選單

多體動力學模擬關鍵技術的研究

本文主要介紹了作者從事CAE領域中透過與客戶交流以及自己的實踐經驗,針對具體問題提出相應的解決方案,涉及到常見的技術問題以及當前主流或未來趨勢的關鍵解決技術。主要涉及到CAD模型轉換技術、摩擦力計算、聯合模擬技術以及運動過程中的強度分析。

CAD模型轉換技術

1

CAD轉換是我們在進行CAE求解計算式第一個要考慮的問題,目前的ACE軟體只接受中間格式的CAD模型,導致幾何與原始模型會有輕微的變化或者帶來其他的問題,造成不必要的麻煩,該小節分析了目前CAD模型轉換的現狀以及存在的問題,並針對這些問題提出了關鍵的解決技術。

多體動力學模擬關鍵技術的研究

現狀及存在的問題:

CAE軟體匯入幾何數模時發生錯誤,無法匯入。這種問題可能是由於版本的限制問題,比較好解決,用CAD軟體把這些幾何用iges格式輸出處理一下就可以了。但這種問題也可能是幾何數模中存在嚴重錯誤所致,這就需要修改模型了。

匯入幾何模型後發現有些曲面無法匯入,這樣模型就會缺少一些比較重要的面,或者曲面存在縫隙、重疊、錯位等缺陷,對較複雜的模型這種問題是經常性的。邊界錯位經常引起網格扭曲,導致單元質量不高,求解精度差。

匯入的模型很完整,沒有錯誤。但是由於CAE分析和CAD設計的思想不同,會產生一些兩難的問題。CAD設計主要是為生產服務的,模型中通常會包含某些細微特徵,例如曲面和邊的倒圓、小孔。進行分析時如果要準確模擬這些特徵,需要用到很多小單元,導致求解時間過長。

由於現有的CAE工具支援的模型為通用的中性格式,已經由原來的CAD工具轉換成中性格式(step stl等),這些中性格式大都是由三角面片構成,對於高精度的計算模擬,這些中性格式的資料不完全準確,點與點的距離在這些格式中變成三角面片與三角面片的距離,造成精度誤差。

關鍵解決技術:

幾何清理,

使用幾何清理技術可以將精度高、對結果影響不大的小單元進行簡化處理,減少不必要單元的數量,加快計算速度,減少求解時間。

Add-In Transfer(模型直接轉換),

模型直接轉換技術,是獲得原始CAD模型的核心進行。從而使得CAE軟體能夠直接讀取CAD原始模型,在技術實現上可採用Add-In Transfer外掛的形式,將CAD軟體與CAE軟體直接關聯,從而更進一步解析CAD原始模型。當然,完全解析CAD原始模型需要核心的支援,該項技術已在國外有了逐漸的發展。

幾何模型資料定義,

幾何模型資料定義主要解決目前由於模型轉換中出現的尺寸偏差問題,由於目前的CAE軟體支撐的CAD模型大都採用三角面片的形式進行讀取,由於精度問題,會造成三角面片與原始資料存在偏差,在進行相關的CAE計算時導致計算結果出現問題。為防止這一問題的出現,採用幾何定義的方式進行保證資料的可靠性。

多體動力學摩擦力計算

2

由於工程與學術上存在著一定的區別,在學術中摩擦力計算本身就是一門不精確的學科,根據學術目前的摩擦力計算公式在一定程度上只能解決部門工程問題,計算摩擦力的前提就需要知道摩擦係數,在當今學術不斷髮展的程序中,摩擦力計算還會涉及到速度等一些其他問題,如何解決工程應用中摩擦力問題已經給多體動力學分析軟體提了一個大大的難題。在建立摩擦力模型時已經需要考慮當前的環境因素,從而建立最準確的摩擦力。

多體動力學模擬關鍵技術的研究

現狀及存在的問題:

接觸力計算問題,

接觸力是當前學術公認的與摩擦力關係最大的影響因素之一,如何建立準確的接觸力計算模型,已經影響到最終的計算結果是否正確。

摩擦力計算,

摩擦力計算在學術中屬於不精確學科,這就更需要工程實踐的支援,大多數的摩擦模型需要根據當前的計算環境進行建模。如何準確的計算出工程應用的摩擦力,目前並沒有較好解決技術。只能根據企業的工程實踐應用的不斷積累,建立屬於針對某一領域的計算模型,才是解決摩擦力計算的解決方法。

關鍵解決技術:

該項內容並無具體的解決技術,這裡是給CAE軟體提供商提出意見。目前隨著工程應用的愈來愈複雜,需要CAE軟體有其核心的技術經驗積累來指導客戶的工程應用。接觸力計算與摩擦力計算需要客戶與軟體供應商之間的相互協作,最終確定具體的計算模型,才能夠有效的解決這一問題。

聯合模擬技術

3

對於擁有較龐大的系統會涉及到聯合模擬技術,聯合模擬主要是解決全虛擬模擬技術或半實物模擬技術。在工程應用過程中,對於工程師而言搭建聯合模擬平臺是最麻煩的一件事,需要解決平臺間的通訊問題與資料傳輸的準確性,因此需要搭建一個平臺與平臺間的橋樑進行資訊處理,保證資料的有效傳輸與資料的相容性。

多體動力學模擬關鍵技術的研究

現狀及存在的問題:

搭建聯合模擬平臺版本約束,

目前搭建聯合模擬平臺最大的約束是軟體與軟體間的版本問題,例如matlab與adams的聯合模擬需要嚴格的版本約束,而且較為複雜的聯合模擬由於版本間不知名的問題會困擾工程師,增加工程師的工作,需要大量的時間去解決問題。

平臺間的通訊和排程問題,

聯合模擬是各個軟體間的通訊與排程問題,如果軟體A的資料與資訊無法傳遞給軟體B,聯合模擬將無法進行,解決平臺間的有效通訊與排程問題是聯合模擬的首要問題。如matlab與adams聯合模擬經常會遇到的問題,在聯合模擬開始後,經常會出現找不到ADAMS伺服器的提示,這是因為ADAMS和Simulink聯合模擬的通訊和排程,如果simulink找不到它,則模擬不能進行。

關鍵解決技術:

swPlant無縫封裝介面,透過將資料通訊介面進行整合封裝,不要求平臺間的版本問題,透過簡單設定即可完成聯合模擬平臺的搭建。swPlant完全支援兩個軟體間的即時通訊,可以保證聯合模擬過程中的資料有效性。

運動過程中的強度分析

4

當前大多數CAE工具只能做靜強度的計算分析,運動過程中的強度分析計算能力較差,需要軟體有兩大計算能力才能進行運動過程的強度分析:一是能夠自動分析物體運動過程中的受力分佈情況;二是透過自動的受力分佈進行實時的網格劃分,需要軟體有足夠的計算速度與計算最佳化能力。

多體動力學模擬關鍵技術的研究

現狀及存在的問題:

運動過程中受力分析,

關於運動過程中的強度分析,需要軟體能夠完成在運動過程中body的受力情況,能夠實時計算出當前的受力分佈情況。

網格自動劃分,

透過根據受力分佈情況進行自動的網格劃分,透過自動的網格劃分要保證網格的質量與節點的數量。

關鍵解決技術:

H-Adaptive自適應網格劃分技術,能夠通過當前的受力分佈情況,自動劃分網格,網格疏密程度能夠智慧地根據受力分佈進行智慧的區域劃分。