(fā)明采用如下技術方案;
[0005] 一種剛柔禪合模型的參數(shù)化建模方法,包括W下步驟:
[0006] (1)在動力學分析軟件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、旋轉副約束和直線位移驅動,并將剛體模型轉換為可編輯 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、載荷施加及設置輸出單位,進行模態(tài)分析,導出模態(tài)中性文件;
[000引 做基于MTLAB平臺,構建剛柔禪合系統(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)及剛柔禪合相關約束等信息輸入;自動啟動ADAMS,執(zhí) 行.cmd文件進行動力學分析。
[0009] (4)在剛柔禪合系統(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 文件進行讀取、修改與更新;
[0010] (5)在剛柔禪合系統(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)在剛柔禪合系統(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),運用ADAMS命令語言重構剛體模型并導入柔性體,自動生成包含剛柔禪合動 力學仿真模型的命令文件;,
[0012] (7)啟動ADAMS,導入命令文件,加載虛擬樣機模型,進行動力學仿真分析,輸出剛 柔禪合模型的仿真結果;
[0013] (8)根據(jù)仿真結果,判別是否需要進行模型參數(shù)修改,若需要進行柔性體參數(shù)修改 則返回步驟(4),若需要進行剛性體參數(shù)修改則返回步驟化),若不需要進行參數(shù)修改,則 輸出仿真結果并保存數(shù)據(jù)文件。
[0014] 進一步,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,捜索并建立剛性區(qū)域;
[0019] 步驟五;設置輸出單化進行模態(tài)分析,導出模態(tài)中性文件,退出ANSYS。
[0020] 進一步,自動生成剛柔禪合動力學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 柔性體構件;
[0023] 步驟對柔性體施加包括固定副、移動副、旋轉副的約束、驅動;
[0024] 步驟四:保存為包含剛柔禪合動力學仿真模型的命令文件,W便ADAMS加載剛柔 禪合虛擬樣機模型。
[0025] 進一步地,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、轉動慣量、仿真時間及步長。
[0026] 進一步地,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上技術方案具有W下優(yōu)點:應用本發(fā)明的剛柔禪合模型的參數(shù)化建模方法對多 體系統(tǒng)進行剛柔禪合動力學仿真分析優(yōu)化時,利用開發(fā)的參數(shù)化圖形用戶界面與接口程序 可實現(xiàn)柔性體的參數(shù)化建模,W及剛柔禪合模型的自動創(chuàng)建,整個過程無需人工干預,解決 了工程實際中柔性體難W參數(shù)化的問題,提高了建模效率,具有很好的工程應用價值。
[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現(xiàn)對模型的修改,對工程實際中快速建立剛柔禪 合動力學仿真模型提供了一種科學高效的解決方式。
[0029] 本發(fā)明的剛柔禪合模型的參數(shù)化建模方法實現(xiàn)了多種軟件的集成聯(lián)合運用,并在 某型剛柔禪合載貨汽車平順性仿真優(yōu)化中進行了實例應用,應用表明;所提出的方法是科 學有效的,并為復雜機械系統(tǒng)的設計優(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)明一種剛柔禪合模型的參數(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)明中自動生成剛柔禪合動力學仿真模型的流程圖;
[0033] 圖4是本發(fā)明實施例的某型載貨汽車剛體動力學模型圖;
[0034] 圖5是本發(fā)明實施例的載貨汽車剛體動力學模型中的后橋平衡懸架放大圖;
[0035] 圖6是本發(fā)明實施例的柔性車架模型圖;
[0036] 圖7是本發(fā)明實施例的某型載貨汽車將車架柔性化的剛柔禪合動力學模型圖;
[0037] 圖8是本發(fā)明實施的某型剛柔禪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為六柱試驗臺。
【具體實施方式】:
[0040] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白,W下結合附圖對本發(fā)明的 具體內(nèi)容作進一步說明,但本發(fā)明的【具體實施方式】不限于此。
[0041] 本發(fā)明的技術方案提供一種用于動力學仿真的柔性體參數(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、旋轉副的相關約束和驅動,并將剛體模型轉換為可編輯的 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、載荷施加及設置輸出單位,進行模態(tài)分析,導出模態(tài)中性文件;
[0044] (3)基于MATLAB平臺,構建剛柔禪合系統(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)及剛柔禪合相關約束等信息輸入;自動啟動ADAMS,執(zhí) 行.cmd文件進行動力學分析。
[0045] (4)剛柔禪合系統(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化宏文件進行讀 取、修改與更新;
[0046] (5)在剛柔禪合系統(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] 做剛柔禪合系統(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、轉動慣量、仿真時間及步長,運用ADAMS命令語言重構剛體模 型并導入柔性體,自動生成包含剛柔禪合動力學仿真模型的命令文件;
[0048] (7)啟動ADAMS,導入命令文件,加載虛擬樣
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